1、当地基由多层土组成时,地基直接与基础底面相接触,承受主要荷载的那部分土层称为持力层,持力层以下的其他土层称为下卧层.当持力层和下卧层的土质坚实,性能较好时,上部结构对地基的强度,变形和稳定的要求容易得到满足。 地基可分为天然地基和人工地基两类。天然地基是不加处理就能满足设计要求,可直接在上面进行修建的天然土层,如密实的砂土层、老黏土层等;人工地基是经过人工处理后才满足要求的土层,如经过处理后的软黏土地基或其他不良地基。,另外由于持力层位置的深浅不同,导致基础的埋深也有深浅之分,即基础又可分为浅基础和深基础两大类.,1.了解基础工程的研究内容、现状和发展。2.掌握岩土工程勘探方法。3.了解原位测
2、试、浅基础、深基础的类型。4.了解基础工程病害。,3.1 概述3.2 岩土工程勘察3.3 地基3.4 基础工程病害及处理,本章目录,基本要求,第3.1节 概述,基础工程的研究内容基础工程是土木工程的重要组成部分基础工程的现状及发展,了解基础工程的研究内容、现状及发展,本节目录,基本要求,3.1.1 基础工程的研究内容,各类建筑物和构筑物如房屋、道路、桥梁、大坝、油罐等，都坐落在地层上，它们一般包括三个部分，即上部结构、基础和地基。,基础是房屋建筑、桥梁桥跨结构及其他构筑物等结构最下面那部分结构,它将上部结构的荷载传递到地层中去; 地基是受上部结构荷载影响的那部分地层称为,它在上部结构的荷载作用
3、下会产生附加应力和变形。,基础工程主要研究在各种可能荷载作用下以及各种工程地质条件下的地基基础问题.,地基勘察是为地基和基础设计服务的,它仍属于岩土工程勘察的范畴,其目的在于用各种勘察手段和方法,揭示和评价建筑场地和地基的工程地质条件,为设计和施工提供所需的工程地质资料。,3.1.2 基础工程是土木工程的重要组成部分,基础工程是土木工程的重要组成部分,它一方面要用岩土工程的基本理论和方法去解决地基基础方面的工程问题;另一方面,由于基础有独特的功能和构造要求,在基础设计中需要大量的结构计算,所以基础工程也与结构设计和计算密切相关。,当地基条件复杂或者恶劣时,基础工程经常会成为工程建设中的难点和首
4、先需要解决的问题。而由于岩土条件的复杂性,易变性及勘察工作的局限性等造成岩土工程的不确定性,基础工程问题又往往成为工程师感到最难把握的问题。 基础工程是建筑物的根本,直接关系到上部结构的稳定.,经典的地基基础工程案例有举世闻名的意大利萨斜塔。 另一反例为：在武汉市汉口建设大道的一处 18 层高楼, 1995 年 1 月开始兴建,采用夯扩桩基。同年9 月 15 日 18 层封顶,12月2 日深夜至次日凌晨突然发生过量整体倾斜，桩基整体失稳,并无法补救,不得不于 12月26 日将整幢危楼控制爆破拆除，损失巨大。,2、发展,近年来，我国在勘察和现场观测的技术、基础及其他土工建筑物设计与施工方法、地基
5、处理，以及新设备、新材料、新工艺的研究和应用方面取得了很大的进展。例如：静力和动力触探仪、现场孔隙水压力仪、测斜仪、土体内部和建筑结构内部以及界面上的应力应变传感器等新的试验仪器日益增多，且开始采用近代物理技术测定土的物理性质等。,3.1.3 基础工程的现状及发展,1、现状,1300 多年前隋代工匠李春主持修建的赵州安济石拱桥，不仅建筑结构独特，防洪能力强，而且在地基基础的处理上也非常合理。,国内,1773 年,法国的库仑(Coulomb)根据试验创立了著名的砂土抗剪强度公式, 提出了计算挡土墙土压力的滑楔理论；1875 年,英国的朗肯(Rankine)又从另一途径提出了挡土墙土压力的理论,这
6、对后来土体强度理论的发展起了很大的促进作用；法国的布辛奈斯克(Boussinesq,1885)求得了在弹性半无限空间表面作用竖向集中力的应力和变形的理论解答；瑞典费兰纽斯(Fellenius,1922)为解决铁路塌方问题提出了土坡稳定分析法。,国外,我国对全国各地区的特殊土类(如西北,华北的黄土,东北,西北及西藏的冻土,西南的红黏土,华东沿海地区的软土淤泥以及散布在全国不少省份的膨胀土等)都进行了大量的勘察、试验、研究和调查总结工作，积累了大量资料，制定了一些切实可行的条例和规程。在桥梁基础工程方面,为充分利用天然地基承载力,改进和发展了多种结构形式的浅基础,以适应不同地基土质,不同荷载性质及
