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1、基础工程主讲教师朱建明第一章绪论一、地基及基础的概念一、地基及基础的概念二、本学科的发展概况二、本学科的发展概况三、本课程的特点和学习要求三、本课程的特点和学习要求一、地基及基础的概念任任何何一一种种建建筑筑物物（构构筑筑物物）均均可可根根据据建建筑筑物物室室外外（或或自自然然地地面面）的的相相对对0.0m0.0m标标高高，将将整整体体建建筑筑物物划划分分为为相相对对0.0m0.0m标标高高以以上上部部分分的的上上部部结结构构与与相相对对0.0m0.0m标高以下部分的基础结构两大部分。标高以下部分的基础结构两大部分。建筑物建筑物上部结构上部结构基础结构基础结构上部结构自重及其所承受的荷载，如果
2、直接作用在地基土（土层或岩层），则地基土会产生过大的压力与过大的压缩变形，由此导致因地基土强度不足而产生地基土强度破坏、较大的沉降或不均匀沉降。 基基础础：实实际际上上就就是是将将上上部部结结构构的的底底部部尺尺寸寸经经过过扩扩大大后后的的截截面面，由由此将上部结构的自重及荷载传递给地基上。此将上部结构的自重及荷载传递给地基上。 地地基基：未未经经人人工工加加固固的的可可以以在在其其上上修修筑筑基基础础的的天天然然土土层层，称称为为天天然然地地基基，当当天天然然地地基基土土层层承承载载力力较较低低时时，必必须须经经过过加加固固后后才才能能在在其上修筑基础，这样的地基称为其上修筑基础，这样的地基
3、称为人工地基人工地基；基础结构基础结构地基地基基础基础天然地基天然地基人工地基人工地基基础工程属于隐蔽工程，具有承上启下、分散、传递荷载的作用。d基础基础地基地基埋深埋深埋深：基础底面到室外地面之间的距离。几个概念：几个概念：基基础础上部结构上部结构地地 基基建筑物各部分示意图建筑物各部分示意图下部结构下部结构基础工程学研究的对象是基础工程学研究的对象是地基与基础地基与基础问题问题。当建筑物地基由多层土组成时，直接与基础底面接触的土层称为持力层持力层，持力层以下的其它土层称为下卧层。持力层和下卧层都应满足地基设计的要求，但对持力层的要求显然比对下卧层要高。地基承载力和变形特性是选择持力层的关键
4、。持力层、下卧层持力层、下卧层基础类型：基础类型：天然地基上的浅基础天然地基上的浅基础桩基础桩基础人工地基上的浅基础人工地基上的浅基础深基础深基础换土垫层，水泥土桩、碎石桩复合地基等换土垫层，水泥土桩、碎石桩复合地基等人工地基：人工地基：埋深埋深5m5m特殊方法施工特殊方法施工考虑侧壁阻力作用考虑侧壁阻力作用沉井基础沉井基础沉箱基础沉箱基础桩基础也属深基础桩基础也属深基础浅基础：浅基础：埋深小于埋深小于5m5m，或者埋深大于，或者埋深大于5m5m，但，但是小于基础宽度。两侧（四周）的摩阻力忽是小于基础宽度。两侧（四周）的摩阻力忽略不计。所以不是简单的深浅概念。略不计。所以不是简单的深浅概念。比
5、较:深基础耗料多，施工困难，遇水塌方的概率高，因此在设计上优先考虑浅基础。高层建筑与基础关系深基础具有很高的承载力，广泛用于高层建筑和特殊的工业建筑。高层建筑优点，可以有效利用资源和节省市政设施费用等；联合国教科文组织将高层建筑分四类：一类：916层,高度不超过50m；二类：1725m，高度不超过75m，三类：2640层，高度不超过100m，四类：40层以上，或高度超过100m;一般地质条件：采用箱型或筏型基础的高层建筑，其基础工程的费用约占总造价的1020%；施工工期为2025%；采用桩基础的费用为2030%；工期为3040%；浅基础的类型浅基础的类型按基础刚度分按基础刚度分无筋扩展基础（刚
