基础工程第1章导论1.ppt

《基础工程第1章导论1.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基础工程第1章导论1.ppt（39页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、基基 础础 工工 程程主编：王晓谋主编：王晓谋编制：魏编制：魏 进进 方磊方磊校核：王晓谋校核：王晓谋本教材由七章组成第一章、导论第二章、天然地基上的浅基础第三章、桩基础的基本知识及施工第四章、桩基础的设计计算第五章、沉井基础及地下连续墙第六章、地基处理第七章、几种特殊土地基上的基础工程第一节 概述 任何建筑物都建造在一定的地层上，建筑物的全部荷任何建筑物都建造在一定的地层上，建筑物的全部荷载都由它下面的地层来承担。一般而言，将承受建筑物各载都由它下面的地层来承担。一般而言，将承受建筑物各种作用的地层称为种作用的地层称为地基地基，而将建筑物与地基接触的最下部，而将建筑物与地基接触的最下部分，也

2、就是将建筑物的各种作用传递至地基的结构物称为分，也就是将建筑物的各种作用传递至地基的结构物称为基础基础。 基础工程的基本概念 可以认为：受建筑物影响的那一部分地层称为可以认为：受建筑物影响的那一部分地层称为地基地基，建筑物与地基接触的部分称为建筑物与地基接触的部分称为基础基础。桥梁上部结构为桥跨。桥梁上部结构为桥跨结构，而下部结构包括桥墩、桥台及其基础结构，而下部结构包括桥墩、桥台及其基础 。 基础工程包括建筑物的地基与基础的设计与施工基础工程包括建筑物的地基与基础的设计与施工。 桥梁结构基本组成桥梁结构基本组成: :桥梁结构桥梁结构桥跨上部结构桥跨上部结构桥桥跨下部结跨下部结构构附属结构：引

3、道、锥坡、导流护岸等调治附属结构：引道、锥坡、导流护岸等调治构造物构造物桥跨上部结构桥跨上部结构 桥跨下部结构桥跨下部结构桥跨结构：行车走人，跨越障碍（如江河、桥跨结构：行车走人，跨越障碍（如江河、山谷或其他路线等）的结构物山谷或其他路线等）的结构物支座系统：支承上部结构并将上部结构产生支座系统：支承上部结构并将上部结构产生的各种作用传递至桥梁墩台的各种作用传递至桥梁墩台桥墩（墩身）：设在河中、岸上或地面上支桥墩（墩身）：设在河中、岸上或地面上支承两侧桥跨上部结构的建筑物承两侧桥跨上部结构的建筑物桥台（台身）：设在桥的两端，支承上部结构桥台（台身）：设在桥的两端，支承上部结构并与路基衔接，承受

4、台后土压力的建筑物并与路基衔接，承受台后土压力的建筑物墩台基础：保证桥梁墩台安全并将各种作用传墩台基础：保证桥梁墩台安全并将各种作用传至地基的桥梁墩台的最下部分至地基的桥梁墩台的最下部分图图1-2 1-2 桥梁结构各部分立面示意图桥梁结构各部分立面示意图1-1-下部结构；下部结构；2-2-基础；基础；3-3-地基；地基；4-4-桥台；桥台；5-5-桥墩；桥墩；6-6-上部结构上部结构l地基：承受建筑物荷载应力与应变不能忽略的土层。（承受建筑物荷载应力与应变不能忽略的土层。（有一定深度和范围）有一定深度和范围）l基础：埋入土层一定深度并将荷载传给地基的建筑物下埋入土层一定深度并将荷载传给地基的建

