1、第一章緒論1.1 基礎的重要性及用途所有建筑工程放在地球上，必須是通過各種叫做基礎的界面來傳遞的?；A是工程系統的一部分， 通過基礎把上部荷載及其自重傳遞進入基礎的下部土和巖石中。土壓力產生的效果除了來自地表面增加的壓力以外，還有來自土的自重和地質歷史。上部結構通常比用來描述為工程的一部分是系統傳遞荷載到基礎或是下部結構用的一個術語。上部結構在建筑物和橋梁方面有著特別的意義，然而，基礎也是可以來支持機械，支撐工業設備（管道，塔器，水池），這也是標為地基的，以及類似的。為此它更好的來描述一個基礎作為工程系統的一部分通過接觸面來承載荷載。根據基礎的定義表明，一個基礎是工程系統中最重要的一部分。1.

2、2 基礎的工程 基礎工程師是經過培訓并且有經驗還十分的精通于科學原理和工程的判斷才能設計一個基 礎。我們也可以說工程判斷在設計過程中是一個創造性的部分。獲得必需的科學原理和理論知識，通過正式教育的巖土工程（土力學，地質學，基礎工程）和結構工程（結構分析學，混凝土結構設計和鋼結構設計等等）課程，并且繼續通過短暫的課程，專業的學術討論，閱讀專業的期刊以及類似的方法來自學。由于自然土和巖石的不均勻性，以至于兩個基礎，甚至是相互毗鄰建筑物的基礎將很少是相同的， 除非是碰巧發生。由于每一個基礎，至少部分代表一個未知的風險，這是有這重要價值的來可以利用到其他的解決方案，從發布會上介紹，期刊論文，適當的文學

3、教科書凝聚獲得。 融合了這些經驗，學習其他人做了的類似情況的，并在特定的巖土工程信息來建筑一個經濟，使用和安全的基礎設計被應用到工程的判斷中！設計一個基礎所必須的幾個步驟：確定現場和荷載的位置。粗略估計的基礎負載通常由客戶提供或內部。根據在現場或負載系統的復雜性，文獻調查，可能會開始看到別人怎么接觸過類似的問題。親自檢查現場的任何地質或其他證據表明這可能是一個潛在的設計建議。補充檢查先前獲得的數據。建立這個領域的的探測程序，并且以這個基礎發現（或是找到最初的階段），建立必要補充的領域測試和任何實驗測試的過程。決定土壤必要的設計參數是以測試數據，到簡單或是復雜的電腦分析。科學原理和工程判斷的綜合

4、為基礎的。可能牽涉基礎設計使用到的土壤參數來自第四步驟?；A應該是經濟的和適用的。把建筑物的慣例公差和局部建筑物的慣例公差考慮進去。所有有關的都緊密的互相影響著（客戶，工程師，建筑師，承包者）以至于基礎系統不會過分的保守和危險是他保持在可接受的水平。電腦被廣泛的（或者不是所有）適用在這一步驟中?；A工程師應該是有經驗的并且參與前面基礎設計的所有五個步驟。在實踐中往往并非如此。一個獨立的巖土工程公司，專門從事土壤勘探，測土，垃圾填埋場，堤防，水體污染控制等的設計，往往分配其中一個巖土工程師做步驟1到4。第4步的輸出給客戶端往往，基礎工程師專門從事下部結構系統的結構元素。這種方法的主要缺陷是傾向獲

5、得土壤參數是從土壤測試，質量參差不齊，大量補充工程判斷，精確的數字-其大小是完全不可改變的。 因此， 基礎工程和巖土工程顧問必須緊密合作，或至少有頻繁的會議，作為設計的進展。這應該是顯而易見的，雙方需要了解對方的問題，特別是基礎設計工程師必須知道用于獲取正在使用 的土壤參數的近似方法。這種理解可以得到每個有其他的專業培訓。為此，這個文本的主要重點將是對建筑物，機器，支擋結構的接口元素的分析和設計，并用于獲取必要的土壤參數要求對這些土力學原理來完成設計。具體的基礎要考慮的因素包括淺基礎如地基和墊層，深基礎如樁和鉆孔墩。支護結構也將被認為是在后面的章節。巖土工程方向將主要考慮的是變形和強度而土壤水

