华南理工大学本科基础工程1

基础工程主讲：刘叔灼副教授刘庭金副教授华南理工大学土木工程系岩土工程教研室绪论本章主要内容：“基础工程”的函义与性质地基及基础的概念本课程所属学科及所涉及的知识领域地基基础设计的基本原则地基基础设计学科发展简介课程特点及学习要求地基与基础示意图地基持力层下卧层一、“基础工程”的函义与性质1.土力学（指工程实用土力学）是一门实用的科学，土木工程的一个分支，它主要研究土的工程性状、解决工程问题——太沙基前两句：学科的性质——实用科学，土木工程的分支后两句：是土力学和基础工程两部分第一届国际土力学会议定名为土力学及基础工程（SM.FE）基础工程是指与土有关的工程问题。欧洲国家（法、英、德）用拉丁语表达为Geotechnique土工学，在苏联则称为地基及基础。20世纪70年代后，国际会议把SM.FE改为GT.。2.“土力学”及“基础工程”土力学——学科的理论基础，研究岩土（工程载体）的特性及其应力应变、强度、渗流的基本规律基础工程——则为在岩土地基上进行工程的技术问题两者互为理论与应用的整体，所以“基础工程”就是岩土地层中建筑工程的技术问题。某一建筑结构在岩土地层上的工程为上部结构工程，而基础工程则为下部结构工程。英语称之为“FoundationEngineering”，其意义是指包括地基及基础在内的下部结构工程。基础工程——就是研究下部结构物与岩土相互作用共同承担上部结构物所产生各种变形与稳定问题。桩、墩基、箱基、支挡结构、围护结构、水泥搅拌体，砂石桩体，锚固，土钉、砂井等等，都可视为结构物与岩土相互作用问题。二、地基及基础的概念1．基础：建筑物的下部结构材料——人造材料（砖、石、砼）部位——下部结构作用——传递建筑物的荷载2．地基：受建筑物荷载影响的那一部分地层材料——地壳（土、岩石）部位——地壳表层作用——承担建筑物的全部荷载三、本课程所属学科及所涉及的知识领域所属学科：岩土工程所涉及的知识领域：1.工程地质学岩土的成因、特性；岩土工程勘察；不良地质现象2.土力学岩土的应力、变形、强度、稳定性和渗流3.基础工程学4.其它材料力学、结构力学、钢筋混凝土结构、建筑施工四、地基基础设计的基本原则1.强度要求：基底压力不超过地基承载力2.变形要求：地基变形不超过建筑物的地基变形允许值3.基础应具有足够的强度、刚度和耐久性加拿大特朗斯康谷仓事故：1913年9月装谷物，10月17日装了31822t谷物时，1小时竖向沉降达30.5cm24小时倾斜26°53ˊ西端下沉7.32m东端上抬1.52m上部钢混筒仓完好无损概况：长59.4m，宽23.5m，高31.0m，共65个圆筒仓。钢混筏板基础，厚61cm，埋深3.66m。1911年动工，1913年完工，自重20000T。加拿大特朗斯康谷仓原因：地基土事先未进行调查，据邻近结构物基槽开挖取土试验结果，计算地基承载力应用到此谷仓。1952年经勘察试验与计算，地基实际承载力远小于谷仓破坏时发生的基底压力。因此，谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动。处理：事后在下面做了七十多个支撑于基岩上的混凝土墩，使用388个50t千斤顶以及支撑系统，才把仓体逐渐纠正过来，但其位置比原来降低了４米。香港宝城滑坡1972年7月某日清晨，香港宝城路附近，两万立方米残积土从山坡上下滑，巨大滑动体正好冲过一幢高层住宅--宝城大厦，顷刻间宝城大厦被冲毁倒塌并砸毁相邻一幢大楼一角约五层住宅。死亡６7人。原因：山坡上残积土本身强度较低，加之雨水入渗使其强度进一步大大降低，使得土体滑动力超过土的强度，于是山坡土体发生滑动。香港1900年建市，1977年成立土力工程署港岛1972PoShan滑坡(~20,000m3)(67死、20伤)PoShanRoadConduitRoadNotewellRoadEarly1972滑坡前阪神大地震中地基液化神户码头：地震引起大面积砂土地基液化后产生很大的侧向变形和沉降，大量的建筑物倒塌或遭到严重损伤液化：松砂地基在振动荷载作用下丧失强度变成流动状态的一种现象阪神大地震中地基液化神户码头：沉箱式岸墙因砂土地基液化失稳滑入海中以上几个实例可归结为与土有关的强度问题比萨斜塔目前：塔向南倾斜，南北两端沉降差1.80m，塔顶离中心线已达5.27m，倾斜5.5°1360：再复工，至1370年竣工，全塔共8　　　层，高度为55m1272：复工，经6年，至7层，高48m，再　　　　停工1178：至4层中，高约29m，因倾斜停工1173：动工原因：地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土层，强度较低，变形较大。1590:伽利略在此塔做落体实验比萨斜塔1838-1839：挖环形基坑卸载1933-1935：基坑防水处理　　　　　基础环灌浆加固1990年1月:封闭1992年7月：加固塔身，用压重　　　　　法和取土法进行地基处理目前:已向游人开放。处理措施虎丘塔问题：塔身向东北方向严重倾斜，塔顶离中心线已达2.31m，底层塔身发生不少裂缝，成为危险建筑物而封闭。