第三章：基础工程.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,基础,将上部结构荷载传递给地基土、连接上部结构与地基土的下部结构。,地基处理,指天然地基软弱，不能满足地基承载力和变形的要求，而经过人工处理后再建造基础，也称地基加固。,第3章：基础工程,1,工程实践中解决地基基础问题主要采用三种方法：,1、,理论,指土力学的基本理论和各类地基基础的结构计算理论；,2、,实验,复杂的地基基础问题要通过大量的现场和室内实验结果来解决；,3、,经验,对于理论计算和实验都不能解决的问题可以通过工程师的经验来解决。,2,第1节：工程地质勘察与测绘,重要性,：设计和施工的,基础工作,，通过地质勘察，发现不良的地质问题。,否则即使上部结构的设计和施工工作做得再好，整个工程也难免遭到破坏。,目的：,（1）查明工程地质条件；（2）分析存在的地质问题；（3）对建筑地区作出工程地质评价。,3,步骤：,可行性研究勘察,(符合场地方案确定的要求),；初步勘察,(初步设计或扩大初步设计的要求),；详细勘察,(施工设计的要求),。,任务,：按照不同勘察阶段的要求，正确反映场地,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。,4,工程地质测绘,就是,填绘工程地质图,，根据野外调查综合研究勘察区的地质条件，填绘在适当比例尺地形图上加以综合反映。,目的,：为了查明场地及其邻近地段的地貌、地质条件，并结合其他勘察资料对场地或建筑地段的稳定性和适宜性做出评价，并为勘察方案的布置提供依据。,工程地质测绘方法有,实地测绘法,和,像片成图法,。,实 地 测 绘 法,地形图测绘,实 地 测 绘 法主要仪器精密水准仪,水准测量用水准仪和水准标尺测定两点间的高差,5,然后在像片上选择需要调查的若干点和路线，据此去,实地进行调查、校对修正，绘成底图,。最后，将结果转绘成,工程地质图,。,像片成图法,是利用地面摄影或航空（卫星）拍摄的像，先在室内解释，并结合所掌握的区域地质资料，确定出地层岩性、地质构造、地貌、水系及不良地质现象等，,描绘在单张像片上,。,遥感技术,是指根据,电磁辐射理论，,应用探测器，对远距离目标辐射来的电磁波信息进行接受、传递到地面接收站加工处理成遥感资料（图像或数据），用来探测识别目标物的整个过程。,提高测绘质量与效率，节省工程勘察费用。,6,工程地质勘探方法：,1、坑、槽探,是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以及各地层 的地质结构，并取出接近的原状结构土样。,2、钻探,是指用钻机在地层中钻孔，以鉴别和划分地表下地层，并可沿孔深取样的一种勘探方法。是应用,最广泛,的勘探手段，获得深层地质资料。,3、地球物理勘探,简称,物探，,是通过研究和观测各种地球物理场的变化来探测地层岩性、地质构造等。,7,第2节：浅基础,基础一定埋置于地面以下吗？,基础,一般多埋置于地面以下，但诸如码头桩基础、桥梁基础、半地下室箱形基础等均有一部分在地表之上。,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），统称为,天然地基上的浅基础,。,8,地基一定是天然地基吗？有没有人工地基？