6、的現象影響強度和變形。以目前的使用的趨勢是以邊緣土壤參數為主要項目改善土壤的強度和變形的特性，土壤的改良方法將在第三章簡述。1.3 基礎：分類和精確的定義基礎的分類根據在荷載淺基礎性的基礎有底座，擴展底座，或墊。深度一般是D/BM1,但可能更小，參考圖1.1 a。深基礎有樁基礎，鉆孔墩基礎，鉆孔沉箱基礎等。Lp/B24+圖1.1b所示。圖1.1描述了一般情況下的三種基本類型的基礎，考慮本文和提供的一些定義常用在這種類型的工作中。因為所有的定義和符號將被使用在整個文本，讀者應該認真研究這些數字。上層建筑的負荷以承載柱作用在土壤界面。承載柱通常用鋼或混凝土設計允許壓縮應力在140+Mpa （鋼）至

7、10+Mpa （混凝土），因此是橫截面積相對較小。土壤的承載力是由強度 和地基變形決定的，土壤的承載力很少超過1000kpa,通常在200到250kpa范圍內。這意味著基礎是連接著兩種強度相差很大的材料。因此，荷載必須傳遞到土壤中， 在這樣的方式下，傳遞的荷載不要超過土壤的極限承載強度和由此產生的變形時在允許變形內。淺基礎的荷載以橫向傳遞，因此稱為擴展基礎。擴展基礎（或是簡單基礎）支撐單個柱，墊層是一個 特殊的基礎用來支撐一些隨機間隔的柱或是支撐幾個平行行，可能部分或是整體在建筑物下。墊層也可以得到支撐，反過來，鉆孔樁和橋墩?；A配套機械有時也被稱為地基。機械類能在小面積上產生大量的的荷載強度

8、，因此這種基礎是用來傳遞類似機械類的小面積荷載傳遞。深基礎類似于擴展基礎，但荷載是垂直擴散而不是水平擴散。樁的定性荷載隨深度分布表示在圖1.1b中。鉆孔墩和鉆孔沉箱都屬于樁類型，是在土壤中鉆0.76m的孔，并用混凝土澆注來增加土壤的強度。設計，樁施工和灌注樁將在第六章的16節-19節詳細的解說（這本書的所有的原始編輯在本章節的17-19節縮減的）。擴展基礎（墊層）和樁主要考慮的是下方的地基基礎或樁尖（或點）在應力影響區的應 力分布。垂直應力的理論分布是在基礎地面一平米以下如圖1.1a所示。顯而易見的是，低于臨界深度約5B下基礎傳來的荷載對土壤增加的壓力（0.02q）已經微不足道。然而，這種深度

9、影響取決于 B。例如，如果 B=0.3m,臨界壓力是 5 M 0.3=1.5m,如果B=3m該地區15m 緯向的影響深度比為 1:10。因為B值的取決對大的建筑物下方有相的影響，任何地不好的 土壤在2m以下對廣闊的基礎油相當大的影響。任何結構用來保持土壤或其他物質（見圖1.1c）的幾何形狀，在自然產生的重力影響下也是一種支護結構。支擋結構可以用大量的資料，包括土工織物、木材和金屬薄膜，素或鋼 筋混凝土、鋼筋填土、預制混凝土元素，擠密樁，聯鎖木材或金屬元素（槽壁）等等。有時支護 結構它是永恒的，在其他情況下被拆除時，它也不再需要了。選擇這個文本研究的基礎有許多，他們專門研究是恰當的。在于你每一個

10、建筑中存在的基礎是否正式設計。在每一個地下室外墻建筑是一個圍護結構，是否正式設計或不是。在厚粘性土沉積地區的主要建筑物都使用樁基礎或是鉆孔沉箱來支撐垂直荷載主管層面，主要是為了控制沉降。注意到，幾乎每一個主要城市之下的粘土或粘土地區是目前并且需要做樁基 礎或鉆孔沉箱。眾多的橋梁維護結構在橋墩和擴展基礎支撐著橋梁的的中間跨度。通常，橋墩末端的應變通用樁進入到地面。港口和海上構筑物（主要用于石油生產）廣泛使用樁是來支撐豎向荷載和橫向荷載。1.1.1 其他基礎土木工程師（基礎工程師）可能會遇到許多不同類型的基礎而不容易分類。這些可能 包括加強現有建筑物的基礎，如果它已經經歷了過多的沉降，或如果增加額

