1、第3章 基础工程,21 岩土工程勘察 22 浅基础 23 深基础24 不均匀沉降25 地基处理,土 木 工 程 概 论,任何土木工程都建筑地球的表层地壳地壳是人类赖以生存的场所和一切工程设施的基础因此要研究工程地质问题、进行工程地质勘察,土 木 工 程 概 论,将上部结构荷载传递给地基、连接上部结构与地基的下部结构称为基础承托基础的场地称为地基,地基与基础的区别： 地基：为自然地质体，包括岩基与土基，是地质工作者研究的主体。指基础以下天然或人工的土层，承受由基础传来的建筑物的荷载，不是建筑物的组成部分。基础：基础就是在室外地面以下，承受上部结构传来的荷载的那部分结构。是墙、柱等上部结构的地下延
2、伸，它承受建筑物的全部荷载并将其传给地基。是上部荷载与地基的连接部分，是人工建造体，是建筑物的组成部分。,土 木 工 程 概 论,工程地质、基础工程、 地基处理 都是土木工程专业知识的重要组成部分,土 木 工 程 概 论,地基处理(地基加固) 是指天然地基很软弱，不能满足地基承载力和变形的 设计要求，地基需经过人工处理的过程,有时不得不在地质条件不良的地基上修建工程科技的发展使工程重量增大，变形要求变严，原来评价为良好的地基，也可能不满足要求必须进行地基处理:,经过换土垫层、深层密实、排水固结等处理的地基,不经过处理就满足使用要求的地基,岩土工程勘察的目的 1、查明工程地质条件 2、分析存在的
3、地质问题 3、对建筑地区作出工程地质评价工程地质勘察的任务是按照不同勘察阶段的要求，正确反映场地的工程地质条件及岩土体性状的影响，并结合工程设计、施工条件，以及地基处理等工程的具体要求，进行技术论证和评价，提出岩土工程问题及解决问题的决策性具体建议，并提出基础、边坡等工程的设计准则和岩土工程施工的指导性意见，为设计、施工提供依据，服务于工程建设的全过程。,土 木 工 程 概 论,3.1 岩 土 工 程 勘 察,意大利比萨斜塔，正是由于地基土质较差，基础埋置较浅，仅3.05米,在建到第三层时,基础发生不均匀沉降。塔顶中心点偏离中心线2.1米,现已偏离5.2米,终成斜塔。,岩土工程勘察的阶段 第一
4、阶段：可行性研究勘察（选址勘察） 第二阶段：初步勘察 第三阶段：详细勘察,土 木 工 程 概 论,3.1 岩 土 工 程 勘 察,1、可行性研究勘察(选址勘察)的具体内容：为场地方案确定提供依据，应符合场地方案确定的要求搜集、分析场址方案的区域性质、地形地貌、地震危险性以及附近地区的工程地质资料、当地的建筑经验等了解场地的地层岩性，地质构造，岩石及土的性质，地下水情况，不良地质现象等有几个场址方案时，对拟选场地的稳定性和适宜性做出工程地质评价和方案比较 选择场地应避开工程地质条件恶劣的地区或地段如受洪水威胁或地下水不利影响严重、设防烈度8度以上的发震断裂带等，进行必要的技术经济分析,3.1 岩
5、 土 工 程 勘 察,土 木 工 程 概 论,2、初步勘察的具体内容：为初步设计或扩大初步设计提供依据或计算参数，应符合初步设计或扩大初步设计的要求、查明建筑场地不良地质现象的成因、分布范围、危害程度及发展趋势，以使确定场地内建筑总平面布置时主要建筑物布置避开这些地段、初步查明地层及构造，地质的力学性质，地下水埋藏条件及土冻结深度等，为地基基础方案提供工程地质条件 勘探线布置应垂直于地貌单元边界线、地质构造和地层界线，勘探点布置在这些界线上并在变化最大地段处加密,3.1 岩 土 工 程 勘 察,土 木 工 程 概 论,3、详细勘察的具体内容：为施工图设计提供依据或计算参数，应符合施工图设计的要