,人工地基,如果地基属于软弱土层（通常指承载力低于100kPa的土层），或者上部有较厚的软弱土层，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特点：,埋置深度较浅，用料较省，无需复杂的施工设备，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，故设计时可优先选用。,当这类基础及上部结构不能满足较差的地基条件时才考虑采用大型或复杂的基础形式，如连续基础、桩基础或人工处理地基。,9,比萨斜塔高53.3米，正是地基土质较差，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。塔停建96年后，又开始继续施工。为了防止塔身再度倾斜，工程师们采取了一系列补救措施。最终建成后塔顶中心点偏离中心线2米左右。近一个世纪以来，已偏离5.2米,终成斜塔。1978年该塔仅倾斜0027毫米，几乎停止了倾斜。这种“斜而不倾”的现象，堪称世界建筑史上的奇迹。,比萨斜塔,10,一、浅基础类型,（一）按基础刚度分类1、刚性基础,刚性基础是由,砖,、,石,、,素混凝土,或,灰土,等材料做成的基础。,是一种无筋扩展基础。,(a)砖基础,(b)砌石基础,(c)素混凝土基础,我国,华北和西北地区,，气候干燥，广泛采用,灰土,作基础。,南方地区,广泛采用,三合土,基础，即在灰土中加入适量水泥，可适应南方湿润的气候，提高其强度和抗水性。,11,2扩展基础当刚性基础不能满足力学要求时，可以做成钢筋混凝土基础，称为扩展基础。,墙 下钢 筋混 凝土 扩展 基础 示意 图,12,柱下扩展基础和墙下扩展基础一般做成,锥形,和,台阶形,。,对于墙下扩展基础，当地基不均匀时，还要考虑墙体纵向弯曲的影响。因此，为了增加基础的整体性和加强基础纵向抗弯能力，墙下扩展基础可采用,有肋的扩展基础,形式。,(a)锥 形,(b)台阶形,(c)有肋的扩展基础,13,2条形基础：,墙的基础通常连续设置成长条形，称为,条形基础,。,它在普通的砌体结构中应用广泛。,墙下条形基础,14,（二）按构造分类,浅基础按构造类型可分为四种：1单独基础：,在建筑中，柱的基础一般都是,单独基础,。它常用于装配式单层工业厂房的基础。,柱下单独基础,15,3筏板基础和箱形基础：,当柱子或墙传来的荷载很大，地基土较软弱，用单独基础或条形基础都不能满足地基承载力要求时，往往需要把整个房屋底面（或地下室部分）做成一片连续的钢筋混凝土板，称为,筏板基础,。,为了增加基础板的刚度，以减小不均匀沉降，高层建筑往往把地下室的底板、顶板、侧墙及一定数量的内隔墙一起构成一个整体刚度很强的钢筋混凝土箱形结构，称为,箱形基础,。,16,筏板基础,(a)、(b)平板式；(c)、(d)肋梁式,17,箱 形 基 础,18,4壳体基础：为改善基础的受力性能，基础的形式做成各种形式的壳体，称做,壳体基础,。,这种基础形式对机械设备有良好的减振性能，适用于动力设备的基础中。,正、倒锥组合壳基础,19,地基的不均匀沉降会造成建筑物的开裂，影响其使用功能的发挥，因此，设计中必须考虑如何,防止或减轻,不均匀沉降造成的危害。浅基础设计和计算应该兼顾地基和基础两方面进行，主要内容包括：,1天然,地基,设计：,选择基础埋置深度；确定地基承载力；验算地基变形和地基稳定性。,2,基础,设计：,选择基础类型和材料；计算基础内力；确定基础各部分尺寸、配筋和构造。,二、防止不均匀沉降损害的措施,20,减少基础不均匀沉降的措施：,（一）采用,柱下条形基础、筏板基础和箱型基础,等；,（二）采用,桩基或其他深基础,；,（三）采用各种,地基处理方法,；,（四）从地基、基础和上部结构相互作用的观点出发，在,建筑、结构或施工,方面采取一些措施。