华南理工大学本科基础工程PPT课件

1、绪 论本章主要内容：“基础工程”的函义与性质地基及基础的概念本课程所属学科及所涉及的知识领域地基基础设计的基本原则地基基础设计方案学科发展简介课程特点及学习要求第1页/共48页地基与基础示意图地基与基础示意图地基持力层地基持力层下卧层下卧层第2页/共48页 一、“基础工程”的函义与性质 1.土力学（指工程实用土力学）是一门实用的科学，土木工程的一个分支，它主要研究土的工程性状、解决工程问题太沙基 前两句：学科的性质实用科学，土木工程的分支 后两句：是土力学和基础工程两部分 第一届国际土力学会议定名为土力学及基础工程（SM.FE） 基础工程是指与土有关的工程问题。第3页/共48页 欧洲国家（法、

2、英、德）用拉丁语表达为Geotechnique土工学，在苏联则称为地基及基础。 20世纪70年代后，国际会议把SM.FE改为GT.。 2.“土力学”及“基础工程” 土力学学科的理论基础，研究岩土（工程载体）的特性及其应力应变、强度、渗流的基本规律 基础工程则为在岩土地基上进行工程的技术问题 两者互为理论与应用的整体，所以“基础工程”就是岩土地层中建筑工程的技术问题。第4页/共48页 某一建筑结构在岩土地层上的工程为上部结构工程，而基础工程则为下部结构工程。英语称之为“Foundation Engineering”，其意义是指包括地基及基础在内的下部结构工程。 基础工程就是研究下部结构物与岩土相

3、互作用共同承担上部结构物所产生各种变形与稳定问题。 桩、墩基、箱基、支挡结构、围护结构、水泥搅拌体，砂石桩体，锚固，土钉、砂井等等，都可视为结构物与岩土相互作用问题。 第5页/共48页二、地基及基础的概念 1基础：建筑物的下部结构 材料人造材料（砖、石、砼） 部位下部结构 作用传递建筑物的荷载 2地基：受建筑物荷载影响的那一部分地层 材料地壳（土、岩石） 部位地壳表层 作用承担建筑物的全部荷载第6页/共48页三、本课程所属学科及所涉及的 知识领域所属学科：岩土工程所涉及的知识领域：1. 工程地质学 岩土的成因、特性；岩土工程勘察；不良地质现象2. 土力学 岩土的应力、变形、强度、稳定性和渗流3

4、. 基础工程学4. 其它 材料力学、结构力学、钢筋混凝土结构、建筑施工第7页/共48页四、地基基础设计的基本原则 1. 强度要求：基底压力不超过地基承载力 2. 变形要求：地基变形不超过建筑物的地基变形允许值 3. 基础应具有足够的强度、刚度和耐久性第8页/共48页加拿大特朗斯康谷仓加拿大特朗斯康谷仓 事故：事故：19131913年年9 9月装谷物，月装谷物，1010月月1717日装了日装了31822t31822t谷物时，谷物时，1 1小时竖向沉降达小时竖向沉降达30.5cm30.5cm2424小时倾斜小时倾斜26265353西端下沉西端下沉7.32m7.32m 东端上抬东端上抬1.52m1.

5、52m上部钢混筒仓完好无损上部钢混筒仓完好无损概况：长概况：长59.4m59.4m，宽，宽23.5m23.5m，高，高31.0m31.0m，共，共6565个圆筒仓。个圆筒仓。 钢混筏板基础，厚钢混筏板基础，厚61cm61cm，埋深，埋深3.66m3.66m。 1911 1911年动工，年动工，19131913年完工，自重年完工，自重20000T20000T。第9页/共48页第10页/共48页加拿大特朗斯康谷仓加拿大特朗斯康谷仓 原因：地基土事先未进行调查，据邻近结构物基槽开挖取土试验结果，计算地基承载力应用到此谷仓。1952年经勘察试验与计算，地基实际承载力远小于谷仓破坏时发生的基底压力。因此

6、，谷仓地基因超载发生强度破谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动坏而滑动。处理：处理：事后在下面做了七十多个支撑于基岩上的混凝土墩，使用事后在下面做了七十多个支撑于基岩上的混凝土墩，使用388388个个50t50t千斤顶以及支撑系统，才把仓体逐渐纠正过来，千斤顶以及支撑系统，才把仓体逐渐纠正过来，但其位置比原来降低了米。但其位置比原来降低了米。 第11页/共48页香港宝城滑坡香港宝城滑坡 19721972年7 7月某日清晨，香港宝城路附近，两万立方米残积土从山坡上下滑，巨大滑动体正好冲过一幢高层住宅-宝城大厦，顷刻间宝城大厦被冲毁倒塌并砸毁相邻一幢大楼一角约五层住宅。死亡死亡7 7人。人。原因：山坡

