華南理工大學(xué)本科基礎(chǔ)工程1

1、基 礎(chǔ) 工 程,主講 ：劉 叔 灼 副教授 劉 庭 金 副教授 華南理工大學(xué) 土木工程系巖 土 工 程 教 研 室,緒 論本章主要內(nèi)容：,“基礎(chǔ)工程”的函義與性質(zhì)地基及基礎(chǔ)的概念本課程所屬學(xué)科及所涉及的知識(shí)領(lǐng)域地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的基本原則地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案學(xué)科發(fā)展簡(jiǎn)介課程特點(diǎn)及學(xué)習(xí)要求,,,地基與基礎(chǔ)示意圖,地基持力層下臥層,,,一、“基礎(chǔ)工程”的函義與性質(zhì) 1.土力學(xué)（指工程實(shí)用土力學(xué)）

2、是一門實(shí)用的科學(xué)，土木工程的一個(gè)分支，它主要研究土的工程性狀、解決工程問(wèn)題——太沙基前兩句：學(xué)科的性質(zhì)——實(shí)用科學(xué)，土木工程的分支后兩句：是土力學(xué)和基礎(chǔ)工程兩部分第一屆國(guó)際土力學(xué)會(huì)議定名為土力學(xué)及基礎(chǔ)工程（SM.FE）基礎(chǔ)工程是指與土有關(guān)的工程問(wèn)題。,歐洲國(guó)家（法、英、德）用拉丁語(yǔ)表達(dá)為Geotechnique土工學(xué)，在蘇聯(lián)則稱為地基及基礎(chǔ)。20世紀(jì)70年代后，國(guó)際會(huì)議把SM.FE改為GT.。2.“土力學(xué)”及“基礎(chǔ)工程”

3、土力學(xué)——學(xué)科的理論基礎(chǔ)，研究巖土（工程載體）的特性及其應(yīng)力應(yīng)變、強(qiáng)度、滲流的基本規(guī)律基礎(chǔ)工程——?jiǎng)t為在巖土地基上進(jìn)行工程的技術(shù)問(wèn)題兩者互為理論與應(yīng)用的整體，所以“基礎(chǔ)工程”就是巖土地層中建筑工程的技術(shù)問(wèn)題。,某一建筑結(jié)構(gòu)在巖土地層上的工程為上部結(jié)構(gòu)工程，而基礎(chǔ)工程則為下部結(jié)構(gòu)工程。英語(yǔ)稱之為“Foundation Engineering”，其意義是指包括地基及基礎(chǔ)在內(nèi)的下部結(jié)構(gòu)工程?；A(chǔ)工程——就是研究下部結(jié)構(gòu)物與巖土相互作用共

4、同承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)物所產(chǎn)生各種變形與穩(wěn)定問(wèn)題。樁、墩基、箱基、支擋結(jié)構(gòu)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、水泥攪拌體，砂石樁體，錨固，土釘、砂井等等，都可視為結(jié)構(gòu)物與巖土相互作用問(wèn)題。,二、地基及基礎(chǔ)的概念,1．基礎(chǔ)：建筑物的下部結(jié)構(gòu) 材料——人造材料（磚、石、砼） 部位——下部結(jié)構(gòu) 作用——傳遞建筑物的荷載 2．地基：受建筑物荷載影響的那一部分地層 材料——地殼（土、

5、巖石） 部位——地殼表層 作用——承擔(dān)建筑物的全部荷載,三、本課程所屬學(xué)科及所涉及的 知識(shí)領(lǐng)域,所屬學(xué)科：巖土工程所涉及的知識(shí)領(lǐng)域：1. 工程地質(zhì)學(xué) 巖土的成因、特性；巖土工程勘察；不良地質(zhì)現(xiàn)象2. 土力學(xué) 巖土的應(yīng)力、變形、強(qiáng)度、穩(wěn)定性和滲流3. 基礎(chǔ)工程學(xué)4. 其它 材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、建筑施工,四、地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的基本原則,1. 強(qiáng)