,21,1.建筑措施（1）建筑物体型应力求简单,建筑物高差太大而开裂。当地基软弱时，建筑物的紧接高差以不超过一层为宜。,22,（2）控制建筑物的长高比,建筑物开裂实例纵墙的长高比达7.6的过长建筑物,23,（3）,合,理,布,置,纵,横,墙,外纵墙多次转折，内纵墙中断的建筑物地基不良时，应尽量使内、外纵墙都贯通,24,（4）设置沉降缝,沉降缝构造示意图适用于砌体承重结构房屋,25,沉降缝构造示意图 适用于框架结构房屋,26,（5）合理安排建筑物间的距离,（6）.控制与调整建筑物的各部分标高,2.结构措施,（1）减轻建筑物的自重（2）墙体内设置圈梁增强结构的整体性,（3）减小和调整基础底面附加应力,（4）采用非敏感结构（排架结构，三铰拱）,3.施工措施,（1）保持地基土的原状结构（2）选择合理的施工方法（3）合理安排施工顺序,27,第3节：深基础,深基础,位于地基深处承载力较高的土层上，埋置深度大于5m或大于基础宽度的基础，如,桩基、地下连续墙、墩基和沉井,等。,一、桩基础,(,一,),应用条件,一般而言，采用天然地基，地基承载力不足或沉降量过大时，宜考虑采用桩基础。,当建筑物或构筑物荷载较大，地基上部软弱而下部不太深处埋藏有坚实地层时，最宜采用桩基础。,应,用,：,高层建筑、纪念性或永久性建筑、重型单层工业厂房、高耸建筑物或构筑物、大型精密仪器设备基础等。,28,（二）桩的分类,1按桩身材料分类,:,木桩、混凝土桩、钢筋混凝土桩、钢桩、其它组合材料桩。,2按施工方法分类,:,预制桩、灌注桩,。,3按成桩过程中挤土效应分类 随着桩的设置方法（打入或钻孔成桩等）的不同，桩周土所受的排挤作用也不同。挤土作用会引起桩周土天然结构、应力状态和性质的变化，从而影响土的性质和桩的承载力。,挤土桩、小量挤土桩和非挤土桩,。,29,4按承载性状分类,按达到承载力极限状态时的荷载传递主要方式，可分为(a),端承型桩,和(b),摩擦型桩,两大类。,(a)端承型桩 (b)摩擦型桩,30,二、地下连续墙,优点,：刚度大,既挡土又挡水,施工时无振动,噪音低,可用于任何土质。,施工过程,：,利用专用的挖槽机械在泥浆护壁下开挖一定长度（一个单元槽段）挖至设计深度并清除沉渣插入接头管吊入钢筋笼导管浇注混凝土待混凝土初凝后拔出接头管逐段施工。,地下连续墙在成槽之前先要沿设计轴线施工导墙.,导墙,的作用是挖槽导向、防止槽段上口塌方、存蓄泥浆和作为测量的基准。,31,三、墩基础,墩基础是在人工或机械成孔的大直径孔中浇筑混凝土（钢筋混凝土）而成，我国多用人工开挖，亦称大直径人工挖孔桩。,墩身施工：,在护圈保护下开挖土方支模板浇筑混凝土护圈浇筑墩身混凝土,四、沉井基础,沉井基础，尤其是重型沉井、深水浮运钢筋混凝土沉井和钢沉井，在国内外已有广泛的应用和发展，如我国的南京长江大桥。,32,（一）沉井基础的特点,四周有壁、下部无底、上部无盖、侧壁下部有刃脚的筒形结构物，一般由钢筋砼制成。它是通过从井孔内挖土，借助自身重量克服井壁摩阻力，下沉至设计标高，再经砼封底并填塞井孔，便成为桥梁墩台或其他结构物的基础。,优点：,它既是基础，又是施工时的挡土和挡水围堰结构，施工工艺不复杂；埋置深度可以很大、整体性强、稳定性好，能承受较大的垂直和水平荷载。,缺点：,施工期较长；对细砂及粉砂类土在井内抽水容易发生流砂现象，造成沉井倾斜；沉井下沉过程中遇到的大孤石、树干或井底岩层表面倾斜过大，会给施工带来困难。,33,（二）沉井分类：,1.