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1、基础工程 皖西学院城市建设与环境系土木工程教研室姜蕾 第一章绪论第一节概述 一 基本概念 1 地基 承受基础传来荷载的地层 土基 岩基 天然地基 人工地基 2 基础 是将结构承受的各种作用传递到地基上的结构组成部分 承上启下 浅基础 一般基础埋深5m但小于基础宽度 深基础 基础埋深 5m 下卧层 持力层 受力层 地基与基础的关系 第二节基础工程内容 基础的设计 基础的施工 基础的监测 地基设计 基础设计 强度变形稳定性 一 地基基础设计常用规范 1 国标 建筑地基基础设计规范 建设部标准 建筑桩基技术规范 与 建筑结构荷载规范 混凝土结构设计规范 砌体结构设计规范 等配套执行 适用于工业与民用
2、建筑 2 交通部标准 公路桥涵地基与基础设计规范 公路桥涵设计通用规范 公路砖石及混凝土桥设计规范 等配套执行 适用于路桥 二 地基基础设计考虑的因素 3 施工工期 施工条件 造价和节约资源等因素 1 建筑物上部结构的型式 规模 用途 安全等级 荷载大小与性质 整体刚度以及对不均匀沉降的敏感性 2 建筑物下部工程地质条件 地层结构 各土层的物理力学性质 地基承载力 以及地下水埋深与水质等因素 概率极限状态设计方法 以可靠指标 来度量结构的可靠度 建立可靠度和极限状态方程的关系 实际应用 设计表达式 Z R S 结构抗力 抵抗破坏或变形的能力 结构的荷载效应 荷载在结构或构件内引起的内力或位移等
3、 功能函数 三 概率极限状态设计方法与极限状态设计原则 结构的极限状态 承载能力极限状态 正常使用极限状态 对应于结构或结构构件达到最大承载力或不适合于继续承载的变形 对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性的某项规定的限值 荷载的设计值 代表值 分项系数荷载效应上部结构F 结构自重屋面楼面荷载活荷载基础自重G 设计地面高程 内外地面平均值 一般为前两种情况 横向力不大 只做校核 第三节课程特点及学习要求一 基础工程课程特点 1 基础工程是重要的专业课程基础埋置于地下 属于隐蔽工程 2 基础工程课程内容广泛 综合性强基础工程课程涉及到诸多的土木工程专业技术基础课及专业课 又由于地基土的复杂多变
4、决定基础工程设计的非标准性 3 基础工程涉及的规范多 土木工程中各行业之间没有统一的地基基础设计规范 二 学习要求基础工程涉及的学科很广 有工程地质 土力学 结构设计和施工等知识 学习基础工程课程时 要求应用以学习过的基本知识 结合有关结构知识及施工技术知识合理分析和解决地基基础问题 注重理论联系实际 培养分析和解决地基基础工程问题的能力 第二章地基勘察 概述地质构造地形和地貌水文地质条件地基勘察的任务和内容地基勘察方法地基勘察报告书验槽 场地的工程地质条件 岩土的类型及其工程性质 地质构造 地形地貌 水文地质条件 不良地质现象 可利用的天然建筑材料等 不同地区工程地质条件在性质上 主次关系配
5、合上的不同 其勘察任务 勘察手段和评价内容也随之而异 地质构造 地质构造 在漫长的地质历史发展过程中 地壳在内 外力地质作用下 不断运动演变 所造成的地层形态统称为地质构造 褶皱构造 断裂构造 地壳水平运动过程 1 4 砂岩 2 页岩 3 5 石灰岩 地壳中层状岩层在水平运动的作用下 使原始的水平产状的岩层弯曲起来 形成褶皱 褶皱的基本单元 即岩层的一个弯曲称为褶曲 它的基本形式只有两种 即背斜和向斜 褶皱构造 背斜与向斜示意图 自然中的褶皱 断裂构造 断裂构造 岩体受力断裂使原有的连续完整性遭受破坏 节理 断层 沿断裂面两侧的岩层发生位移或仅有微小错动 发生了相对位移 自然中的节理 自然中的