7、上残积土本身强度较低，加之雨水入渗使其强度进一步大大降低，使得土体滑动力超过土的强度，于是山坡土体发生滑动。第12页/共48页第13页/共48页Early 1972 滑坡前滑坡前June 1972 滑坡后滑坡后第14页/共48页阪神大地震中地基液化神户码头：神户码头：地震引起大面积砂土地基液化后产生很大的侧向变形和沉降，大量的建筑物倒塌或遭到严重损伤 液化：松砂地基在振动荷载作液化：松砂地基在振动荷载作用下用下丧失强度变成流动状态丧失强度变成流动状态的的一种现象一种现象第15页/共48页阪神大地震中地基液化神户码头：神户码头：沉箱式岸墙因砂土地基液化失稳滑入海中第16页/共48页以上几个实例可

8、归结为与土有关的强度问题第17页/共48页第18页/共48页比萨斜塔目前：目前：塔向南倾斜，南北两端沉降差塔向南倾斜，南北两端沉降差1.80m1.80m， 塔顶离中心线已达塔顶离中心线已达5.27m5.27m，倾斜，倾斜5.55.513601360：再复工，至再复工，至13701370年竣工，全塔共年竣工，全塔共8 8层，高度为层，高度为55m55m12721272：复工，经复工，经6 6年，至年，至7 7层，高层，高48m48m，再，再停工停工11781178：至至4 4层中，高约层中，高约29m29m，因倾斜停工，因倾斜停工11731173：动工动工原因：地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土

9、层，强度较低，变形较大。1590:1590: 伽利伽利略在此塔做略在此塔做落体实验落体实验 第19页/共48页第20页/共48页比萨斜塔1838-18391838-1839：挖环形基坑卸载1933-19351933-1935：基坑防水处理 基础环灌浆加固19901990年年1 1月月: : 封闭19921992年年7 7月：月：加固塔身，用压重 法和取土法进行地 基处理目目 前前: : 已向游人开放。 处理措施第21页/共48页虎丘塔问题：塔身向东北方向严重倾斜，塔 顶离中心线已达2.31m2.31m，底层 塔身发生不少裂缝，成为危险 建筑物而封闭。概况：概况：位于苏州市虎丘公园山顶，落成位于

10、苏州市虎丘公园山顶，落成于宋太祖建隆二年（公元于宋太祖建隆二年（公元961961年）。全年）。全塔塔7 7层，高层，高47.5m47.5m，塔的平面呈八角形。，塔的平面呈八角形。原因：坐落于不均匀粉质粘土层上， 产生不均匀沉降。处理：在塔四周建造一圈桩排式地下 连续墙并对塔周围与塔基进行 钻孔注浆和打设树根桩加固塔 身，获得成功。第22页/共48页第23页/共48页第24页/共48页问题：问题：19541954年年5 5月开工，当年月开工，当年底基础平均沉降达底基础平均沉降达60cm60cm。19571957年年6 6月，中央大厅月，中央大厅四角沉降量最大达四角沉降量最大达146.55cm14

11、6.55cm，最小沉降量，最小沉降量122.80cm122.80cm。19791979年9 9月，展览馆中央大厅累计平均沉降160cm160cm上海展览中心馆中央大厅框架结构、箱中央大厅框架结构、箱形基础形基础(d(d7.27m)7.27m)，两，两翼为条形基础。箱基顶翼为条形基础。箱基顶面至中央大厅塔尖面至中央大厅塔尖96.63m96.63m第25页/共48页某火车站结构型式：中部框架结构结构型式：中部框架结构( (钢筋砼楼面钢筋砼楼面) )，两翼混合结构，两翼混合结构( (木楼面木楼面) )问题：两翼墙基向中部倾斜，致使墙体、窗台及钢筋砼楼面出现问题：两翼墙基向中部倾斜，致使墙体、窗台及钢

12、筋砼楼面出现严重裂缝严重裂缝处理方法：处理方法： 起先曾加宽中部基础，继之又一再加固；起先曾加宽中部基础，继之又一再加固； 拆除两翼木楼面改成钢筋砼楼面、拆除严重开裂拆除两翼木楼面改成钢筋砼楼面、拆除严重开裂墙体、更换部分钢筋砼梁。墙体、更换部分钢筋砼梁。第26页/共48页问题：问题：地基严重下沉。解放初地基严重下沉。解放初期，锦江饭店大门朝北期，锦江饭店大门朝北、由长乐路上几个台阶、由长乐路上几个台阶进入饭店，进入饭店，19791979年年9 9月月，地基沉降量达，地基沉降量达150cm150cm，饭店一层的室内地坪，饭店一层的室内地坪比长乐路室外地面反而比长乐路室外地面反而低低5 5个台阶