沉井按下沉方式分类,（1）就地制造下沉的沉井这种沉井是在基础设计的位置上制造，然后挖土靠沉井自重下沉。如基础位置在水中，需先在水中筑岛，再在岛上筑井下沉。,（2）浮运沉井在深水地区，筑岛有困难或不经济，或有碍通航，或河流流速大，可在岸边制造沉井拖运到设计位置下沉，这类沉井叫浮运沉井。,34,2.沉井按外观形状分类,沉井按外观形状分类，在,平面上,可分为,单孔或多孔的圆形、矩形、圆端沉井及网格形沉井,。,圆形沉井,受力好，适用于河水主流方向易变的河流。,矩形沉井,制作方便，但四角处的土不易挖除，河流水流也不顺。,圆端形沉井,兼有两者的优点，也在一定程度上兼有两者的缺点，是土木工程中常用的基础类型。,沉井平面形式,35,沉井,竖直剖面,外形主要有,竖直式、倾斜式及阶梯式,等。采用哪种形式主要视沉井需要通过的土层性质和下沉深度而定。,沉井竖直剖面形式,36,（五）沉箱基础,又称气压沉箱基础，它是以气压沉箱来修筑的桥梁墩台或其他构筑物的基础。,沉箱类似有顶盖的沉井。,在水下修筑大桥时，若用沉井基础施工困难，可采用气压沉箱施工，采用沉箱基础。,工作原理,：沉箱在水下就位-将压缩空气压入沉箱室内部，排出其中的水-施工人员在箱内挖土施工-通过升降筒和气闸，将弃土外运-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-再用砼填筑工作室，成为沉箱基础。,沉箱基础可以采用,就地制造下沉,，也可以采用,浮运式下沉,。,37,我国在深水中修建的桥梁很多，积累了丰富的深水基础工程设计和施工技术。,采用,大型管柱基础,取代气压沉箱施工方法，管柱直径从1.5m发展到5.8m，水下深度达64m。,沉井施工法方面，成功地开发了先进的,触变泥浆套下沉技术,，使下沉速度加快311倍（我国的江阴长江大桥是世界上平面尺寸最大的沉井基础，平面尺寸69m51m，埋置深度58m）。,大型深水基础还采用,双壁钢围堰内抽水封底并加管柱钻孔,的形式。,广泛采用和推广,大直径钻孔灌注桩基础,，直径1.53m，并对更大直径的空心桩研究取得初步成果。,38,第4节：地基处理,一、地基处理的对象与目的,历史记载，早在二千年前就已采用了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,，也是我国古代传统的建筑技术之一；,我国古代在沿海地区极其软弱的地基上修建海塘时，采用每年农闲时逐年填筑，即现代的,分期填筑方法,，利用前期荷载使地基逐年固结，提高土的抗剪强度，以适应下一期荷载的施加。,39,（一）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,。我国的建筑地基基础设计规范（GBJ789）中明确规定：“,软弱地基,指主要由,淤泥,、,淤泥质土,、,冲填土,、,杂填土,或其它,高压缩性土层,构成的地基”。,特殊土地基,带有地区性的特点，它包括,软土,、,湿陷性黄土、膨胀土、红粘土和冻土,等地基。,40,（二）地基处理的目的地基处理的,目的,是采用各种地基处理方法以改善地基条件。,1.提高软弱地基的强度,2.保证地基的稳定性 3.降低软弱地基的压缩性,4.减少基础的沉降,5.防止地震时地基土的振动液化,6.消除特殊土的湿陷性、胀缩性和冻胀性。,41,二、地基处理的方法与方案选择,（一）地基处理的方法,1.换填法当建筑物基础下的持力层比较软弱、不能满足上部结构荷载对地基的要求时，常采用换土垫层来处理软弱地基。,即将基础下一定范围内的土层挖去，然后回填以强度较大的砂、碎石或灰土等，并夯实至密实。