7、上部结构使用要求。我国高速公路及高等级公路发展迅速,在长江,黄河等大江大河和近海区域修筑的大型桥 梁工程中采用了大直径钻孔灌注桩,顶应力管桩,管柱,钢管桩,多种形式的浮运沉井, 组合式沉井。,第3.2节 岩土工程勘察,1. 岩土工程地质测绘2. 岩土工程勘探方法3. 原位测试,1.掌握岩土工程勘探方法2.了解原位测试的概念,本节目录,基本要求,3.2.1 岩土工程地质测绘,对地质条件较复杂的场地应进行工程地质测绘，它一般在可行性研究（选择场址）或初步勘查阶段进行。工程地质测绘就是填绘工程地质图件，根据野外调查综合研究勘查区的地质条件，填绘在适当比例尺的地形图上加以综合反映。 其目的是为了查明场
8、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低端的稳定性和适宜性做出评价，并为勘察方案的布局提供依据。,地球物理勘探简称物探，它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、地质构造等地质条件。,常用的地球物探方法有直流电勘探、交流电勘探、重力勘探、磁法勘探、地震勘探、声波勘探、放射性勘探等。,常用的工程地质测绘方法有像片成图法和实地测绘法。目前，遥感技术已在工程地质测绘中得到广泛应用。,遥感是指根据电磁辐射的理论，应用现代技术中的各种探测器，对远距离目标辐射来的电磁波信息进行接收、传送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。,遥感技
9、术测绘示意图,3.2.2 岩土工程勘探方法,勘查的方法主要有钻探、井探、槽探、洞探和地球物理勘探等方法。 钻探是勘探方法中应用最广泛的一种。钻探的钻进方式可分为回转式、冲击式、振动式、冲洗式4种。,当钻探方法难以准确查明地下情况时，可采用探井、探槽进行勘探，探井、探槽就是用人工或机械方式进行挖掘，以便直接观察岩土层的天然状态以及各地层之间接触关系等地质结构，并能取出接近实际的原状结构土样。,3.2.3 原位测试,原位测试是指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质进行的测试。 常用的测试方法有：载荷试验、静力触探试验、旁压试验、十字板剪切试验、标准贯入试验、波速测试及其他
10、现场试验。,载荷试验,载荷试验是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。,载荷试验示意图,旁压试验,旁压试验的原理就是在试验地点钻孔，将旁压器放入钻孔中至测试位置，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。,旁压试验适用于粘性土、粉土、砂土、碎石土、残积土、极软岩和软岩等。,静力触探试验,静力触探试验是通过静压力将一个内部装有传感器的触探头以及匀速压入土中，通过量测土对探头的阻力，推测被测土层的工程性质。,静力触探试验适用于软土、一般粘性
11、土、粉土、砂土和含少量碎石的土。,第3.3节 地 基,1. 浅基础2. 深基础,1.掌握浅基础和深基础的类型,本节目录,基本要求,3.3.1 浅基础,浅基础：通常把位于天然地基上、埋置深度小于5m的一般基础（柱基或墙基）以及埋置深度虽然超过5m，但小于基础宽度的大尺寸基础（如箱形基础）。,1、刚性基础,材料：砖、块石、毛石、素混凝土、三合土和灰土等。 材料性能特点：抗压强度高，抗拉强度、抗剪强度低。 构造要求：基础的外伸宽度和基础高度的比值（台阶宽高比）不超过规定的允许值。 适用范围：6层和6层以下的（三合土基础不超过4层）一般民用建筑和墙承重的厂房。,砖基础,石基础,素混凝土基础,2、扩展基
12、础,受力特点：在基础内配置足够的钢筋来承受拉应力和弯矩，使基础在受弯时不致破坏。因而不受台阶宽高比的限制，可以做成扁平形状。,基础材料：钢筋混凝土,锥形,台阶型,有肋基础,3、浅基础的结构形式,独立基础条形基础筏板基础和箱形基础 壳体基础,柱下独立基础,墙下条形基础,箱形基础,筏形基础,3.3.2 深基础,深基础：位于地基深处承载力较高的土层上，置深度大于5m或大于基础宽度的基础。,深基础的两种类型,1、桩基础,（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、灌注桩两大类。,（3）按承载性状分类,端承型桩（左）和摩擦型桩（右）,2、沉井
