基礎(chǔ)工程 緒論

第一章緒論【本章要求】

了解基礎(chǔ)工程概念及重要性，了解基礎(chǔ)工程現(xiàn)狀及發(fā)展方向，掌握(zhǎngwò)基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)的基本原則【本章重點(diǎn)】

掌握基礎(chǔ)工程課程特點(diǎn)及學(xué)習(xí)要求共一百三十二頁

基礎(chǔ)工程是研究下部結(jié)構(gòu)物與巖土相互作用共同承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)物所產(chǎn)生各種變形與穩(wěn)定問題，是基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與施工工作，以及有關(guān)的工程地質(zhì)勘察、基礎(chǔ)施工所需基坑的開挖、支護(hù)(zhīhù)、降水和地基加固工作的總稱。

1.1概述(ɡàishù)共一百三十二頁余姚河姆渡遺址(yízhǐ)沼澤地木樁7000年前共一百三十二頁余姚河姆渡遺址(yízhǐ)沼澤地木樁7000年前共一百三十二頁都江堰水利工程(shuǐlìgōngchéng)共一百三十二頁都江堰水利工程(shuǐlìgōngchéng)共一百三十二頁萬里長(zhǎng)城(wànlǐchángchéng)共一百三十二頁中國(guó)古代基礎(chǔ)(jīchǔ)工程之成就隋朝大業(yè)初年（公元605年左右）石工李春所修建成的趙州石拱橋，造型美觀，至今安然無恙。橋臺(tái)砌置于密實(shí)的粗砂層上，一千三百多年來估計(jì)沉降量約幾厘米。現(xiàn)在驗(yàn)算其基底壓力約500-600kpa，這與現(xiàn)代土力學(xué)理論(lǐlùn)給出的承載力值很接近。

共一百三十二頁開封(kāifēnɡ)開寶寺木塔

端拱二年（989）,喻皓建成開封開寶寺木塔，他根據(jù)當(dāng)?shù)囟辔鞅憋L(fēng)，使塔身微向西北傾斜。開封開寶寺木塔焚毀后，慶歷元年(yuánnián)(1041)建成磚塔，屋檐、斗拱等用特制的鐵色琉璃磚塊，塔身面磚為有佛像等浮雕圖案的鐵色琉璃磚，因此俗稱鐵塔。鐵塔高55.88米，呈八角形，共十三層。

共一百三十二頁開封(kāifēnɡ)開寶寺鐵塔

共一百三十二頁都江堰都江堰是我國(guó)古代創(chuàng)建的一項(xiàng)聞名中外的偉大的水利工程。在四川灌縣城西岷江上游。戰(zhàn)國(guó)秦昭王時(shí)蜀郡守李冰父子率眾興建。洶涌的岷江水經(jīng)都江堰化險(xiǎn)為夷，變害為利，造福農(nóng)桑，使川西平原成為千百年來旱澇保收的“天府之國(guó)”。都江堰工程(gōngchéng)由魚嘴、飛沙堰、寶瓶口三部分組成。魚嘴為建于江心的分水堤，由此把岷江水分流導(dǎo)入內(nèi)外二江，外江為岷江正流，內(nèi)江經(jīng)寶瓶口流入川西平原灌溉農(nóng)田飛沙堰在魚嘴與寶瓶口之間，用于泄洪，調(diào)節(jié)魚嘴流來的水流量，避免過多涌入內(nèi)江。寶瓶口是引岷江水入內(nèi)江的總?cè)胨冢扇斯よ忛_的玉壘山，成離堆。共一百三十二頁上海浦東20000m3大油罐1.基底壓力:210KN/m2。

2.地基由淤泥質(zhì)粘性土組成，屬河口(hékǒu)濱海相沉積。

3.內(nèi)含薄砂層。

4.容許承載力80KPa共一百三十二頁共一百三十二頁基坑(jīkēnɡ)工程共一百三十二頁中央電視臺(tái)基坑(jīkēnɡ)工程共一百三十二頁共一百三十二頁青藏鐵路(qīnɡcánɡtiělù)建設(shè)通風(fēng)管道路基(lùjī)

熱棒：天然“制冷機(jī)”共一百三十二頁青藏鐵路(qīnɡcánɡtiělù)路基蘊(yùn)含的物理知識(shí)2006年7月1日，青藏鐵路實(shí)現(xiàn)了全線貫通，打破了美國(guó)的火車旅行家保羅·泰魯“有昆侖山脈在，鐵路就永遠(yuǎn)到不了拉薩”的“斷言”，大長(zhǎng)了中國(guó)人的志氣(zhìqì)。4大措施解決千年凍土的問題青藏鐵路的成敗決定于路基，而路基最大的問題就是多年凍土。夏天氣溫上升，凍土層就要融化，上面的路也就塌了；而冬天溫度降低，凍土膨脹，就會(huì)把建在上面的路基和鋼軌頂起來，一降一升，火車極易脫軌。針對(duì)以上問題，我國(guó)的鐵路建設(shè)者主要是采用了以下4個(gè)措施來解決“凍土”問題。共一百三十二頁（1）熱棒：天然“制冷機(jī)”進(jìn)入兩大灘凍土區(qū)，鐵路路基兩旁插有一排排碗口粗細(xì)、高約2m的鐵棒(tiěbànɡ)。鐵棒(tiěbànɡ)間相隔2m，一直向前延伸。我們叫它熱棒。熱棒在路基下還埋有5m，整個(gè)棒體是中空的，里面灌有液氨。熱棒的工作原理很簡(jiǎn)單：當(dāng)路基溫度上升時(shí)，液態(tài)氨受熱發(fā)生汽化，上升到熱棒的上端，通過散熱片將熱量傳導(dǎo)給空氣，氣態(tài)氨由此冷卻液化變成了液態(tài)氨，又沉入了棒底。這樣，熱棒就相當(dāng)于一個(gè)天然“制冷機(jī)”。共一百三十二頁（2）拋石路基：廉價(jià)(liánjià)“土空調(diào)”在青藏鐵路路基內(nèi)部，還有一種廉價(jià)而有效的“土空調(diào)”正悄無聲息地運(yùn)轉(zhuǎn)著。在土層路基中間，填筑了一定厚度的碎石。當(dāng)夏季來臨時(shí)，青藏高原氣溫升高，拋石路基表面的溫度上升，空氣密度降低，而路基凍土中的溫度較低，空氣密度較大，這樣熱空氣與冷空氣就不易對(duì)流，無形中形成了外界與凍土的隔熱層；當(dāng)冬天來臨時(shí)，凍土路基的外界溫度較低，空氣密度較大，而路基凍土層溫度較高，空氣密度較低，將自然上移，與外界進(jìn)行熱量交換，無形中形成了熱冷對(duì)流，使路基凍土層溫度降低，保護(hù)了凍土的完好性。共一百三十二頁共一百三十二頁共一百三十二頁3）遮陽板：隔熱(ɡérè)“外衣”青藏高原地處中低緯度，高海拔地區(qū)，太陽輻射十分強(qiáng)烈是該地區(qū)的一個(gè)重要特征。遮陽板路基是在路基的邊坡和坡面上架設(shè)一層用于遮擋太陽輻射的板材，由此完全消除太陽對(duì)路堤坡面的有效輻射加熱作用，達(dá)到穩(wěn)定路基溫度場(chǎng)的目的。共一百三十二頁(4)以橋代路：“最后絕招”青藏鐵路沿線，給人印象(yìnxiàng)最深的是橋多。極不穩(wěn)定的高含冰量?jī)鐾羺^(qū)，用熱棒、拋石路基等方法都是不管用的，而以橋代路是解決凍土問題的最后絕招。橋墩打進(jìn)凍土層30多m，橋墩與凍土層間的摩擦力足以支撐路基的穩(wěn)固性，凍土的融化和膨脹對(duì)路基的影響這時(shí)已顯得微乎其微。共一百三十二頁蘇通大橋(dàqiáo)共一百三十二頁蘇通大橋(dàqiáo)四項(xiàng)世界之最：

