華南理工大學本科基礎(chǔ)工程1

1、華南理工大學本科基礎(chǔ)工程1第一頁，共48頁。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科及所涉及的知識領(lǐng)域地基基礎(chǔ)設(shè)計的基本原則地基基礎(chǔ)設(shè)計方案學科發(fā)展簡介課程特點及學習要求第二頁，共48頁。地基與基礎(chǔ)示意圖地基持力層下臥層第三頁，共48頁。 一、“基礎(chǔ)工程”的函義與性質(zhì) 1.土力學（指工程實用土力學）是一門實用的科學，土木工程的一個分支，它主要研究土的工程性狀、解決工程問題太沙基前兩句：學科的性質(zhì)實用科學，土木工程的分支后兩句：是土力學和基礎(chǔ)工程兩部分第一屆國際土力學會議定名為土力學及基礎(chǔ)工程（SM.FE）基礎(chǔ)工程是指與土有關(guān)的工程問題。第四頁，共48頁。歐洲國

2、家（法、英、德）用拉丁語表達為Geotechnique土工學，在蘇聯(lián)則稱為地基及基礎(chǔ)。20世紀70年代后，國際會議把SM.FE改為GT.。2.“土力學”及“基礎(chǔ)工程” 土力學學科的理論基礎(chǔ)，研究巖土（工程載體）的特性及其應力應變、強度、滲流的基本規(guī)律基礎(chǔ)工程則為在巖土地基上進行工程的技術(shù)問題兩者互為理論與應用的整體，所以“基礎(chǔ)工程”就是巖土地層中建筑工程的技術(shù)問題。第五頁，共48頁。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

3、作用共同承擔上部結(jié)構(gòu)物所產(chǎn)生各種變形與穩(wěn)定問題。樁、墩基、箱基、支擋結(jié)構(gòu)、圍護結(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題。 第六頁，共48頁。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、巖石） 部位地殼表層 作用承擔建筑物的全部荷載第七頁，共48頁。三、本課程所屬學科及所涉及的 知識領(lǐng)域所屬學科：巖土工程所涉及的知識領(lǐng)域：1. 工程地質(zhì)學 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 巖土的應力、變形、強度、穩(wěn)定性和滲流3.

4、 基礎(chǔ)工程學4. 其它 材料力學、結(jié)構(gòu)力學、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、建筑施工第八頁，共48頁。四、地基基礎(chǔ)設(shè)計的基本原則1. 強度要求：基底壓力不超過地基承載力2. 變形要求：地基變形不超過建筑物的地基變形允許值3. 基礎(chǔ)應具有足夠的強度、剛度和耐久性第九頁，共48頁。加拿大特朗斯康谷倉 事故：1913年9月裝谷物，10月17日裝了31822t谷物時，1小時豎向沉降達30.5cm24小時傾斜2653西端下沉7.32m 東端上抬1.52m上部鋼混筒倉完好無損概況：長59.4m，寬23.5m，高31.0m，共65個圓筒倉。 鋼混筏板基礎(chǔ)，厚61cm，埋深3.66m。 1911年動工，1913年完工，自重2

5、0000T。第十頁，共48頁。第十一頁，共48頁。加拿大特朗斯康谷倉 原因：地基土事先未進行調(diào)查，據(jù)鄰近結(jié)構(gòu)物基槽開挖取土試驗結(jié)果，計算地基承載力應用到此谷倉。1952年經(jīng)勘察試驗與計算，地基實際承載力遠小于谷倉破壞時發(fā)生的基底壓力。因此，谷倉地基因超載發(fā)生強度破壞而滑動。處理：事后在下面做了七十多個支撐于基巖上的混凝土墩，使用388個50t千斤頂以及支撐系統(tǒng)，才把倉體逐漸糾正過來，但其位置比原來降低了米。 第十二頁，共48頁。香港寶城滑坡 1972年7月某日清晨，香港寶城路附近，兩萬立方米殘積土從山坡上下滑，巨大滑動體正好沖過一幢高層住宅-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

6、一角約五層住宅。死亡7人。原因：山坡上殘積土本身強度較低，加之雨水入滲使其強度進一步大大降低，使得土體滑動力超過土的強度，于是山坡土體發(fā)生滑動。第十三頁，共48頁。香港1900年建市，1977年成立土力工程署港島1972 Po Shan 滑坡 ( 20,000 m3)(67 死、20 傷)Po Shan RoadConduit RoadNotewell Road第十四頁，共48頁。Early 1972 滑坡前June 1972 滑坡后第十五頁，共48頁。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重損傷 液化：松砂地基在振動荷載作

7、用下喪失強度變成流動狀態(tài)的一種現(xiàn)象第十六頁，共48頁。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)滑入海中第十七頁，共48頁。以上幾個實例可歸結(jié)為與土有關(guān)的強度問題第十八頁，共48頁。第十九頁，共48頁。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5.27m，傾斜5.51360：再復工，至1370年竣工，全塔共8層，高度為55m1272：復工，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：動工原因：地基持力層為粉砂，下面為粉土和粘土層，強度較低，變形較大。1590: 伽利略在此塔做落體實驗 第二十頁，共48頁。第二十