13、基础,沉井施工过程:基坑开挖铺砂垫层和承垫木沉井制作抽取承垫木挖土下沉封底回填浇筑其它部分结构。,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。,3、沉箱基础,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。,工作原理：当沉箱在水下就位后，将压缩空气压入沉箱室内部，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。,桥的沉箱基础,第4.4节 基础工程病害及处理,1. 不均匀沉降2. 地基处理,1.了解基础工程的病害
14、及其处理方法,本节目录,基本要求,3.4.1 不均匀沉降,反映土木工程结构地基的变形特征的重要指标就是差异沉降，也就是通常所说的不均匀沉降，一般是指同一结构体中，相邻的两个基础沉降量的差值。 如果差异沉降过大，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。,在工程实践中，减小地基差异沉降主要从如下几个方面入手：在设计时尽量使上部荷载中心受压，均匀分布。遇到高低相差悬殊或地基软硬突变时，要合理设置沉 降缝。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结构的整体性。合理安排施工工序和采用合理的施工方法。,3.4.2 地基处理,地基处理的对象主
15、要是指软弱地基和特殊土地基。软弱地基系指主要由淤泥、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。,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。,1、地基处理方法,目前国内外地基处理方法众多，如按时间可分为临时处理和永久处理；按处理深度可分为浅层处理和深层处理；按处理土性对象可分为砂性土处理和粘性土处理；按土的饱和度可分为饱和土处理和非饱和土处理；也可按照地基处理的作用机理进行分类。 按作用机
16、理分类的分类方法较为妥当，主要方法有换填法、预压法、强夯法、振冲法、土或灰土挤密桩法、砂石桩法、深层搅拌法、高压喷射注浆法等。,地基用预压法处理示意图,地基用换填法处理,2、地基处理的方案选择,地基处理的方法虽然很多，但许多方法还在不断发展和完善中。每一种方法都有其适用范围和局限性，因而选用某一种地基处理方法时，一定要根据地基土质条件、工程要求、工期、造价、料源、施工机械条件等因素综合分析后确定。,3、地基处理技术的发展,在20世纪60年代中期，从如何提高土的抗拉强度这一思路中发展了土的“加筋法”；从如何有利于土的排水和排水固结这一基本观点出发，发展了土工合成材料、砂井预压和塑料排水带；从如何
17、进行深度密实处理的方法考虑，采用加大击实功的措施，发展了“强夯法”和“振动水冲法”等。,另外，国外现代工业的发展，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；潜水电动机的出现，带来了振动水冲法中振冲器的施工机械；真空泵的问世，才能建立真空预压法；生产了大于200个大气压的压缩空气机，从而产生了“高压喷射注浆法”。,“地基处理”技术在国内外都处于方兴未艾和十分重要的地位。,比萨斜塔：位于意大利托斯卡纳省比萨城北面的奇迹广场上。始建于1173年，设计为垂直建造，但是在工程开始后不久便由于地基不均匀和土层松软而倾斜，1372年完工，塔身倾斜向东南。由于倾斜程度过于危险，比萨斜塔曾在1990年1月7日停止向游客开放，经过12年的修缮，斜塔被扶正44cm基本达到了预期的效果。2001年12月15日起再次向游客们开放。,上海龙华塔：7层，40.4m，相当于13层楼高，初建于三国东吴时代（公元220-280年），重建于宋代公元977年，用木桩，桩周用灰土防腐，是软基础上建高层的范例。,上海国际赛车场：是亚洲最大、最先进的F1赛车场，是唯一建造在软土地基上的“上”字形的F1赛道，占地2.5平方公里，赛道总长5.28公里，采用复合桩基固定赛道路面。,