最深基礎(chǔ)蘇通大橋(dàqiáo)基礎(chǔ)需要在一塊足球場(chǎng)大小的面積上打下131根鋼筒，每根護(hù)筒之間的距離也就二三米，最深基礎(chǔ)達(dá)120米深，樁基礎(chǔ)橫截面如“足球場(chǎng)”。共一百三十二頁基礎(chǔ)(jīchǔ)位于軟弱土層中，承受的靜、動(dòng)力荷載大，樁基數(shù)量多，結(jié)構(gòu)受力傳力機(jī)理復(fù)雜，群樁效應(yīng)突出，國(guó)內(nèi)外規(guī)范難以涵蓋大規(guī)模水上施工技術(shù)指標(biāo)嚴(yán)，工藝要求高超大規(guī)模鋼吊箱水上拼裝與沉放風(fēng)險(xiǎn)高，難度大大體積混凝土承臺(tái)施工技術(shù)要求高、工藝復(fù)雜。共一百三十二頁俯瞰杭州灣大橋救援(jiùyuán)平臺(tái)共一百三十二頁大橋北岸連接線自西塘橋互通接入滬杭高速步云樞紐，總長(zhǎng)29.1公里(ɡōnɡlǐ)，投資額17.8億元。大橋南岸連接線自慈溪庵東互通接入寧波繞城高速公路，總長(zhǎng)55.3公里，投資額34.3億元。大橋和兩岸連接線總投資約160億元，項(xiàng)目資本金主要由寧波與嘉興地方政府及民間企業(yè)出資，其余65%來著銀行貸款。

共一百三十二頁杭州灣跨海大橋技術(shù)復(fù)雜、工程浩大，創(chuàng)下多項(xiàng)世界紀(jì)錄，在五年建設(shè)工期(gōngqī)中，共消耗鋼材76.9萬噸，超過三峽工程的用鋼量；消耗水泥129.1萬噸，可裝滿400列火車。此外還有木材1.91萬立方米，石油瀝青1.16萬噸，混凝土240萬立方米。施工人員共在海中打下鋼管樁5513根、鉆孔樁3550根，其中最大的一根鋼管樁直徑1.6米、樁長(zhǎng)約89.5米，重量超過74噸，其鋼管樁工程規(guī)模創(chuàng)下世界紀(jì)錄。共一百三十二頁大橋(dàqiáo)沿線在管樁基礎(chǔ)上，共澆筑承臺(tái)1272座，每座面積相當(dāng)于一個(gè)籃球場(chǎng)，高度超過兩層樓；澆筑高架墩身1428座，為國(guó)內(nèi)特大型橋梁之最。大橋水中引橋區(qū)共有540片70米×16米箱梁，單片重達(dá)2180噸，采用整孔預(yù)制、運(yùn)輸、架設(shè)一體化方案，為此特別研制了世界最大的1600噸級(jí)架橋機(jī)和亞洲最大的3000噸級(jí)海上起吊船。共一百三十二頁淺海打樁

在淺灘橋墩施工中采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，而杭州灣軟土層厚度超過30米，下方巖石層又深達(dá)160多米，為了確保大橋的安全牢固性，又避免高成本和高技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，大橋采用了打摩擦樁的方案，也就是利用泥土的包圍摩擦來固定樁身橋體。打樁鉆孔時(shí)為防止淤泥反復(fù)淤積，需要(xūyào)先打下直徑3.1米、長(zhǎng)52米的鋼護(hù)筒，然后用直徑20多厘米、長(zhǎng)100米的鉆桿帶動(dòng)鉆頭向下鉆進(jìn)，起鉆后下鋼筋籠，最后澆筑混凝土；五根直徑2.5米的鉆孔灌注樁才能組成一個(gè)橋墩。共一百三十二頁淺海區(qū)橋墩(qiáodūn)施工，旁邊是長(zhǎng)達(dá)10公里的施工棧橋。