11、外的高度就會附加有額外的荷載。他們可能會涉及拆除現有的基礎（全部或部分）并取代地下室或其它結構，即把新基礎放在一個較淺的深度。他們可能涉及到路，由隧道（地鐵或公共設施）下現有的結的重力影響下也是一中穩固結構。支擋結構可以用大量的資料，包括土工織物、木材和金屬薄膜，素或鋼筋混凝土、鋼筋填土、預制混凝土元素，擠密樁，聯鎖木材或金屬元素（槽壁） 等等。有時支護結構它是永恒的，在其他情況下被拆除時，它也不再需要了。選擇這個文本研究的基礎有許多，他們專門研究是恰當的。在于你每一個建筑中存在的基礎是否正式設計。在每一個地下室外墻建筑是一個圍護結構，是否正式設計或不是。在厚粘性土沉積地區的主要建筑物都使用樁

12、基礎或是鉆孔沉箱來支撐垂直荷載主管層面，主要是為了控制沉降。注意到，幾乎每一個主要城市之下的粘土或粘土地區是目前并且需要做樁基 礎或鉆孔沉箱。眾多的橋梁維護結構在橋墩和擴展基礎支撐著橋梁的的中間跨度。通常，橋墩末端的應變通用樁進入到地面。港口和海上構筑物（主要用于石油生產）廣泛使用樁是來支撐豎向荷載和橫向荷載。1.1.2 其他基礎土木工程師（基礎工程師）可能會遇到許多不同類型的基礎而不容易分類。這些可能包括加強現有建筑物的基礎，如果它已經經歷了過多的沉降，或如果增加額外的高度就會附加有額外的荷載。他們可能會涉及拆除現有的基礎（全部或部分）并取代地下室或其它結構，即把新基礎放在一個較淺的深度。他

13、們可能涉及到路，由隧道（地鐵或公共設施）下現有的結構或某些其它類型來控制振動。在這些情況下沒有新的基礎設計。相反，工程師必須確定對現有結構的任何潛在的不利影響的大小。如果是不能避免的不利影響，工程師必須制定一個補救設計。這些“基礎”的種類是如此的不同， 所以他們經常一個類來研究，對一般的基礎教科書 是不適合的。這些設計需要巖土工程師擁有堅實的巖土基礎（通常一個高學歷），有一些經驗，愿意對未知的探索，并且愿意借鑒別人的經驗通過適當的技術社會成員。1.4 基礎的一般要求基礎要素必須是接口與土壤在一個安全的應力水平和限制沉降量在一個可接受的范圍之內。在過去的50多年中，一些建筑物（無數的堤壩類型）已

14、經破壞，因為基礎土壤過度的承受 壓力。然而，過量的沉降問題相當普遍，有些是隱瞞了，因為只有那些最嚴重的才被公布。現代的少數建筑物是由過量沉降而破壞的，然而，在一個構件的破壞中局部破壞或小范圍的破壞是常見的。更常見的現象時有礙眼的墻壁和地板的裂隙，不平的地面（凹陷和斜坡），粘合劑和窗戶，以及類似的。土壤的變化是由意想不到的荷載結合或隨后的土體運動（如地震）導致沉降問題，這是設計師無法控制的。換句話說, 目前最先進的設計方法可大大減少（ 風險因子） 可能的沉降問題 , 但通常不會提供一個無風險的項目。平心而論，雖然有些問題是直接造成不良的設計，不是粗心大意就是缺乏工程能力。是的, 正如有精明能干的

15、和不稱職的醫生、律師及其他的專業人員, 那么就有能勝任的和無能的工程師！大大復雜基礎設計的一個重要因素是土壤參數用于設計被獲得在工程開始之前。后來當基礎做好時，這是對（或在）土壤性能從原來的大大改善，無論是在施工過程或是在基礎的安裝上。也就是說，土壤會被挖掘和/或更換和壓實，挖掘往往消除荷載，并允許擴大底層土壤， 打樁通常是土壤更加緊密等等。這些任何事件不是直接改變（換）土壤就是改變最初估計的土壤強度參數。作為一個結果的不確定性荷載, 在土壤性質, 并在試圖解釋變異性和其他因素, 這是常見的做法是保守的設計本系統的一部分。然而，我們很快注意到，這是最重要的部分，如果這個問題以后發展就很難接近了

