第一讲-绪论2012...ppt

基础工程 东南大学 主讲教师 童立元交通学院地下系岩土所电话 mail seutunnel 第一讲 土木交通工程发展方向 1991年在东京召开的城市地下空间国际学术会议通过了 东方宣言 提出了 21世纪是人类开发利用地下空间的世纪 建造地下建筑将有效地改善城市拥挤 节约能源和减少噪声污染等优点 本节内容 1 绪论2 基础工程典型案例分析3 基础工程学科发展概况4 课程性质 特点和学习要求5 参考资料6 本节要点 将建筑物及其承受的荷载传递到地基上的下部直接与地基接触实体结构 过渡结构 1 绪论 1 1地基及基础 FOUNDATION 地基 基础 直接承托基础受建筑物荷载影响的地层 土层或岩层 地基及基础概念 带有地下室的房屋 地下室和基础通称为地下结构或下部结构 公路涵洞 隧道 挡土墙等人工构造物 通常由洞身 墙身及其基础组成 地基 土质地基岩质地基特殊土地基 换土垫层深层密实排水固结化学加固加筋土 地基基础分类 天然地基 人工地基 埋置深度 施工方法 基础 浅基础 深基础 基础底面埋深D 5m 普通基坑开挖 敞坑排水施工 软弱土地基结构荷载重变形要求高深基础特殊施工方法 岩土性质 处置方法 房屋建筑及其构筑物桥梁涵洞 挡墙等人工构造物公路路基 建筑物 研究基础 包括地下结构 结构作用 设计 验算和施工等的一门科学 是结构工程 学 一个分支 基础工程 学 1 2基础工程设计 基础工程设计 地基基础施工控制 地基基础设计验算 挡墙 边坡和地基基础应具有足够的抵抗整体滑动破坏的安全储备 基本条件 强度 变形 稳定 基底荷载效应值小于地基抗力 承载力 确保地基强度安全储备 避免整体破坏或影响使用 地基沉降或差异沉降不超过结构对基础变形要求值避免变形引起建筑物破坏或其使用 承载力破坏 变形与差异变形过大 结构的整体滑动失稳 安全可靠经济合理技术先进环境保护施工简单 设计基础 设计条件 相互作用变形协调施工条件 基本原则 技术经济比较 科学的结构效应分析系统的地质勘查资料 难度高损失大造价25 工期25 30 工程特点 结构 65个高31m宽23m圆筒仓基础 筏板基础地基 下藏16m软粘土荷载 基地平均压力320kPa原因 地基承载力失稳破坏特征 西侧沉陷8 8m 东侧抬高1 5m 倾斜27 加固 70个支持于基岩上混凝土墩纠偏 388只50T千斤顶逐步纠正 但其标高降低4m 2基础工程典型案例分析 破坏实例1 TrasnsconaGrainElevator 事故原因 设计时未对谷仓地基承载力进行调查研究 而采用了邻近建筑地基352kPa的承载力 事后1952年的勘察试验与计算表明 该地基的实际承载力为193 8 276 6kPa 远小于谷仓地基破坏时329 4kPa的地基压力 地基因超载而发生强度破坏 Fargo装运谷仓位于美国北达科他州 共10个筒仓 1955年6月因地基破坏而倒塌 Fargo装运谷仓 2500t容量筒仓的地基破坏 加拿大某农场容量为2500t的饲料筒仓 建于粘土地基 在首次使用时 由于装填过快 地基土层无法充分固结 至使地基发生破坏 接吻的筒仓 这两个筒仓是农场用来储存饲料的 建于加拿大红河谷的LakeAgassiz粘土层上 由于两筒之间的距离过近 在地基中产生的应力发生叠加 使得两筒之间地基土层的应力水平较高 从而导致内侧沉降大于外侧沉降 仓筒向内倾斜 始建于1173年8月 第三层时因地基沉陷 塔身南斜 1178年被迫停止 1272年工程重建 1278年建至第七层 工程再度停止 1350年完工时 塔高54 5m 塔顶中心点偏离垂直中心线2 1m 1360年开始建造塔顶钟楼顶阁 10年后1370年完工 工程实例2 比萨斜塔 概况 比萨斜塔是比萨大教堂钟楼 8层圆柱形建筑 高54 5m 