共一百三十二頁解決灘涂難題杭州灣地區(qū)地質(zhì)(dìzhì)復(fù)雜，大橋南岸有長(zhǎng)達(dá)10公里的灘涂區(qū)，施工設(shè)備、車輛、船只難以進(jìn)入。而且在淺灘地表以下50-60米的區(qū)域里，零星分布著壽命1萬年以上的淺層沼氣。這些施工時(shí)從海底不斷冒出的淺層沼氣有井噴和燃燒的風(fēng)險(xiǎn)；嚴(yán)重時(shí)，能從海底沖出海面二三十米，把施工船沖翻，嚴(yán)重影響大橋施工、安全。針對(duì)灘涂區(qū)車輛難以進(jìn)入的問題，中鐵四局花費(fèi)1.68億元建造了10公里長(zhǎng)的施工棧橋，解決了灘涂施工難題。共一百三十二頁共一百三十二頁共一百三十二頁海上(hǎishànɡ)鉆井平臺(tái)之基礎(chǔ)共一百三十二頁建筑物基礎(chǔ)(jīchǔ)地基(dìjī)基礎(chǔ)上部結(jié)構(gòu)地基共一百三十二頁2025/1/539(1)地基(dìjī)地基----建筑物荷載(hèzài)作用下產(chǎn)生不可忽略的附加應(yīng)力與變形的那部分地層持力層：當(dāng)?shù)鼗鶠槎鄬油習(xí)r，與基礎(chǔ)底面相接觸的土稱為持力層。持力層直接承受基礎(chǔ)底面?zhèn)鹘o它的荷載，故持力層應(yīng)盡可能是工程性質(zhì)好的土層。下臥層：持力層下面的土層稱為下臥層。注意地基土層可能不止一層，凡是持力層下面的土層稱為下臥層。共一百三十二頁地基(dìjī)持力層下臥層共一百三十二頁地基(dìjī)可分為：顯然：采用天然地基(dìjī)是經(jīng)濟(jì)的。人工地基：不能滿足要求而需要事先進(jìn)行人工處理的地基天然地基：開挖基坑后可以直接修筑基礎(chǔ)的地基共一百三十二頁(2)基礎(chǔ)(jīchǔ)基礎(chǔ)(jīchǔ)的作用:基礎(chǔ)----埋藏于地面下承受上部結(jié)構(gòu)荷載、并將荷載傳遞給持力層的人工構(gòu)筑物,是建筑物的組成部分.應(yīng)滿足強(qiáng)度、剛度和耐久性要求。擴(kuò)散壓力；傳遞壓力；調(diào)整地基變形；抗滑或抗傾覆及減振共一百三十二頁

淺基礎(chǔ)(jīchǔ)——指埋深不大的基礎(chǔ)（d<5m)?；A(chǔ)(jīchǔ)：淺基礎(chǔ)(jīchǔ)、深基礎(chǔ)(jīchǔ)(1)采用常規(guī)施工方法修建大開挖降水建造基礎(chǔ)回填土(2)不計(jì)基礎(chǔ)側(cè)面的摩擦力共一百三十二頁

深基礎(chǔ)——對(duì)于淺層土質(zhì)不良，需要利用深處良好地層，采用專門的施工方法(fāngfǎ)和機(jī)具建造的基礎(chǔ)。計(jì)算承載力時(shí)需要計(jì)入基礎(chǔ)側(cè)面的摩擦力。深淺(shēnqiǎn)結(jié)合的基礎(chǔ)：樁筏基礎(chǔ)、樁箱基礎(chǔ)共一百三十二頁地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案：天然地基上的淺基礎(chǔ)（優(yōu)先(yōuxiān)選用）人工地基上的淺基礎(chǔ)天然地基上的深基礎(chǔ)深淺結(jié)合的基礎(chǔ)（樁-筏基礎(chǔ)、樁-箱基礎(chǔ)）對(duì)地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的基本要求：地基承載力要求地基變形要求基礎(chǔ)(jīchǔ)強(qiáng)度、剛度、耐久性要求共一百三十二頁基礎(chǔ)(jīchǔ)類型淺埋基礎(chǔ)深埋基礎(chǔ)共一百三十二頁基礎(chǔ)(jīchǔ)

淺埋基礎(chǔ)獨(dú)立基礎(chǔ)條形基礎(chǔ)十字交叉基礎(chǔ)箱形基礎(chǔ)樁基礎(chǔ)沉井和沉箱基礎(chǔ)地下連續(xù)墻基礎(chǔ)筏板基礎(chǔ)基礎(chǔ)(jīchǔ)分類殼體基礎(chǔ)深埋基礎(chǔ)共一百三十二頁柱下獨(dú)立基礎(chǔ)墻下獨(dú)立基礎(chǔ)獨(dú)立(dúlì)基礎(chǔ)

共一百三十二頁柱下條形基礎(chǔ)墻下條形基礎(chǔ)條形(tiáoxínɡ)基礎(chǔ)

共一百三十二頁十字交叉基礎(chǔ)共一百三十二頁筏板基礎(chǔ)

共一百三十二頁箱形基礎(chǔ)共一百三十二頁殼體基礎(chǔ)共一百三十二頁樁基礎(chǔ)共一百三十二頁沉井基礎(chǔ)共一百三十二頁基礎(chǔ)(jīchǔ)按埋深可分為：淺基礎(chǔ)和深基礎(chǔ)淺基礎(chǔ)是相對(duì)深基礎(chǔ)而言的，兩者差別主要(zhǔyào)在施工方法及設(shè)計(jì)原則上。淺基礎(chǔ)的埋深通常不大，用一般的施工方法進(jìn)行施工，施工條件及工藝簡(jiǎn)單。淺基礎(chǔ)有：

無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)(如毛石基礎(chǔ)、素混凝土基礎(chǔ)等)