16、，一個保守的設計或甚至是過分保守的設計有一個更好的投資回報在這里比在其他地方的項目。支持保守設計的另一個因素的事實是，許多巖土工程師往往意味著他們的才華（和設計建議） 是優于競爭的。這會給客戶形成一部分的虛假意識，使用巖土工程師將設計一個最低成本的基礎。當這些問題發生和后來出現（出人意料的土壤底層，水，過度沉降，或任何其他的）客戶端極有可能提起訴訟（即起訴）。這可能意味著巖土工程師們就應該坦率的面對該專業的情形, 讓客戶充分意識到得到精確的土壤參數是困難甚至不可能量化, 至少有一些謹慎的保守設計。保守設計意味著任何兩個設計公司不可能出現完全相同的土壤參數和最終的基礎設計。它是很尋常的一家公司建

17、議的基礎的接觸壓力q 是 200kpa, 如圖 1.1a, 然而另一個可能推薦是 225kpa 或甚至是250kpa 使用擴展基礎。有可能是一個道德的問題，然而， 如果一個公司推薦200kpa ,而其他建議只有100kpa,這就需要做一個墊層或使用樁了。一個建議要么是過于樂觀（200 kPa） 就是現實, 另一種是要么現實或過度保守。過于保守是一個道德問題，除非客戶知道幾個備選方案，并在他或她的最佳利益上接受了較為保守的建議?？傊粋€合理的設計要求如下： 根據建筑物的用途，可能出現的活載，框架形式，土壤的剖面施工方法和工程造價決定。 根據客戶和業主的需要所決定做一個設計，但要確保不能過分的破

18、壞環境，并提供一個安全的度， 是生產可以接受的風險水平對所有的當事人：公眾，業主和工程師。1.5 基礎的更多考慮因素上一節概述了一般條件需要滿足的要求，設計一種基礎沉降量與土壤強度條件。現在我們將概述一些額外的考慮，可能要考慮在特定的地點。 為了避免深度應有足夠的物質側向擠壓下面基礎地位和墊層。同樣，開挖基礎必須要考 慮到這種情況發生，兩個建筑物的基礎位置相鄰并需要采取恰當的措施。現有建筑物的 業主對相鄰結構開始挖掘時發現沉降裂隙的數量確實驚人。 基礎的深度必須低于該地區引起季節性凍結、解凍、植物的生長。大多數當地建筑規范 將包含最小厚度的要求?；A方案可能不得不考慮膨脹土條件。這里的建筑物往

19、往吸收了土壤中蒸發的水蒸氣， 在這個地帶凝結并形成飽和土，正如正常的蒸發。在一個令人不安的地理地區，大面積 的土壤里存在大量的膨脹水分，并且它還支撐著基礎。 除了抗壓強度考量，基礎系統必須安全抗傾覆、滑動、以及任何隆起（浮選）。 系統必須防止由于腐蝕或惡化存在于土壤中的有害物質。安全是特被關注在衛生填埋場，但在海洋和其他情況下申請，化學藥劑存在能腐蝕金屬樁，破壞木質板/樁，與硅酸鹽水泥引起不良反應在混凝土基礎或樁基礎等等?；A系統應足以支撐一些后來地點或結構形狀的改變，并且容易修改上部建筑和荷載已成必要。 基礎應該是建筑與施工人員?！蔼氁粺o二”的項目，可能沒有工作經驗。在這種情況下，這是必要的

20、，所有有關各方認真共同努力以實現預期的結果。 地基及地盤的發展必須符合當地的環保標準，包括確定建設或有與地面接觸（例如，氫 氣或沼氣）的有害物質污染的可能性。足夠的空氣流通和建筑物內的通風設備是工程機械集團設計團隊的責任。雖然不是所有前面提到的適用于一個給定的項目，這是顯而易見的，那些傾向于引入很多額外的不確定性進入這個系統。這使得應用工程判斷一個更重要的成分，在設計過程中。1.6 基礎的選擇類型表1.1列出了應用和實施的幾個一般基礎類型。如圖 1.1。這幾種類型的設計將接在后面的 章節中，但在這一點上，以獲得有用的一般概念，什么時候和在哪里一個特定類型的基礎的使 用。表1.1基礎類型和典型的

21、使用基礎類型使用情況應用于土壤的條件淺基礎（一般D/BM1）擴展基礎，條形基礎獨立柱，墻在施加荷載的承載能力是足夠的任何條件 下。可使用獨立基礎，堅硬的地層在軟土層 之上或之下。阻止任何可能的沉降。組合基礎在二至四柱基礎和/或空間是有限的與擴展基礎一樣筏板基礎多排平行柱，重柱荷載；用 來減少差異沉降。土壤承載力一般小于擴展基礎，超過一半的規劃面積覆蓋擴展底座深基礎（一般L/B>4+）摩擦樁一組的兩個樁承載一個平臺，柱放在平臺上地表及近地表土壤承載能力低，能夠承載的土壤在土壤深處。足夠的樁表面積與土壤的摩擦力能達到預期的承載力。端承型樁與摩擦樁一樣地表及近地表的土壤不能夠達到承載力，土壤的