13、。（西侧院个台阶。（西侧院墙新开一扇大门）墙新开一扇大门）上世纪7070年代末兴建锦江饭店新楼接待外宾上海锦江饭店高高1515层，钢结构层，钢结构第27页/共48页问题：问题：沉降量达沉降量达4m4m，临近的公路下沉，临近的公路下沉2m2m，公路路面至艺术宫门前高，公路路面至艺术宫门前高差达差达2m2m，参观者需下九步台阶进入艺术宫。，参观者需下九步台阶进入艺术宫。墨西哥市艺术宫19401940年落成年落成第28页/共48页问题：问题：沉降沉降2.22.2米，米，且左右两部分且左右两部分存在明显的沉存在明显的沉降差。左侧建降差。左侧建筑物于筑物于19691969年年加固。加固。墨西哥某宫殿左部

14、：17091709年；右部：16221622年；地基：2020多米厚的粘土第29页/共48页问题：问题：使用若干年后，使用若干年后，侧厅向外朝东倾侧厅向外朝东倾斜。斜。瑞典皇宫建于建于1818世纪中叶世纪中叶侧厅采用木桩基侧厅采用木桩基础。础。处理方法：处理方法：19201920年采用年采用1m1m厚混凝土板加在侧厅下。但沉降速率反而增加，厚混凝土板加在侧厅下。但沉降速率反而增加，19501950年代沉降观测表明，每年沉降量为年代沉降观测表明，每年沉降量为2.5mm2.5mm。19631963年在侧厅下加混凝土桩（打至基岩）。年在侧厅下加混凝土桩（打至基岩）。第30页/共48页由于沉降相互影响

15、，两栋相邻的建筑物上部接触由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触Kiss第31页/共48页基坑开挖，引起阳台裂缝基坑开挖，引起阳台裂缝第32页/共48页修建新建筑物：引起原有建筑物开裂修建新建筑物：引起原有建筑物开裂第33页/共48页高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除第34页/共48页建筑物立面高差过大建筑物立面高差过大第35页/共48页建筑物过长：长高比建筑物过长：长高比7.6:17.6:1第36页/共48页关西机场 世界最大人工岛19861986年：年：开工开工19901990年：年：人工岛完成人工岛完成19941994年：年：机场运营机场运营面积

16、：面积：4370m4370m1250m1250m填筑量：填筑量6m m3 3平均厚度：平均厚度：33m33m第37页/共48页关西机场设计时预测沉降：5.75.77.5 m7.5 m完成时实际沉降：8.1 m8.1 m，5cm/5cm/月(1990(1990年) )预测主固结完成：2020年后比设计超填：3m3m问题：沉降大且有不均匀沉降第38页/共48页以上几个实例可归结为以上几个实例可归结为与土有关的变形问题变形问题第39页/共48页五、地基基础设计方案 1、地基与基础分类 地基：可分为天然地基和人工地基两类 天然地基其强度和变形都能满足要求 人工地基需先作地基处

17、理 基础：可分为浅基础和深基础两类 浅基础按常规施工手段能修建的基础 深基础用特殊施工手段或工艺修建的基础第40页/共48页 2、地基基础设计方案 天然地基上的浅基础 人工地基上的浅基础 天然地基上的深基础 深、浅基础相结合（桩-筏基础、桩-箱基础）第41页/共48页 真正成为一门工程科学工程实用土力学（太沙基，1925 ） 第一届国际土力学及基础工程学术会议（1936年，哈佛），至今已17届，特别是在70年代以来，把学科推向现代化。 在理论上： 土力学（饱和砂土的有效应力原理、线弹性力学） 土塑性力学（考虑土的结构影响粘弹塑体的应力、应变、强度的数学模型） 饱和土 非饱和土 土动力学（土的动

18、力特性）等等。年轻的应用学科第42页/共48页 在基础工程应用技术上： 超高层建筑物（数百米高） 地下多层基础工程（百余米深） 大型钢厂的深基础 海洋石油平台基础，海上大型混凝储油罐 人工岛（关西机场） 条件复杂的高速公路路基 跨海大桥的桥梁基础等工程技术 使桩基、墩基、地基处理、不断革新、走向现代 改革开放以来，深圳、广州、上海浦东，以及沿海的中等城市的大规模现代化建设，数以万计的高层建筑，三峡水利工程，南水北调工程，青藏铁路线，全国各省市高速公路等成功实践，有效促进我国基础工程现代化的发展。第43页/共48页七、课程特点及学习要求 课程的特点： 是一门工程学科，专门研究建造在岩土地层上建筑物基础及有关结构物的设计与建造技术的工程科学。第44页/共48页解决地基基础问题的合理途径：解决地基基础问题的合理途径：勘察室内、原位试验室内、原位试验设计理论、经验理论、经验施工监测判别安全度判别安全度评价设计的合理程度，信息化施工评价设计的合理程度，信息化施工第45页/共48页 根据建筑物对基础功能的特殊要求，通过勘探，试验，原位测试等，了解岩土地层的工程性质 结合工程实际，运用土力学及工程结构的基本原理，分析岩土地层与基础工程结构物的相互作用及其变形与稳定的规律 作出合理的基础工程方案和建造技术措施，确保建筑物的安全与