1、基礎(chǔ)工程Foundation Engineering 學(xué)科隸屬0814 土木工程081401 巖土工程 081402 結(jié)構(gòu)工程 081403 市政工程 081404 供熱、供燃?xì)狻⑼L(fēng)及空調(diào)工程081405 防災(zāi)減災(zāi)工程及防護(hù)工程 081406 橋梁與隧道工程教育部學(xué)科門類及代碼標(biāo)準(zhǔn)0823 交通運輸工程082301 道路與鐵道工程 082302 交通信息工程及控制 082303 交通運輸規(guī)劃與管理 082304 載運工具運用工程學(xué)科隸屬 課程的目的與任務(wù)(Objective)通過學(xué)習(xí)掌握橋梁基礎(chǔ)設(shè)計的基本原理，使學(xué)生具有進(jìn)行一般工程基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)劃的能力，同時具有從事基礎(chǔ)工程施工管理的能力。 課

2、程的基本要求(Tasks)要求掌握公路、橋梁及其他人工構(gòu)造物常用的各種類型地基和基礎(chǔ)的設(shè)計原理、計算理論、計算方法及施工技術(shù)。包括天然地基上的淺基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)、沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻、地基處理及幾種特殊地區(qū)的基礎(chǔ)工程。主要內(nèi)容(content)第一章 導(dǎo)論（2學(xué)時）第二章 天然地基上的淺基礎(chǔ)（10學(xué)時）第三章 樁基礎(chǔ)基本知識與施工（8學(xué)時）第四章 樁基礎(chǔ)的設(shè)計計算（2學(xué)時）第五章 沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻（4學(xué)時）第六章 地基處理（2學(xué)時）第七章 幾種特殊地基上的基礎(chǔ)工程（2學(xué)時）第一章 導(dǎo)論一 基礎(chǔ)工程的基本概念二 地基基礎(chǔ)在工程中的重要性三 基礎(chǔ)工程學(xué)科的發(fā)展概況四 基礎(chǔ)工程設(shè)計和施工所需的資料及

3、設(shè)計作用 五 基礎(chǔ)工程設(shè)計計算應(yīng)注意的事項六 基礎(chǔ)工程的發(fā)展方向一 基礎(chǔ)工程的基本概念任何建筑物都建造在一定的地層上，建筑物的全部荷載都由它下面的地層來承擔(dān)。受建筑物影響的那一部分地層稱為地基，建筑物與地基接觸的部分稱為基礎(chǔ)。橋梁上部結(jié)構(gòu)為橋跨結(jié)構(gòu)，而下部結(jié)構(gòu)包括橋墩、橋臺及其基礎(chǔ) 。 基礎(chǔ)工程包括建筑物的地基與基礎(chǔ)的設(shè)計與施工。圖1-1 橋梁結(jié)構(gòu)各部分立面示意圖1-下部結(jié)構(gòu)；2-基礎(chǔ)；3-地基；4-橋臺；5-橋墩；6-上部結(jié)構(gòu)地基：承受建筑物荷載應(yīng)力與應(yīng)變不能忽略的土層。（有一定深度和范圍）基礎(chǔ)：埋入土層一定深度并將荷載傳給地基的建筑物下部結(jié)構(gòu)。 持力層 ：直接支撐建筑物基礎(chǔ)的土層。 下臥層

4、(軟弱) ：持力層下部的土層。地基與基礎(chǔ)：結(jié)構(gòu)荷載基底壓力人工地基：承載力低，高壓縮性地基，人工天然地基：沒有經(jīng)過人為處理，直接修建。 處理后才能修建。地基基礎(chǔ)深基礎(chǔ)剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)單獨和聯(lián)合基礎(chǔ)條形基礎(chǔ)筏板和箱形基礎(chǔ)樁基礎(chǔ)沉井基礎(chǔ)淺基礎(chǔ)上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)、地基間的關(guān)系： 上部結(jié)構(gòu)（荷載）、基礎(chǔ)（壓力）、地基（ 應(yīng)力、變形 ），三者間相互制約協(xié)同工作。設(shè)計方法：簡化設(shè)計將三部分相對獨立分開，按靜力平衡原則，采用不同的簡化假定進(jìn)行分析計算.二 地基基礎(chǔ)在工程中的重要性隱蔽工程，處理困難，事故危害大； 工程造價高，占20-25%； 設(shè)計上應(yīng)做方案比較。比薩斜塔、虎丘塔等（地基不均勻沉降）； 加拿大特朗斯康