6、求只针对具体的地质问题查明建筑物范围内的地层构造、地质力学性质并对地基的稳定性及承载能力进行评价查明有关地下水埋藏条件、腐蚀性、地层透水性和水位变化规律提供不良地质现象防治工作所需的计算指标及资料 手段以勘探、原位测试、室内土工试验为主，必要时补充物探和工程地质测绘和调查工作 详细勘察勘探点布置按岩土工程等级确定，勘探点间距视建筑物和岩土工程等级而定,3.1 岩 土 工 程 勘 察,土 木 工 程 概 论,工程地质测绘对象：地质条件比较复杂的场地。 常用方法：像片成图法和实地测绘法。 遥感技术测绘已广泛应用。 将卫星照片和航空照片应用到工程地质测绘，大大节省工作量。,土 木 工 程 概 论,3
7、.1.1 工 程 地 质 测 绘,在工程地质勘察测绘的基础上，为进一步查明地表以下的工程地质问题，取得深层地质资料而进行的对场地工程地质条件的定量评价,3.1.2 岩 土 工 程 勘 探 方 法,土 木 工 程 概 论,方法： 钻探、井探、槽探、洞探、 地球物理勘探等,井、槽探用人工或机械方式进行挖掘坑、槽、井、洞直接观察岩土层的天然状态和地层地质结构能取出接近实际的原状结构土样,钻 探用钻机在地层中钻孔，鉴别和划分地表下地层，可沿孔深取样,钻探是工程地质勘察中应用最广的勘探手段，可获得深层地质资料,原位测试定义：是在岩土原来所处的位置上或基本上在原位状态和应力条件下对岩土性状进行的测试。常用
8、方法：荷载试验、旁压试验、静力触探试验、十字板剪切试验、标准贯入试验、波速测试及其他现场试验。,3.1.3 原 位 测 试,土 木 工 程 概 论,在天然地基上通过承压板向地基施加竖向荷载，观察所研究地基土的变形和强度规律的一种原位实验,在试验地点钻孔，将旁压器放人钻孔中至测试位置，用水加压力，使充满水的旁压器圆筒形橡胶膜膨胀，压向四周钻孔孔壁的土体，然后分级加压并测读施加的压力与四周孔壁土体的变形，最后评定地基承载力和变形参数,通过静压力将一个内部装有传感器的触探头以匀速压人土中，通过测量土对探头的阻力，推测被测土层的工程性质,一般基础多埋置地面以下 码头桩基础、桥梁基础、半地下室箱形基础等
9、均有部分在地表上浅 基 础:位于天然地基上、埋置深度小于5m的一般基础 (柱基或墙基)以及埋置深度虽超过5m，但小于基础宽度的大尺寸基础 (如箱形基础) 桥梁基础埋置深度：无冲刷河流河底或地面至基础底面的距离 冲刷河流局部冲刷钱至基础底面的距离,土 木 工 程 概 论,3.2 浅 基 础,软弱土层(承载力100kPa的土层)不适于做天然地基上的浅基础时, 可将浅基础做在人工地基上天然地基上的浅基础埋置深度浅，用料较省，无需复杂的施工机械，在开挖基坑、必要时支护坑壁和排水疏干后对地基不加处理即可修建，工期短、造价低设计时宜优先选用, 困难时可用大型或复杂的基础形式 （连续基础、桩基础或人工处理地
10、基等）,土 木 工 程 概 论,3.2 浅 基 础,由砖、毛石、素混凝土和灰土等材料做成 满足刚性条件灰土基础： (石灰和土按三分石灰和七分粘性土(体积比)配制三七灰土, 用于干燥的华北和西北) 水中硬化慢、早期强度低、抗水性差、早期抗冻性差 地下水位以上三合土基础：（灰土 + 水泥提高灰土的强度和抗水性，用于南方）桥梁结构刚性基础常用材料：混凝土、粗石料和片石、砖可砌成任何形状、但抗腐蚀性(特别是盐碱 地区)和抗冻性差 基础四周最外层砖可浸沥青来可增加抗腐蚀能力,土 木 工 程 概 论,3.2.1 刚 性 基 础,(a)砖基础 (b)毛石基础 (c)素混凝土基础,不能满足刚性要求的基础（可作