完工后600多年来 塔基下沉 塔身南倾 近100年 南倾30cm 斜度达到8度 塔顶中心点偏离垂直中心线的距离达到5 1m 建设过程 几个世纪来 比萨斜塔倾斜原因分析众说纷纭 莫衷一是 20世纪后 地基原因 说逐渐占了上风 即 基础埋置深度3m 粘土和砂互层地基难以承受重达14553吨的塔身 导致倾斜 倾斜机理 比萨斜塔 扶正 修建之初就已开始 1272年 纠偏采用减薄塔身南面大理石厚度的方法 1360年 塔顶上加盖钟楼 纠偏采取略微向北倾斜方法 1934年 塔基土层注入水泥加固 加固后反而使斜塔在1年内多倾斜了6毫米 1995年 北侧塔基下埋设重锚 670T铅 连接拉索拴住塔身 20世纪80年代 曾有人预言 比萨斜塔将在2003年一2004年间轰然倒塌 纠偏工程 成功拯救 政府令 1990年1月 关闭比萨斜塔 组织机构 政府成立了13人 比萨斜塔拯救委员会 方案 泥土稳定 或 抽土纠偏 法 比萨斜塔的北侧地基下抽出部分渣土使斜塔的倾斜自然北移 意大利人利奇博士1961年提出 由于过于简单和浅显 没有引起专家重视 但后来这一方法在英格兰温切斯特堡 南姆伯赫斯特圣母利亚大教堂 墨西哥大教堂 爱尔兰都柏林纪念大道和意大利威尼斯三拱桥等 扶正 成功之后 才为人们所重视 英国帝国理工学院约翰 比兰教授负责 并设计了一种特殊钻管 直径约20cm 有类似开酒瓶塞的钻头 抽土工程在2000年2月13日开始 41条抽土管插入20m深的比萨斜塔北侧塔基下面 每日抽土100kg 同时几条钢索环绕捆住斜塔二层 向北拉住塔身 120台精密仪器从各个角度和高度严密监视斜塔变化 实施 通过纠偏扶 正 比萨斜塔被扳 正 43 8cm 已基本恢复到18世纪末的水平 足以确保它在300年内不会发生倒塌 比萨斜塔仍倾斜4 5米 偏斜之美依然不减当年 现代工程技术的力量 使得时光仿佛在斜塔身上实现了 倒流 效果 对险象环生比萨斜塔的拯救工程耗时12年 耗资550亿里拉 约合2500万美元 消耗 现状 2001年12月15日 关闭了长达4359天的比萨斜塔重新正式向游客开放 工程实例3 虎丘塔又称云岩寺塔 始建于隋文帝仁寿九年 601 初建成木塔 后毁 现存虎丘塔建于后周乾佑八年至宋建隆二年 959 961 塔系平面八角形 七级 原塔顶毁于雷击 虎丘塔塔底直径13 66m 高47 5m 塔身全为砖砌 重63000kN 基底反力高达435kPa 据记载 自明代 1368一1644 起 虎丘塔就向西北倾斜 1956年重修时 在第三层夹层内发现石函 经箱 铜佛 铜镜 越窑青瓷莲花碗等大批珍贵文物 但加固整修使塔重增加2000kN 加速塔体不均匀沉降 1978年已经由1 7m发展到2 3m 重心偏离0 924m 斜度2 40 砌体多处出现纵向裂缝 部分砖墩应力接近极限状态 虎丘塔被称之 东方比萨斜塔 也是中国现存年代最久且倾斜度最大的楼阁式砖塔 不到虎丘山 枉游姑苏城 虎丘塔1981年至1986年 中国工程界对这座濒临险境的古塔进行了第二次全面加固修缮 采取了地基加固为主 纠偏为辅的方针 基本控制了塔基沉降和倾斜 为保护人类文化遗产提供了有益的借鉴 工程实例4 地基基础设计除满足承载力的要求外 还要求地基不能发生过大的变形 墨西哥城的一幢建筑 可清晰地看见其发生的沉降及不均匀沉降 该地基土层为深厚的湖相沉积层 土的天然含水量高达650 液限500 塑性指数350 孔隙比为15 具有极高的压缩性 地基严重下沉 赵州桥位于河北赵州 隋代公元595 605年修建 净跨37 02m 基础建于粘性土地基 基底压力500 600kPa 但地基并未产生过大变形 按照现在的规范检算 地基承载力和基础后侧被动土压力均正好满足要求 且经无数次洪水和地震的考验而无恙 工程实例5 成功例子 古老的工程技术和年青的应用科学远古时代 