1、Foundation Engineering 基礎工程學基礎工程學 基礎工程主講教師 朱建明Foundation Engineering 基礎工程學基礎工程學 第一章 緒論一、地基及基礎的概念一、地基及基礎的概念二、本學科的發展概況二、本學科的發展概況三、本課程的特點和學習要求三、本課程的特點和學習要求Foundation Engineering 基礎工程學基礎工程學 一、地基及基礎的概念任何一種建筑物（構筑物）均可根據建筑物室外任何一種建筑物（構筑物）均可根據建筑物室外（或自然地面）的相對（或自然地面）的相對0.0m0.0m標高，將整體建筑物標高，將整體建筑物劃分為相對劃分為相對0.0m0.

2、0m標高以上部分的上部結構與相對標高以上部分的上部結構與相對0.0m0.0m標高以下部分的基礎結構兩大部分。標高以下部分的基礎結構兩大部分。建筑物建筑物上部結構上部結構基礎結構基礎結構上部結構自重及其所承受的荷載，如果直接作用在地基土（土層或巖層），則地基土會產生過大的壓力與過大的壓縮變形，由此導致因地基土強度不足而產生地基土強度破壞、較大的沉降或不均勻沉降。Foundation Engineering 基礎工程學基礎工程學 基礎：基礎：實際上就是將上部結構的底部尺寸經過擴大后的截面，實際上就是將上部結構的底部尺寸經過擴大后的截面，由此將上部結構的自重及荷載傳遞給地基上。由此將上部結構的自重及

3、荷載傳遞給地基上。 地基：地基：未經人工加固的可以在其上修筑基礎的天然土層，稱為未經人工加固的可以在其上修筑基礎的天然土層，稱為天然地基天然地基，當天然地基土層承載力較低時，必須經過加固后才能，當天然地基土層承載力較低時，必須經過加固后才能在其上修筑基礎，這樣的地基稱為在其上修筑基礎，這樣的地基稱為人工地基人工地基；基礎結構基礎結構地基地基基礎基礎天然地基天然地基人工地基人工地基基礎工程屬于隱蔽工程，具有承上啟下、分散、傳遞荷載的作用。d基礎基礎地基地基埋深埋深埋深：基礎底面到室外地面之間的距離。幾個概念：幾個概念：Foundation Engineering 基礎工程學基礎工程學 基基礎礎上

4、部結構上部結構地地 基基建筑物各部分示意圖建筑物各部分示意圖下部結構下部結構基礎工程學研究的對象是基礎工程學研究的對象是地基與基礎地基與基礎問題問題。Foundation Engineering 基礎工程學基礎工程學 當建筑物地基由多層土組成時，直接與基礎底面接觸的土層稱為持力層持力層， 持力層以下的其它土層稱為下臥層。 持力層和下臥層都應滿足地基設計的要求，但對持力層的要求顯然比對下臥層要高。 地基承載力和變形特性是選擇持力層的關鍵。持力層、下臥層持力層、下臥層基礎類型：基礎類型： 天然地基上的淺基礎天然地基上的淺基礎 樁基礎樁基礎 人工地基上的淺基礎人工地基上的淺基礎 深基礎深基礎換土墊層

5、，水泥土樁、碎石樁復合地基等換土墊層，水泥土樁、碎石樁復合地基等人工地基：人工地基：埋深埋深5m5m特殊方法施工特殊方法施工考慮側壁阻力作用考慮側壁阻力作用沉井基礎沉井基礎沉箱基礎沉箱基礎樁基礎也屬深基礎樁基礎也屬深基礎淺基礎：淺基礎：埋深小于埋深小于5m5m，或者埋深大于，或者埋深大于5m5m，但，但是小于基礎寬度。兩側（四周）的摩阻力忽是小于基礎寬度。兩側（四周）的摩阻力忽略不計。所以不是簡單的深淺概念。略不計。所以不是簡單的深淺概念。比較:深基礎耗料多，施工困難，遇水塌方的概率高，因此在設計上優先考慮淺基礎。Foundation Engineering 基礎工程學基礎工程學 高層建筑與基

6、礎關系 深基礎具有很高的承載力，廣泛用于高層建筑和特殊的工業建筑。 高層建筑優點，可以有效利用資源和節省市政設施費用等； 聯合國教科文組織將高層建筑分四類：一類：916層,高度不超過50m；二類：1725m，高度不超過75m，三類：2640層，高度不超過100m，四類：40層以上，或高度超過100m; 一般地質條件：采用箱型或筏型基礎的高層建筑，其基礎工程的費用約占總造價的1020%；施工工期為2025%；采用樁基礎的費用為2030%；工期為3040%；Foundation Engineering 基礎工程學基礎工程學 淺基礎的類型淺基礎的類型 按基礎剛度分按基礎剛度分無筋擴展基礎（剛性基礎）

