土木工程概论-第三章课件.ppt
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- 土木工程 概论 第三 课件
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1、 土木工程概论土木工程概论地基与基础地基与基础地基处理地基处理基础不均匀沉降的防治措施基础不均匀沉降的防治措施工程地质勘察工程地质勘察基础的种类基础的种类12345本章内容本章内容第三章 地基与基础工程3.1 地基与基础 任何建筑物都建造在一定的地层上,通常把支承建筑物、受建筑物荷载影响的土体或岩体称为地基。地基不属于建筑的组成部分,但它对保证建筑物的坚固耐久具有非常重要的作用。与上部结构相比,土层相对较弱,所以不能将上部结构直接建造在地基上,这就需要一个过渡结构,这个过渡结构就是基础。基础是工程结构物地面以下部分的结构构件,其作用是将上部结构荷载传给地基,它是房屋、桥梁、码头及其他构筑物的重
2、要组成部分,如图3-1所示。3.1 地基与基础图3-1 地基及基础3.1 地基与基础 在基础工程中,需要解决的问题主要是:基础要有足够的能力承受和传递上部结构的荷载,同时地基要坚固、稳定而可靠,有足够的能力承受基础传来的荷载,从而保证建筑物不因地基承载力不足、地基变形等造成破坏或失稳而影响使用。历史上有不少由于建筑物地基问题导致的工程事故,比较典型的有加拿大特朗斯康谷仓、意大利比萨斜塔、苏州虎丘塔的整体倾斜,上海展览中心、墨西哥市艺术宫的整体沉降和香港宝城大厦的山体滑坡等,如图3-2图3-6所示。因此,做好地基和基础的勘察设计和处理等工作至关重要。3.1 地基与基础图3-2 加拿大特朗斯康谷仓
3、图3-3 意大利比萨斜塔3.1 地基与基础 图3-4 苏州虎丘塔图3-5 上海展览中心图3-6 墨西哥市艺术宫3.2 工程地质勘察工程地质勘察主要工作内容工程地质勘察方法3.2.1 主要工作内容主要工作内容 搜集研究区域地质、地形地貌、遥感照片、水文、气象、水文地质、地震等已有资料,以及工程经验和已有的勘察报告等。工程地质调查与测绘。工程地质勘探。岩土测试和观测。整理资料和编写工程地质勘察报告。3.2.2 工程地质勘察方法工程地质勘察方法 工程地质测绘是工程地质勘察的一项基础性工作,主要指在一定范围内调查研究与工程建设活动有关的各种工程地质条件,测制成一定比例尺的工程地质图,分析可能产生的工程
4、地质作用及其对设计建筑物的影响,并为勘探、试验、观测等工作的布置提供依据。工程地质测绘所需调研的内容有:地层岩性、地质构造、地貌及第四纪地质、水文地质条件、天然建筑材料、自然(物理)地质现象及工程地质现象。1工程地质测绘工程地质测绘3.2.2 工程地质勘察方法工程地质勘察方法1)工程地球物理勘探)工程地球物理勘探 工程地球物理勘探简称工程物探,其目的是利用专门仪器,测定各类岩、土体或地质体的密度、导电性、弹性、磁性、放射性等物理性质的差别,通过分析解释判断地面下的工程地质条件。根据工作条件的不同,工程物探可分为地面物探和井下物探(测井);根据探测对象特点的不同,工程物探可分为放射性测量法、磁法
5、、自然电场法、电测深法、充电法等。2工程地质勘探工程地质勘探 工程物探的优点在于能经济而迅速地探测较大范围,且通过不同方向的多个剖面获得的资料是三维的。以这些资料为基础,在控制点和异常点上布置勘探、试验工作,既可减少盲目性,又可提高精度。3.2.2 工程地质勘察方法工程地质勘察方法2)钻探和坑探)钻探和坑探 钻探是指为了勘探矿床、地层构造、土壤性质等,用钻机向地下钻孔,取出土壤或岩心供分析研究,如图3-7所示。坑探是指为了揭示地质现象和矿体产状,从地表或地下掘进各类小断面坑道的勘探工程,如图3-8所示。图3-7 钻探图3-8 坑探 钻探和坑探的工作成本高,故应在工程地质测绘和工程物探工作的基础