擴(kuò)展基礎(chǔ)(鋼筋混混土基礎(chǔ))等共一百三十二頁基礎(chǔ)(jīchǔ)按埋深可分為：淺基礎(chǔ)和深基礎(chǔ)深基礎(chǔ)系指：埋深較大的基礎(chǔ)。由于深基礎(chǔ)埋深較大，可利用地基深部較為堅(jiān)實(shí)的土層或巖層作為持力層。深基礎(chǔ)是采用特殊的結(jié)構(gòu)形式、特殊的施工方法完成的基礎(chǔ)。深基礎(chǔ)的施工需要專門的設(shè)備，且施工技術(shù)(jìshù)復(fù)雜，造價(jià)高，工期長(zhǎng)。深基礎(chǔ)主要包括：樁基礎(chǔ)、沉井基礎(chǔ)、地下連續(xù)墻等。共一百三十二頁共一百三十二頁1.2基礎(chǔ)工程的設(shè)計(jì)(shèjì)內(nèi)容一、基礎(chǔ)(jīchǔ)工程設(shè)計(jì)與施工所需資料地質(zhì)資料有關(guān)上部結(jié)構(gòu)的資料共一百三十二頁地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)(shèjì)資料荷載(hèzài)資料共一百三十二頁

巖土工程(gōngchéng)勘察資料

(1)建筑場(chǎng)地（不良(bùliáng)）地質(zhì)條件及危害程度;(2)地層分布情況及各層巖、土的物理力學(xué)性質(zhì);

(3)地下水類型、水位、腐蝕性等;(4)地震設(shè)防區(qū)：場(chǎng)地類別，砂土液化;(5)方案建議。

原位測(cè)試資料共一百三十二頁共一百三十二頁土層

編號(hào)

土層名

土性特征描述

天然容重

/kN/m3

孔隙比

e

粘聚力

/kPa

內(nèi)摩擦角

/

承載力標(biāo)準(zhǔn)值/kPa

壓縮模量

/MPa

說明

①

人工填土

褐黃色，稍濕到很濕，上

部約0.5m為雜填土

16

0.7

10

15

不宜作為持力層

②

粉質(zhì)粘土

灰黃色，軟塑

17

0.7

12

15

不宜作為持力層

③

粉砂

灰色，成分為長(zhǎng)石、石英

等，稍密，飽和

17.5

0.7

20

150

10

④

粉質(zhì)粘土

灰黃色，軟塑到流塑，呈

透鏡體分布

18.5

0.73

15

18

不宜作為持力層

⑤

細(xì)砂

灰色，成分為長(zhǎng)石、石英

等，稍密，飽和

18.5

0.55

25

200

12

⑥

粘土

灰黃色，硬塑

19

0.5

25

20

300

14

⑦

泥質(zhì)砂巖

淺灰色，中等風(fēng)化到微風(fēng)

化，巖體完整性較好

20

1000

可認(rèn)為不可壓縮

地層(dìcéng)參數(shù)表共一百三十二頁二、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)(shèjì)必須滿足的基本要求

地基與基礎(chǔ)受到各種荷載后，其本身將產(chǎn)生附加的應(yīng)力和變形。為了保證結(jié)構(gòu)物的正常使用和安全，地基與基礎(chǔ)必須具有足夠的強(qiáng)度和隱定性，變形也應(yīng)在容許范圍(fànwéi)之內(nèi)。(1)要保證作用在地基上的荷載不超過地基的承載能力，保證地基具有足夠的防止整體破壞的安全儲(chǔ)備。即：p≤f(pmax≤1.2f)；(2)控制基礎(chǔ)沉降，使之不超過地基的允許變形值。保證建筑物不因地基變形而損壞或影響正常使用。共一百三十二頁地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)(shèjì)要求地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)必須滿足強(qiáng)度要求—p<fa，即作用于地基上的荷載效應(yīng)(基底壓應(yīng)力)不得超過地基承載力（特征值或容許值）變形要求—s<[s]，控制地基的變形，使之不超過建筑物的地基變形允許值穩(wěn)定要求—擋土墻、邊坡以及地基基礎(chǔ)保證具有足夠(zúgòu)防止失穩(wěn)破壞的安全儲(chǔ)備共一百三十二頁一、基礎(chǔ)工程學(xué)科的起源基礎(chǔ)工程既是一項(xiàng)古老的工程技術(shù)，又是一門年輕的應(yīng)用科學(xué)。追本溯源，世界文化古國(guó)的先民，在史前的建筑活動(dòng)中，就已經(jīng)創(chuàng)造了自己的基礎(chǔ)工藝(gōngyì)。二千多年來在世界各地建造的宮殿樓宇、寺院教堂、高塔亭臺(tái)，長(zhǎng)城運(yùn)河、古道石橋、碼頭、堤岸等工程，無論是至今完好，還是不復(fù)存在，都凝聚著佚名者和杰出人物的智慧。采用石料修筑基礎(chǔ)、木材做成樁基礎(chǔ)、石灰拌土夯成墊層或淺基礎(chǔ)、砂土水撼加密、填土擊實(shí)等修筑地基基礎(chǔ)的傳統(tǒng)方法，目前在某些范圍內(nèi)還在應(yīng)用。1.3基礎(chǔ)工程學(xué)科(xuékē)發(fā)展概況共一百三十二頁一、基礎(chǔ)工程學(xué)科(xuékē)的起源基礎(chǔ)工程學(xué)是一門古老的工程技術(shù)和年青的應(yīng)用科學(xué)。遠(yuǎn)在古代人類就創(chuàng)造了自己的地基基礎(chǔ)工藝(gōngyì)。如我國(guó)都江堰水利工程、舉世聞名的萬里長(zhǎng)城、隋朝南北大運(yùn)河、黃河大堤、趙州石拱橋以及許許多多遍及全國(guó)各地的宏偉壯麗的宮殿寺院、巍然挺立的高塔等等，都因奠基牢固，雖經(jīng)歷了無數(shù)次強(qiáng)震強(qiáng)風(fēng)仍安然無恙。又如秦代修筑馳道時(shí)采用的“隱以金椎”（（漢書》）路基壓實(shí)方法；至今常用的石灰樁，灰土、瓦渣墊層和水撼砂墊層等古有的傳統(tǒng)地基處理方法。共一百三十二頁再如北宋初著名木工喻皓建造開封開寶寺木塔時(shí)（公元989年），因當(dāng)?shù)囟辔鞅憋L(fēng)而將建于飽和土上的塔身向西北傾斜，以借長(zhǎng)期鳳力作用而漸趨復(fù)正，克服建筑物地基不均勻沉降。我國(guó)木樁基礎(chǔ)更是源遠(yuǎn)流長(zhǎng)。如錢塘江南岸發(fā)現(xiàn)的河姆渡文化遺址中7000年前打人沼澤地的木樁世所罕見；《水經(jīng)注》記載的今山西汾水上三十墩柱木柱梁橋（公元前532年），以及秦代的渭橋（公元前221一公元206年，《三輔黃圖》）等也都為木樁基礎(chǔ)；再如鄭州隋朝超化寺打人淤泥(yūní)的塔基木樁（（法苑珠林》）、杭州灣五代大海塘工程木樁等都是我國(guó)古代樁基技術(shù)應(yīng)用的典范。只是當(dāng)時(shí)生產(chǎn)力發(fā)展水平所限而未能提煉成系統(tǒng)的科學(xué)理論。