5、谷倉、巴西樁基大廈等（地基破壞）； 上海錦江飯店整體下沉、香港寶成大廈失穩(wěn)等。（均質(zhì)軟弱地基整體下沉）特點實例1、地基不均勻沉降， 建筑傾斜基巖不均勻 軟土層2、軟弱地基 整體破壞地基土承載力低，產(chǎn)生強(qiáng)度破壞3、均質(zhì)軟弱地基整體下沉案例一：比薩斜塔世界著名的比薩斜塔于1173年動工，1370年竣工，塔身高約55m。建成后因地基壓縮層產(chǎn)生不均勻沉降，使塔的北側(cè)下沉近1m，南側(cè)下沉近3m，塔身傾斜約5.5，塔頂離開鉛垂線的距離已達(dá)5.27m，是我國虎丘塔的傾斜值的2.3倍。幸虧該塔使用的大理石材質(zhì)優(yōu)良，在塔身嚴(yán)重傾斜的情況下尚未出現(xiàn)裂縫。案例一：比薩斜塔比薩斜塔建成后曾經(jīng)數(shù)次加固，但效果甚微。每年

6、仍下沉約1mm，傾斜尚未有加速跡象，已成為一座名副其實的危塔。 加拿大的特朗斯康谷倉建于1913年，谷倉的平面為矩形，長59.44m,寬23.47m，高度為31m，由65個圓柱形筒倉組成，采用鋼筋混凝土閥板基礎(chǔ)。設(shè)計時對地基未作勘察，不了解基底下有厚達(dá)15m左右的軟粘土層，僅根據(jù)對臨近建筑的調(diào)查判定地基承載力。建成后于當(dāng)年9月開始均勻地向谷倉內(nèi)裝載谷物，至10月發(fā)現(xiàn)谷倉產(chǎn)生大量快速沉降，1小時內(nèi)的垂直沉降量竟達(dá)到30.5cm，在其后的24小時內(nèi)谷倉傾倒，傾倒后谷倉的西側(cè)下沉達(dá)7.32m，東側(cè)則抬高了1.53m，整體傾斜達(dá)近27度。因谷倉整體性很強(qiáng)，筒倉本身完好無損。案例二：加拿大特朗斯康谷倉案

7、例二：加拿大特朗斯康谷倉案例三：墨西哥城某建筑 案例四：日本新瀉地震 國外在18世紀(jì)產(chǎn)業(yè)革命以后，城建、水利、道路建筑規(guī)模的擴(kuò)大促使人們對基礎(chǔ)工程的重視與研究，對有關(guān)問題開始尋求理論上的解答。此階段在作為本學(xué)科的理論基礎(chǔ)的土力學(xué)方面，如土壓力理論、土的滲透理論等有局部的突破，基礎(chǔ)工程也隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展而得到新的發(fā)展，如19世紀(jì)中葉利用氣壓沉箱法修建深水基礎(chǔ)。20世紀(jì)20年代，基礎(chǔ)工程有比較系統(tǒng)、比較完整的專著問世，1936年召開第一屆國際土力學(xué)與基礎(chǔ)工程會議后，土力學(xué)與基礎(chǔ)工程作為一門獨立的學(xué)科取得不斷的發(fā)展。 三 基礎(chǔ)工程學(xué)科的發(fā)展概況(international)我國古代勞動人民在基礎(chǔ)工