6、断层 断层类型 地形和地貌 地形指的是地表形态的外部特征 如高低起伏 坡度大小和空间分布等 但是 如果研究地形形成的地质原因和年代 及其在漫长的地质历史中不断演化的过程和将来的发展趋势 那么 这种从地质学和地理学观点考察的地表形态就叫做地貌 地貌 山地 丘陵 平原 山地 山地是地壳上升运动或岩浆活动等复杂演变过程形成的 它同时又受到流水及其它外力的剥蚀作用 于是呈现现今山区那种崎岖不平 复杂多变的地貌 丘陵 丘陵是山地经过外力地质作用长期剥蚀切割而成的外貌低矮平缓的起伏地形 平原 平原是高度变化微小 表面平坦或者只有轻微波状起伏的地区 水文地质条件 地下水 存在于地面下土和岩石的孔隙 裂隙或溶
7、洞中的水叫做地下水 建筑场地水文地质条件 地下水的埋藏条件 地下水位及其动态变化 地下水化学成分 地下水的腐蚀性 上层滞水 承压水 潜水 各种类型地下水埋藏示意图 1 上层滞水 2 潜水 3 承压水 地基勘察的任务和内容 地基勘察与岩土工程等级的关系 地基勘察任务和内容的确定以及勘察详细程度与工作方法选择 建筑场地工程地质条件 地基岩土性质 建筑物的类型与重要性 岩土工程等级 场地条件 地基土质条件 工程条件 防震设防烈度 不良地质作用 地貌特征等 极软弱土 特殊性土等 建筑物的安全等级 建筑物的重要性 建筑类型等 根据不同岩土工程等级确定各个勘察阶段中的工作内容 方法以及详细程度 勘察工作
8、根据工业与民用建筑设计阶段 选址勘察 可行性研究勘察 初步勘察 详细勘察 对于地质条件复杂或有特殊施工要求的重大建筑物地基 尚应进行施工勘察 选址勘察 可行性研究勘察 对拟选场地的稳定性和适宜性作出工程地质评价和方案比较 目的 避开工程地质条件恶劣的地区或地段 搜集 分析区域地质 地形地貌 地震 矿产和附近地区工程地质资料及当地建筑经验 了解场地的地层岩性 地质构造 岩石和土的性质 地下水情况及不良地质现象等 初步勘察 查明建筑场地不良地质现象的成因 分布范围 危害程度及其发展趋势 以使场地内主要建筑物的布置避开不良地质现象发育地段 确定建筑总平面位置 初步查明地层及其构造 岩石和土的物理力学
9、性质 地下水埋藏条件等 为主要建筑物的地基基础方案以及对不良地质现象的防治方案提供工程地质资料 详细勘察 任务 手段 查明建筑物范围内的地层结构 岩土的物理力学性质 对地基的稳定性及承载能力作出评价 为进行施工图设计和施工提供可靠的依据或设计计算参数 勘探 原位测试和市内土工试验为主 可补充适当物探和工程地质测绘和调查工作 地基勘察方法 地基勘察方法 工程地质测绘与调查 勘探工作 测试工作及指标整理 工程地质测绘与调查 目的 评价场地工程地质条件及合理确定勘察工作提供依据 手段 对场地的地形地貌 地层岩性 地质构造 地下水与地表水 不良地质现象进行调查研究与必要的测绘工作 步骤 搜集研究已有地
10、质资料 进行现场踏勘 可行性研究阶段 若地质条件较复杂 继续进行工程地质测绘 初勘阶段 在初勘测绘基础上 对某些专门地质问题作必要的补充 勘探工作 坑探 钻探 触探 旁压 地球物理勘探 物探 静力触探 动力触探 1 布孔原则 1 勘探点宜按建筑物周边和角点布置 对无特殊要求的其他建筑物可按建筑物或建筑群的范围布置 2 同一建筑范围内的主要受力层或有影响的下卧层起伏较大时 应加密勘探点 查明其变化 3 重大设备基础应单独布置勘探点 重大的动力机械基础和高耸构筑物 勘探点不宜少于3个 4 勘探手段宜采用钻探与触探相结合 在复杂地质条件 湿陷性土 膨胀岩土 风化岩和残积土地区 宜布置适量探井 5 详
11、细勘察的单栋高层建筑勘探点的布置 应满足对地基均匀性评价的要求 且不应少于4个 对密集的高层建筑群 勘探点可适当减少 但每栋建筑物至少应有1个控制性勘探点 布孔标准 2 勘探孔的深度详细勘察的勘探深度自基础底面算起 应符合下列规定 1 勘探孔深度应能控制地基土主要受力层 当基础底面宽度不大于5m时 勘探孔的深度对条形基础不应小于基础底面宽度的3倍 对单独基柱基 不应小于1 5倍 且不应小于5m 2 对高层建筑和需作变形计算的地基 控制性勘探孔的深度应超过地基变形计算深度深度 高层建筑的一般性勘探孔应达到基底下0 5 1 0倍的基础宽度 并深入稳定分布的地层 3 对仅有地下室的建筑或高层建筑的裙