,42,2.预压法在建筑物或构筑物建造前，先在拟建场地上施加或分级施加与其相当的荷载，使土体中孔隙水排出，孔隙体积变小，土体密实，提高地基承载力和稳定性。,堆载预压法,处理深度一般达10m左右，,真空预压法,处理深度可达15m左右。,43,3.强夯法强夯法是法国L梅纳（Menard）1969年首创的一种地基加固方法，即用几十吨重锤从高处落下，反复多次夯击地面，对地基进行强力夯实。实践证明，经夯击后的地基承载力可提高25倍，压缩性可降低25倍，影响深度在10m以上。,4.振冲法 振冲法是振动水冲击法的简称，按不同土类可分为,振冲置换法,和,振冲密实法,两类。振冲法在粘性土中主要起振冲置换作用，置换后填料形成的桩体与土组成复合地基；在砂土中主要起振动挤密和振动液化作用。振冲法处理深度可达10m左右。,44,5.深层搅拌法 利用水泥或其它固化剂通过特制的搅拌机械，在地基中将水泥和土体强制拌和，使软弱土硬结成整体，形成具有水稳性和足够强度的水泥土桩或地下连续墙，处理深度可达812m。,6.砂石桩法,振动沉管砂石桩,就是在振动机的振动作用下，把套管打入规定的设计深度，夯管入土后，挤密了套管周围土体，然后投入砂石，再排砂石于土中，振动密实成桩，多次循环后就成为砂石桩。,也可采用锤击沉管方法，桩与桩间土形成复合地基，从而提高地基的承载力和防止砂土振动液化，也可用于增大软弱粘性土的整体稳定性。其处理深度达10m左右。,45,7.土或灰土挤密桩法土桩及灰土桩是利用沉管、冲击或爆扩等方法在地基中挤土成孔，然后向孔内夯填素土或灰土成桩。成孔时，桩孔部位的土被侧向挤压而加密。,土桩及灰土桩挤密地基，是由土桩或灰土桩与桩间挤密土共同组成复合地基。,特点：,就地取材，以土治土，原位处理、深层加密和费用较低。,46,（二）地基处理的方案选择,根据地基土质条件、工程要求、工期、造价、料源、施工机械条件等因素综合分析后再确定。,步骤：,初选可供考虑的几种地基处理方案；然后对初选的方案分别从预期处理效果、材料来源和消耗、施工机具和进度、对周围环境影响等各因素进行技术经济分析和对比，选出最佳的方案。,注意事项：,应考虑加强上部结构的整体性和刚度；对已选定的方案，根据建筑物的安全等级和场地复杂程度，进行现场实体试验：检验设计参数、选择合理的施工方法和确定处理效果。,47,三、地基处理的技术发展,近40年来，国外在地基处理技术方面发展十分迅速，新方法不断涌现。,在20世纪60年代中期，为了提高土的抗拉强度，出现了土的,“加筋法”,；为了有利于土的排水和排水固结，发展了,土工合成材料、砂井预压和塑料排水带,；考虑到深层密实处理的问题，采用加大击实功的措施，发展了“,强夯法,”和“,振动水冲法,”等等。,现代工业的发展对地基工程提供了强大的生产手段，如能制造重达几十吨的,强夯起重机械,；潜水电机的出现，,带来了振动水冲法中,振冲器的施工机械,；,真空泵,的出现,真空预压法,；大于200个大气压的,压缩空气机,的出现,“高压喷射注浆法”,。,48,地基处理是土力学基础工程领域中的一个较有生命力的分枝。,当前,国际土力学及基础工程学会,下有专门的地基处理学术委员会。1984年中国土木工程学会土力学基础工程学会下也成立了相应的,地基处理学术委员会,，并组织编著了,地基处理手册,，同时出版了,地基处理期刊,，提供了推广和交流,地基处理新技术的园地,；我国建设部也组织编写了,建筑地基处理技术规范,（JGJ7991），可见，地基处理技术在国内外都处于发展与创新的重要时期。,49,