8、程方面，也早就表現(xiàn)出高超的技藝和創(chuàng)造才能，許多宏偉壯麗的中國古代建筑逾千百年仍留存至今安然無恙的事實就充分說明了這一點。例如，遠(yuǎn)在1300多年前隋朝時所修建的趙州安濟(jì)石拱橋，不僅在建筑結(jié)構(gòu)上有獨特的技藝，而且在地基基礎(chǔ)的處理上也非常合理，該橋橋臺座落在較淺的密實粗砂土層上，沉降很小，現(xiàn)反算其基底壓力約為500kPa600kPa，與現(xiàn)行的各設(shè)計規(guī)范中所采用的該土層容許承載力的數(shù)值（550kPa）極為接近。在當(dāng)時就能如此充分利用天然地基的承載力，真令人贊嘆不已。在樁基礎(chǔ)和地基加固方面，我國自古已有廣泛運用，具有悠久的歷史?；A(chǔ)工程學(xué)科的發(fā)展概況(domestic)中國古代案例：趙州橋 中國古代案例

9、二：河姆渡木樁 一端砍削成尖狀，另一端截平，整個樁身都留有石斧和石錛砍鑿加工的痕跡?！昂幽范扇恕痹跔I造干欄建筑時，先打木樁，然后再以榫卯結(jié)構(gòu)連接梁架。中國古代案例三：上海龍華古塔 位于上海市龍華公園南側(cè)，直徑8.0m，7層，高40.40m.該塔建于北宋（公元997年），距今已有1000多年歷史。塔基使用了大量的木樁，值得稱道的是建塔者用三合土對木樁進(jìn)行了很好的隔離防腐處理，木樁因之保存千年而不腐，使龍華古塔至今風(fēng)光依然。中國古代案例四：蘇州虎丘塔始建于隋文帝仁壽九年（601），初建成木塔基礎(chǔ)工程設(shè)計和施工所需的資料及設(shè)計作用橋梁的地基與基礎(chǔ)在設(shè)計及施工開始之前，應(yīng)掌握有關(guān)全橋的資料，包括上部結(jié)

10、構(gòu)形式、跨徑、荷載、墩臺結(jié)構(gòu)等及國家頒發(fā)的橋梁設(shè)計和施工技術(shù)規(guī)范；還應(yīng)注意地質(zhì)、水文資料的搜集和分析，重視土質(zhì)和建筑材料的調(diào)查與試驗。主要應(yīng)掌握各項地質(zhì)、水文、地形等資料，資料內(nèi)容范圍可根據(jù)橋梁工程規(guī)模、重要性及建橋地點工程地質(zhì)、水文條件的具體情況和設(shè)計階段確定取舍。 橋位（包括橋頭引道）平面圖及擬建上部結(jié)構(gòu)及墩臺形式、總體構(gòu)造及有關(guān)設(shè)計資料橋位工程地質(zhì)勘測報告及橋位地質(zhì)縱剖面圖地基土質(zhì)調(diào)查試驗報告河流水文調(diào)查資料基礎(chǔ)工程設(shè)計和施工所需的資料：設(shè)計作用1、作用分類：作用（Action）施加在結(jié)構(gòu)上的一組集中力或分布力（直接作用，或荷載），或引起結(jié)構(gòu)變形的原因（間接作用）永久作用（Permane

11、nt action）可變作用（Variable action）偶然作用（Accidental action）2、作用代表值作用代表值（Representative value of an action）結(jié)構(gòu)或構(gòu)件設(shè)計時，針對不同設(shè)計目的所采用的各種作用規(guī)定值，包括作用標(biāo)準(zhǔn)值、準(zhǔn)永久值和頻遇值。作用標(biāo)準(zhǔn)值（Characteristic value of an action）各種作用的基本代表值，其值可根據(jù)作用在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)最大值概率分布的某一分位值確定。作用準(zhǔn)永久值（Quasi-permanent value of an action）一種可變作用代表值，作用概率分布的0.5分位值，用于正常使用