6、性基础）无筋扩展基础（刚性基础） 单独基础（独立基础）、条形基础、单独基础（独立基础）、条形基础、筏型基础、箱型基础、壳型基础筏型基础、箱型基础、壳型基础按结构形式分按结构形式分扩展基础（柔性基础）扩展基础（柔性基础）按基础刚度分按基础刚度分无筋无筋扩展基展基础扩展基础扩展基础 ( (柔性基础柔性基础) )1:1.01:2.01:1.01:2.0与材料和荷与材料和荷载有关载有关F F b bt th h0 0F F 砖、石、灰土，素混凝土砖、石、灰土，素混凝土 材料抗拉强度很低材料抗拉强度很低要求基础台阶宽高比（刚性角）要求基础台阶宽高比（刚性角）符合一定条件符合一定条件钢筋混凝土钢筋混凝土要
7、满足抗弯、抗剪和抗要满足抗弯、抗剪和抗冲切等结构要求冲切等结构要求1 1 绪论绪论按基础结构形式分按基础结构形式分1 1 单独基础单独基础2 2 条形基础条形基础1 1 绪论绪论3 十字交叉基础十字交叉基础条形基础的变种条形基础的变种1 1 绪论绪论4 4 筏形（筏板）基础筏形（筏板）基础5.1 5.1 概述概述底板底板外外墙墙内内墙墙5 5 箱形基础箱形基础由底板、墙和顶板形成箱，整体性更好由底板、墙和顶板形成箱，整体性更好1 1 绪论绪论6 6 壳体基础壳体基础高耸建筑物高耸建筑物1 1 绪论绪论1 1 绪论绪论地基处理的目的地基处理的目的1提高土的提高土的强度度-地基承地基承载力力2增加
8、土的增加土的刚度度-减少地基沉降量减少地基沉降量3 改善地基土的水力特性改善地基土的水力特性 (1)防渗：防渗：堤坝、闸基、池堤坝、闸基、池 (2)排水：排水：软基固结渗流、挡土墙排水软基固结渗流、挡土墙排水 (3)渗透稳定性：渗透稳定性：长江大堤的管涌、流土长江大堤的管涌、流土 (4)抗冻性抗冻性4 改善抗震性能改善抗震性能 (1)液化：液化：加密加密 (2)震陷：震陷：干松砂和溶洞干松砂和溶洞1 1 绪论绪论地基处理的方法地基处理的方法换土垫层法换土垫层法加密法加密法深层压密法深层压密法土工合成材料土工合成材料化学加固法化学加固法方法众多，方法众多，分类不统一分类不统一 复合地基复合地基换
9、填法换填法浅层压密法浅层压密法强夯法强夯法挤密桩复合地基挤密桩复合地基预压加固法预压加固法冻结法冻结法胶结法胶结法基础工程学研究内容：选类型选类型各各种种基基础础均均包包括括设计计算设计计算施工方法施工方法二、本学科的发展概况二、本学科的发展概况与其他学科一样，是人类长期生产实践中不断发展起来的。远在1300年前隋朝石工李春所修建的赵州安济石拱桥，不仅在建筑结构上有特殊工艺，而且在地基基础的处理上也非常合理，该桥坐落在较浅的密实粗砂岩土层上，沉降小，现反算其基底压力约500600kPa,与现行各设计规范中所采用的该土层容许承载力的数值（550kPa)极为接近；北宋初著名木工喻皓公元989年建造
10、开封开宝寺木塔时，考虑当时西北风，便特意使建于饱和土上的塔身向西北倾斜，设想在风力的长期继续作用下可以渐趋复正；作为本学科的理论基础-土力学的发展，对土的抗剪强度、土压力、土坡稳定分析方法的进行了研究；土力学的发展同时也使基础工程的工程技术理论得到了进一步的发展和充实；1 1 绪论绪论二、本学科的发展概况二、本学科的发展概况近年来大量近年来大量新工艺、新材料、新施工机新工艺、新材料、新施工机具具的涌现带来料基础工程的蓬勃发展；的涌现带来料基础工程的蓬勃发展；设计理论也正由传统的设计理论也正由传统的容许应力法容许应力法向向概概率极限法率极限法过渡；过渡；地基基础的抗震理论目前尚落后与实际地基基础
11、的抗震理论目前尚落后与实际工程的需要；工程的需要；1 1 绪论绪论基础工程领域研究的关注点关注点主要有：之之一一是在设计计算理论和方法方面：包括考虑上部结构、基础与地基共同工作的理论和设计方法，概率极限状态设计理论和方法，优化设计方法，数值分析方法和计算机技术的应用等。之二是桩基础技术：其中桩土共同工作理论，新的桩基设计控制理论变形控制理论，桩基非线性分析和设计方法，桩基承载力和沉降的合理估算，新的桩型例如大直径成孔灌注桩、预应力管桩、套筒桩、微型桩等的研究开发，后注浆技术在桩基工程中的应用，桩基础的环境效应等都成为研究和开发的热点。之三是深基坑开挖问题，研究的重点放在土、水压力的估算，基坑支