6、度要求：基底壓力不超過(guò)地基承載力2. 變形要求：地基變形不超過(guò)建筑物的地基變形允許值3. 基礎(chǔ)應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度和耐久性,加拿大特朗斯康谷倉(cāng),事故：1913年9月裝谷物，10月17日裝了31822t谷物時(shí)，1小時(shí)豎向沉降達(dá)30.5cm24小時(shí)傾斜26°53ˊ西端下沉7.32m 東端上抬1.52m上部鋼混筒倉(cāng)完好無(wú)損,概況：長(zhǎng)59.4m，寬23.5m，高31.0m，共65個(gè)圓筒倉(cāng)。 鋼混筏板基礎(chǔ)

7、，厚61cm，埋深3.66m。 1911年動(dòng)工，1913年完工，自重20000T。,,加拿大特朗斯康谷倉(cāng),原因：地基土事先未進(jìn)行調(diào)查，據(jù)鄰近結(jié)構(gòu)物基槽開(kāi)挖取土試驗(yàn)結(jié)果，計(jì)算地基承載力應(yīng)用到此谷倉(cāng)。1952年經(jīng)勘察試驗(yàn)與計(jì)算，地基實(shí)際承載力遠(yuǎn)小于谷倉(cāng)破壞時(shí)發(fā)生的基底壓力。因此，谷倉(cāng)地基因超載發(fā)生強(qiáng)度破壞而滑動(dòng)。,處理：事后在下面做了七十多個(gè)支撐于基巖上的混凝土墩，使用388個(gè)50t千斤頂以及支撐系統(tǒng)，才把倉(cāng)體逐漸糾正過(guò)來(lái)

8、，但其位置比原來(lái)降低了４米。,香港寶城滑坡,1972年7月某日清晨，香港寶城路附近，兩萬(wàn)立方米殘積土從山坡上下滑，巨大滑動(dòng)體正好沖過(guò)一幢高層住宅--寶城大廈，頃刻間寶城大廈被沖毀倒塌并砸毀相鄰一幢大樓一角約五層住宅。死亡６7人。,原因：山坡上殘積土本身強(qiáng)度較低，加之雨水入滲使其強(qiáng)度進(jìn)一步大大降低，使得土體滑動(dòng)力超過(guò)土的強(qiáng)度，于是山坡土體發(fā)生滑動(dòng)。,香港1900年建市，1977年成立土力工程署港島1972 Po Shan 滑坡 (~

9、 20,000 m3)(67 死、20 傷),Po Shan Road,Conduit Road,Notewell Road,Early 1972 滑坡前,,,阪神大地震中地基液化,神戶碼頭：地震引起大面積砂土地基液化后產(chǎn)生很大的側(cè)向變形和沉降，大量的建筑物倒塌或遭到嚴(yán)重?fù)p傷,液化：松砂地基在振動(dòng)荷載作用下喪失強(qiáng)度變成流動(dòng)狀態(tài)的一種現(xiàn)象,阪神大地震中地基液化,神戶碼頭：沉箱式岸墻因砂土地基液化失穩(wěn)滑入海中,以上幾個(gè)實(shí)例可歸結(jié)為與土有

10、關(guān)的強(qiáng)度問(wèn)題,比薩斜塔,目前：塔向南傾斜，南北兩端沉降差1.80m， 塔頂離中心線已達(dá)5.27m，傾斜5.5°1360：再?gòu)?fù)工，至1370年竣工，全塔共8　　　層，高度為55m1272：復(fù)工，經(jīng)6年，至7層，高48m，再　　　　停工1178：至4層中，高約29m，因傾斜停工1173：動(dòng)工,原因：地基持力層為粉砂，下面為粉土和粘土層，強(qiáng)度較低，變形較大。,,,,,1590: 伽利略在此塔做落體實(shí)驗(yàn),比

11、薩斜塔,1838-1839：挖環(huán)形基坑卸載1933-1935：基坑防水處理　　　　　 基礎(chǔ)環(huán)灌漿加固1990年1月: 封閉1992年7月：加固塔身，用壓重　　　　　 法和取土法進(jìn)行地 基處理目 前: 已向游人開(kāi)放。,處理措施,虎丘塔,問(wèn)題：塔身向東北方向嚴(yán)重傾斜，塔 頂離中心線已達(dá)2.31m，底層 塔身發(fā)生不少裂縫，成為危險(xiǎn) 建筑物而封閉。,概況：位于蘇州市虎