7、無筋擴展基礎（剛性基礎） 單獨基礎（獨立基礎）、條形基礎、單獨基礎（獨立基礎）、條形基礎、筏型基礎、箱型基礎、殼型基筏型基礎、箱型基礎、殼型基礎礎 按結構形式分按結構形式分擴展基礎（柔性基礎）擴展基礎（柔性基礎）Foundation Engineering 基礎工程學基礎工程學 按基礎剛度分按基礎剛度分 無筋無筋擴擴展基展基礎礎擴展基礎擴展基礎 (柔性基礎柔性基礎)0hbtgt1:1.0 1:2.0與材料和荷與材料和荷載有關載有關F bth0F 磚、石、灰土，素混凝土磚、石、灰土，素混凝土 材料抗拉強度很低材料抗拉強度很低要求基礎臺階寬高比（剛性要求基礎臺階寬高比（剛性角）符合一定條件角）符合

8、一定條件鋼筋混凝土鋼筋混凝土要滿足抗彎、抗剪和抗要滿足抗彎、抗剪和抗沖切等結構要求沖切等結構要求1 1 緒論緒論Foundation Engineering 基礎工程學基礎工程學 按基礎結構形式分按基礎結構形式分1 1 單獨基礎單獨基礎2 2 條形基礎條形基礎1 1 緒論緒論Foundation Engineering 基礎工程學基礎工程學 3 十字交叉基礎十字交叉基礎條形基礎的變種條形基礎的變種1 1 緒論緒論Foundation Engineering 基礎工程學基礎工程學 4 4 筏形（筏板）基礎筏形（筏板）基礎5.1 5.1 概述概述Foundation Engineering 基礎工

9、程學基礎工程學 底板底板外墻外墻內墻內墻5 5 箱形基礎箱形基礎由底板、墻和頂板形成箱，整體性更好由底板、墻和頂板形成箱，整體性更好1 1 緒論緒論Foundation Engineering 基礎工程學基礎工程學 6 6 殼體基礎殼體基礎高聳建筑物高聳建筑物1 1 緒論緒論Foundation Engineering 基礎工程學基礎工程學 1 1 緒論緒論 地基處理的目的地基處理的目的1 提高土的提高土的強強度度-地基承地基承載載力力2 增加土的增加土的剛剛度度-減少地基沉降量減少地基沉降量3 改善地基土的水力特性改善地基土的水力特性 (1)防滲：防滲：堤壩、閘基、池堤壩、閘基、池 (2)排

10、水：排水：軟基固結滲流、擋土墻排水軟基固結滲流、擋土墻排水 (3)滲透穩定性：滲透穩定性：長江大堤的管涌、流土長江大堤的管涌、流土 (4)抗凍性抗凍性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Foundation Engineering 基礎工程學基礎工程學 1 1 緒論緒論 地基處理的方法地基處理的方法換土墊層法換土墊層法加密法加密法深層壓密法深層壓密法土工合成材料土工合成材料化學加固法化學加固法方法眾多，方法眾多，分類不統一分類不統一 復合地基復合地基換填法換填法淺層壓密法淺層壓密法強夯法強夯法擠密樁復合地基擠密樁復合地基預壓加固法

11、預壓加固法凍結法凍結法膠結法膠結法Foundation Engineering 基礎工程學基礎工程學 基礎工程學研究內容：選類型選類型各各種種基基礎礎均均包包括括設計計算設計計算施工方法施工方法Foundation Engineering 基礎工程學基礎工程學 二、本學科的發展概況二、本學科的發展概況與其他學科一樣，是人類長期生產實踐中不斷發展起來的。遠在1300年前隋朝石工李春所修建的趙州安濟石拱橋，不僅在建筑結構上有特殊工藝，而且在地基基礎的處理上也非常合理，該橋坐落在較淺的密實粗砂巖土層上，沉降小，現反算其基底壓力約500600kPa,與現行各設計規范中所采用的該土層容許承載力的數值（5

12、50kPa)極為接近；北宋初著名木工喻皓公元989年建造開封開寶寺木塔時，考慮當時西北風，便特意使建于飽和土上的塔身向西北傾斜，設想在風力的長期繼續作用下可以漸趨復正；作為本學科的理論基礎-土力學的發展，對土的抗剪強度、土壓力、土坡穩定分析方法的進行了研究；土力學的發展同時也使基礎工程的工程技術理論得到了進一步的發展和充實；1 1 緒論緒論Foundation Engineering 基礎工程學基礎工程學 二、本學科的發展概況二、本學科的發展概況近年來大量近年來大量新工藝、新材料、新施工機新工藝、新材料、新施工機具具的涌現帶來料基礎工程的蓬勃發展；的涌現帶來料基礎工程的蓬勃發展；設計理論也正由

