第3讲-基础工程

第三讲基础工程,3.1基础工程基本概念3.1.1概述万丈高楼平地起，任何土木工程都建筑在地球的表层。土木工程的全部荷载都由它下面的地质层来承担，受土木工程结构影响的那一部分地质层称为地基。土木工程结构向地基传递荷载的下部结构就是基础。,地基和基础是土木工程的根本，又属于地下隐蔽工程，它的勘察、设计和施工质量直接关系着土木工程的安危，因而要引起各参与工程的技术人员的重视。,3.1.2设置基础的原因主要因为上（上部结构）硬下（地基）软材料抗压强度比较砖砌体抗压强度：14MPa混凝土：2050MPa钢材：200300MPa土层：0.050.3MPa与上部结构相比，土层相当软弱。上部结构如果直接支撑在土层上，土层不能满足强度和变形的要求，其间必须有一个过渡结构，使上部结构应力有效扩散，使之与土层的强度相匹配。,3.1.2地基基础设计的基本要求地基应有足够的强度；在荷载作用下，不发生失稳破坏地基不能产生影响建筑物使用的过大变形要求建筑物的沉降量、沉降差、倾斜和局部倾斜不能大于容许值基础结构本身应有足够的强度和刚度在上部荷载和地基反力作用下，基础不发生破坏，并具有调整不均匀沉降的能力，还应具有耐久性,意大利比萨斜塔意大利比萨斜塔修建于1173年,塔高设计为100米左右，动工五六年后，塔身从三层开始倾斜，直到完工还在持续倾斜。究其原因，正是由于地基土质较差，基础埋置较浅，仅3.05米,基础发生不均匀沉降，塔顶已南倾(即塔顶偏离垂直线)3.5米。,3.2工程地质勘察工程地质勘察是运用工程地质理论和各种勘察测试技术手段和方法，为解决工程建设中地质问题而进行的调查研究工作。工程地质勘察是工程建设的先行工作，其成果资料是工程项目决策、设计和施工等的重要依据。,工程地质勘察工作相应地划分为三个阶段：（1）可行性研究勘察阶段（选址勘察阶段）：一般通过取得几个候选场址的工程地质资料进行对比分析，对拟选场址的稳定性和适宜性作出工程地质评价，判定拟建场地的工程地质条件能否适宜工程建设项目。（2）初步勘察阶段：是在选定的建设场址上进行的。目的是对场地内建筑地段的稳定性作出评价；为确定建筑总平面布置、主要建筑物地基基础设计方案以及不良地质现象的防治工程方案作出工程地质论证。（3）详细勘察阶段：提出设计所需的工程地质条件的各项技术参数，对建筑地基作出岩土工程评价，为不良地质现象的防治工程作出论证和结论。,工程地质勘察的基本方法有：工程地质测绘；工程地质勘探与取样；工程地质现场测试与长期观测；工程地质资料室内整理等。,工程地质测绘工程地质测绘是最基本的勘察方法和基础性工作，通过测绘将测区的工程地质条件反映在一定比例尺的地形底图上，工程地质图是工程地质测绘的最终成果。,遥感技术遥感是指根据电磁辐射的理论，应用现代技术中的各种探测器，对远距离目标辐射来的电磁波信息进行接收、处理，得到遥感资料（图像或数据），用来探测识别目标物的整个过程。已经在工程地质测绘中得到广泛应用。,工程地质勘探一般在工程地质测绘的基础上进行，直接深入地下岩土层取得所需要的工程地质资料。,3.3浅基础通常把位于天然地基上、埋置深度小于5m的一般基础（柱基或墙基）以及埋置深度虽超过5m，但小于基础宽度的大尺寸基础（如箱形基础），统称为天然地基上的浅基础。天然地基上的浅基础埋置深度较浅，用料较省，无需复杂的施工设备，在开挖基坑、必要时支护坑壁和排水疏干后对地基不加处理即可修建，工期短、造价低，因而设计时宜优先选用天然地基。,浅基础可以按基础刚度的不同分为刚性基础和扩展基础。（1）刚性基础刚性基础是由砖、毛石、素混凝土和灰土等做成的。在我国的华北和西北地区，气候比较干燥，广泛采用灰土作基础；在我国南方则用三合土基础。,（2）扩展基础当刚性基础不能满足力学要求时，可以做成钢筋混凝土基础，称为扩展基础。,柱下扩展基础和墙下扩展基础一般做成锥形和台阶形。对于墙下扩展基础，当地基不均匀时，还要考虑墙体纵向弯曲的影响。这种情况下，为了增加基础的整体性和加强基础纵向抗弯能力，墙下扩展基础可采用有肋的基础形式。,浅基础按构造类型可分为以下5类：单独基础：在建筑中，柱的基础一般都是单独基础。条形基础：墙的基础通常连续设置成长条形。,带形基础,十字形基础,筏式基础,箱形基础,筏板基础：当柱子或墙传来的荷载很大，地基土较软弱，用单独基础或条形基础都不能满足地基承载力要求时，往往需要把整个房屋底面（或地下室部分）做成一片连续的钢筋混凝土板，作为房屋的基础，称为筏板基础。,箱形基础,箱形基础为了对筏板基础进行加强，增加基础板的刚度，以减小不均匀沉降，高层建筑往往把地下室的底板、顶板、侧墙及一定数量的内隔墙一起构成一个整体刚度很强的钢筋混凝土箱形结构，称为箱形基础。,壳体基础,壳体基础为改善基础的受力性能，基础的形式可不做成台阶状，而做成各种形式的壳体，称做壳体基础。