12、护设计理论和方法的深化优化设计、概念设计和动态设计、考虑时空效应的方法等；新的基坑支护方法例如复合土钉墙、作为主体结构应用的地下连续墙、锚杆挡墙等的开发研究；基坑开挖对环境的影响；逆作法技术的应用等。之四在地基处理方面，进一步完善复合地基理论，对各类地基处理方法机理的深化研究以及施工及检测技术的改进也是基础工程关心的问题。之五就是深水和复杂地质条件下的基础工程：例如在大型桥梁、水工结构、近海工程中，重要的是深入研究地震、风和波浪冲击的作用，以及发展深水基础（超长大型水下桩基、新型沉井等）的设计和施工方法；三、本课程的特点和学习要求地基基础上部结构相互联系共同作用基础是建筑物的根基，直接关系到上
13、部结构的稳定隐蔽工程，失败后果严重，修复加固难度及耗资大1 1 绪论绪论基础工程失败的例子比萨斜塔特朗斯康谷仓（TransconaGrainElevator)广州海丰4座楼连续倒塌长石线、老渐河特大桥陇海铁路灞河铁路大桥倒塌比萨斜塔自1173年9月8日动工，至1178年建至第4层中部高度约29m时，因塔明显倾斜而停工。94年后，于 1272年复工，经6年时间，建完第7层高48m，再次停工中断82年。于1360年再复工，至1370年竣工。全塔共8层，高度为55m。 塔身呈圆筒形，16层由优质大理省砌成，顶部78层采用砖和轻石料。塔身每层都有精美的圆柱与花纹图案，是一座宏伟而精致的艺术品。 该谷仓
14、由65个圆筒仓组成，高31m,宽23m,其下为筏板基础，由于事前不了解基础下埋藏有厚达16m的软粘土层，建成后储存谷物，使基座平均压力（320kPa)超过了地基的极限承载力。结果谷仓西侧突然陷入土中8.8m，东侧则抬高1.5m，仓身倾斜27o。这是地基发生整体滑动、建筑物丧失了稳定性的典型例子。 事后用70多个支承于基岩的混凝土墩，用388个50t的千斤顶，才将筒仓纠正过来，但比原来标高降低了4m.地基变形引起的建筑物开裂土体滑坡地震引起的房屋倒塌基础工程成功的例子上海龙华寺庙金贸大厦赵州桥江阴长江大桥1 1 绪论绪论隋朝石工李春所修赵州石拱桥、不仅因其建筑和结构设计的成就而著称于世，就论其地
15、基基础的处理也是颇为合理的。他把桥台砌置于密实租砂层上，1300多年来估计沉降约几厘米。现在验算其基底压力约500600kPa，这与以现代土力学理论方法给出的承教力值很接近地基基础理论给出的承教力值很接近。 特特别别提提示示：建建筑筑物物的的上上部部结结构构、基基础础和和地地基基三三部部分分，功功能能不不同同，研研究究方方法法各各异异，但但它它们们又又是是建建筑筑物物的的有有机机组组成成部部分分，缺缺一一不不可可、彼彼此此联联系系、相相互互制制约约。所所以以，科科学学的的、理理想想的的方法方法是将是将三部分统一三部分统一起来进行设计计算。起来进行设计计算。 依依目目前前的的理理论论水水平平，还
16、还很很难难做做到到这这一一点点。尽尽管管如如此此，我我们们在在处处理理地地基基基基础础问问题题时时，头头脑脑里里一一定定要要有有地地基基- -基基础础- -上上部部结结构构相相互互作作用用的整体概念的整体概念，尽可能全面地加以考虑。，尽可能全面地加以考虑。本课程的学习特点基础工程学需要工程地质学和土力学的基本知识，这两门专业基础课是本课程的先修课程。其外还涉及到弹性力学、塑性力学、动力学、结构设计和施工等学科领域。应明确任何一个成功的基础工程都是工程地质学、土力学、结构计算知识的运用和工程实践经验的完美结合，在某些情况下，施工可能是决定基础工程成败的关键。1 1 绪论绪论应了解上部结构、基础和地基作为一个整体是协调工作的；清楚地基处理方法不是万能的，各种方法都有它的加固机理和适用范围，应该根据土的特性和工程特点选用不同的处理方法。本课程的学习特点