一、基礎(chǔ)(jīchǔ)工程學(xué)科的起源共一百三十二頁18世紀(jì)到19世紀(jì)，人們?cè)诖笠?guī)模建設(shè)中遇到了許多與巖土工程相關(guān)的問題，促進(jìn)了巖土力學(xué)的發(fā)展。例如法國(guó)科學(xué)家C.A，庫(kù)侖(coulomb)在1773年提出了砂土抗剪強(qiáng)度公式(gōngshì)和擋土墻土壓力的滑楔理淪;英國(guó)學(xué)者W.J.M.朗肯(Rankine)又從另一途徑建立了土壓力理論;法國(guó)工程師H.達(dá)西(Darcy)在1856年提出了層流運(yùn)動(dòng)的達(dá)西定律;捷克工程師E.文克勒(winkler)在1867年提出了鐵軌下任一點(diǎn)的接觸壓力與該點(diǎn)土的沉降成正比的假設(shè);法國(guó)學(xué)者J.布辛奈斯克(Boussinesq)在1885年提出了豎向集中荷載作用下半無限彈性體應(yīng)力和位移的理論解答。共一百三十二頁1925年，太沙基發(fā)表第一本比較系統(tǒng)(xìtǒng)完整的著作《土力學(xué)》標(biāo)志著土力學(xué)的建立。

“工程實(shí)用土力學(xué)”的出現(xiàn)，標(biāo)志著“土力學(xué)及基礎(chǔ)工程”，真正成為一門工程科學(xué);1936年在美國(guó)哈佛召開了第一屆國(guó)際土力學(xué)及基礎(chǔ)工程學(xué)術(shù)會(huì)議，至今已17屆，特別是在20世紀(jì)70年代以來，把學(xué)科推向現(xiàn)代化。共一百三十二頁人物(rénwù)小傳共一百三十二頁簡(jiǎn)介(jiǎnjiè)太沙基K（KarlTerzaghi,1883～1963），又譯泰爾扎吉，美籍奧地利土力學(xué)家，現(xiàn)代土力學(xué)的創(chuàng)始人。1883年10月2日生于布拉格（當(dāng)時(shí)屬奧地利）。1904年和1912年先后獲得格拉茨（Graz）工業(yè)大學(xué)的學(xué)士和博士學(xué)位。早期太沙基從事廣泛的工程(gōngchéng)地質(zhì)和巖土工程(gōngchéng)的實(shí)踐工作，接觸到大量的土力學(xué)問題。后期轉(zhuǎn)入教學(xué)崗位，從事土力學(xué)的教學(xué)和研究工作，并著手建立現(xiàn)代土力學(xué)。他先后在麻省理工學(xué)院、維也納高等工業(yè)學(xué)院和英國(guó)倫敦帝國(guó)學(xué)院任教。最后長(zhǎng)期在美國(guó)哈佛大學(xué)任教。共一百三十二頁簡(jiǎn)介(jiǎnjiè)太沙基在1936年的第1屆到1957年的第4屆國(guó)際主力學(xué)及基礎(chǔ)工程會(huì)議上連續(xù)被選為主席。1923年太沙基發(fā)表了滲透固結(jié)理論，第一次科學(xué)地研究土體的固結(jié)過程，同時(shí)(tóngshí)提出了土力學(xué)的一個(gè)基本原理，即有效應(yīng)力原理。1925年，他發(fā)表的世界上第一本土力學(xué)專著《建立在土的物理學(xué)基礎(chǔ)的土力學(xué)》被公認(rèn)為是進(jìn)入現(xiàn)代土力學(xué)時(shí)代的標(biāo)志。隨后發(fā)表的《理論土力學(xué)》和《實(shí)用土力學(xué)》（中譯名）全面總結(jié)和發(fā)展了土力學(xué)的原理和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，至今仍為工程界的重要參考文獻(xiàn)。共一百三十二頁成就(chéngjiù)及榮譽(yù)太沙基集教學(xué)、研究和實(shí)踐于一體，十分重視工程實(shí)踐對(duì)土力學(xué)發(fā)展的重大意義。土石壩工程是他的一項(xiàng)重要研究領(lǐng)域。他所發(fā)表的近300種著作中，有許多是和水利工程有關(guān)的。他最后的一篇文章就是(jiùshì)介紹米遜（Misson）壩軟土地基的處理問題的。由于學(xué)術(shù)和工程實(shí)踐上的卓越成就，他獲得過9個(gè)名譽(yù)博士學(xué)位，受過多種獎(jiǎng)勵(lì)。他是唯一得到過4次美國(guó)土木工程師學(xué)會(huì)最高獎(jiǎng)——諾曼獎(jiǎng)的杰出學(xué)者。為了表彰他的功勛，美國(guó)土木工程師學(xué)會(huì)還建立了太沙基獎(jiǎng)及講座。共一百三十二頁