6、上,根据不同工程地质勘探阶段需要查明的问题,合理设计洞、坑、孔的数量、位置、深度、方向和结构,以尽可能少的工作量取得尽可能多的地质资料,并保证必要的精度。3.2.2 工程地质勘察方法工程地质勘察方法 通过实验室试验或现场试验获得工程地质设计和施工参数,定量评价工程地质条件和解决工程地质问题的手段,是工程地质勘察的有机组成部分。当设计建筑物规模较小或在大型建筑物的早期设计阶段,且易于取得岩、土体试样的情况下,往往采用实验室试验。实验室试验主要用来测试岩、土体样品的物理性质、水理性质和力学性质等。3实验室或现场试验实验室或现场试验 为了给重要建筑物的初步设计到施工图设计提供各种参数,必须在现场对有
7、代表性的天然结构的大型试样或对含水层进行测试。此外,要获取液态软黏土、疏松含水细砂、强裂隙化岩体之类的、不能得到原状结构试样的岩土体的物理力学参数,必须进行现场原位测试。现场原位测试主要包括触探试验、承压板载荷试验、原位直剪试验以及地应力测量等。3.2.2 工程地质勘察方法工程地质勘察方法 长期观测(或监测)是指用专门的观测仪器对建筑区工程地质条件各要素,或对工程建筑活动有重要影响的自然(物理)地质作用,以及某些重要的工程地质作用随时间的发展变化,进行长时期重复测量的工作。观测的主要内容有:岩、土体位移范围、速度、方向,岩、土体内地下水位变化,岩体内破坏面上的压力,爆破引起的质点速度,峰值质点
8、加速度,人工加固系统的载荷变化等。长期观测取得的资料经整理分析,可直接用于工程地质评价,检验工程地质预测的准确性,以及对不良地质作用及时采取防治措施,确保工程安全。4长期观测(或监测)长期观测(或监测)3.3 基础的种类基础的种类u 按使用材料的不同可分为:灰土基础、砖基础、毛石基础、混凝土基础、钢筋混凝土基础;u 按埋置深度的不同可分为:浅基础和深基础。埋置深度不超过5 m者称为浅基础,大于5 m者称为深基础;u 按受力性能的不同可分为:刚性基础和柔性基础;u 按构造形式的不同可分为:条形基础、独立基础、筏形基础、箱形基础和桩基础。浅基础深基础3.3 基础的种类基础的种类3.3.1 浅基础
9、浅基础一般指埋置深度在35 m以内的一般基础以及埋置深度虽超过5 m但小于基础宽度的大尺寸基础(如箱型基础)。当场地的浅层土质可以满足建筑物对地基承载力和变形的要求时,首选浅基础方案。浅基础根据结构形式可分为扩展基础、联合基础、柱下条形基础、柱下交叉条形基础、筏形基础、箱形基础和壳体基础等。1扩展基础扩展基础3.3.1 浅基础 墙下条形基础和柱下独立基础统称为扩展基础,如图3-9、图3-10所示。图3-9 墙下条形基础图3-10 柱下独立基础 扩展基础的作用是把墙或柱下的荷载侧向扩展到土中,使之满足地基承载力的要求。3.3.1 浅基础 1)墙下条形基础)墙下条形基础 墙下条形基础是指基础长度远
10、远大于其宽度的一种基础形式,又可分为刚性条形基础和墙下钢筋混凝土条形基础。3.3.1 浅基础 当基础宽度较大,若再用刚性基础,则其用料多、自重大,有时还需要增加基础埋深,此时可采用混凝土中配置钢筋形成的柔性条形基础(又称为钢筋混土条形基础),使宽基浅埋。(2)柔性条形基础 刚性条形基础是墙基础中常见的形式,通常用砖或毛石砌筑。为保证基础的耐久性,砖的强度等级不能太低,在严寒地区宜用毛石,毛石需用未风化的硬质岩石。对于砌筑用砂浆,当土质潮湿或有地下水时要用水泥砂浆。(1)刚性条形基础3.3.1 浅基础2)柱下独立基础)柱下独立基础 柱下独立基础是柱基础中最常用和最经济的形式,也可分为刚性基础和钢
11、筋混凝土基础两大类。其中,刚性基础可用砖、毛石或素混凝土砌筑,基础台阶高宽比要满足规范规定。同样,当上部荷载较大,需要基础的底面积较大时,高度也会很大,不经济,此时可采用柔性钢筋混凝土基础。一般钢筋混凝土柱下宜用钢筋混凝土基础,以符合柱与基础刚接的假定。3.3.1 浅基础2联合基础联合基础 在为相邻两柱分别配置独立基础时,常因其中一柱靠近建筑界限,或因两柱间距较小,而出现基地面积不足或者荷载偏心过大等情况,此时可考虑采用联合基础。联合基础主要指同列相邻两柱公共的钢筋混凝土基础,即双柱联合基础。联合基础也可用于调整相邻两柱的沉降差或防止两者之间的相向倾斜等。3.3.1 浅基础3柱下条形基础和柱下