5、筑物下部结构。部结构。 持力层 ：直接支撑建筑物基础的土层。直接支撑建筑物基础的土层。 下卧层：持力层下部的土层。持力层下部的土层。天然地基：天然地基：未经过人为处理即可满足设计要求的未经过人为处理即可满足设计要求的 地基。地基。 人工地基：人工地基：经过人工经过人工加固或处理后的地基。加固或处理后的地基。地基地基 基础基础浅基础浅基础深基础深基础深水基础深水基础 刚性扩大基础刚性扩大基础柔性扩大基础柔性扩大基础桩基础桩基础沉箱基础沉箱基础地下连续墙地下连续墙沉井基础沉井基础地基基础在工程中的重要性 工程实践表明：建筑物地基与基础的设计和施工质量工程实践表明：建筑物地基与基础的设计和施工质量的

6、优劣，对整个建筑物的质量和正常使用起着根本的作用。的优劣，对整个建筑物的质量和正常使用起着根本的作用。 基础工程是隐蔽工程，如有缺陷，较难发现，也较难基础工程是隐蔽工程，如有缺陷，较难发现，也较难弥补和修复，而这些缺陷往往直接影响整个建筑物的使用弥补和修复，而这些缺陷往往直接影响整个建筑物的使用甚至安全。甚至安全。 基础工程的进度，经常控制整个建筑物的施工进度。基础工程的进度，经常控制整个建筑物的施工进度。 基础工程的造价，通常在整个建筑物造价中占相当大基础工程的造价，通常在整个建筑物造价中占相当大的比例，尤其是在复杂的地质条件下或深水中修建基础更的比例，尤其是在复杂的地质条件下或深水中修建基

7、础更是如此。是如此。 因此，对基础工程必须做到精心设计、精心施工。因此，对基础工程必须做到精心设计、精心施工。 加拿大的特朗斯康谷仓建于加拿大的特朗斯康谷仓建于1913年，谷仓的平面为矩年，谷仓的平面为矩形，长形，长59.44m,宽宽23.47m，高度为，高度为31m，由，由65个圆柱形筒仓个圆柱形筒仓组成，采用钢筋混凝土阀板基础。设计时对地基未作勘察，组成，采用钢筋混凝土阀板基础。设计时对地基未作勘察，不了解基底下有厚达不了解基底下有厚达15m左右的软粘土层，仅根据对临近左右的软粘土层，仅根据对临近建筑的调查判定地基承载力。建成后于当年建筑的调查判定地基承载力。建成后于当年9月开始均匀地月开

8、始均匀地向谷仓内装载谷物，至向谷仓内装载谷物，至10月发现谷仓产生大量快速沉降，月发现谷仓产生大量快速沉降，1小时内的垂直沉降量竟达到小时内的垂直沉降量竟达到30.5cm，在其后的，在其后的24小时内谷小时内谷仓倾倒，倾倒后谷仓的西侧下沉达仓倾倒，倾倒后谷仓的西侧下沉达7.32m，东侧则抬高了，东侧则抬高了1.53m，整体倾斜达尽，整体倾斜达尽27度。因谷仓整体性很强，筒仓本度。因谷仓整体性很强，筒仓本身完好无损。身完好无损。案例一：案例一：加拿大特朗斯康谷仓加拿大特朗斯康谷仓案例一：案例一：加拿大特朗斯康谷仓加拿大特朗斯康谷仓案例二：案例二：墨西哥城墨西哥城某建筑某建筑 案例三：灞河桥水毁案

9、例三：灞河桥水毁 桥位（包括桥头引道）平面图及拟建上部结构及墩台形式、桥位（包括桥头引道）平面图及拟建上部结构及墩台形式、总体构造及有关设计资料总体构造及有关设计资料 桥位工程地质勘测报告及桥位地质纵剖面图桥位工程地质勘测报告及桥位地质纵剖面图 地基土质调查试验报告地基土质调查试验报告 河流水文调查资料河流水文调查资料 其他调查资料（包括地震、建筑材料、气象、附近桥梁的其他调查资料（包括地震、建筑材料、气象、附近桥梁的调查及施工调查资料）调查及施工调查资料）一、基础工程设计和施工所需的资料一、基础工程设计和施工所需的资料：第二节第二节 基础工程设计和施工所需的资料及计算基础工程设计和施工所需的