錢塘江大橋(dàqiáo)（1934~1937）共一百三十二頁二、基礎(chǔ)工程(gōngchéng)學(xué)科的發(fā)展

隨著巖土工程及其他相關(guān)學(xué)科的不斷發(fā)展，基礎(chǔ)工程在設(shè)計(jì)計(jì)算理論和方法、施工技術(shù)和機(jī)械設(shè)備等方面都有了長(zhǎng)足的進(jìn)展。20世紀(jì)90年代以來，陸續(xù)編制了規(guī)范規(guī)程有：建筑地基處理技術(shù)規(guī)范、建筑樁基技術(shù)規(guī)范、高層建筑巖土工程勘察技術(shù)規(guī)范、巖土工程勘察技術(shù)規(guī)范、建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范等，這些規(guī)范規(guī)程都是基礎(chǔ)工程在各個(gè)領(lǐng)域中取得的科研成果和工作經(jīng)驗(yàn)的高度(gāodù)概括，反映了近十年來基礎(chǔ)工程的發(fā)展水平。共一百三十二頁

目前，基礎(chǔ)工程中的關(guān)注點(diǎn)是：設(shè)計(jì)計(jì)算理論和方法方面(fāngmiàn)的研究探討，包括考慮上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)與地基共同工作的理論和計(jì)算方法，概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)理論和方法，優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，以及數(shù)值分析方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用。共一百三十二頁目前兩種技術(shù)也得到極大重視：(一)樁基礎(chǔ)技術(shù)：其中樁土共同(gòngtóng)作用理論，新的樁基設(shè)計(jì)控制理論、設(shè)計(jì)方法，樁基承載力和沉降的合理估算，新的樁型。例如：大直徑成孔灌注樁、預(yù)應(yīng)力管樁、擠擴(kuò)支盤樁、套筒樁、微型樁和異型樁的研究開發(fā)，后注漿技術(shù)在樁基工程中的應(yīng)用，以及樁基礎(chǔ)的環(huán)境效應(yīng)等成為研究和開發(fā)的重點(diǎn)。共一百三十二頁(二)深基坑開挖問題研究的重點(diǎn)放在土、水壓力的估算(ɡūsuàn)，基坑支護(hù)設(shè)計(jì)理論和方法的深化—優(yōu)化設(shè)計(jì)、概念設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)以及時(shí)空效應(yīng)的方法等，新的基坑支護(hù)方法。如：復(fù)合土釘墻、地下連續(xù)墻、錨桿擋墻等的開發(fā)研究，基坑開挖對(duì)環(huán)境的影響，以及逆作法技術(shù)的應(yīng)用的。共一百三十二頁施工及檢測(cè)技術(shù)的改進(jìn)也是基礎(chǔ)工程理論關(guān)心的問題。對(duì)于深水和復(fù)雜地質(zhì)條件下基礎(chǔ)工程，例如(lìrú)，大型橋梁、水工結(jié)構(gòu)、近海工程中，重要的是深入研究地震、風(fēng)和波浪沖擊的作用，以及發(fā)展深水基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)和施工方法。共一百三十二頁一、基礎(chǔ)工程事故(shìgù)造成的危害

建筑物事故的發(fā)生，許多有地基問題有關(guān)。主要反映在地基強(qiáng)度破壞、失穩(wěn)或地基產(chǎn)生過大的變形(biànxíng)。常見的基礎(chǔ)工程事故包括：(1)地基強(qiáng)度不足造成的事故表現(xiàn)在地基內(nèi)形成滑移面，引起地基滑動(dòng)，從而使建筑物倒塌。重大事故。(2)地基失穩(wěn)工程事故土坡失穩(wěn)(土坡產(chǎn)生滑坡及坍塌現(xiàn)象)會(huì)導(dǎo)致附近建筑物(構(gòu)筑物)破壞。共一百三十二頁(3)地基變形(biànxíng)過大造成工程事故地基變形超過規(guī)定的允許值時(shí)，影響了正常建筑物的使用，嚴(yán)重者發(fā)生倒塌破壞。(4)其他工程事故地下水在地基土中的滲流及水位升降導(dǎo)致地基變形，產(chǎn)生沉降；地震造成的地基破壞；此外地下工程的興建等，均可導(dǎo)致地基有效應(yīng)力的變化，造成事故。除了上述之外，由于設(shè)計(jì)、施工不當(dāng)易造成基礎(chǔ)工程事故，輕者影響建筑使用，重者影響建筑物的安全。共一百三十二頁比較成功的基坑工程(gōngchéng)實(shí)例一廣州白云賓館：該建筑主樓33層，高114m，總重近10萬噸，地基自上而下(zìshànɡérxià)為粉質(zhì)粘土、砂礫巖石交互層等。采用287根的鉆孔灌注樁，樁嵌入基巖中1m左右，單樁豎向承載力4500kN，建筑物最終沉降量穩(wěn)定在4mm以內(nèi)。二、基礎(chǔ)工程實(shí)例分析共一百三十二頁比較成功(chénggōng)的基坑工程實(shí)例二北京京城大廈基坑工程：該大廈樓高183m，地上52層，地下4層；基坑開挖深度23.76m。地層由雜填土、粉質(zhì)粘土與粉土互層、圓礫、卵石層等組成，土層平均參數(shù)：=30o，γ=18kN/m3，c=20kPa。采用樁墻錨拉支護(hù)(zhīhù)：護(hù)坡樁樁長(zhǎng)27m，間距1.1m，為488x300x11x18H型鋼；用三層鋼鉸線錨桿（分別距地面5、12、18m，水平間距2.2、2.2、1.65m，全長(zhǎng)分別為30、28、18m，）錨拉。支護(hù)效果較好，其邊坡最大側(cè)向位移僅30mm。共一百三十二頁工程(gōngchéng)事故實(shí)例一加拿大特朗斯康谷倉(cāng)地基事故：建于1941年的加拿大特朗斯康谷倉(cāng)(TransconaGrainElevator)由65個(gè)圓柱形筒倉(cāng)組成，高31m,寬23m，其下為筏板基礎(chǔ)。建成后初次貯存谷物，谷倉(cāng)西側(cè)突然(tūrán)陷人土中8.8m，東側(cè)抬高1.5m，倉(cāng)身傾斜27。。

共一百三十二頁加拿大Transcona谷倉(cāng)，建于1913年。高31m，寬23m。地基破壞后，西側(cè)下陷7.32m，東側(cè)抬高1.52m，傾斜27o。后用388個(gè)50T千斤頂糾正，但位置較原先下降4m。

