《基础工程》第一章 绪论

基础工程第1章

绪论内容提要

基础工程的含义地基基础设计的基本要求基础工程的发展状况基础工程课程的特点及学习要求1.1基础工程的含义建筑物上部结构基础地基建筑物三部分示意图

“万丈高楼平地起”，说明了基础工程的重要性。

建筑物的全部重力荷载和水平荷载都由其下面的地层来承担。受建筑物荷载影响的那部分地层称为地基；建筑物向地基传递荷载的下部结构物称为基础。地基与基础是保证建筑物安全和满足使用要求的关键之一。

基础的作用是扩散上部结构的荷载，减小直接作用在地层上的应力强度，最终将扩散后的荷载传递给地基。地基可分为天然地基和人工地基。天然地基：是指未经过处理就可以直接设置基础的

天然土层称为天然地基。人工地基：是指经过人工加固处理后的地基称为人

工地基。

在地基受力层范围内，基础底面下直接承受荷载、基础直接搁置其上的土层，称为地基的持力层。持力层之下受荷载影响较小的土层，称为地基的下卧层。

基础的埋置深度，对于建筑工程，是指基础底面到地面的竖向距离；对于桥梁工程，在无冲刷时为基础底面到河底面的距离，在有冲刷时为基础底面到局部冲刷线的距离。

基础根据埋置深度分为浅基础和深基础。

浅基础：通常指埋置深度较浅（一般在５ｍ以内）且施工简单的基础，如柱下独立基础、条形基础、筏形基础、交叉梁基础和箱形基础等。

深基础：若浅层土质不良，需将基础置于较深的良好土层上（一般埋置深度大于５ｍ）且施工较复杂的基础，如桩基、沉井、沉箱、地下连续墙、桩箱基础和桩筏基础等。

基础埋置在土层内深度虽较浅，但在水下部分较深，如深水中桥墩基础，称为深水基础。

目前，我国土木工程中应用最多的深基础是桩基础。

地基基础在整个建设工程中占有重要的地位，地基和基础是建筑物的根基，统称为基础工程。

地基基础设计的基本要求实际上就是防止地基基础出现破坏，保证建筑物的安全和正常使用。在地基基础设计中必须满足以下技术条件：1.2地基基础设计的基本要求（１）地基应有足够的强度，在建筑物荷载作用

下，不至于发生整体失稳破坏；（地基土强度问题）（２）地基不能产生影响建筑物正常使用的过大变

形和基础之间的差异变形；（地基土的变形

问题）（３）基础作为结构构件，本身应有足够的强度和

刚度，在地基反力作用下基础不会破坏，并

具有调整不均匀沉降的能力。基础还应该具

有与相应的上部结构相适应的耐久性。以下是几个典型的涉及基础破坏的工程案例1.比萨斜塔

比萨斜塔是举世闻名的建筑物倾斜的典型实例。意大利比萨斜塔1173年动工修建，当塔修建至24m高时发生倾斜，100年后续建该塔至塔顶，建成后塔高54.5m。塔身呈圆筒形，1～6层由优质大理石砌成，顶部与7、8层采用砖和轻石料。全塔总重约145MN，基础底面平均压力约50kPa。地基持力层为粉砂，下面为粉土和黏土层。目前塔北侧沉降超过1m，南侧沉降近3m，南北两端沉降差1.8m，塔顶偏离中心线约5.54m（倾斜约5.5°）。为使斜塔安全留存，意大利政府后在国际范围内进行了招标，对斜塔进行了加固处理。2.特朗斯康谷仓建于1914年的加拿大特朗斯康谷仓由65个圆柱形筒仓构成，高31m，宽23.5m，其下为钢筋混凝土筏形基础，由于事前不了解基础下埋藏有厚达16m的软黏土层，谷仓建成初次储存谷物达27000t后，发现谷仓明显下沉，结果谷仓西侧突然陷入土中7.3m，东侧上抬1.5m，仓身倾斜近27°。后查明谷仓基础底面单位面积压力超过300kPa，而地基中的软黏土层极限承载力才约250kPa，因此造成地基产生整体破坏并引发谷仓严重倾斜。该谷仓由于整体刚度极大，因此虽倾斜极为严重，但谷仓本身却完好无损。后于土仓基础之下做了70多个支承于下部基岩上的混凝土墩，使用了388个50t千斤顶以及支撑系统才把仓体逐渐扶正，但其位置比原来降低了近4.0m。(2)唐山地震。1976年7月28日发生在我国唐山市的大地震是人类历史上造成损失最严重的地震之一，震级7.8级，大量建筑物在地震中倒塌损毁，地基土的液化失效是其中的主要原因之一，唐山矿冶学院图书馆书库因地基土液化失效致使其第一层全部陷入地面以下。３.地震液化(1)日本新泻地震。日本新泻市于1964年６月16日发生了7.5级大地震，当地大面积的砂土地基由于在地震过程中产生振动液化现象而失去了承载能力，毁坏房屋近2890幢。