12、丘公園山頂，落成于宋太祖建隆二年（公元961年）。全塔7層，高47.5m，塔的平面呈八角形。,原因：坐落于不均勻粉質(zhì)粘土層上， 產(chǎn)生不均勻沉降。,處理：在塔四周建造一圈樁排式地下 連續(xù)墻并對(duì)塔周圍與塔基進(jìn)行 鉆孔注漿和打設(shè)樹(shù)根樁加固塔 身，獲得成功。,問(wèn)題：1954年5月開(kāi)工，當(dāng)年底基礎(chǔ)平均沉降達(dá)60cm。1957年6月，中央大廳四角沉降量最大達(dá)146.55cm，最小沉降量122.80

13、cm。,1979年9月，展覽館中央大廳累計(jì)平均沉降160cm,上海展覽中心館,中央大廳框架結(jié)構(gòu)、箱形基礎(chǔ)(d＝7.27m)，兩翼為條形基礎(chǔ)。箱基頂面至中央大廳塔尖96.63m,某火車站,結(jié)構(gòu)型式：中部框架結(jié)構(gòu)(鋼筋砼樓面)，兩翼混合結(jié)構(gòu)(木樓面),問(wèn)題：兩翼墻基向中部?jī)A斜，致使墻體、窗臺(tái)及鋼筋砼樓面出現(xiàn)嚴(yán)重裂縫,處理方法： ①起先曾加寬中部基礎(chǔ)，繼之又一再加固； ②拆除兩翼木樓面改成鋼筋砼樓面、拆除嚴(yán)重開(kāi)裂墻體、更換

14、部分鋼筋砼梁。,問(wèn)題：地基嚴(yán)重下沉。解放初期，錦江飯店大門朝北、由長(zhǎng)樂(lè)路上幾個(gè)臺(tái)階進(jìn)入飯店，1979年9月，地基沉降量達(dá)150cm，飯店一層的室內(nèi)地坪比長(zhǎng)樂(lè)路室外地面反而低5個(gè)臺(tái)階。（西側(cè)院墻新開(kāi)一扇大門）,上世紀(jì)70年代末興建錦江飯店新樓接待外賓,上海錦江飯店,高15層，鋼結(jié)構(gòu),問(wèn)題：沉降量達(dá)4m，臨近的公路下沉2m，公路路面至藝術(shù)宮門前高差達(dá)2m，參觀者需下九步臺(tái)階進(jìn)入藝術(shù)宮。,墨西哥市藝術(shù)宮,1940年落成,問(wèn)題：沉降2.2

15、米，且左右兩部分存在明顯的沉降差。左側(cè)建筑物于1969年加固。,墨西哥某宮殿,左部：1709年；右部：1622年；地基：20多米厚的粘土,問(wèn)題：使用若干年后，側(cè)廳向外朝東傾斜。,瑞典皇宮,建于18世紀(jì)中葉側(cè)廳采用木樁基礎(chǔ)。,處理方法：①1920年采用1m厚混凝土板加在側(cè)廳下。但沉降速率反而增加，1950年代沉降觀測(cè)表明，每年沉降量為2.5mm。②1963年在側(cè)廳下加混凝土樁（打至基巖）。,由于沉降相互影響，兩棟相鄰的建筑物上部接

16、觸,Kiss,基坑開(kāi)挖，引起陽(yáng)臺(tái)裂縫,修建新建筑物：引起原有建筑物開(kāi)裂,高層建筑物由于不均勻沉降而被爆破拆除,建筑物立面高差過(guò)大,建筑物過(guò)長(zhǎng)：長(zhǎng)高比7.6:1,關(guān)西機(jī)場(chǎng) 世界最大人工島,1986年：開(kāi)工1990年：人工島完成1994年：機(jī)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)面積：4370m×1250m填筑量：180×106m3平均厚度：33m,關(guān)西機(jī)場(chǎng),設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)測(cè)沉降：　　5.7－7.5 m完成時(shí)實(shí)際沉降：　　8.1 m，