11、成钢筋混凝土基础）为增加基础的整体性加强基础纵向抗弯能力,土 木 工 程 概 论,3.2.2 扩 展 基 础,墙下钢筋砼扩展基础,锥形 （墙下和柱下） 台阶形（墙下和柱下） 有肋（墙下）,(1)独立基础 房屋建筑的柱基础 (2)条形基础房屋建筑的墙基础 连续长条形 (3)筏板基础和箱形基础,土 木 工 程 概 论,3.2.3 浅 基 础 的 结 构 形 式,深 基 础：位于地基深处承载力较高的土层上、埋深 5 m 或埋深 基 宽的基础桩基础地下连续墙墩基础沉井,土 木 工 程 概 论,3.3 深 基 础,桩具有悠久的应用历史智利蒙特维尔德附近森林有一支承于木桩上的木屋，放射性C60测定，距今约
12、1200014000年七八千年前 的新石器时代，在湖上和沼泽里打木桩，上面建“湖上住所”中国浙江余姚河姆渡村的新石器文化遗址，出土了占地40000m的木结构遗址，有木桩数百根，距今约7000年,土 木 工 程 概 论,3.3.1 桩 基 础,人工挖孔桩问世（100年前的美国）后，灌注桩基础发展极大很多新桩型，单桩承载力达数千kN，最大桩直径达数米以上，深度超100m还有预应力管桩、钢管桩、空心混凝土桩、劲性水泥土搅拌桩(在桩中心插入型钢或小直径预制混凝土桩)、复合桩基(考虑桩和土共同工作)等*新桩型是桩基础施工机械取得突破性进展后发展的,土 木 工 程 概 论,3.3.1 桩 基 础,上海金茂
13、大厦（地上88层、高420m、桩深 80m）,采用桩基础的条件 荷载大，地基软弱，天然地基 承载力不足 天然地基承载力虽满足要求，但沉降量过大 或建筑物对沉降要求严 格 防水平力作用下高耸建(构) 筑物倾覆、提高抗倾覆 稳定性或限制倾斜 有特殊要求 设有大吨位重级工作制吊车的重型单层工业厂房（吊车载重量大使用频繁，车间内设备平台多、基础密集，且有地面荷载，地基变形大）依据“经济合理、技术可靠”的原则，分析比较后确定,土 木 工 程 概 论,3.3.1 桩 基 础,桩 的 分 类 按桩身材料分:木桩、混凝土桩、钢筋混凝土桩、钢 桩、其他组合材料桩等 按施工方法分:预制桩、灌注桩 按成桩过程中的挤
14、土效应分:挤土桩、小量挤土桩、非挤土桩 按承载力极限状态时桩荷载的传递方式分:端承型桩、摩擦型桩,土 木 工 程 概 论,3.3.1 桩 基 础,(a)端承桩 (b)摩擦桩,土 木 工 程 概 论,3.3.2 沉 井 基 础,沉井的应用已有很长的历史，它是由古老的掘井作业发展而成的一种施工方法，用沉井法修筑的基础叫做沉井基础,沉井基础,土 木 工 程 概 论,3.3.2 沉 井 基 础,桥梁墩台位于旱地时，沉井可就地制造、挖土下沉、封底、充填井孔以及浇筑顶板,沉井施工顺序示意图,土 木 工 程 概 论,3.3.2 沉 井 基 础,沉井基础的特点 沉井是一种四周有壁、下部无底、上部无盖、侧壁下部
15、有刃脚的筒形结构物，通常用钢筋混凝土制成。既是基础，又是施工时的挡土和挡水围堰结构物。 沉井基础特点：埋置深度可以很大，整体性强、稳定性好，能承受较大的垂直荷载和水平荷载。 缺点：施工期较长；对细砂及粉砂类在井内抽水易发生流砂现象，造成沉井倾斜；沉井下沉过程中遇到大孤石、树干或井底岩层表面倾斜过大时，均会给施工带来一定困难。,沉井基础的类型 按外观形状分: 有单孔或多孔的圆形沉井 （受力好，适用于主流方向易变的河流）矩形沉井 （制作方便，但四角土不易挖，河流水流不顺）圆端沉井、（兼有两者优缺点）网格形沉井,土 木 工 程 概 论,3.3.2 沉 井 基 础,土 木 工 程 概 论,3.3.3