共一百三十二頁共一百三十二頁

事后(shìhòu)發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)下埋藏有厚達(dá)16m的軟粘土層，貯存谷物后使基底平均壓力超過了地基的極限承載能力，地基發(fā)生整體滑移。因該谷倉(cāng)采用的是片筏基礎(chǔ)，基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)剛度均很強(qiáng)因而完好無損。發(fā)生事故后，用了388個(gè)500KN的千斤頂及支撐系統(tǒng)對(duì)其筏板基礎(chǔ)實(shí)施糾正，糾偏效果較好，但基礎(chǔ)標(biāo)高比原來降低了4m。

這是一個(gè)典型的強(qiáng)度問題的例子。共一百三十二頁工程事故(shìgù)實(shí)例二

上海展覽中心館事故：上海展覽中心館位于上海市延安東路北側(cè)，中央大廳為框架結(jié)構(gòu)，采用箱形基礎(chǔ)，兩翼展覽館采用條形基礎(chǔ)。箱基頂面至中央大廳頂部塔尖的高度為93.63m，基礎(chǔ)埋深7.27m。地基為高壓縮性淤泥(yūní)質(zhì)粘土。

展覽館于1954年開工，當(dāng)年年底實(shí)測(cè)地基平均沉降量為60cm。1957年中央大廳四周的沉降量最大處達(dá)到146.55cm。1979年9月中央大廳的平均沉降量達(dá)到160cm。

共一百三十二頁

由于沉降差過大，導(dǎo)致中央大廳與兩翼展覽館連接、室內(nèi)外連接的水、暖、電管道斷裂，嚴(yán)重影響展覽館的正常(zhèngcháng)使用。分析發(fā)現(xiàn)，雖然根據(jù)有關(guān)規(guī)范和現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)確定了地基承載力，但沒有進(jìn)行變形計(jì)算，僅僅保證了強(qiáng)度要求而忽略了變形要求。

這是一個(gè)典型的變形過大而影響正常使用的工程實(shí)例。共一百三十二頁福州老火車站服務(wù)(fúwù)樓下沉情況共一百三十二頁工程(gōngchéng)事故實(shí)例三

某火車站服務(wù)樓建于淤泥層厚薄不均的軟土地基上。在上部混合結(jié)構(gòu)的柱下和墻下分別設(shè)置了一般的擴(kuò)展基礎(chǔ)和毛石條形基礎(chǔ)。中間四層的隔墻多，采用鋼筋混凝土樓面，整體剛度和重量較兩翼大。而與之相連的兩翼，內(nèi)部空曠，三層木樓面通過(tōngguò)鋼筋混凝土梁支撐在外墻和中柱上，明顯重量輕而剛度不足。

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由于建筑物各部分的荷載和剛度懸殊，建成不久便出現(xiàn)不均勻沉降。兩冀墻基向中部?jī)A斜，致使墻體、窗臺(tái)和鋼筋混凝土樓面都出現(xiàn)相當(dāng)嚴(yán)重的裂縫，影響使用和安全。

這是一個(gè)典型的設(shè)計(jì)時(shí)未從地基一基礎(chǔ)(jīchǔ)一上部結(jié)構(gòu)相互作用的整體概念出發(fā)進(jìn)行綜合考慮，以致結(jié)構(gòu)布局不當(dāng)?shù)墓こ虒?shí)例。共一百三十二頁工程事故(shìgù)實(shí)例四

長(zhǎng)春新世界廣場(chǎng)深基坑工程事故：擬建工程主樓42層160m高，地下室3層，埋深16m，占地7800m2；場(chǎng)地地層地質(zhì)情況為：①雜填土2.5m，②粉質(zhì)粘土7.0m，③粘土4.0m，④粉質(zhì)粉土2.0m，⑤礫砂4m，以下基巖，地下(dìxià)穩(wěn)定水位為-3m。該工程設(shè)計(jì)采用了護(hù)樁錨桿支護(hù)：護(hù)樁?0.8m，樁長(zhǎng)21m，間距2.0m；兩層錨桿分別設(shè)在-5.0m、-9.5m處，錨桿全長(zhǎng)分別為18m、20m（錨固段長(zhǎng)度分別為13m、14m），錨孔直徑150mm，錨桿傾斜角度為18o，錨桿由2?32Ⅱ級(jí)螺紋鋼筋組成，錨桿橫梁用2根43號(hào)舊鋼軌組成。共一百三十二頁共一百三十二頁共一百三十二頁

該工程施工結(jié)束后，基坑?xùn)|南側(cè)、西側(cè)的護(hù)樁相繼拉斷，造成(zàochénɡ)大面積塌方與滑坡嚴(yán)重的基坑事故。事故的主要原因是支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，兩層錨桿太少（應(yīng)設(shè)計(jì)成三層）且錨桿位置不正確，致使護(hù)坡樁的抗彎能力不足而被拉斷，其次錨桿橫梁與護(hù)樁間隙過大，施工中過多地使用墊木來充填間隙，這就造成(zàochénɡ)了樁墻及邊坡的位移過大。共一百三十二頁工程(gōngchéng)事故實(shí)例五

意大利比薩斜塔：該塔于1173年動(dòng)工修建，建至24m高時(shí)發(fā)現(xiàn)傾斜而被迫停工，一百年后續(xù)建至塔頂（高約55m）。至今塔南側(cè)沉降了約3m，北側(cè)沉降了1m多，傾斜了5.8度。1932年曾在塔基灌注了1000多噸水泥，也沒有奏效。近年來，該塔每年(měinián)下沉約1mm左右，已經(jīng)成為世界上最著名的基礎(chǔ)工程處理難題。共一百三十二頁南側(cè)下沉(xiàchén)3m多，北側(cè)下沉1m多，傾斜度6度，塔頂中心點(diǎn)偏離5m。共一百三十二頁虎丘(hǔqiū)塔蘇州虎丘塔，建于公元959～961年期間，7級(jí)8角形磚塔(zhuāntǎ)，塔底直徑13.66m，高47.5m。塔頂1957年位移1.7m，1978年2.3m。重心偏離基礎(chǔ)軸線0.924m?；⑶鹚惨话偃摴惨话偃摰鼗翞槭澜绾币姷能浫跬粒瑢雍襁_(dá)25m。因此，墨西哥城藝術(shù)宮嚴(yán)重下沉，沉降量竟高達(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。參觀者需步下9級(jí)臺(tái)階，才能從公路進(jìn)入(jìnrù)藝術(shù)宮。這是地基沉降最嚴(yán)重的典型實(shí)例。共一百三十二頁墨西哥博物館不均勻(jūnyún)沉降