12、交叉条形基础柱下条形基础和柱下交叉条形基础 当地基较为软弱、柱荷载或地基压缩性分布不均匀,以至于采用扩展基础可能产生较大的不均匀沉降时,常将同一方向上若干柱子的基础连成一体而形成柱下条形基础,如图3-11所示。这种基础抗弯刚度大,因而具有调整不均匀沉降的能力。图3-11 柱下条形基础3.3.1 浅基础 当地基软弱且在两个方向上分布不均匀时,需要基础在两个方向都具有一定的刚度来减少结构不均匀沉降,此时可在柱网下纵横两向设置钢筋混凝土条形基础,从而形成柱下交叉条形基础,如图3-12所示。图3-12 柱下交叉条形基础3.3.1 浅基础4筏形基础筏形基础筏型基础主要包括平板式和梁板式两种类型,如图3-
13、13所示。图3-13 筏形基础(a)平板式;(b)梁板式(a)(b)筏形基础由于整体刚度相当大,能将各个柱子的沉降调整得比较均匀,同时还能跨越地下浅层小洞穴、增强建筑物的整体抗震性能。另外,筏形基础还可作为地下室、油库、水池等的防渗地板。3.3.1 浅基础5箱形基础箱形基础 箱形基础是由钢筋混凝土底板、顶板和纵横墙体组成的整体结构,其抗弯刚度非常大,如图3-14所示。箱形基础是高层建筑广泛采用的基础形式,但其材料用量较大,且为保证箱基刚度要设置较多的内墙,墙的开洞率也有限制,故箱基作为地下室时,会对使用带来一些不便。图3-14 箱形基础 3.3.1 浅基础6壳体基础壳体基础 为了充分发挥混凝土
14、抗压性能好的优点,可将基础的形式做成壳体。常见的形式有:正圆锥壳、M型组合壳和内球外锥壳。壳体基础是用于烟囱、水塔、储仓、中小型高炉等各类筒形构筑物的基础,其平面尺寸比一般独立基础要大,其优点是材料省、造价低,但是施工工期长、工作量大且技术要求高,如图3-15所示。图3-15 壳体基础3.3.2 深基础 桩基础是一种古老的基础型式,是设置于土中的竖直或倾斜的柱型基础构件,其横截面积尺寸比长度小得多。桩工技术经历了几千年的发展过程,无论是桩基材料和桩类型,还是桩工机械和施工方法都有了巨大的发展,已经形成了现代化基础工程体系。在某些情况下,采用桩基础可以大量减少施工现场工作量和材料的消耗。1桩基础
15、桩基础3.3.2 深基础 桩基础由桩(或称基桩)和连接于桩顶的承台共同组成,如图3-16所示。若桩身全部埋于土中,承台底面与土体接触,则称为低承台桩基;若桩身上部露出地面而承台底位于地面以上,则称为高承台桩基。建筑桩基通常为低承台桩基础。图3-16 桩基础模型3.3.2 深基础桩基础具有以下特点:桩支承于坚硬的或较硬的持力层,具有很高的竖向单桩承载力或群桩承载力,足以承担高层建筑的全部竖向荷载。桩基具有很大的竖向单桩刚度或群刚度,在自重或相邻荷载影响下,不产生过大的不均匀沉降,并确保建筑物的倾斜不超过允许范围。3.3.2 深基础 凭借巨大的单桩或群桩侧向刚度及其整体抗倾覆能力,桩基础可抵御由于
16、风和地震引起的水平荷载及其他荷载,从而保证高层建筑的抗倾覆稳定性。桩身穿过可液化土层而支承于稳定的坚实土层或嵌固于基岩,在地震造成浅部土层液化与震陷的情况下,桩基凭借深部稳固土层仍具有足够的抗压与抗拔承载力,从而确保高层建筑的稳定,且不产生过大的沉陷与倾斜。3.3.2 深基础桩基础可按不同方法分类:按照基础的受力原理不同大致可分为摩擦桩和端承桩:p 摩擦桩:指利用地层与基桩的摩擦力来承载构造物,可分为压力桩及拉力桩,大致用于无坚硬承载层或承载层较深的土层。p 端承桩:指基桩坐落在承载层上来承载构造物。3.3.2 深基础 按照施工方式不同可分为预制桩和灌注桩:p 预制桩:指通过打桩机将预制的钢筋
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