22、負何能力的實際深度在（8-20m）。與樁一樣；使用的更少；為大柱負載與樁一樣?？赡苁悄Σ翗痘蚴嵌顺行蜆叮ɑ蚪M合型）。依靠深處的地層能夠承載。支護結構擋土墻，橋臺材料永久保留任何土壤類型，但在指定的區域回填 （第11章（這本教科書的原版），8）通常的控制填料薄壁支護結構臨時或永久的為河道運河保持任何土壤和水。 海濱和圍堰系統的回填（板樁，木護墻板等等）圍堰工作通常是有更大的排水。地下水位（GWT目前（見圖1.1a）是常見地下建筑區域永久的或是持續的對建筑工作。地 下水位顯示在圖1.1a的基礎以下并且將可能低于建筑區域。如果地下水位后來上升超過了 基礎水平面，基礎將容易隆起或浮選，不得不將這種情況

23、考慮進去。如果地下水位必須暫時的或永久的降低， 它通常需要獲得環境保護機構的批準。 也有一 個潛在的問題引起地面沉降，在施工現場的周圍地區是否有顯著的地下水位降低。因為這個原因，它是一種常見的建設實踐，并在現場水障礙周邊有用泵抽出。1.7 國際單位制我們可以定義一個系統的單位計算目的的基本單位長度、質量、時間如下：a. 米，千克，秒二千克秒b.英尺，磅，秒=在美國廣泛使用在 1993-1995年，但幾乎沒有別的大約自1975年。表1.2列出計算單位（請參見表封面內容）和縮寫，這都始終是貫穿于整個文本。如果你不是已經熟悉這些縮寫，以后使用時，參見此表。本表中的單位普遍按照美國測試和材料協會（AS

24、TM所使用的委員會 D-18 （土壤和土壤測試），其中的作者是一個成員。表1.2在這個文本中使用的單位和縮寫縮寫單位使用注釋長度英尺ft英寸In.縮寫單位使用注釋米m1厘米=1公分=1/100米，1毫米=1/1000米力克g1 千克=1000 克-丁克 1 Mg=10 g磅lb1千磅-千磅=1000磅質量-m克gKg ,Mg磅lb血/slug重力加速度g=32.2 ft/s2或是9.807 m/s 2重度-Y下標w表示水磅每立方英尺pcfKips/ft 3=kcf牛每立方米N/m3KN/m3, MN/m3; 土壤中KN/m3是首選單位壓力牛每平方米Pa2Pa=N/R,KPa,MPa;磅每平方英

25、寸psiKip/in 2 =ksi磅每平方央尺PsfKip/ft 2 =ksf密度-p質量/體積Kg/m3g/ cm3Slug/ft 3表中所示的萬有引力常數G的價值是在大約45二緯度和海平面。根據緯度和海拔變化約0.5%為基礎，但作為一個恒定的值使用將對地球上的大部分地域的基礎工作產生微不足 道的影響。一般情況下力的計算該單位系統的主要興趣，一些來源(包括大多數大學物理教材)如下:體制長度時間力 FSI(mks)kgmsN21kg m/N sUS(Fps)slugftslbf1slug ft/lb -2 sUS(Fps)lbmfts1 l bf32.21bm ft/lb2 sMetrickg

26、mskgf9.807kg m/k2gf s有了這個表，讓我們看看 1ft3體積的沙子重量和放在實驗天平上稱的100磅(F=m，a/刀=100父32.2/32.2 )的質量。使用這 1001 bm,我們有(使用表在書面)以下：質量千克=1001 bm 0.4536kg/1 bm=45.36kg體積立方米=1 f t3 ( 0.3048m/ft )3 =0.02832 m 3如果這沙子被放置在失重袋和懸浮的彈簧在實驗室，彈力是多少？重力加速度g.SI:F =m(g)/ =45.36kg(9.807m/s2)/1kg m/N s2 =444.8NFps: F = 100(32.2)/32.2= 100lbf (usually written as100lb)這時候這得計算會導致混亂，獲得100 lb力從100 lb質量中。仔細檢查，但是，顯示這一結論是有