基础工程 - Shandong University

1、1山东大学山东大学主讲教师主讲教师 王广月王广月2绪绪 论论一、地基及基础的概念一、地基及基础的概念二、地基基础在工程中的重要性二、地基基础在工程中的重要性 三、本学科的发展概况三、本学科的发展概况四、本课程的特点和学习要求四、本课程的特点和学习要求3一、地基及基础的概念一、地基及基础的概念 建筑物的全部荷载均由其下的地层来建筑物的全部荷载均由其下的地层来承担。受建筑物影响的那一部分地层称为承担。受建筑物影响的那一部分地层称为地基地基；建筑物向地基传递荷载的下部结构；建筑物向地基传递荷载的下部结构称为称为基础基础。建筑物建筑物上部结构上部结构基基 础础地地 基基4基基 础础上部结构上部结构地地

2、 基基建筑物三部分示意图建筑物三部分示意图56 地基基础设计必须满足地基基础设计必须满足 的基本条件的基本条件 建筑物的建造使地基中原有的建筑物的建造使地基中原有的应力状态应力状态发生变化，所以地基基础的设计必须满足：发生变化，所以地基基础的设计必须满足： a.a.作用于地基的荷载不超过地基的承载作用于地基的荷载不超过地基的承载能力（能力（地基土的强度问题地基土的强度问题）；）； b.b.控制基础沉降使之不超过允许值（控制基础沉降使之不超过允许值（地地基土的变形问题基土的变形问题）。）。7基础基础浅基础浅基础深基础深基础地基地基天然地基天然地基人工地基人工地基8人工地基人工地基重锤夯实加固振动

3、压实加固9基础旋喷桩加固化学加固法 地基加固10堆载预压法堆载预压法 （排水固结法）（排水固结法）11人工地基的特点：人工地基的特点：施工周期长，造价高，承载力相对提高少。施工周期长，造价高，承载力相对提高少。结论：通过技术经济比较，尽可能利用结论：通过技术经济比较，尽可能利用 天然地基。天然地基。12二、地基基础在工程中的重要性 特点特点 隐蔽工程，处理困难，事故危害大； 工程造价高，占20-25%； 设计上应做方案比较。 实例实例 比萨斜塔、虎丘塔（地基不均匀沉降）； 加特朗斯康谷仓、巴桩基大厦（地基破坏）； 上海锦江饭店整体下沉、香港宝成大厦失稳。1314158层55m，直径（底部）16

4、m修建时间：11731350偏离中心5.27m，倾斜5.5o意大利比萨斜塔意大利比萨斜塔16 比萨斜塔位于意大利中部比萨古城内的教堂广场上. 兴建至第三层三层时，发现塔体开始倾斜，工程被迫停工。塔体出现倾斜的主要原因是土层强度差，塔基的基础深度不够（只有3米深），再加上用大理石砌筑的塔身非常重，因而造成塔身不均衡下沉所致。这种情况的发生，完全是由于建筑师对当地地质构造缺乏全面、缜密的调查和勘测，使其设计有误、奠基不慎造成的。 17 塔停建96年后，又开始继续施工。为了防止塔身再度倾斜，工程师们采取了一系列补救措施。如，采用不同长度的横粱和增加塔身倾斜相反方向的重量等来设法转移塔的重心。但由于建

5、成的三层倾斜已成事实，所以，全塔建成后，塔顶中心点还是偏离塔体中心垂直线2米左右。 600多年来，因松散的地基难以承受塔身的重压，仍然继续而缓慢地向南倾斜。塔基南面已开始下沉。特别是近一个世纪以来，塔已向南倾斜了大约30厘米，斜度达到8度，塔身超过垂直平面5.1米。18 意大利发生的一次大地震使斜塔受到了强大的冲击，整个塔身大幅度摇晃达22分钟之久，极其危险。幸运的是，该塔仍巍然屹立。这种“斜而不倾”的现象，堪称世界建筑史上的奇迹，使比萨斜塔闻名遐迩。 这座堪称世界建筑史奇迹的斜塔，不仅以它“斜而不倒”闻名天下，还因为1590年，意大利的伟大科学家伽俐略，曾在斜塔的顶层做过自由落体运动的实验，

6、让两个重量相差10倍的铁球，同时从塔顶落下，结果，两球同时着地，一举推翻了束缚人们思想近2000年的希腊著名学者亚里士多德关于重量不同的物体其下落的速度也不相同的“物体下落速度与重量成正比”的理论。 19正在纠偏中的比萨斜塔局部 20尽管比萨斜塔正处于拯救之中，但游客仍络绎不绝 21比萨斜塔是属于比萨大教堂的一座钟楼，是一组古建筑群的组成部分 22苏州虎丘塔，建于公元959961年期间，7级8角形砖塔，塔底直径13.66m，高47.5m。塔顶1957年位移1.7m，1978年2.3m。重心偏离基础轴线0.924m。虎丘塔虎丘塔23加拿大特郎斯康谷仓的地基破坏事故加拿大特郎斯康谷仓的地基破坏事故

7、 24加拿大transcona 谷仓 加拿大transcona 谷仓，建于1913年。高31m，宽23m。地基破坏后，西侧下陷8.8m，东侧抬高1.5m，倾斜27o。后用388个50t千斤顶纠正，但位置较原先下降4m。25加拿大transcona 谷仓 事后进行勘查分析，发现基底之下为厚十余米的淤泥质软粘土层。地基的极限承载力为251kpa，而谷仓的基底压力已超过300kpa，从而造成地基的整体滑动破坏。基础底面以下一部分土体滑动，向侧面挤出，使东端地面隆起。26上海展览中心上海展览中心地基严重下沉地基严重下沉27墨西哥市艺术宫墨西哥市艺术宫 地基土为超高压缩性地基土为超高压缩性土，天然孔隙比