12、房 当不能满足抗浮设计要求 需设置抗浮桩或锚杆时 勘探孔深度应满足抗拔承载力评价的要求 4 地基变形计算深度 对中 低压缩性土可取附加压力等于上覆土层有效自重压力20 的深度 对于高压缩性土层可取附加压力应等于上覆土层有效自重压力10 的深度 5 建筑总平面内的裙房或仅有地下室部分 或当基底附加压力p0 0时 的控制性勘探孔的深度可适当减小 但应深入稳定分布地层 且根据荷载和土质条件不宜少于基底下0 5 1 0倍基础宽度 初步勘察探孔深度 m 坑探 坑探示意图 a 探井 b 在探井中取原状土样 c 原状土样 坑探是在建筑场地挖深井 槽 以取得直观资料和原状土样 先在坑底指定深度挖一土柱 其尺寸
13、稍大于铁皮取土筒压入 直到筒完全套入土柱后 切断土柱 削平筒两端土体并盖上筒盖 用布包裹 贴上标签 注明土样上下位置 用熔蜡全密封 妥善装箱送实验室 土样尺寸为 圆柱体的直径10 15 长度一般是直径的2 2 5倍 立方体的边长为10 20 少数为30 探坑 井 中取土 取原状土样 按其上部封闭装置的型式 钻孔中取不扰动土样 工具 取土器 取土器种类 上提活塞式 反旋活塞式 见后图 按壁厚 厚壁 薄壁 取样时 应先清孔 孔底残留浮土厚度不应大于取土器废土段长度 活塞取土器除外 将取土器接在钻杆或加重杆上 放入孔内时不得冲击孔底 采用快速静力连续压入法将取土器送入土中 当取土器盛满土样后 提断或
14、扭断试样底端 然后提出钻具 在地面细心将土样连同容器 薄壁管或衬管 卸下 量测土样长度 计算回收率 如回收率小于0 95或大于0 8时 应分析原因 如确系土样受扰动应降级或废弃不用 筒两端多余土削去后 盖上筒盖 贴上标签 随即蜡封 取 级土试样皆应妥善密封 钻探 钻探是用钻机在地层中钻孔 以鉴别和划分地层 并可沿孔深取样 用以测定岩石和土层的物理力学性质 原状土样利用取土器取得 静力触探 静力触探试验 CPT 借静压力将触探头压入土层 利用电测技术测得贯入阻力来判定土的力学性质 动力触探 动力触探一般是将一定质量的穿心锤 以一定的高度 落距 自由下落 将探头贯入土中 然后记录贯入一定深度所需的
15、锤击次数 并以此判断土的性质 旁 横 压试验 旁压仪示意图 旁压试验适用于原位测定粘性土 粉土 砂土 软质岩石和风化岩石的承载力 旁压模量和土的应力应变关系 测试工作及指标整理 测试工作内容 土性指标的统计整理 土工试验 原位测试 岩 土 自身的不均匀性 取样 仪器等原因 土性指标值较离散 地基勘察报告书 报告书内容 任务要求及勘察工作概况 场地的地层分布 岩石和土的均匀性 物理力学性质 地基承载力和其它设计计算指标 场地位置 地形地貌 地质构造 不良地质现象及地震设计烈度 对建筑场地及地基进行综合的工程地质评价 对场地的稳定性和适宜性作出结论 指出存在的问题和提出建议 地下水的埋藏条件和腐蚀
16、性以及土层的冻结深度 报告包括图表 勘探点平面布置图 土工试验成果总表 综合地质柱状图 工程地质剖面图 钻孔柱状图 勘察报告实例 验槽 验槽是建筑物施工第一阶段基槽开挖后的重要工序 也是一般岩土工程勘察工作最后一个环节 当施工单位挖完基槽后 由建设单位会同设计单位 勘察单位 监理单位和施工单位 共同到施工工地验槽 其目的 1 检验勘察成果是否符合实际 2 解决遗留问题和发现新问题 3 当发现基槽平面土质显着不均匀 或局部存在河流 暗塘 古墓等 4 桩基工程检查桩的平面位置 标高 桩顶质量 验槽的目的 1 对高层或多层建筑 均需进行施工验槽 发现异常问题需进行施工勘察 2 在基坑开挖后遇局部古井 水沟 坟墓等软弱部位 要求换土处理时 需进行换土压实后干密度测试检验 3 深基础的设计与施工 需进行有关检测工作 4 当软弱地基处理时 需进行施工设计和检验工作 5 若地基中存在岩溶或土洞 需进一步查明分布范围及处理 6 施工中出现基槽边失稳滑动 则需进行勘测与处理 1 校核基槽开挖的平面位置与槽底标高是否符合勘察 设计要求 2 检验槽底持力层土质与勘察报告是否相同 参加验槽的几方负责人下到槽底