地基基础工艺 都江堰水利工程 万里长城 隋朝南北大运河 黄河大堤 赵州桥 奠基牢固 历经无数次强震强风仍安然无恙 秦代 修筑驰道 隐以金椎 汉书 路基压实方法 石灰桩 灰土 瓦渣垫层 水撼砂垫层等传统地基处理方法 北宋初著名木工喻皓 开封开宝寺木塔 因当地盛行西北风 故将建于饱和土上的塔身向西北倾斜 借助长期风力作用而渐趋扶正 以克服地基不均匀沉降 我国木桩基础源远流长 钱塘江南岸 河姆渡文化遗址 7000年前打入沼泽地的木桩 水经注 三辅黄图 法苑珠林 杭州湾五代大海塘工程木桩 生产力发展水平所限 未提炼成系统的科学理论 3 基础工程学科发展概况 理论基础土力学 18世纪工业革命 大规模的城市建设 水利 铁路的兴建 土力学理论的产生和发展 1773年 法国的库仑 Coulomb 创立了著名的砂土抗剪强度理论 库仑土压力理论1857年 朗肯朗肯土压力理论1885年 法国布辛内斯克 Boussinesq 弹性半空间表面作用集中力的应力与变形的理论解答1925年 美国太沙基 第一本 土力学 系统介绍了土力学与基础工程的基本理论和方法1936年 国际土力学与基础工程学会成立 召开了第一次国际会议 从此 土力学与基础工程作为一门独立的现代科学 新中国成立后 大规模的社会主义经济事业的飞跃发展 促进了我国基础工程学科的迅速发展 我国桥梁 水利及建筑工程中成功处理了许多大型和复杂的基础工程 取得了辉煌成就 中国历史博物馆 电化学加固法处理地基 解决了施工工期短 质量要求高的困难 长江大桥 wuhan nanjing 管柱基础 气筒浮运沉井 组合式沉井 各种结构类型的单壁 双壁钢围堰及大直径扩底墩等一系列深基础和深水基础 成功解决了水深流急 地质复杂的基础工程问题 三峡工程 小浪底工程的基础处理 将设计 施工及检测带到一个新的水平 1962年以来 八届土力学与基础工程会议 建立了许多基础工程研究机构 施工队伍和土工实验室 工程地质勘察 室内及现场土工试验 地基处理 新设备 新材料 新工艺取得新的进展 地基处理新技术在有关工程中广泛应用 取得较好的经济技术效果 电子技术和数值计算方法对基础学科的渗透 深刻的变化 复杂问题得到解决 试验技术得到提高 理论研究 实践经验累积 各种设计施工规范或规程相应问世或日臻完善 技术先进 经济合理 安全适用 保护环境 确保质量 新世纪 新的进展 新世纪发展动向 开展地基的强度 变形特性的基本理论研究应结合岩土力学的新成果 现代计算方法和计算工具来提高 准确反应土的实际情况 逐步建立起土力学的基本法则 加强地基土的试验 尤其是原位测试研究 区域性特殊土的基本理论和处理措施的研究 考虑土的不均匀性和引入数理统计方法 开展各类基础型式和施工方法及相应的设计理论研究桩基础 基础工程工业化的方向之一 荷载传递机理 桩土相互作用关系 设计计算理论 采用新材料 新工艺 发展便于施工 使用的新型 轻型基础结构 大型 重型结构物基础 基础施工 加强施工机械化和自动化 计算机应用 最优化设计方法 开展结构物 地基 基础相互影响 共同作用的理论研究及地基基础抗震理论研究提出考虑地基 基础 结构共同作用的设计计算关系 地基基础抗震理论不成熟 进一步研究各类地基土与基础的地震反应和动力特性 开展动力分析 冻土 青藏铁路 基础工程 是土木工程专业主干专业课程 课程性质 理解问题实质掌握基本原理搞清方法步骤 内容广泛综合性强理论性强实践性强 先导课程知识储备及运用学科知识体系 基本原理与设计方法理论联系实际解决工程问题训练 课程特点 学习方法 学习要求 4课程性质 特点和学习要求 基础工程 赵明华 高等教育出版社 2003基础工程 公路与城市道路 桥梁工程专业 凌治平 人民交通出版社 1995土力学及基础工程学习辅导 钱宇平 中央广播电视