土木工程概论课件3基础工程.ppt

第三章基础工程,第二章习题,一、判断题1、砂是一种常用的砌筑材料。广泛地用于墙体、基础、柱等砌筑工程中。2、既能在空气中又能在水中硬化的称为气、水硬性胶凝材料，如水泥。3、水泥浆体在常温下会逐渐变稠直到开始失去塑性，这一现象称为水泥的凝结。4、硅酸盐水泥标号分为三个等级6个类型，最小的标号代表是32.5。,5、混凝土的制备由于投料的顺序不同分为一次投料法和二次投料法。6、土木工程材料中砖的标准尺寸为24*11.5*5.3cm。7、砂和石最明显的区别在于粒径的不同。8、配置混凝土时，应优先选择细砂。9、根据施加应力的时间不同，预应力混凝土分为先张法和后张法。,二、名词解释,1、土木工程材料2、天然砂3、硅酸盐水泥4、绿色建材5、胶凝材料,三、单项选择题,1、水泥浆体在常温下会逐渐变稠直到开始失去塑性，这一现象称为水泥的（ ）。A、初凝；B、终凝；C、凝结；D、硬化。2、（ ）是由胶凝材料、骨料和水等材料按适当比例配制而成的。A、混凝土； B、砂浆；C、钢筋混凝土；D、三合土。,3、对建筑物主要起装饰作用的材料称（ ），其应具有装饰功能、保护功能及其他特殊功能。A、装饰材料；B、装饰功能；C、装饰效果；D、建筑材料。4、只能在空气中硬化的称为（ ）胶凝材料，如石膏、石灰。A、水硬性；B、湿硬性；C、气硬性；D、干硬性。,5、预应力混凝土预应力的产生，按（ ）可分为先张法和后张法。A、张拉钢筋的方法；B、施加预应力的顺序C、机械法； D、化学法。,多选题,1、按其产源不同，天然砂可分为（ ）。A、河砂B、海砂C、山砂D、石屑。2、现在土木工程材料中常用的石材包括：（ ）。A、毛石； B、料石；C、饰面石材；D、色石渣；E、石子。3、影响木材强度的主要因素为（ ）。A、含水率； B、温度；C、荷载作用时间；D、木材的缺陷。,简答题,1、材料在土木工程中的作用主要应从哪些方面去认识？2、站在宏观和微观的角度，什么是混凝土？3、无机胶凝材料，怎么区分气硬性和水硬性？以及什么是气硬性和水硬性胶凝材料？,本章内容,3.1 工程地质勘查3.2 浅基础3.3 深基础3.4 不均匀沉降问题3.5 地基处理,地基与基础,将上部结构荷载传递给地基土、连接上部结构与地基土的下部结构称为基础。 地基是指承托土木工程基础的这一部分很小的场地。,二：土的工程分类 1：土的种类繁多，分类方法也较多，根据土的颗粒级配或塑性指数可分为碎石类土(漂石土、块石土、卵石土、碎石土、圆砾土、角砾土)、砂土(砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂)和粘性土(粘土、亚粘土、轻亚粘土)； 2：根据土的沉积年代，粘性土可分为老粘性土、一般粘性土、新近沉积粘性土； 3：根据土的工程特性，又可分出特殊性土，如软土、人工填土、黄土、膨胀土、红粘土、盐渍土、冻土等。不同的土，其物理、力学性质也不同，只有充分掌握各类土的特性及其对施工过程的影响，才能选择正确的施工方法。 4：开挖难易程度 将土分为松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石、坚石、特坚石八类，称为土的工程分类。前四类属一般土，后四类属岩石，土的分类法及其现场鉴别方法见表11。,查明条件分析问题作出评价选择场地提出建议制定措施预测新问题,3.1 工程地质勘察,一、岩土工程勘察的目的和任务,工程地质条件：与工程建筑物有关的各种地质因素的综合。 包括：,岩土类型及性质地质结构与构造地形地貌水文地质物理地质现象天然建筑材料,二、岩土工程勘察的阶段,可行性勘察（选址勘察）初步勘察详细勘察施工勘察,勘察阶段,可行性勘察（选址勘察）,目的：为建筑场地选择提供依据范围：拟选场址内容：搜集和分析区域地形、地貌、不良地质现象、 附近地区的工程地质资料及当地建筑经验等。对拟选场址的稳定性和适宜性作出全局工程地质评价。,初步勘察阶段,目的：为初步设计提供依据范围：具体的建筑场地内容：初步查明场地的工程地质和水文地质情况以及地基的岩土工程特性；对场地做出最终评价，为确定建筑物的地基基础方案提供依据。对不良地质现象的防治，提供资料和建议。,详细勘察阶段,目的：为施工图设计和施工提供可靠依据范围：具体建筑物地基或具体工程地质问题内容：提出详细的岩土层的构成；岩土的强度大小、压缩性高低。评价土层是否满足工程建筑对地基承载力、容许最大沉降量和沉降差的要求；对基础设计、地基处理方案和不良地质现象防治作出详细论证和建议。,施工勘察阶段,目的：为解决施工中的工程地质问题提供依据范围：施工过程中进行适用条件：对重要建筑物的复杂地基。深基础施工需进行有关地基监测工作。地基处理、加固需进行检验工作。地基中的溶洞发育，需进一步查明和处理。基槽开挖后，地质条件与原勘察资料不符，影响质量。施工中边坡失稳，需进行观测处理。