16、沉 箱 基 础,沉箱基础,又称为气压沉箱基础，它是以气压沉箱来修筑的桥梁墩台或其他构筑物的基础。工作原理：当沉箱在水下就位后，将压缩空气压人沉箱室内部，排出其中的水，这样施工人员就能在箱内进行挖土施工，并通过升降筒和气闸，把弃土外运，从而使沉箱在自重和顶面压重作用下逐步下沉至设计标高，最后用混凝土填实工作室，即成为沉箱基础,定义： 一般是指同一结构体中，相邻的两个基础沉降量的差值，是反映土木工程结构地基的变形特征的重要指标；差异沉降过大，就会使相应的上部结构产生额外应力当超过一定的限度时，将会产生裂缝、倾斜甚至破坏,土 木 工 程 概 论,3.4 不 均 匀 沉 降,土 木 工 程 概 论,3
17、.4 不 均 匀 沉 降,不均匀沉降,土 木 工 程 概 论,3.4 不 均 匀 沉 降,举世闻名的意大 利比萨斜塔是建筑 物地基与基础问题的典型实例,比萨斜塔之所以会倾斜，是由于它地基下面土层的特殊性造成的。比萨斜塔下有好几层不同材质的土层，各种软质粉土的沉淀物和非常软的粘土相间形成，而在深约一米的地方则是地下水层。最新的挖掘表明，钟楼建造在了古代的海岸边缘，土质在建造时便已经沙化和下沉。,减小地基差异沉降的主要措施： 1、在设计时尽量使上部荷载中心受压，均匀分布； 2、遇到高低相差悬殊或地基软硬突变时，要合理设置沉降缝； 3、增加上部结构对地基不均匀的协调作用。如在砌体结构中设置圈梁以增强
18、结构的整体性； 4、合理安排施工工序和采用合理的施工方法。,土 木 工 程 概 论,3.4 不 均 匀 沉 降,许多现代地基处理技术都可在古代找到雏形软土中夯入碎石等压密土层的夯实法 灰土和三合土的垫层法 ( 古代传统建筑技术)前期荷载使地基逐年固结从而提高土的抗剪强度（现代堆载预压法的分期填筑法雏形）我国古代在沿海地区软弱地基上修海塘，每年农闲时逐年填筑,土 木 工 程 概 论,3.5 地 基 处 理, 地基处理的对象 地基处理的对象是 软弱地基 和 特殊土地基 软弱地基：主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其他高压缩性土层构成的地基 特殊土地基（有地区性的特点）：包括软土、湿陷性黄土、膨
19、胀土、红粘土和冻土等地基,土 木 工 程 概 论,3.5 地 基 处 理,土 木 工 程 概 论,地基处理的主要目的：是指提高软弱地基的强度、保证地基的稳定性；降低软弱地基的压缩性、减少基础的沉降；防止地震时地基土的振动液化；消除特殊土的湿陷性、胀缩性和冻胀性。,3.5 地 基 处 理,大型填海工程地基处理,按时间可分为：临时处理、永久处理 按处理深度可分为：浅层处理、深层处理 按处理土对象可分为：砂性土处理、粘性土处理 按饱和度可分为：饱和土处理和非饱和土处理 按地基处理作用机理分类：换填法、预压法、强夯法、冲振法、土或灰土挤密法、砂石桩法、深层搅拌法、高压喷射注浆法。（了解）,土 木 工 程 概 论,3.5.1 地 基 处 理 方 法,地基处理的方案选择考虑的因素： 1、地基土质条件 2、工程要求 3、工期 4、造价 5、料源 6、施工机械条件,土 木 工 程 概 论,3.5.2 地基处理的方案选择,1、土的“加筋法”； 2、土工合成材料、砂井预压和塑料排水带； 3、“强夯法”和“振动水冲法”等； 4、真空预压法； 5、高压喷射注浆法。,土 木 工 程 概 论,3.5.3 地基处理技术的发展,土 木 工 程 概 论,课 外 检 索,1、比萨斜塔的基础形式。 2、比萨斜塔产生倾斜的主要原因。,
