土木工程概论——基础工程课学习教案

1、土木工程土木工程(tm gngchng)概论概论基础基础工程课工程课第一页，共78页。第1页/共78页第二页，共78页。第2页/共78页第三页，共78页。第3页/共78页第四页，共78页。第4页/共78页第五页，共78页。第5页/共78页第六页，共78页。第6页/共78页第七页，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(1916192

2、6)，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(zuwi)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

3、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页第八页，共78页。第8页/共78页第九页，共78页。第9页/共78页第十页，共78页。第10页/共78页第十一页，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(sh ni)试验。(4)现场检验与监测。第11页/共78页第十二页，共78页。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(gngchng)勘查第12页/共78页第十三页，共78页。各种测量仪器(yq)的使用 经纬仪：主要用于测量水平角

4、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：用于测量距离(jl)； 其它：平板仪、钢卷尺、水准尺、测钎、标杆等。DJ2光学(gungxu)经纬仪3.1岩土工程勘察第13页/共78页第十四页，共78页。DJ6光学(gungxu)经纬仪Dzs3水准仪3.1岩土工程(gngchng)勘察第14页/共78页第十五页，共78页。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(gngchng)勘查第15页/共78页第十六页，共78页。进行房屋结构设计时，为了(wi le)保证地基安全可靠，使房屋的沉降量在规定的容许范围内，还要做到以下

5、几点： 对建设(jinsh)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(gngchng)勘查第16页/共78页第十七页，共78页。第17页/共78页第十八页，共78页。3.1 岩土工程(gngchng)勘查第18页/共78页第十九页，共78页。 确定建设场地(chngd)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(zhbio)或在场地进行原位试验（载荷试验）。3.1 岩土工程(gngchng)勘查第19页/共78页第二十页，共78页。3.1 岩土工程(gngchng)勘查第20页/共78页第二十一页，共78页。工程地质

6、勘察报告的整理(zhngl)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(wl)力学性质总表 提出有关地基基础设计参数如基础埋置深度、地基承载力、地下水位。n 根据场地地质资料进行(jnxng)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页第二十二页，共78页。第22页/共78页第二十三页，共78页。基础知识3.2 浅基础(jch)第23页/共78页第二十四页，共78页。1.地基(dj)直接支承建筑物的天然(tinrn)土，不是建筑物的组成部分。天然地基(dj)

7、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页第二十五页，共78页。2.地基土的工程(gngchng)分类 这里(zhl)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(li x)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； 砂土：按粗细程度分砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂，地基承载力在140

8、500 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页第二十六页，共78页。3.土的基本工程(gngchng)特性土具有(jyu)压缩性这是由土的三相组成(z chn)决定的。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页第二十七页，共78页。4.关于(guny)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(b

9、in xng)在房屋容许范围内时，地基单位面积上所能承受的最大荷载。地基的强度(qingd)条件要求是：3.2 浅基础第27页/共78页第二十八页，共78页。 根据基础材料的受力性能(xngnng)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(jch) 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(jnggu)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

10、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页第二十九页，共78页。3.3 浅基础(jch)砖基础(jch)石基础(jch)素混凝土基础第29页/共78页第三十页，共78页。 二、扩展基础（柱下钢筋(gngjn)混凝土独立基础和墙下钢筋(gngjn)混凝土条形基础）3.3 浅基础(jch) 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(bzh)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页第三十一页，共78页。3.3 浅基础(jch)柱下独立(dl)基础墙下条形

11、(tio xn)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页第三十二页，共78页。3.3 浅基础(jch)第32页/共78页第三十三页，共78页。3.3 浅基础(jch)第33页/共78页第三十四页，共78页。1、独立(dl)基础 独立基础(jch)柱下基础(jch)的基本形式3.2.3、浅基础(jch)的结构形式 第34页/共78页第三十五页，共78页。3.3 浅基础(jch) 上部荷载较大，地基承载力较低时，独立基础底面积不能满足设计要求。这时可把若干柱子(zh zi)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

12、刚度来调整可能产生的不均匀沉降。单向(dn xin)条形基础2、条形基础 第35页/共78页第三十六页，共78页。十字交叉条形(tio xn)基础（双向条形(tio xn)基础、交梁基础）3.3 浅基础(jch)第36页/共78页第三十七页，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(xngchng)井格形） 框架结构基础梁 框架结构柱下条基 第37页/共78页第三十八页，共78页。梁板式(bnsh)筏形基础 板式(bnsh)筏形基础 3、筏形基础(jch) 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

13、底面（或地下室部分(b fen)）做成一片连续的钢筋混凝土板，作为房屋的基础，称为筏形基础。第38页/共78页第三十九页，共78页。3.3 浅基础(jch)筏形基础(jch)第39页/共78页第四十页，共78页。4、箱形基础(jch)3.3 浅基础(jch) 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(ydng)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页第四十一页，共78页。箱形式(xngsh)基础（左上图）利用箱型基础的内部空间（右上图）第41页/共78页第四十二页，共78页

14、。3.3 浅基础(jch)第42页/共78页第四十三页，共78页。 5、壳体基础(jch)3.3 浅基础(jch)第43页/共78页第四十四页，共78页。 根据基础的作用(zuyng)和受力分析，要理解基础设计的基本思路。Pf 基础设计要满足(mnz)的一个基本前提：fP 思考：为什么基础(jch)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页第四十五页，共78页。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(jch)第45页/共78页第四十六页，共78页。3.3 深基础(jch)第46页/共78页第四十七页，共78页。桩基础

15、（左上图）桩基承台（左下图）基坑(j kn)局部（打桩完成后）（右上图）基础底板局部浇捣完毕（右下图）第47页/共78页第四十八页，共78页。二、深基础(jch)的类型第48页/共78页第四十九页，共78页。桩基础的分类(fn li)：（1）按桩身材料(cilio)分类 木桩、混凝土桩、钢筋混凝土桩、钢桩、其它(qt)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页第五十页，共78页。（3）按承载性状(xngzhung)分类端承型桩和摩擦(mc)型桩第50页/共78页第五十一页，共78页。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(shyng

16、)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，选择经济合理、安全适用的桩型和成桩工艺。第51页/共78页第五十二页，共78页。2、地下(dxi)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(yngyng)于工程而发展起来的。1950年正式在意大利米兰工程中应用(yngyng)，我国70年代起用于建筑工程，近几年在地下等工程应用(yngyng)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页第五十三页，共78页。沉井(chn jn

17、)基础动画4、沉井(chn jn)基础沉井施工过程:基坑(j kn)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页第五十四页，共78页。5、沉箱(chnxing)基础第54页/共78页第五十五页，共78页。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页第五十六页，共78页。4、合理安排施工工序和采用合理的施工方法第56页/共78页第五十七页，共78页。建筑物高差(o ch)太大建筑物的长高比第57页/共78页第五十八页，共78页。第58页/共78页第五十九页，共7

18、8页。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页第六十页，共78页。第60页/共78页第六十一页，共78页。第61页/共78页第六十二页，共78页。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(su sh)或灰土等，并夯实至密实。 地基(dj)用换填法处理 第62页/共78页第六十三页，共78页。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(zuyu)，真空预压法处理深度可达15m左右(zuyu)。 第63页/共78页第六十四页，共78页。第64页/共78页第六十五页，共78页。深层搅拌(jiobn)法深层搅拌(jiobn)法系利用水泥或其它固化剂通过特制的搅拌(jiobn)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