基础工程与地基处理

土木工程概论,Introduction to civil engineering,10 基础工程与地基处理,了解地基、基础及基础工程的概念; 了解浅基础的分类; 了解沉井基础、沉箱基础与地下连续墙; 熟悉地基处理。,任务一 地基、基础及基础工程的概念,所有支承在岩土层上的结构物(包括房屋、桥梁、堤坝等)都是由上部结构和地基基础组成的。承担建筑物荷载的地层称为地基，介于上部结构与地基之间的部分称为基础。,任务一 地基、基础及基础工程的概念,基础工程是阐述建筑设计和施工中有关地基和基础问题的学科。随着高层建筑的发展以及大跨度、大空间结构的应用，基础工程的重要性和技术上的困难程度进一步增加。基础工程造价约占工程造价的20%-30%，工期占总工期的25%-30%。因此，充分了解场地的地基情况，选择合理的基础形式，并进行精心设计，具有重要的技术和经济意义。,任务二 浅基础,一、按基础刚度分类 浅基础按刚度可分为刚性基础和柔性基础。,任务二 浅基础,一、按基础刚度分类浅基础按刚度可分为刚性基础和柔性基础。 1.刚性基础刚性基础是指用抗压性能较好，而抗拉、抗剪性能较差的材料建造的基础，常用材料有砖、三合土、灰土、混凝土、毛石、毛石混凝土等。刚性基础需具有非常大的抗弯刚度，承受荷载后基础不允许产生挠曲变形和开裂。所以，刚性基础设计时必须规定材料强度及质量、限制台阶高宽比、限制建筑物层高和一定的地基承载力，而无需进行繁杂的内力分析和截面强度计算。刚性基础的台阶高宽比要求一般可表示为:,任务二 浅基础,一、按基础刚度分类 2.柔性基础用钢筋混凝土浇筑的基础称为柔性基础。当基础荷载较大时，按地基承载力确定的基础底面尺寸也将扩大。若采用刚性基础，按刚性角的要求确定的基础埋深很大，使得基础材料用量增加，造价提高，且过大的埋深也给施工带来不便，刚性基础自身重力也增大了地基的附加应力，因此，这时应采用钢筋混凝土基础。由于基础配置了钢筋，使得基础的抗弯和抗剪能力得到了很大提高，这种基础不受刚性角的限制，基础剖面可做成扁平形状，用较小的基础高度把上部荷载传到较大的基础底面上去，以适应地基承载力的要求。与刚性基础相比，柔性基础钢材、水泥用量增加，技术复杂、造价较高。,任务二 浅基础,二、按基础构造分类浅基础按构造可以分为独立基础、条形基础、十字交叉基础、筏形基础、箱形基础和壳基础。 1.独立基础独立基础也称“单独基础”，是整个或局部结构物下的无筋或配筋的单个基础，通常柱基、烟囱、水塔、高炉、机器设备基础多采用独立基础。,任务二 浅基础,二、按基础构造分类,任务二 浅基础,二、按基础构造分类 2.条形基础条形基础是指基础长度远远大于其宽度的一种基础形式，按上部结构形式可分为墙下条形基础和柱下条形基础。(1)墙下条形基础。墙下条形基础有刚性条形基础和钢筋混凝土条形基础两种。,任务二 浅基础,二、按基础构造分类 (2)柱下钢筋混凝土条形基础。,任务二 浅基础,二、按基础构造分类 3.十字交叉基础当荷载很大，采用柱下条形基础不能满足地基基础设计要求时，可采用双向的柱下钢筋混凝土条形基础形成十字交叉条形基础。,任务二 浅基础,二、按基础构造分类 4.筏形基础当地基软弱而荷载很大，采用十字交叉基础也不能满足地基基础设计要求时，可采用筏形基础，即用钢筋混凝土做成连续整片基础，俗称“满堂红”。,任务二 浅基础,二、按基础构造分类 5.箱形基础高层建筑由于建筑功能与结构受力等要求，可以采用箱形基础。这种基础是由钢筋混凝土底板、顶板和足够数量的纵横交错的内外墙组成的空间结构。,任务二 浅基础,二、按基础构造分类 6.壳体基础正圆锥形及其组合形式的壳体基础，用于一般工业与民用建筑柱基和筒形的构筑物(如烟囱、水塔、料仓、中小型高炉等)基础。,任务三 深基础,一、沉井基础沉井是一个无底无盖的井状结构，是以在井孔内部不断除土，井体借自重克服外壁与土的摩擦力而不断下沉至设计标高，并经过封底、填芯以后，使其成为桥梁墩台或其他结构物的基础。,任务三 深基础,二、沉箱基础沉箱分为盒式沉箱和气压沉箱。盒式沉箱一般在岸上做好，然后从水上运至建筑场地就位，再在箱体内 填以砂、碎石、水或混凝土等重物，令其下沉至预定深度，用作建筑物的基础或作为构筑物的主体。气压沉箱的构造同沉井相似，所不同的是气压沉箱在井筒的中部有一层隔板，因而在沉箱下部形成一个“箱室”，即工作仓，其高度一般不小于3米。