基础工程和其他技术学科一样，是人类在长期生产实践中不断发展起来的。在一个多世纪的发展过程中，许多研究者继承前人的研究，总结了实践经验，孕育了本学科的雏形。20世纪20年代，基础工程有了比较系统、完整的专著问世，1936年，第一届国际土力学与基础工程会议后，土力学与基础工程作为一门独立的学科，从此步入了快速发展的轨道。

距今6000年左右的我国西安市半坡村遗址土台和石基础即为一例。公元前2世纪修建的万里长城，后来修建的南北大运河、黄河大堤以及宏伟的宫殿、寺庙、宝塔等建筑，都有坚固的地基基础，经历强风考验，留存至今。

1.3基础工程的发展状况

隋朝（公元605年左右）李春修建的河北省赵州桥为世界最早最长的石拱桥，其结构合理、造型美观，桥台落在黏性天然地基上，地层表面是久经水流冲刷的粗砂层，以下是细石、粗石、细砂和黏土层。

根据现代测算，这里的地层能够承受450～660kPa的压力，而赵州桥对地面的压力为500～660kPa，能够满足大桥的要求。

自建桥到现在，桥基仅下沉了50mm，至今安然无恙。1991年美国土木工程师学会选定赵州桥为“国际历史土木工程第12个里程碑”。

作为应用科学，基础工程又是一门年轻的学科。十八世纪欧洲产业革命以后，水利、道路以及城市建设工程中大型建筑物的兴建，提出了大量与土的力学性态有关的问题，并要求在大量实践基础上建立起一定的理论来指导以后的工程实践。库仑（Coulomb,C.A.1773）提出著名的抗剪强度公式和土压力理论。1857年英国人W.J.M朗肯（Rankine）又从不同途径提出了挡土墙的土压力理论。1885年法国学者J.布辛奈斯克（Boussinesq）求得了弹性半空间体在竖向集中力作用下的应力和位移解。1852年法国的H.达西（Darcy）创立了砂性土的渗流理论“达西定律”。

1922年瑞典学者费伦纽斯(W.Fellenius)提出了解决了铁路滑坡，完善了土坡稳定分析圆弧法。这一时期的理论研究为土力学发展成为一门独立学科奠定了基础。这些理论与方法，至今仍广泛应用。

1925年太沙基发表第一部土力学专著，标志着土力学成为一门独立的学科。为了总结和交流世界各国的理论和经验，从1936年起，每隔４年召开一次国际土力学和基础工程会议，各地区也召开类似的专业会，提交大量论文与研究报告。

基础工程发展至今在设计理论和施工技术及测试工作中都存在很多有待进一步完善和解决的问题。我国基础工程科学技术着重开展了以下工作：地基强度、变形特性的基本理论研究；各种基础型式的创新，基础设计理论与施工方法的创新。

本教材主要介绍浅基础、深基础、挡土墙、地基处理、基坑工程、特殊土地基以及基础工程抗震等内容。

本课程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学科，是岩土工程学的组成部分。本课程建立在土力学的基础之上，涉及工程地质学、弹性力学、塑性力学、动力学、结构设计和施工等学科领域。它的内容广泛，综合性强，学习时应该突出重点，兼顾全面。1.4基础工程课程的特点及学习要求1.课程特点：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，然后结合工程实际，根据上部结构对变形的要求，运用土力学及工程结构的基本原理，分析岩土地层、基础工程与结构物的相互作用及其变形与稳定的规律，制定出合理的基础工程方案和建造技术措施，确保建筑物在施工阶段和使用阶段的安全与稳定。

原则上，本课程以工程要求和勘探试验为依据，以岩土与基础共同作用和变形与稳定分析为核心，以优化基础方案与建造技术为灵魂，以解决工程问题确保建筑物安全与稳定为目的。2.学习要求：采用理论紧密联系工程实际的方法，注意掌握岩土地层工程性质的识别与应用，正确合理地解决基础设计和施工问题。学习本课程应该重视土力学与工程地质学的基本理论和知识，培养阅读和使用工程地质勘察资料的能力，并逐步掌握地基土野外鉴别能力；同时学会运用土力学的基本理论，结合结构计算和施工知识，合理地解决基础工程问题。学习基础工程重在实践，通过实践，才能理解理论知识，才能真正学好基础工程。通过本课程的学习，应重点掌握浅基础、桩基础，掌握基坑支护和挡土墙计算设计的基本原理、适用范围、作用和机理等内容，具备合理选择基础类型与基坑支护方法的能力；掌握常用的基础与挡土墙的设计计算知识，并具备常用的基础工程设计计算能力；熟悉常用的深基础与基坑工程施工技术方法、常用机具与施工工艺。同时，地基基础问题的发生和解决具有明显的区域性特征。要能够正确