10、资料及计算 作用的确定作用的确定 作用作用：要保证桥梁的地基与基础满足强度、刚度（变要保证桥梁的地基与基础满足强度、刚度（变形）、稳定性和耐久性的要求，就需要对其在各种工况条形）、稳定性和耐久性的要求，就需要对其在各种工况条件下的多项指标进行验算，而组成各种工况的基本要素就件下的多项指标进行验算，而组成各种工况的基本要素就是作用。是作用。 作用代表值：作用代表值：从设计的安全性和经济性出发，有必要从设计的安全性和经济性出发，有必要对各种作用进行分类，并针对不同设计目的采用不同的计对各种作用进行分类，并针对不同设计目的采用不同的计算量值，即作用代表值。在现行算量值，即作用代表值。在现行公路桥涵设

11、计通用规范公路桥涵设计通用规范（JTG D602004）中，将公路桥涵设计采用的作用分为）中，将公路桥涵设计采用的作用分为永久作用、可变作用和偶然作用三类永久作用、可变作用和偶然作用三类 。 二、作用的分类及代表值二、作用的分类及代表值 为了保证结构的可靠性，需要确定同时作用在结构上为了保证结构的可靠性，需要确定同时作用在结构上有几种作用，以及各种作用同时出现标准值的概率大小，有几种作用，以及各种作用同时出现标准值的概率大小，因此当结构承受两种或两种以上的可变作用时，应考虑多因此当结构承受两种或两种以上的可变作用时，应考虑多种作用效应的相互叠加，即种作用效应的相互叠加，即作用效应组合作用效应组

12、合，并计入作用效，并计入作用效应组合系数，显然，它是一个小于应组合系数，显然，它是一个小于1.0的系数。的系数。 三、作用效应组合与极限状态设计三、作用效应组合与极限状态设计 承载能力极限状态：承载能力极限状态：对应于桥涵结构或其构件达到最对应于桥涵结构或其构件达到最大承载能力或出现不适于继续承载的变形或变位状态。大承载能力或出现不适于继续承载的变形或变位状态。 基础结构自身承载力及稳定性应采用作用效应基本组基础结构自身承载力及稳定性应采用作用效应基本组合和偶然组合进行验算。合和偶然组合进行验算。 承载力验算时作用效应组合中各效应的分项系数、结承载力验算时作用效应组合中各效应的分项系数、结构重

13、要性系数及效应组合系数按下述规定取值；稳定性验构重要性系数及效应组合系数按下述规定取值；稳定性验算时，各项系数均取为算时，各项系数均取为1.0。 （一）承载能力极限状态设计（一）承载能力极限状态设计 正常使用极限状态：正常使用极限状态：对应于桥涵结构或其构件达到正对应于桥涵结构或其构件达到正常使用或耐久性的某项限值的状态。常使用或耐久性的某项限值的状态。 当基础结构需要进行正常使用极限状态设计时，应根当基础结构需要进行正常使用极限状态设计时，应根据不同的设计要求，采用作用短期效应组合和作用长期效据不同的设计要求，采用作用短期效应组合和作用长期效应组合两种效应组合。应组合两种效应组合。 （二）正

14、常使用极限状态设计（二）正常使用极限状态设计 1 1、基础结构稳定性验算、基础结构稳定性验算 2 2、地基竖向承载力验算、地基竖向承载力验算 3 3、基础沉降计算、基础沉降计算 4 4、关于水浮力计算的相关规定、关于水浮力计算的相关规定 （三）基础工程相关验算（三）基础工程相关验算 1 1、基础底面的压力小于地基承载力容许值；、基础底面的压力小于地基承载力容许值； 2 2、地基及基础的变形值小于建筑物要求的沉降值；、地基及基础的变形值小于建筑物要求的沉降值； 3 3、地基及基础的整体稳定性有足够保证；、地基及基础的整体稳定性有足够保证； 4 4、基础本身的强度、耐久性满足要求。、基础本身的强度

