土木工程概论——基础工程课PPT课件

1、第1页/共78页第2页/共78页第3页/共78页第4页/共78页第5页/共78页第6页/共78页4.现代土力学的第一阶段(19011927) 该阶段对粘土性质的认识有了重大突破，其中最重要的是Terzaghi的有效应力原理；包括：分类试验(Atterberg，1910)，第一次实际的剪切盒实验及对它的应用(Bell，1915)，Fellenius和他的瑞典同事进行的滑动圆弧分析和强度实验(19161926)，以及Terzaghi对固结抗剪强度的基础性研究( 19211927)。 Albert Mautitz Atterberg(18461916)，瑞士化学家和土壤科学家，从 1877年开始担任

2、位于卡尔马(Kalmar)的瑞士农业研究所所长。 Arthur Langtry Bell(18741956)，19011934和19401946年间，作为土木工程师在海军中服役。他的论文曾被英国土木工程师学会授予天福 (Telford)金奖。 Wolmar Fellenius(18671953)，铁路工程师出身，19051911年间任哥德堡(Gothenburg)设计部门的负责人，随后在斯德哥尔摩担任水力工程的主席，直到1942年退休。他是岩土工程协会的成员，从1919后任主席。第7页/共78页第8页/共78页第9页/共78页 工程地质勘察的目的主要是查明工程地质条件，分析存在的地质问题，对建

3、筑地区作出工程地质评价。 工程地质勘察的任务是按照不同勘察阶段的要求，正确反映场地的工程地质条件及岩土体性状的影响，并结合工程设计、施工条件，以及地基处理等工程的具体要求，进行技术论证和评价，提出岩土工程问题及解决问题的决策性具体建议，并提出基础、边坡等工程的设计准则和岩土工程施工的指导性意见，为设计、施工提供依据，服务于工程建设的全过程。 工程地质勘察三阶段 1、可行性研究勘察（选址勘察） 2、初步勘察 3、详细勘察第10页/共78页岩土工程勘察的方法或技术手段，有以下几种：(1)工程地质测绘。(2)勘探与取样。(3)原位测试与室内试验。(4)现场检验与监测。第11页/共78页 3.1.1

4、工程地质测绘 工程地质测绘是工程地质勘察中一项最重要最基本的勘察方法，也是诸勘察工作中走在前面的一项勘察工作。它是运用地质、工程地质理论对与工程建设有关的各种地质现象进行详细观察和描述，以查明拟定建筑区内工程地质条件的空间分布和各要素之间的内在联系，并按照精度要求将它们如实地反映在一定比例尺的地形设计图上。配合工程地质勘探、试验等所取得的资料编制成工程地质图，作为工程地质勘察的重要成果提供给建筑物规划、设计和施工部门参考。3.1 岩土工程勘查第12页/共78页各种测量仪器的使用 经纬仪：主要用于测量水平角和竖向角； 水准仪：主要作用为提供一条水平视线，照水准尺进行读数，量得并算出高程； 测距仪

5、：用于测量距离； 其它：平板仪、钢卷尺、水准尺、测钎、标杆等。DJ2光学经纬仪3.1岩土工程勘察第13页/共78页DJ6光学经纬仪Dzs3水准仪3.1岩土工程勘察第14页/共78页 3.1.2 岩土工程勘探方法 勘探的方法包括 钻探、井探、槽探、洞探、地球物理勘探等 3.1.3 原位测试 原位测试与室内试验的主要目的，是为岩土工程问题分析评价提供所需的技术参数，包括岩土的物性指标、强度参数、固结变形特性参数、渗透性参数和应力、应变时间关系的参数等。原位测试一般都藉助于勘探工程进行，是详细勘察阶段主要的一种勘察方法。3.1 岩土工程勘查第15页/共78页进行房屋结构设计时，为了保证地基安全可靠，

6、使房屋的沉降量在规定的容许范围内，还要做到以下几点： 对建设场地的地质情况，认真进行勘察，通过钻孔取样了解土层、岩层的分布；3.1 岩土工程勘查第16页/共78页第17页/共78页3.1 岩土工程勘查第18页/共78页 确定建设场地地基的地基承载力 对场地有代表性的土层试样进行土工实验，测定土的物理力学性质指标或在场地进行原位试验（载荷试验）。3.1 岩土工程勘查第19页/共78页3.1 岩土工程勘查第20页/共78页工程地质勘察报告的整理及阅读 重要性； 整理的依据； 勘察报告的内容 场地地形图 勘探点的平面布置图 工程地质剖面图 地基各土层的物理力学性质总表 提出有关地基基础设计参数如基础