,任务三 深基础,三、地下连续墙地下连续墙是近代发展起来的一种新的支护形式，有时可以兼作为地下主体结构的一部分，或单独 作为地下结构的外墙。,任务四 地基处理,地基处理的对象是软弱地基(Soft Foundation)和特殊土地基(Special Ground)。 一、软弱地基 1.软土软土(Soft Soil)是淤泥( Muck)和淤泥质土(Mucky Soil)的总称。软土的特性是天然含水量高、天然孔隙比大、抗剪强度低、压缩系数高、渗透系数小。在外荷载作用下，地基承载力低、地基变形大，不均匀变形也大，且变形稳定历时较长，在比较深厚的软土层上，建筑物基础的沉降往往持续数年乃至数十年之久。,任务四 地基处理,地基处理的对象是软弱地基(Soft Foundation)和特殊土地基(Special Ground)。 一、软弱地基 2.冲填土冲填土(Hydraulic Fill)是指整治和疏浚江道时，用挖泥船通过泥浆泵将泥砂夹大量水分吹到江河两岸而形成的沉积土，南方地区称吹填土。3.杂填土杂填土(Miscellaneous Fill)是指由人类活动而任意堆填的建筑垃圾、工业废料和生活垃圾。杂填土的成因很不规律，组成的物质杂乱，分布极不均匀，结构松散。 4.高压缩性土饱和松散粉细砂包括部分粉土，在动力荷载(机械振动、地震等)重复作用下将产生液化。,任务四 地基处理,一、软弱地基 2.冲填土冲填土(Hydraulic Fill)是指整治和疏浚江道时，用挖泥船通过泥浆泵将泥砂夹大量水分吹到江河两岸而形成的沉积土，南方地区称吹填土。3.杂填土杂填土(Miscellaneous Fill)是指由人类活动而任意堆填的建筑垃圾、工业废料和生活垃圾。杂填土的成因很不规律，组成的物质杂乱，分布极不均匀，结构松散。 4.高压缩性土饱和松散粉细砂包括部分粉土，在动力荷载(机械振动、地震等)重复作用下将产生液化;在基坑开挖时也会产生管涌。,任务四 地基处理,二、特殊土地基特殊土地基带有地区性特点，它包括软土、湿陷性黄土、膨胀土、红豁土和冻土等地基。以下简要阐明它们的特性。 1.湿陷性黄土凡天然黄土在上覆土的自重应力作用下或在上覆土自重应力和附加应力作用下，受水浸湿后土的结构迅速破坏而发生显著附加下沉的黄土，称为湿陷性黄土。 2.膨胀土膨胀土是指豁粒成分主要由亲水性豁土矿物组成的豁性土。它是一种吸水膨胀和失水收缩、具有较大的胀缩变形性能，且变形往复的高塑性豁土。,任务四 地基处理,二、特殊土地基3.红豁土红豁土是指石灰岩和白云岩等碳酸盐类岩石在亚热带温湿气候条件下，经风化作用所形成的褐红色豁性土。 4.季节性冻土冻土是指气候在负温条件下，其中含有冰的各种土。季节性冻土是指该冻土在冬季冻结，而夏季融化的土层。多年冻土或永冻土是指冻结状态持续三年以上的土层。季节性冻土因其周期性的冻结和融化，因而对地基的不均匀沉降和地基的稳定性影响较大。,任务四 地基处理,三、地基处理的目的 (1)改善剪切特性。 (2)改善压缩特性。 (3)改善透水特性。 (4)改善动力特性。 (5)改善特殊土的不良地基特性。 四、地基处理方法的分类 1.换填法换填法是将天然软弱土层挖去或部分挖去，分层回填强度较高、压缩性较低且无腐蚀性的砂石、素土、灰土、工业废料等材料，压实或夯实后作为地基垫层(持力层)，也称换土垫层法或开挖置换法。换填法的主要作用有五点。,任务四 地基处理,(1)提高基础底面以下地基浅层的承载力。 (2)减少沉降量。 (3)加速地基的排水固结。 (4)防止冻胀。 (5)消除地基的湿陷性和涨缩性。 2.预压法预压法是在建筑物建造以前，有计划地在建筑物场地上进行预压，使地基的固结沉降基本完成以提高地基土强度的处理方法。预压法适用于淤泥、淤泥质土、冲填土等饱和豁性土的地基处理。 3.强夯法强夯法是将很重的锤(一般10-40吨)从高处自由下落(落距6-40米)给地基以冲击和振动。,任务四 地基处理,4.深层挤密法深层挤密法是地基加固工程的重要项口之一，它可使较大范围内的地基土挤密。挤密法按填材料的不同，可分为砂桩、石灰桩、土桩和碎石桩等。5.化学加固法凡将化学溶液或胶结剂灌入土中，将土胶结以提高地基强度、减少沉降量或防渗的方法统称为化学加固法。施工方法有压力灌注法、高压喷射注浆法、深层搅拌法和电动硅化法等。化学加固法适用于复杂条件下的软土地基及特殊土地基处理。,谢谢大家！,