15、、耐久性满足要求。第三节第三节 基础工程设计计算原则、设计方法基础工程设计计算原则、设计方法 一、基础工程设计计算的原则一、基础工程设计计算的原则 （一）容许承载力设计方法 二、地基承载力确定方法二、地基承载力确定方法 建筑物荷载通过基础传递到地基上，对于刚性扩大基础建筑物荷载通过基础传递到地基上，对于刚性扩大基础而言，作用在基础底面单位面积上的压力称为基底压力。设而言，作用在基础底面单位面积上的压力称为基底压力。设计中要求基底压力不能超过地基极限承载力，而且要有足够计中要求基底压力不能超过地基极限承载力，而且要有足够的安全度；同时所引起的地基变形不能超过建筑物容许变形的安全度；同时所引起的地

16、基变形不能超过建筑物容许变形值。满足这两项要求，地基单位面积上所能承受的最大压力值。满足这两项要求，地基单位面积上所能承受的最大压力就称为地基容许承载力。如果地基容许承载力确定了，则要就称为地基容许承载力。如果地基容许承载力确定了，则要求的基础底面积求的基础底面积A A就可用下式计算：就可用下式计算：0NA （1-7） 有了地基容许承载力，地基基础设计就很容易进行。有了地基容许承载力，地基基础设计就很容易进行。地基容许承载力设计方法是我国上世纪最常用的方法，地基容许承载力设计方法是我国上世纪最常用的方法，并集累了丰富的工程经验，目前还有一些规范使用此种并集累了丰富的工程经验，目前还有一些规范使

17、用此种方法，如方法，如铁路桥涵地基和基础设计规范铁路桥涵地基和基础设计规范（TB10002.52005）。然而，由于地基容许承载力设计）。然而，由于地基容许承载力设计方法本身的局限性，安全度有多大，很难给出比较准确方法本身的局限性，安全度有多大，很难给出比较准确的答案。因此，这种方法需要改进。的答案。因此，这种方法需要改进。 （二）极限状态设计方法 地基承载力和变形容许是对地基的两种不同要求，地基承载力和变形容许是对地基的两种不同要求，要充分发挥地基承载作用，并不能简单地用一个容许承要充分发挥地基承载作用，并不能简单地用一个容许承载力所能概括。更好的做法应该是分别验算，了解控制载力所能概括。更

18、好的做法应该是分别验算，了解控制的因素，对薄弱环节采取必要的工程措施，才能真正充的因素，对薄弱环节采取必要的工程措施，才能真正充分发挥地基的承载能力，在保证安全可靠的前提下达到分发挥地基的承载能力，在保证安全可靠的前提下达到最为经济的目的，这也就是极限状态设计方法的本质。最为经济的目的，这也就是极限状态设计方法的本质。按极限状态设计方法，地基必须满足如下两种极限状态按极限状态设计方法，地基必须满足如下两种极限状态的要求。的要求。1 1承载能力极限状态或稳定极限状态承载能力极限状态或稳定极限状态 其意是让地基土最大限度地发挥承载能力，荷载超其意是让地基土最大限度地发挥承载能力，荷载超过此种限度时

19、，地基土即发生强度破坏而丧失稳定或发过此种限度时，地基土即发生强度破坏而丧失稳定或发生其他任何形式的危及建筑物安全的破坏。表达式为生其他任何形式的危及建筑物安全的破坏。表达式为upNpAK （1-8）2 2正常使用极限状态或变形极限状态正常使用极限状态或变形极限状态 其意是地基受载后的变形应该小于建筑物地基变形的其意是地基受载后的变形应该小于建筑物地基变形的允许值，表达式为允许值，表达式为 ss （1-9） 表面上看，地基的极限状态设计与结构的极限状态完全表面上看，地基的极限状态设计与结构的极限状态完全相同。首先满足承载力极限状态，保证地基稳定；然后满足相同。首先满足承载力极限状态，保证地基稳