7、埋置深度、地基承载力、地下水位。n 根据场地地质资料进行综合分析，提出多种地基基础设计方案比较，为房屋结构设计和施工提供重要依据。3.1 岩土工程勘查第21页/共78页第22页/共78页 土力学 利用力学原理，研究土的应力变形、强度、稳定和渗透性及其随时间变化规律的科学。 基础 将埋入土层一定深度的建筑物下部承重结构称基础。 地基 把土层中附加应力与变形所不能忽略的那部分土(岩)层称为地基。 地基的范围(正常情况下卧层土自然压密状态强度高于持力层） 持力层：埋置基础的土层即位于基础底面第一层土。 下卧层：在地基范围内持力层以下的土层。 软弱下卧层：强度低于持力层的下卧层。 基础埋置的土层： 应

8、埋置在良好的持力层上。 基础知识3.2 浅基础第23页/共78页1.地基直接支承建筑物的天然土，不是建筑物的组成部分。天然地基本身具有足够的强度，能直接承受建筑物荷载人工地基本身的承载能力弱，或建筑物上部荷载较大，须预先对土壤层进行人工加工或加固处理（压实法、换土法、打桩法以及化学加固法等）后才能承受建筑物荷载3.2 浅基础第24页/共78页2.地基土的工程分类 这里指的土包括岩石，岩石是广义的土。 岩石：指颗粒间牢固联结的整体的或具有节理、裂隙的岩体。其承载能力视岩石风化程度而异，一般在2004000kpa； 碎石土：按粗细程度又分为块石、碎石、角砾等，其承载力约在2001000kpa； 砂

9、土：按粗细程度分砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂，地基承载力在140500 kpa； 粉土：其工程性质介于粘性土和上述无粘性土之间的土。 粘性土：具有明显的粘性、可塑性、压缩性，地基承载力在105410kpa； 人工填土：包括素填土、杂填土、冲填土；成分、工程性质复杂。3.2 浅基础第25页/共78页3.土的基本工程特性土具有压缩性这是由土的三相组成决定的。s固相：固体颗粒（岩石碎屑、矿物颗粒）液相：孔隙中的水气相：孔隙中的气体S 为地基沉降量即建筑物沉降量见土的三相图3.2 浅基础第26页/共78页4.关于地基承载力的概念 指保证在地基稳定条件下，地基压缩变形在房屋容许范围内时，地基单位面积上所

10、能承受的最大荷载。Pf地基的强度条件要求是：fP 3.2 浅基础第27页/共78页 根据基础材料的受力性能和构造形式分为：独立基础、条形基础、筏形基础和箱形基础。3.3 浅基础 浅基础：当基础埋置深度不大（一般浅于5m或小于基础最小宽度），只须经过普通施工方法就可以建造起来的基础。 3.2.1、刚性基础（无筋扩展基础） 材料：砖、块石、毛石、素混凝土、三合土和灰土等。 材料性能特点：抗压强度高，抗拉强度、抗剪强度低。 构造要求：基础的外伸宽度和基础高度的比值（台阶宽高比）不超过规定的允许值。 适用范围：6层和6层以下的（三合土基础不超过4层）一般民用建筑和墙承重的厂房。第28页/共78页3.3

11、 浅基础砖基础石基础素混凝土基础第29页/共78页 二、扩展基础（柱下钢筋混凝土独立基础和墙下钢筋混凝土条形基础）3.3 浅基础 受力特点：在基础内配置足够的钢筋来承受拉应力和弯矩，使基础在受弯时不致破坏。因而不受台阶宽高比的限制，可以做成扁平形状。 基础材料：钢筋混凝土第30页/共78页3.3 浅基础柱下独立基础墙下条形基础 扩展基础和无筋扩展基础又有柱下独立基础和墙下条形基础两种形式。第31页/共78页3.3 浅基础第32页/共78页3.3 浅基础第33页/共78页1、独立基础 独立基础柱下基础的基本形式3.2.3、浅基础的结构形式 第34页/共78页3.3 浅基础 上部荷载较大，地基承载

12、力较低时，独立基础底面积不能满足设计要求。这时可把若干柱子的基础连成一条构成柱下条形基础，以扩大基底面积，减小地基反力，并可以通过形成整体刚度来调整可能产生的不均匀沉降。单向条形基础2、条形基础 第35页/共78页十字交叉条形基础（双向条形基础、交梁基础）3.3 浅基础第36页/共78页墙下条基 墙下条基素砼垫层 混合结构墙下条基 柱下条基（可形成井格形） 框架结构基础梁 框架结构柱下条基 第37页/共78页梁板式筏形基础 板式筏形基础 3、筏形基础 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

13、混凝土板，作为房屋的基础，称为筏形基础。第38页/共78页3.3 浅基础筏形基础第39页/共78页4、箱形基础3.3 浅基础 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。箱形基础第40页/共78页箱形式基础（左上图）利用箱型基础的内部空间（右上图）第41页/共78页3.3 浅基础第42页/共78页 5、壳体基础3.3 浅基础 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。第43页/共78页 根据基础的作用和受力分析，要理解基础