12、極限狀態(tài)長期效應(yīng)組合設(shè)計（經(jīng)常出現(xiàn)者）作用頻遇值（Frequent value of an action）一種可變作用代表值，作用概率分布的0.95分位值，用于正常使用極限狀態(tài)短期效應(yīng)組合設(shè)計（頻繁出現(xiàn)且量值較大者）作用代表值的取用永久作用標(biāo)準(zhǔn)值可變作用根據(jù)不同的極限狀態(tài)分別采用標(biāo)準(zhǔn)值、頻遇值或準(zhǔn)永久值作為其代表值。承載能力極限狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)值按彈性階段計算結(jié)構(gòu)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值正常使用狀態(tài)按短期效應(yīng)組合設(shè)計頻遇值頻遇值標(biāo)準(zhǔn)值乘以頻遇值系數(shù)1正常使用狀態(tài)按長期效應(yīng)組合設(shè)計準(zhǔn)永久值準(zhǔn)永久值標(biāo)準(zhǔn)值乘以準(zhǔn)永久值系數(shù)2偶然作用標(biāo)準(zhǔn)值作用效應(yīng)組合作用效應(yīng)基本組合（Fundamental combination for

13、 action effects）承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時，永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)的組合作用效應(yīng)偶然組合（Accidental combination for action effects）承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時，永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)、一種偶然作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)的組合作用短期效應(yīng)組合（Combination for short-term action effects）正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時，永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用頻遇值效應(yīng)的組合作用長期效應(yīng)組合（Combination for long-term action effects）正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時，永久作用標(biāo)準(zhǔn)

14、值效應(yīng)與可變作用準(zhǔn)永久值效應(yīng)的組合公路橋涵結(jié)構(gòu)按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時的基本組合結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，1.1,1.0,0.9承載能力極限狀態(tài)下作用基本組合的效應(yīng)組合設(shè)計值第i個永久作用效應(yīng)的分項系數(shù)第i個永久作用效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值汽車荷載效應(yīng)（含沖擊力、離心力）的分項系數(shù)汽車荷載效應(yīng)（含沖擊力、離心力）的標(biāo)準(zhǔn)值除汽車荷載效應(yīng)外的其他可變作用效應(yīng)的組合系數(shù)除汽車荷載效應(yīng)、風(fēng)荷載外的其他第j個可變作用效應(yīng)的分項系數(shù)除汽車荷載效應(yīng)外的其他第j個可變作用效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值公路橋涵結(jié)構(gòu)按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時的短期組合第一項：作用短期效應(yīng)組合設(shè)計值第二項：永久作用標(biāo)準(zhǔn)值（不乘系數(shù)）第三項：可變作用效應(yīng)的頻遇值的組合第j個

15、可變作用效應(yīng)的頻遇值系數(shù)公路橋涵結(jié)構(gòu)按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時的長期組合第一項：作用長期效應(yīng)組合設(shè)計值第二項：永久作用標(biāo)準(zhǔn)值（不乘系數(shù)）第三項：可變作用效應(yīng)的準(zhǔn)永久值的組合第j個可變作用效應(yīng)的準(zhǔn)永久值系數(shù)五 基礎(chǔ)工程設(shè)計計算應(yīng)注意的事項（一）基礎(chǔ)工程設(shè)計計算的原則 1基礎(chǔ)底面的壓力小于地基的容許承載力；2地基及基礎(chǔ)的變形值小于建筑物要求的沉降值；3地基及基礎(chǔ)的整體穩(wěn)定性有足夠保證；4基礎(chǔ)本身的強(qiáng)度滿足要求?？紤]地基、基礎(chǔ)、墩臺及上部結(jié)構(gòu)整體作用 地基與基礎(chǔ)方案的確定主要取決于地基土層的工程性質(zhì)與水文地質(zhì)條件、荷載特性、上部結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式及使用要求，以及材料的供應(yīng)和施工技術(shù)等因素。 方案選擇的原則