20、定；然后满足正常使用极限状态，符合变形要求。但是，从已有大量地基正常使用极限状态，符合变形要求。但是，从已有大量地基工程事故资料表明，绝大多数地基事故都是由于变形过大而工程事故资料表明，绝大多数地基事故都是由于变形过大而且不均匀造成的。根据地基载荷试验和地基承载力理论可知，且不均匀造成的。根据地基载荷试验和地基承载力理论可知，随着荷载的增加，地基先产生压密，再产生局部剪切，最后随着荷载的增加，地基先产生压密，再产生局部剪切，最后产生整体剪切破坏。临塑荷载产生整体剪切破坏。临塑荷载pcr远小于整体剪切破坏时的极远小于整体剪切破坏时的极限荷载限荷载pu。这就是说，地基在充分发挥其承载力以前，通常。

21、这就是说，地基在充分发挥其承载力以前，通常都产生较大的变形，影响建筑物正常使用，即地基设计实质都产生较大的变形，影响建筑物正常使用，即地基设计实质上受变形控制上受变形控制。 （三）可靠度设计方法 前面所讲的两种设计方法，都是把荷载和抗力当成前面所讲的两种设计方法，都是把荷载和抗力当成一个确定量；当然，衡量建筑物安全度的安全系数也是一个确定量；当然，衡量建筑物安全度的安全系数也是一个确定值。其实，无论是荷载或者抗力，都存在很大一个确定值。其实，无论是荷载或者抗力，都存在很大的不确定性，很难确定其准确地数值。的不确定性，很难确定其准确地数值。 土的工程特性指标是这样；推而广之，其他材料的土的工程特

22、性指标是这样；推而广之，其他材料的特性指标以至于作用在建筑物上的荷载以及很多的事物特性指标以至于作用在建筑物上的荷载以及很多的事物和现象也都是这样。和现象也都是这样。 另一方面，工程上对安全系数数值的确定，仅是另一方面，工程上对安全系数数值的确定，仅是根据以往的工程经验，比较粗糙，而且不同方法之间，根据以往的工程经验，比较粗糙，而且不同方法之间，要求也不尽相同。要求也不尽相同。 说明这种用确定数量的荷载和抗力以单一安全系说明这种用确定数量的荷载和抗力以单一安全系数所表征的设计方法有不够科学之处。于是另一种新数所表征的设计方法有不够科学之处。于是另一种新的分析方法，即可靠度分析方法就逐渐发展起来

23、。的分析方法，即可靠度分析方法就逐渐发展起来。 可靠度设计方法也称以概率理论为基础的极限状态可靠度设计方法也称以概率理论为基础的极限状态设计方法。可靠度的的研究早在设计方法。可靠度的的研究早在20世纪世纪30年代就已开始，年代就已开始，当时是围绕飞机失效所进行的研究。当时是围绕飞机失效所进行的研究。 大约大约20世纪世纪40年代已应用于结构设计中。年代已应用于结构设计中。1983年我年我国颁布国颁布建筑结构设计统一标准建筑结构设计统一标准（草案）就完全按国（草案）就完全按国际上发展推行的建筑结构可靠度设计的基本原则，采用际上发展推行的建筑结构可靠度设计的基本原则，采用以概率统计理论为基础的极限

24、状态设计方法。以概率统计理论为基础的极限状态设计方法。 由于地基土是在漫长的地质年代中形成的，是大自由于地基土是在漫长的地质年代中形成的，是大自然的产物，其性质十分复杂，所以地基土具有比任何人然的产物，其性质十分复杂，所以地基土具有比任何人工材料大得多的变异性，它的复杂性质不仅难以人为控工材料大得多的变异性，它的复杂性质不仅难以人为控制，而且要清楚地认识它也很不容易。制，而且要清楚地认识它也很不容易。 地基可靠性分析的精度，在很大程度上取决于土性参地基可靠性分析的精度，在很大程度上取决于土性参数统计分析的精度。如何恰当地对地基土性参数进行概数统计分析的精度。如何恰当地对地基土性参数进行概率统计