14、设计的基本思路。Pf 基础设计要满足的一个基本前提：fP 思考：为什么基础底部与土体接触处的尺寸要比墙、柱尺寸大得多？3.3 浅基础第44页/共78页 正是由于地基土质较差，基础埋置较浅，仅3.05米,在建到第三层时,基础发生不均匀沉降。塔顶中心点偏离中心线2.1米,现已偏离5.2米,终成斜塔。 3.3 浅基础第45页/共78页3.3 深基础定义 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。 桩（墩）基础、沉井沉箱、锚拉基础、板桩墙及地下连续墙一类的支挡结构，则常被统称为深基础。第46页/共78页桩基础（左上图）桩基承台（左下图）基坑局部（打桩完成后）

15、（右上图）基础底板局部浇捣完毕（右下图）第47页/共78页二、深基础的类型第48页/共78页桩基础的分类：（1）按桩身材料分类 木桩、混凝土桩、钢筋混凝土桩、钢桩、其它组合材料桩。1、桩基础（2）按施工方法分类预制桩、灌注桩两大类。第49页/共78页（3）按承载性状分类端承型桩和摩擦型桩第50页/共78页 主要桩型的特点类型优 点缺 点适 用 范 围预制桩 1预制桩制作方便 2桩身质量易于保证 3材料强度高，耐腐蚀性强 4桩的单位面积承载力较高 1打桩噪音大，振动大 2沉桩时有明显的挤土影响，不易穿透较厚的坚硬地层 3截桩困难 4桩的截面尺寸有限 5造价高 1适于对噪声污染、挤土和振动影响没有

16、严格限制的地区 2穿透的中间层较弱或没有坚硬的土层，且持力层埋置深度变化不大的地区 3地下水位较高或水下工程 4大面积打桩工程灌注桩 1振动小，噪音小 2用钢量少，比预制桩经济 3工序简便，使用机具较少 4没有接头 5可做成大直径和大深度的桩，具有很大的单桩承载能力 1桩的质量不易控制和保证，检测工作麻烦 2桩身强度比预制桩低 3采用泥浆护壁时，废泥浆处理麻烦 1一般不受土质条件限制，适用于各种地层 2一般情况下，不宜用于水下工程桩的选型桩型与工艺选择应根据建筑结构类型、荷载性质、桩的使用功能、穿越土层、桩端持力层土类、地下水位、施工设备、施工环境、施工经验、制桩材料供应条件等情况，选择经济合

17、理、安全适用的桩型和成桩工艺。第51页/共78页2、地下连续墙 地下连续墙技术起源于欧洲，它是根据凿井和石油钻井所用膨润土泥浆护壁和浇灌水下混凝土工艺应用于工程而发展起来的。1950年正式在意大利米兰工程中应用，我国70年代起用于建筑工程，近几年在地下等工程应用已十分普遍。 地下连续墙的优点是刚度大,既挡土又挡水,施工时无振动,噪音低,可用于任何土质。第52页/共78页沉井基础动画4、沉井基础沉井施工过程:基坑开挖铺砂垫层和承垫木沉井制作抽取承垫木挖土下沉封底回填浇筑其它部分结构。 第53页/共78页5、沉箱基础第54页/共78页3.4 不均匀沉降 一、定义 1、一般是指同一结构体中，相邻的两

18、个基础沉降量的差值 是反映土木工程结构地基的变形特征的重要指标； 2、差异沉降过大，就会使相应的上部结构产生额外应力； 3、差异沉降将会产生裂缝，倾斜甚至破坏。 地基的不均匀沉降会造成建筑物的开裂，影响其使用功能的发挥，因此，设计中必须考虑如何防止或减轻不均匀沉降造成的危害。第55页/共78页3.5 不均匀沉降 二、减小地差异沉降的主要措施 1、在设计时尽量使上部荷载中心受压，均匀分布； 2、遇到高低相差悬殊或地基软硬突变时，要合理设置沉降缝； 3、增加上部结构对地基不均匀对地基协调作用。如在砌体结构中设置圈梁以增强结构得整体性； 4、合理安排施工工序和采用合理的施工方法第56页/共78页3.

19、5 不均匀沉降建筑物高差太大建筑物的长高比第57页/共78页3.5 地基处理第58页/共78页3.6 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。第59页/共78页3.6 地基处理 近40年来，国外在地基处理技术方面发展十分迅速，老方法得到改进，新方法不断涌现。在20世纪60年代中期，从如何提高土的抗拉强度这一思路中，发展了土的“加筋法”；从如何有利于土的排水和排水固结这一基本

20、观点出发，发展了土工合成材料、砂井预压和塑料排水带；从如何进行深层密实处理的方法考虑，采用加大击实功的措施，发展了“强夯法”和“振动水冲法”等。另外，现代工业的发展对地基工程提供了强大的生产手段，如能制造重达几十吨的强夯起重机械；潜水电机的出现，带来了振动水冲法中振冲器的施工机械；真空泵的问世，才能建立真空预压法；生产了大于200个大气压的压缩空气机，从而产生了“高压喷射注浆法”。 第60页/共78页3.6 地基处理第61页/共78页3.6 地基处理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。 地基用换填法处理 第62页/共78页3.6 地基处理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。 第63页/共78页3.6 地基处理 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