共一百三十二頁某教工住宅樓因室外地面下沉(xiàchén)導(dǎo)致樓梯入口拉裂共一百三十二頁

地基(dìjī)液化砂土液化造成的破壞在1964年新瀉地震(1964.6.16，里氏地震級(jí)別：7.5)時(shí)大量出現(xiàn)而引起廣大研究者的注意。許多學(xué)者對(duì)此作了廣泛的研究，包括大量的實(shí)驗(yàn)(shíyàn)與數(shù)值計(jì)算。砂土液化的機(jī)理其實(shí)很簡(jiǎn)單：對(duì)松砂而言，一旦受到剪切就會(huì)產(chǎn)生剪縮(negativedilatancy)，即產(chǎn)生體積壓縮。在飽和狀態(tài)下，由于水幾乎是不可壓縮的，如砂土中的水在受壓時(shí)無法及時(shí)排出，則會(huì)產(chǎn)生很大的孔隙水壓，最終導(dǎo)致有效平均應(yīng)力為零，此時(shí)砂土就變成液體。砂土一旦液化，就會(huì)對(duì)埋在土中的建筑物造成破壞影響。對(duì)基礎(chǔ)而言，由于地基喪失了支持能力，無法支撐上部結(jié)構(gòu)的重量或地震時(shí)的水平慣性力而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)的破壞。共一百三十二頁地基(dìjī)液化地震液化在地質(zhì)上有如下(rúxià)的宏觀現(xiàn)象:(1)噴水冒砂:土體中剩余孔隙水壓力所產(chǎn)生的管涌所導(dǎo)致的水和砂在地面上噴出。（2）地下砂層液化：地基中某些砂層，在其上雖覆蓋有一定厚度的非液化土層，但當(dāng)?shù)卣鹆叶却笥?度時(shí)，地下飽和砂層可發(fā)生液化，地基的強(qiáng)度降低。共一百三十二頁液化土層(tǔcénɡ)的判別：影響土層液化的主要因素有振動(dòng)強(qiáng)度、透水性、密度、粘性、靜應(yīng)力狀態(tài)等。當(dāng)?shù)鼗鶅?nèi)存在如下土層特點(diǎn)時(shí)應(yīng)注意：（1）若土的密度大，振動(dòng)下體積收縮的趨勢(shì)小，不易液化。很密的土振動(dòng)時(shí)甚至?xí)袼?，體積有增大趨勢(shì)，土內(nèi)空隙水壓力不僅不會(huì)增加，反而成為負(fù)值，土由外部(wàibù)向孔隙中吸收水分，土粒的有效應(yīng)力增大。共一百三十二頁液化(yèhuà)土層的判別：（2）土的滲透性不好，則不易排水，孔隙水壓力得以增大，易于液化。（3）土的粘性大，則在有效應(yīng)力消失時(shí)土粒還可以依賴粘聚力來聯(lián)系，不致使骨架崩潰，因此粘性大的土不易液化。（4）若土的有效應(yīng)力大，或土埋深大，則液化需要(xūyào)較高的孔隙水壓力，故比受力小的土更難液化。（5）振動(dòng)強(qiáng)度增大至一定程度時(shí)會(huì)產(chǎn)生液化。一般經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為：地震烈度在6度以下的地區(qū)很少發(fā)現(xiàn)液化造成的噴水冒砂現(xiàn)象。共一百三十二頁液化(yèhuà)土層的判別：在一般的地震強(qiáng)度下（烈度6-9度，地面最大振動(dòng)加速度平均值為0.1-0.4g），在地面以下15m深度內(nèi)飽和的松至中密的砂和粉土是最常見的液化土。因?yàn)檫@類土透水性差、粘性小，密度差并且埋藏較淺。礫石、干砂、粘性土、黃土等在7-9度地震烈度下通常(tōngcháng)不會(huì)液化。在工程地質(zhì)勘察中，液化層常采用原位測(cè)試方法來判別。共一百三十二頁地基(dìjī)液化對(duì)堤壩而言，則由于砂土液化而造成(zàochénɡ)大面積地基的水平流動(dòng)，將堤壩沖毀，并因此破壞碼頭設(shè)施。照片4.3-2及4.3-3分別給出了阪神大地震(1995.1.17，里氏地震級(jí)別：7.2)中發(fā)生的基礎(chǔ)破壞及碼頭設(shè)施破壞的情景。另外，對(duì)埋入土中的地下結(jié)構(gòu)如地鐵、地下管道等，由于它們的單位體積重量輕于液化后的砂土，在土液化時(shí)受到向上的浮力而浮起，從而產(chǎn)生破壞。照片4.3-4是日本北海道十勝?zèng)_地震(2003.9.26，里氏地震級(jí)別：7.8)中拍攝到的下水管道窨井的上浮情景。從共一百三十二頁共一百三十二頁共一百三十二頁共一百三十二頁共一百三十二頁共一百三十二頁共一百三十二頁共一百三十二頁共一百三十二頁共一百三十二頁共一百三十二頁共一百三十二頁三、基礎(chǔ)(jīchǔ)工程的重要性(1)地基(dìjī)與基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量影響整個(gè)結(jié)構(gòu)物質(zhì)量(2)基礎(chǔ)工程是隱蔽工程，如有缺陷，較難發(fā)現(xiàn)，也較難彌補(bǔ)或修復(fù)(3)基礎(chǔ)工程施工的進(jìn)度，經(jīng)常控制整個(gè)結(jié)構(gòu)物施工進(jìn)度(4)基礎(chǔ)工程的造價(jià)，通常在整個(gè)結(jié)構(gòu)物造價(jià)中占相當(dāng)大的比重共一百三