17、5cm/月　　(1990年)預(yù)測(cè)主固結(jié)完成：　　20年后比設(shè)計(jì)超填：　　3m,問(wèn)題：沉降大且有不均勻沉降,以上幾個(gè)實(shí)例可歸結(jié)為與土有關(guān)的變形問(wèn)題,五、地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案,1、地基與基礎(chǔ)分類地基：可分為天然地基和人工地基兩類 天然地基——其強(qiáng)度和變形都能滿足要求 人工地基——需先作地基處理基礎(chǔ)：可分為淺基礎(chǔ)和深基礎(chǔ)兩類 淺基礎(chǔ)——按常規(guī)施工手段能修建的基礎(chǔ) 深基礎(chǔ)——用特殊施工手段或

18、工藝修建的基礎(chǔ),2、地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案天然地基上的淺基礎(chǔ)人工地基上的淺基礎(chǔ)天然地基上的深基礎(chǔ)深、淺基礎(chǔ)相結(jié)合（樁-筏基礎(chǔ)、樁-箱基礎(chǔ)）,真正成為一門工程科學(xué)——《工程實(shí)用土力學(xué)》（太沙基，1925 ）第一屆國(guó)際土力學(xué)及基礎(chǔ)工程學(xué)術(shù)會(huì)議（1936年，哈佛），至今已17屆，特別是在70年代以來(lái)，把學(xué)科推向現(xiàn)代化。在理論上：土力學(xué)（飽和砂土的有效應(yīng)力原理、線彈性力學(xué)）土塑性力學(xué)（考慮土的結(jié)構(gòu)影響粘彈塑體的應(yīng)力、應(yīng)變、強(qiáng)度的數(shù)學(xué)模

19、型）飽和土 非飽和土土動(dòng)力學(xué)（土的動(dòng)力特性）等等。,年輕的應(yīng)用學(xué)科,,在基礎(chǔ)工程應(yīng)用技術(shù)上： 超高層建筑物（數(shù)百米高） 地下多層基礎(chǔ)工程（百余米深） 大型鋼廠的深基礎(chǔ) 海洋石油平臺(tái)基礎(chǔ)，海上大型混凝儲(chǔ)油罐 人工島（關(guān)西機(jī)場(chǎng)） 條件復(fù)雜的高速公路路基 跨海大橋的橋梁基礎(chǔ)等工程技術(shù)使樁基、墩基、地基處理、不斷革新、走向現(xiàn)代改革開(kāi)放以來(lái)，深圳、廣州、上海浦東，以及沿海的中等城市的大

20、規(guī)?，F(xiàn)代化建設(shè)，數(shù)以萬(wàn)計(jì)的高層建筑，三峽水利工程，南水北調(diào)工程，青藏鐵路線，全國(guó)各省市高速公路等成功實(shí)踐，有效促進(jìn)我國(guó)基礎(chǔ)工程現(xiàn)代化的發(fā)展。,七、課程特點(diǎn)及學(xué)習(xí)要求,課程的特點(diǎn)： 是一門工程學(xué)科，專門研究建造在巖土地層上建筑物基礎(chǔ)及有關(guān)結(jié)構(gòu)物的設(shè)計(jì)與建造技術(shù)的工程科學(xué)。,解決地基基礎(chǔ)問(wèn)題的合理途徑：,勘察,室內(nèi)、原位試驗(yàn),,設(shè)計(jì),理論、經(jīng)驗(yàn),,施工,,監(jiān)測(cè),判別安全度評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)的合理程度，信息化施工,,①根據(jù)建筑物對(duì)基礎(chǔ)功能的特殊要

21、求，通過(guò)勘探，試驗(yàn)，原位測(cè)試等，了解巖土地層的工程性質(zhì)②結(jié)合工程實(shí)際，運(yùn)用土力學(xué)及工程結(jié)構(gòu)的基本原理，分析巖土地層與基礎(chǔ)工程結(jié)構(gòu)物的相互作用及其變形與穩(wěn)定的規(guī)律③作出合理的基礎(chǔ)工程方案和建造技術(shù)措施，確保建筑物的安全與穩(wěn)定。原則上，是以工程要求和勘探試驗(yàn)為依據(jù)，以巖土與基礎(chǔ)共同作用和變形與穩(wěn)定分析為核心，以優(yōu)化基礎(chǔ)方案與建筑技術(shù)為靈魂，以解決工程問(wèn)題確保建筑物安全與穩(wěn)定為目的。,課程的學(xué)習(xí)特點(diǎn)：采用理論聯(lián)系實(shí)際，緊密聯(lián)系工程實(shí)際