16、是：力求使用上安全可靠、施工技術(shù)上簡便可行和經(jīng)濟(jì)上合理。因此，必要時應(yīng)作不同方案的比較，從中選出較為適宜與合理的設(shè)計方案和施工方案?；A(chǔ)工程設(shè)計計算的原則 (二)可靠度的極限狀態(tài)設(shè)計方法 應(yīng)用可靠度理論進(jìn)行工程結(jié)構(gòu)設(shè)計是當(dāng)前國際上一種共同發(fā)展的趨勢，是工程結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域一次帶有根本性的變革。可靠性分析設(shè)計又稱概率極限狀態(tài)設(shè)計。 可靠性含義就是指系統(tǒng)在規(guī)定的時間內(nèi)在規(guī)定的條件下完成預(yù)定功能的概率。系統(tǒng)不能完成預(yù)定功能的概率即是失效概率。這種以統(tǒng)計分析確定的失效概率來度量系統(tǒng)可靠性的方法即為概率極限狀態(tài)設(shè)計方法。結(jié)構(gòu)設(shè)計的極限狀態(tài)一般分為承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)承載力極限狀態(tài)指結(jié)構(gòu)失穩(wěn)或強(qiáng)度

17、不足正常使用極限狀態(tài)指結(jié)構(gòu)變形或局部損壞使其不能滿足正常使用和耐久性的情況?；A(chǔ)工程極限狀態(tài)設(shè)計地基基礎(chǔ)設(shè)計中的承載力極限狀態(tài)不僅包含了地基整體失穩(wěn)所引起的極限狀態(tài)，也包含了由于地基土的變形或局部破壞使上部結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴(yán)重破壞的情況，即地基土的變形也可能是上部結(jié)構(gòu)發(fā)生承載力極限狀態(tài)的原因之一。 地基土性質(zhì)十分復(fù)雜不僅不同地點的土性可以差別很大，即使同一地點，同一土層的土，其性質(zhì)也隨位置發(fā)生變化。所以地基土具有比任何人工材料大得多的變異性，它的復(fù)雜性質(zhì)不僅難以人為控制，而且要清楚地認(rèn)識它也很不容易。在進(jìn)行地基可靠性研究的過程中，取樣、代表性樣品選擇、試驗、成果整理分析等各個環(huán)節(jié)都有可能帶來一系列的不

18、確定性，增加測試數(shù)據(jù)的變異性，從而影響到最終分析結(jié)果。地基土因位置不同引起的固有可變性，樣品測值與真實土性值之間的差異性，以及有限數(shù)量所造成誤差等，就構(gòu)成了地基土材料特性變異的主要來源。這種變異性比一般人工材料的變異性大。 地基可靠性分析的特點 基礎(chǔ)工程極限狀態(tài)設(shè)計與結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)設(shè)計相比還具有物理和幾何方面的特點 ：地基是一個半無限體，與板梁柱組成的結(jié)構(gòu)體系完全不同。在結(jié)構(gòu)工程中，可靠性研究的第一步先解決單構(gòu)件的可靠度問題，目前列入規(guī)范的亦僅僅是這一步，至于結(jié)構(gòu)體系的系統(tǒng)可靠度分析還處在研究階段，還沒有成熟到可以用于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的程度。地基設(shè)計與結(jié)構(gòu)設(shè)計不同的地方在于無論是地基穩(wěn)定和強(qiáng)度問題或者是

19、變形問題，求解的都是整個地基的綜合響應(yīng)。地基的可靠性研究無法區(qū)分構(gòu)件與體系，從一開始就必須考慮半無限體的連續(xù)介質(zhì)，或至少是一個大范圍連續(xù)體。顯然，這樣的驗算不論是從計算模型還是涉及的參數(shù)方面都比單構(gòu)件的可靠性分析復(fù)雜的多。地基與結(jié)構(gòu)設(shè)計幾何特點不同。在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，所驗算的截面尺寸與材料試樣尺寸之比并不很大。但在地基問題中卻不然，地基受力影響范圍的體積與土樣體積之比非常大。這就引起了兩方面的問題，一是小尺寸的試件如何代表實際工程的性狀，二是由于地基的范圍大，決定地基性狀的因素不僅是一點土的特性，而是取決于一定空間范圍內(nèi)平均土層特性，這是結(jié)構(gòu)工程與基礎(chǔ)工程在可靠度分析方面的最基本的區(qū)別所在。六 基礎(chǔ)工程的發(fā)展方向（一）開展地基的強(qiáng)度、變形特性的基本理論研究 由于天然地基中土層較復(fù)