概况：位于苏州市虎丘公园山顶，落成于宋太祖建隆二年（公元961年）。全塔7层，高47.5m，塔的平面呈八角形。原因：坐落于不均匀粉质粘土层上，产生不均匀沉降。处理：在塔四周建造一圈桩排式地下连续墙并对塔周围与塔基进行钻孔注浆和打设树根桩加固塔身，获得成功。问题：1954年5月开工，当年底基础平均沉降达60cm。1957年6月，中央大厅四角沉降量最大达146.55cm，最小沉降量122.80cm。1979年9月，展览馆中央大厅累计平均沉降160cm上海展览中心馆中央大厅框架结构、箱形基础(d＝7.27m)，两翼为条形基础。箱基顶面至中央大厅塔尖96.63m某火车站结构型式：中部框架结构(钢筋砼楼面)，两翼混合结构(木楼面)问题：两翼墙基向中部倾斜，致使墙体、窗台及钢筋砼楼面出现严重裂缝处理方法：①起先曾加宽中部基础，继之又一再加固；②拆除两翼木楼面改成钢筋砼楼面、拆除严重开裂墙体、更换部分钢筋砼梁。问题：地基严重下沉。解放初期，锦江饭店大门朝北、由长乐路上几个台阶进入饭店，1979年9月，地基沉降量达150cm，饭店一层的室内地坪比长乐路室外地面反而低5个台阶。（西侧院墙新开一扇大门）上世纪70年代末兴建锦江饭店新楼接待外宾上海锦江饭店高15层，钢结构问题：沉降量达4m，临近的公路下沉2m，公路路面至艺术宫门前高差达2m，参观者需下九步台阶进入艺术宫。墨西哥市艺术宫1940年落成问题：沉降2.2米，且左右两部分存在明显的沉降差。左侧建筑物于1969年加固。墨西哥某宫殿左部：1709年；右部：1622年；地基：20多米厚的粘土问题：使用若干年后，侧厅向外朝东倾斜。瑞典皇宫建于18世纪中叶侧厅采用木桩基础。处理方法：①1920年采用1m厚混凝土板加在侧厅下。但沉降速率反而增加，1950年代沉降观测表明，每年沉降量为2.5mm。②1963年在侧厅下加混凝土桩（打至基岩）。由于沉降相互影响，两栋相邻的建筑物上部接触Kiss基坑开挖，引起阳台裂缝修建新建筑物：引起原有建筑物开裂高层建筑物由于不均匀沉降而被爆破拆除建筑物立面高差过大建筑物过长：长高比7.6:1关西机场世界最大人工岛1986年：开工1990年：人工岛完成1994年：机场运营面积：4370m×1250m填筑量：180×106m3平均厚度：33m关西机场设计时预测沉降：　　5.7－7.5m完成时实际沉降：　　8.1m，5cm/月　　(1990年)预测主固结完成：　　20年后比设计超填：　　3m问题：沉降大且有不均匀沉降以上几个实例可归结为与土有关的变形问题五、地基基础设计方案1、地基与基础分类地基：可分为天然地基和人工地基两类天然地基——其强度和变形都能满足要求人工地基——需先作地基处理基础：可分为浅基础和深基础两类浅基础——按常规施工手段能修建的基础深基础——用特殊施工手段或工艺修建的基础2、地基基础设计方案天然地基上的浅基础人工地基上的浅基础天然地基上的深基础深、浅基础相结合（桩-筏基础、桩-箱基础）真正成为一门工程科学——《工程实用土力学》（太沙基，1925）第一届国际土力学及基础工程学术会议（1936年，哈佛），至今已17届，特别是在70年代以来，把学科推向现代化。在理论上：土力学（饱和砂土的有效应力原理、线弹性力学）土塑性力学（考虑土的结构影响粘弹塑体的应力、应变、强度的数学模型）饱和土非饱和土土动力学（土的动力特性）等等。年轻的应用学科在基础工程应用技术上：超高层建筑物（数百米高）地下多层基础工程（百余米深）大型钢厂的深基础海洋石油平台基础，海上大型混凝储油罐人工岛（关西机场）条件复杂的高速公路路基跨海大桥的桥梁基础等工程技术使桩基、墩基、地基处理、不断革新、走向现代改革开放以来，深圳、广州、上海浦东，以及沿海的中等城市的大规模现代化建设，数以万计的高层建筑，三峡水利工程，南水北调工程，青藏铁路线，全国各省市高速公路等成功实践，有效促进我国基础工程现代化的发展。七、课程特点及学习要求课程的特点：是一门工程学科，专门研究建造在岩土地层上建筑物基础及有关结构物的设计与建造技术的工程科学。解决地基基础问题的合理途径：勘察室内、原位试验设计理论、经验施工监测判别安全度评价设计的合理程度，信息化施工①根据建筑物对基础功能的特殊要求，通过勘探，试验，原位测试等，了解岩土地层的工程性质②结合工程实际，运用土力学及工程结构的基本原理，岩土地层与基础工程结构物的相互作用及其变形与稳定的规律③作出合理的基础工程方案和建造技术措施，确保建筑物的安全与稳定。原则上，是以工程要求和勘探试验为依据，以岩土与基础共同作用和变形与稳定分析为核心，以优化基础方案与建筑技术为灵魂，以解决工程问题确保建筑物安全与稳定为目的。课程的学习特点：采用理论联系实际，紧密联系工程实际的方法，注意掌握岩土地层工程性质的识别与应用；充分利用勘探与试验资料；重视基础工程结构物与岩土地层共同作用的机理及其工程性状，认真掌握其变形与稳定性的分析方法，以及各项基础工程和地基处理的技术措施，注重实际效果的检验及工程经验。学习基础工程重在实践，通过实践，才能理解理论知识，才能学到基础工程的真义。