8、一頁，共48頁。比薩斜塔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 法和取土法進行地 基處理目 前: 已向游人開放。 處理措施第二十二頁，共48頁。虎丘塔問題：塔身向東北方向嚴重傾斜，塔 頂離中心線已達2.31m，底層 塔身發(fā)生不少裂縫，成為危險 建筑物而封閉。概況：位于蘇州市虎丘公園山頂，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)墻并對塔周圍與塔基進行 鉆孔注漿和打設(shè)樹根樁加

9、固塔 身，獲得成功。第二十三頁，共48頁。第二十四頁，共48頁。第二十五頁，共48頁。問題：1954年5月開工，當年底基礎(chǔ)平均沉降達60cm。1957年6月，中央大廳四角沉降量最大達146.55cm，最小沉降量122.80cm。1979年9月，展覽館中央大廳累計平均沉降160cm上海展覽中心館中央大廳框架結(jié)構(gòu)、箱形基礎(chǔ)(d7.27m)，兩翼為條形基礎(chǔ)。箱基頂面至中央大廳塔尖96.63m第二十六頁，共48頁。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)問題：兩翼墻基向中部傾斜，致使墻體、窗臺及鋼筋砼樓面出現(xiàn)嚴重裂縫處理方法： 起先曾加寬中部基礎(chǔ)，繼之又一再加固； 拆除兩翼

10、木樓面改成鋼筋砼樓面、拆除嚴重開裂墻體、更換部分鋼筋砼梁。第二十七頁，共48頁。問題：地基嚴重下沉。解放初期，錦江飯店大門朝北、由長樂路上幾個臺階進入飯店，1979年9月，地基沉降量達150cm，飯店一層的室內(nèi)地坪比長樂路室外地面反而低5個臺階。（西側(cè)院墻新開一扇大門）上世紀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)第二十八頁，共48頁。問題：沉降量達4m，臨近的公路下沉2m，公路路面至藝術(shù)宮門前高差達2m，參觀者需下九步臺階進入藝術(shù)宮。墨西哥市藝術(shù)宮1940年落成第二十九頁，共48頁。問題：沉降2.2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

11、殿左部：1709年；右部：1622年；地基：20多米厚的粘土第三十頁，共48頁。問題：使用若干年后，側(cè)廳向外朝東傾斜。瑞典皇宮建于18世紀中葉側(cè)廳采用木樁基礎(chǔ)。處理方法：1920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年代沉降觀測表明，每年沉降量為2.5mm。1963年在側(cè)廳下加混凝土樁（打至基巖）。第三十一頁，共48頁。由于沉降相互影響，兩棟相鄰的建筑物上部接觸Kiss第三十二頁，共48頁?；娱_挖，引起陽臺裂縫第三十三頁，共48頁。修建新建筑物：引起原有建筑物開裂第三十四頁，共48頁。高層建筑物由于不均勻沉降而被爆破拆除第三十五頁，共48頁。建筑物立面高差過大第三十六頁

12、，共48頁。建筑物過長：長高比7.6:1第三十七頁，共48頁。關(guān)西機場 世界最大人工島1986年：開工1990年：人工島完成1994年：機場運營面積：4370m1250m填筑量：180106m3平均厚度：33m第三十八頁，共48頁。關(guān)西機場設(shè)計時預測沉降：5.77.5 m完成時實際沉降：8.1 m，5cm/月(1990年)預測主固結(jié)完成：20年后比設(shè)計超填：3m問題：沉降大且有不均勻沉降第三十九頁，共48頁。以上幾個實例可歸結(jié)為與土有關(guān)的變形問題第四十頁，共48頁。五、地基基礎(chǔ)設(shè)計方案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 天然地基其強度和變形都能滿足要求 人工地基需先作地基處理

13、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)用特殊施工手段或工藝修建的基礎(chǔ)第四十一頁，共48頁。2、地基基礎(chǔ)設(shè)計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)）第四十二頁，共48頁。真正成為一門工程科學工程實用土力學（太沙基，1925 ）第一屆國際土力學及基礎(chǔ)工程學術(shù)會議（1936年，哈佛），至今已17屆，特別是在70年代以來，把學科推向現(xiàn)代化。在理論上：土力學（飽和砂土的有效應力原理、線彈性力學）土塑性力學（考慮土的結(jié)構(gòu)影響粘彈塑體的應力、應變、強度的數(shù)學模型）飽和土 非飽和土土動力學（土的動力特性）等等。年輕的

14、應用學科第四十三頁，共48頁。在基礎(chǔ)工程應用技術(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) 海洋石油平臺基礎(chǔ)，海上大型混凝儲油罐 人工島（關(guān)西機場） 條件復雜的高速公路路基 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)代改革開放以來，深圳、廣州、上海浦東，以及沿海的中等城市的大規(guī)?，F(xiàn)代化建設(shè)，數(shù)以萬計的高層建筑，三峽水利工程，南水北調(diào)工程，青藏鐵路線，全國各省市高速公路等成功實踐，有效促進我國基礎(chǔ)工程現(xiàn)代化的發(fā)展。第四十四頁，共48頁。七、課程特點及學習要求課程的特點： 是一門工程學科，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)計與建造技術(shù)的工程科學。第四十五頁，共48頁。解決地基基礎(chǔ)問題的合理途徑：勘察室內(nèi)、原位試驗設(shè)計理論、經(jīng)驗施工監(jiān)測判別安全度評價設(shè)計的合理程度，信息化施工第四十六頁，共48頁。根