8、土，天然孔隙比712，天然含水量，天然含水量150600，为世界为世界罕见的软弱土，层罕见的软弱土，层厚厚25m。下沉达。下沉达4m，旁边的道路下沉旁边的道路下沉2m。28广州地铁三号线广州地铁三号线附近居民楼倾斜附近居民楼倾斜29图中所示为加拿大某农场容量为 2500t 的饲料筒，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。30图为1995年1月17日发生在神户的里氏7.2级地震造成的桥梁地基及结构的破坏。 31地基变形引起的建筑物开裂32 三、基础工程的现状和发展方向三、基础工程的现状和发展方向(一一)现状现状1.基础工程学科基础工程学科 研究地基基础

9、强度研究地基基础强度刚度刚度稳定性的规律及设计稳定性的规律及设计施工施工检测与维护各种地基检测与维护各种地基基础的专门学科基础的专门学科. . 基础工程学科与土木工程的许多学科相关基础工程学科与土木工程的许多学科相关. .如涉及到力学如涉及到力学土力学土力学工程地质工程地质钢筋混凝土结构建筑材料钢筋混凝土结构建筑材料建筑施建筑施工等多学科工等多学科, ,综合性强综合性强. .332.2.基础工程现状基础工程现状 随着我国经济及科技发展,使基础工程无论在设计理论上,还是施工技术上,得到了迅速发展,出现了诸如补偿式基础、桩-筏基础、桩箱基顾；在平面设计上，出现了三角形、十字形、扇形、双曲形等复杂异

10、型平面。 地基处理技术方面，出现了置换法、预压法、压实和夯实法、挤密法等，同时复合地基理论也得到了发展。 深基础开挖和支护工程的需要，出现了地下连续墙、深层搅拌水泥挡墙、锚杆支护及加筋土等支护结构形式。343.有关基础工程的规范、规程 在大量理论研究与实践经验积累的基础上，有关基础工程的各种设计与施工规范或规程也相应问世，并日趋完善。这为基础工程设计与施工方面做到技术先进，经济合理、安全适用、确保质量提供了充分的理论与实践经验的依据。35(二)、发展方向1.基础理论研究方面2.测试技术方面 如何合理的建立计算模型与选取计算参数是制约基础工程设计计算发展的瓶颈。随着计算机技术的发展,各种实验手段

11、的提高及计算方法的完善,为提高基础工程分析水平,突破制约基发展的瓶颈提供了可能。 由于岩土材料的非弹性性质，对应力路径的敏感性等特性，使得合理、有效地模拟岩土的受力变形过程具有挑战性。提高测试技术水平、改善和提出测试技术手段以及试验设备和方法的标准化已成为岩土工程的一个重要方向。363.高层建筑的地基基础工程方面 随着城市化进程的加快，城市用地日益紧张，高层建筑数量急剧增多，使得高层次建筑的地基基础工程方面的问题日益突出，深基坑支护和地基基础方案的选择、设计、施工、监测、上部结构和地基基础共同作用的问题都引起了工程界极大的兴趣。4.地基处理技术方面 地基处理的目的在于改善地基土的工程性质，其方

12、法有很多。每种方法都有其不同的加固机理和适用条件，在工程实践中必须根据工程的要求、地其土的特点及当地施工技术水平，选用安全可靠、经济合理、保护环境的方法。经济建设的快速发展，使得建（构）筑物对地基基础的要求不断提高，必然导致各类不同类型的地基处理技术断出现，促进了地基处理技术的进一步发展。375.既有建筑地基基础加固方面 对既有建筑的改建、增层、加固工程日趋增多，对已有建（构）筑物的地基进行正确的评价是搞好此类工程的重要保证之一，重视地基工程性质的评价，提出合理的承载力值，加强地基加固与托换技术的探讨研究，也是基础工程的重要发展方向之一。以下为基础工程实例3839墙下条形基础404142锅炉房

13、筏板基础锅炉房筏板基础 43模板 筏板基础模板筏板基础模板 44南京地铁火车站基坑施工现场南京地铁火车站基坑施工现场45基基坑坑工工程程4647边坡支护工程照片边坡支护工程照片48四、本课程的特点和学习要求四、本课程的特点和学习要求 1.本课程的主要内容 本课程主要系统介绍基础工程的设计原则和方法，其内容包括天然地基上浅基础的设计与计算，筏形基础与箱形基础、桩基础，常用的地基处理方法。2.本课程的课程特点 (1)课程内容广泛，综合性强 基础课程涉及到诸多的土木工程专业技术基础课及专业课,比如材料力学,土力学等是本课程的理论基础,建筑材料、钢筋混凝土、工程抗震、建筑施工是本课程的重要技术支撑。 (2)涉及的规范多 基础工程涉及的规范种类多，而且目前还没有各行业统一的地基基础设计规范，同时各行业又存在一定的差别，有许多不协调之处。493.本课程的学习方法 (1)注重基本理论和概念的掌握 对各种基础的基本类型和特点，基础设计计算的基本原则和原理牢固掌握，并可以结合有关的力学和结构理论及施工