25、分析，是基础工程最重要的问题。率统计分析，是基础工程最重要的问题。 国外在国外在18世纪产业革命以后，城建、水利、道路建筑规模世纪产业革命以后，城建、水利、道路建筑规模的扩大促使人们对基础工程的重视与研究，对有关问题开始寻的扩大促使人们对基础工程的重视与研究，对有关问题开始寻求理论上的解答。此阶段在作为本学科的理论基础的土力学方求理论上的解答。此阶段在作为本学科的理论基础的土力学方面，如土压力理论、土的渗透理论等有局部的突破，基础工程面，如土压力理论、土的渗透理论等有局部的突破，基础工程也随着工业技术的发展而得到新的发展，如也随着工业技术的发展而得到新的发展，如19世纪中叶利用气世纪中叶利用气

26、压沉箱法修建深水基础。本世纪压沉箱法修建深水基础。本世纪20年代，基础工程有比较系统、年代，基础工程有比较系统、比较完整的专著问世，比较完整的专著问世，1936年召开第一届国际土力学与基础工年召开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取得不断的程会议后，土力学与基础工程作为一门独立的学科取得不断的发展。上世纪发展。上世纪50年代起，现代科学新成就的渗入，使基础工程年代起，现代科学新成就的渗入，使基础工程技术与理论得到更进一步的发展与充实，成为一门较成熟的独技术与理论得到更进一步的发展与充实，成为一门较成熟的独立的现代学科。立的现代学科。第四节 基础工程学科发展概况

27、 我国是一个具有悠久历史的文明古国，我国古代劳动人我国是一个具有悠久历史的文明古国，我国古代劳动人民在基础工程方面，也早就表现出高超的技艺和创造才能，民在基础工程方面，也早就表现出高超的技艺和创造才能，许多宏伟壮丽的中国古代建筑逾千百年仍留存至今安然无恙许多宏伟壮丽的中国古代建筑逾千百年仍留存至今安然无恙的事实就充分说明了这一点。如隋代李春于公元的事实就充分说明了这一点。如隋代李春于公元595605年年建造的河北赵州安济桥，是世界上首创的石砌敞肩平拱桥。建造的河北赵州安济桥，是世界上首创的石砌敞肩平拱桥。其净跨为其净跨为37.02m，宽，宽9m，矢高，矢高7.23m，采用扩大基础，基础，采用扩

28、大基础，基础平面尺寸为平面尺寸为5.5m10m，高，高4.4m，建在较浅的密实粗砂地基，建在较浅的密实粗砂地基上。反算拱的最大推力为上。反算拱的最大推力为24MN，即使按照现在的规范检算，即使按照现在的规范检算，地基承载力和基础后侧的被动土压力均能满足设计要求。地基承载力和基础后侧的被动土压力均能满足设计要求。 中国古代案例：赵州桥中国古代案例：赵州桥 桥梁基础工程发展前景桥梁基础工程发展前景 我国我国20世纪末路网规划表明，在大江大河和沿海修建规世纪末路网规划表明，在大江大河和沿海修建规模更大的桥梁势在必行。这些工程中会遇到许多新的技术难模更大的桥梁势在必行。这些工程中会遇到许多新的技术难题，需要进一步学习各国已有的深水基础的先进成果和技术，题，需要进一步学习各国已有的深水基础的先进成果和技术，并结合我国实际情况和具体桥梁工程进行认真分析、研究，并结合我国实际情况和具体桥梁工程进行认真分析、研究，才能保证我国桥梁深水基础的技术水平持续发展。才能保证我国桥梁深水基础的技术水平持续发展。 另外，随着国际经济区域的建立和全球海洋资源的新开另外，随着国际经济区域的建立和全球海洋资源的新开发，要求铺建跨洲、跨国的大通道，也给全世界跨海桥梁的发，要求铺建跨洲、跨国的大通道，也给全世界跨海桥梁的建设提供了更大发展空间。建设提供了更大发展空间。