,3.4深基础位于地基深处承载力较高的土层上，埋置深度大于5m或大于基础宽度的基础，称为深基础，如桩基、地下连续墙、墩基和沉井等。,3.4.1桩基础桩基础是一种历史悠久而应用广泛的深基础类型。桩基础一般由设置于土中的桩身和承接上部结构的承台或承台梁组成。桩身是基础中的柱形构件，其作用在于穿过软弱的压缩性土层或水，把桩基坐落在更硬更密实或压缩性较小的地基持力层上。,桩可根据桩身材料、施工方法、承载性状及使用功能等进行分类：按桩身材料不同，可将桩划分为木桩、混凝土桩、钢筋混凝土桩、钢桩、其它组合材料桩；按施工方法可分为预制桩、灌注桩两大类；,按达到承载力极限状态时的荷载传递主要方式，可分为端承型桩和摩擦型桩两大类。,桩基础的适用条件：（1）不允许地基有过大沉降和不均匀沉降的高层建筑或其它重要的建筑物；（2）重型工业厂房和荷载很大的建筑物；（3）软弱地基或某些特殊性土上的各类永久性建筑物；（4）作用有较大水平力和力矩的高耸结构物（如烟囱、水塔）的基础，或需要桩承受水平力或上拔力的情况；（5）需要减弱其振动影响的动力机器基础，或以桩基础作为地震区建筑物的抗震措施。,3.4.2沉井基础沉井是井筒状的结构物，它是以井内挖土，依靠自身重量克服井壁摩擦力后下沉至设计标高，然后经过混凝土封底，并填塞井孔，使其成为桥梁墩台或其它构筑物的基础。,沉井基础的优缺点：优点：是埋置深度可以很大、整体性强、稳定性好，能承受较大的垂直荷载和水平荷载；既是基础，又是施工时的挡土和挡水围堰结构，施工工艺也不复杂。缺点：是施工期较长；对细砂及粉砂类土在井内抽水易发生流砂现象，造成沉井倾斜；沉井下沉过程中遇到的大孤石、树干或井底岩层表面倾斜过大，均会给施工带来一定困难。,沉井的类型：就地制造下沉的沉井：是在基础设计的位置上制造，然后挖土靠沉井自重下沉至设计位置。浮运沉井：在深水地区，筑岛有困难或不经济，或有碍通航，或河流流速大，可在岸边预制沉井，然后拖运到设计位置下沉至设计位置。,沉井基础适用条件：（1）上部荷载较大，结构对基础的变位敏感，而表层地基土的允许承载力不足，做扩大基础开挖工作量大以及支撑困难，但在一定深度下有好的持力层，采用沉井基础与其它深基础相比较，经济上较为合理时；,（2）在山区河流中，虽然浅层土质较好，但冲刷大，或河中有较大卵石不便桩基础施工时；（3）岩层表面较平坦且覆盖层薄，但河水较深，采用扩大基础施工围堰有困难时。,3.5地基处理地基处理的对象是软弱地基和特殊土地基。我国的建筑地基基础设计规范（GBJ789）中明确规定：“软弱地基系指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其它高压缩性土层构成的地基”。特殊土地基带有地区性的特点，它包括软土、湿陷性黄土、膨胀土、红粘土和冻土等地基。,地基处理的目的：改善剪切特性：地基的剪切破坏表现在建筑物的地基承载力不够；使结构失稳或土方开挖时边坡失稳；使临近地基产生隆起或基坑开挖时坑底隆起。改善压缩特性：地基的高压缩性表现在建筑物的沉降和差异沉降大。改善透水特性：地基的透水性表现在堤坝、房屋等基础产生的地基渗漏；基坑开挖过程中产生流沙和管涌。改善动力特性：地基的动力特性表现在地震时粉、砂土将会产生液化；由于交通荷载或打桩等原因，使邻近地基产生振动下沉。改善特殊土的不良地基的特性：主要是指消除或减少黄土的湿陷性和膨胀土的胀缩性等地基处理的措施。,地基处理方法,常见地基处理方法简介：（1）换填法当建筑物基础下的持力层比较软弱、不能满足上部结构荷载对地基的要求时，常采用换土垫层来处理软弱地基。即将基础下一定范围内的土层挖去，然后回填以强度较大的砂、碎石或灰土等，并夯实至密实。,（2）预压法预压法是一种有效的软土地基处理方法。该方法的实质是，在建筑物或构筑物建造前，先在拟建场地上施加或分级施加与其相当的荷载，使土体中孔隙水排出，孔隙体积变小，土体密实，提高地基承载力和稳定性。堆载预压法处理深度一般达10m左右，真空预压法处理深度可达15m左右。,（3）强夯法强夯法是法国L梅纳（Menard）1969年首创的一种地基加固方法，即用几十吨重锤从高处落下，反复多次夯击地面，对地基进行强力夯实。实践证明，经夯击后的地基承载力可提高25倍，压缩性可降低200500，影响深度在10m以上。（4）振冲法振冲法是振动水冲击法的简称，按不同土类可分为振冲置换法和振冲密实法两类。振冲法在粘性土中主要起振冲置换作用，置换后填料形成的桩体与土组成复合地基；在砂土中主要起振动挤密和振动液化作用。振冲法的处理深度可达10m左右。,（5）深层搅拌法深层搅拌法系利用水泥或其它固化剂通过特制的搅拌机械，在地基中将水泥和土体强制拌和，使软弱土硬结成整体，形成具有水稳性和足够强度的水泥土桩或地下连续墙，处理深度可达812m。（6）砂石桩法振动沉管砂石桩是振动沉管砂桩和振动沉