13、傳統的設計理論也正由傳統的容許應力法容許應力法向向概概率極限法率極限法過渡；過渡；地基基礎的抗震理論目前尚落后與實際地基基礎的抗震理論目前尚落后與實際工程的需要；工程的需要；1 1 緒論緒論Foundation Engineering 基礎工程學基礎工程學 基礎工程領域研究的關注點關注點主要有： 之一之一是在設計計算理論和方法方面：包括考慮上部結構、基礎與地基共同工作的理論和設計方法，概率極限狀態設計理論和方法，優化設計方法，數值分析方法和計算機技術的應用等。 之二是樁基礎技術：其中樁土共同工作理論，新的樁基設計控制理論變形控制理論，樁基非線性分析和設計方法，樁基承載力和沉降的合理估算，新的樁

14、型例如大直徑成孔灌注樁、預應力管樁、套筒樁、微型樁等的研究開發，后注漿技術在樁基工程中的應用，樁基礎的環境效應等都成為研究和開發的熱點。Foundation Engineering 基礎工程學基礎工程學 之三是深基坑開挖問題，研究的重點放在土、水壓力的估算，基坑支護設計理論和方法的深化優化設計、概念設計和動態設計、考慮時空效應的方法等；新的基坑支護方法例如復合土釘墻、作為主體結構應用的地下連續墻、錨桿擋墻等的開發研究；基坑開挖對環境的影響；逆作法技術的應用等。 之四在地基處理方面，進一步完善復合地基理論，對各類地基處理方法機理的深化研究以及施工及檢測技術的改進也是基礎工程關心的問題。 之五就是

15、深水和復雜地質條件下的基礎工程：例如在大型橋梁、水工結構、近海工程中，重要的是深入研究地震、風和波浪沖擊的作用，以及發展深水基礎（超長大型水下樁基、新型沉井等）的設計和施工方法；Foundation Engineering 基礎工程學基礎工程學 三、本課程的特點和學習要求地基基礎上部結構相互聯系共同作用基礎是建筑物的根基，直接關系到上部結構的穩定隱蔽工程，失敗后果嚴重，修復加固難度及耗資大1 1 緒論緒論Foundation Engineering 基礎工程學基礎工程學 基礎工程失敗的例子 比薩斜塔 特朗斯康谷倉（Transcona Grain Elevator) 廣州海豐4座樓連續倒塌 長石

16、線、老漸河特大橋 隴海鐵路灞河鐵路大橋倒塌Foundation Engineering 基礎工程學基礎工程學 比薩斜塔自1173年9月8日動工，至1178年建至第4層中部高度約29m時，因塔明顯傾斜而停工。94年后，于 1272年復工，經6年時間，建完第7層高48m，再次停工中斷82年。于1360年再復工，至1370年竣工。全塔共8層，高度為55m。 塔身呈圓筒形，16層由優質大理省砌成，頂部78層采用磚和輕石料。塔身每層都有精美的圓柱與花紋圖案，是一座宏偉而精致的藝術品。Foundation Engineering 基礎工程學基礎工程學 該谷倉由65個圓筒倉組成，高31m,寬23m,其下為筏

17、板基礎，由于事前不了解基礎下埋藏有厚達16m的軟粘土層，建成后儲存谷物，使基座平均壓力（320kPa)超過了地基的極限承載力。結果谷倉西側突然陷入土中8.8m，東側則抬高1.5m，倉身傾斜27o。這是地基發生整體滑動、建筑物喪失了穩定性的典型例子。 事后用70多個支承于基巖的混凝土墩，用388個50t的千斤頂，才將筒倉糾正過來，但比原來標高降低了4m.Foundation Engineering 基礎工程學基礎工程學 地基變形引起的建筑物開裂Foundation Engineering 基礎工程學基礎工程學 土體滑坡Foundation Engineering 基礎工程學基礎工程學 地震引起的

18、房屋倒塌Foundation Engineering 基礎工程學基礎工程學 基礎工程成功的例子 上海龍華寺廟 金貿大廈 趙州橋 江陰長江大橋1 1 緒論緒論Foundation Engineering 基礎工程學基礎工程學 隋朝石工李春所修趙州石拱橋、不僅因其建筑和結構設計的成就而著稱于世，就論其地基基礎的處理也是頗為合理的。他把橋臺砌置于密實租砂層上，1300多年來估計沉降約幾厘米?，F在驗算其基底壓力約500600kPa，這與以現代土力學理論方法給出的承教力值很接近地基基礎理論給出的承教力值很接近。 Foundation Engineering 基礎工程學基礎工程學 特別提示：特別提示：建筑物的上部結構、基礎和地基建筑物的上部結構、基礎和地基三部分，功能不同，研究