,三、勘察与测绘的仪器,水准仪,经纬仪,各种测量仪器的使用,经纬仪：主要用于测量水平角和竖向角； 水准仪：主要作用为提供一条水平视线，照水准尺进行读数，量得并算出高程； 测距仪：用于测量距离； 其它：平板仪、钢卷尺、水准尺、测钎、标杆等。,DJ2光学经纬仪,DJ6光学经纬仪,Dzs3水准仪,四、各种条件下的勘测,3.1 工程地质勘察,岩土工程勘察的方法或技术手段，有以下几种：(1)工程地质测绘。(2)勘探与取样。(3)原位测试与室内试验。(4)现场检验与监测。,3.1.1 工程地质测绘 通过对地质现象的详细观察和描述，并将其反映到一定比例尺的地形图上。 据测绘成果可以分析各种地质现象的成因、分布、发展变化规律以及对工程建筑的影响，还可为勘探、试验等其他工作的布置奠定基础。 工程地质测绘可分为综合性测绘和专门性测绘。,工程地质测绘的研究内容 包括工程地质条件的全部要素。 地形地貌，划分地貌单元 岩土年代、成因、分布和风化程度 地质构造与岩土结构 地下水条件 气象水文条件 不良地质现象（崩滑、岩溶、塌陷等） 建筑物的变形和工程经验等,工程地质测绘的方法,像片成图法 利用地面摄影、航空(卫星)摄影等像片，在室内进行判释。实地测绘法(1) 路线法(穿越法和追索法)(2)布点法,像片成图方法,实地测绘方法,工业与民用建筑工程常用勘探方法坑探法钻探法触探法地球物理勘探(即物探),3.1.2 岩土工程勘察方法,了解定义、应用,掘探法（坑探法）： 在建筑场地开挖探坑或探槽直接观察地基土层情况，并从坑槽中取高质量原状土进行试验分析。包括探坑、探槽、斜井、浅井、竖井、平洞等。 适用范围：土层埋藏不深，地下水位较低的情况探坑深度23m。,3.1.2 岩土工程勘察方法,钻探法：常用的一种方法,划分地层确定地下水取样可以进行触探及原位试验,用钻机打钻孔获取地下地质资料的方法称为钻探法。钻探的方式有：回转式、冲击式、振动式和冲洗式,应 用,回转式钻机,3.1.2 岩土工程勘察方法,钻孔取出的岩石试样,物探(geophysical exploration)： 以专门仪器探测地质体的物理场来进行地层划分，判定地质构造、水文地质条件及各种物理地质现象的勘探方法。物探分为：电法、磁法、震法、地质雷达、重力法及放射性勘探，但应用最广泛的是电法和震法。,土工试验：,通过试验，测定地基岩土的各项物理力学特性，提供相应的指标，作为地基计算分析和工程处理的依据。,优点：简便，试验条件明确，能够预先控制。缺点：试样体积小，受到不同程度的扰动。,优点：试样体积大，受扰动小，测得的指标可靠,保持土原位的应力条件、天然结构和含水量,实验室内测定现场取来土样的物理力学性质,3.1.3 原位测试,常用的原位测试技术：工程地质触探试验 (静力触探、动力触探)地基载荷试验旁压试验十字板剪切试验,3.1.3 原位测试,地基载荷试验,在现场的天然土层上，通过一定的荷载板向土层施加竖向静载荷，并测定压力p和沉降s的关系。根据p-s曲线评定土的承载力。,优点：模拟实体基础承受荷载的试验，工程 通常认为是可靠的原位试验方法。,3.1.3 原位测试,地基载荷试验曲线,pcr,pu,Pcr比例界限压力 Pu 极限压力,O,A,B,3.1.3 原位测试,旁压试验,通过向旁压器注水，使旁压器弹性模产生横向膨胀，对土体施加压力，并产生横向变形，从而测得压力与变形的关系曲线，由此求得土的变形模量和承载力。,特点操作简易测试快速横向加压,3.1.3 原位测试,3.1.3 原位测试,旁压试验适用范围:粘性土粉土砂土碎石土残积土极软岩和软岩,触探法：,通过探杆用静力或动力将金属探头压入土层，并且测出各层土对触探头的贯入阻力大小的指标，从而间接地判断土层的工程性质的一类勘探方法,3.1.3 原位测试,静力触探：,测定比贯入阻力、侧壁摩擦阻力、锤尖阻力和孔隙水压力划分土层外，还可以作为确定地基承载力的依据。,利用液压或机械传动装置，将圆锥形金属探头压入地基土中，依据比贯入阻力的大小来判定地基土的工程性质。,适用范围：粘性土、粉土、砂土、含少量碎石的土层,用 途：,3.1.3 原位测试,虎丘塔,问题：塔身向东北方向严重倾斜，塔 顶离中心线已达2.31m，底层 塔身发生不少裂缝，成为危险 建筑物而封闭。,概况：位于苏州市虎丘公园山顶，落成于宋太祖建隆二年（公元961年）。全塔7层，高47.5m，塔的平面呈八角形。,原因：不重视岩土工程勘察工作。基 础坐落于不均匀粉质粘土层 上，产生不均匀沉降。,岩土工程勘察规范规定：各项工程建设在设计和施工前，必须进行岩土工程勘察。,土力学 利用力学原理，研究土的应力变形、强度、稳定和渗透性及其随时间变化规律的科学。基础 将埋入土层一定深度的建筑物下部承重结构称基础。地基 把土层中附加应力与变形所不能忽略的那部分土(岩)层称为地基。地基的范围(正常情况下卧层土自然压密状态强度高于持力层） 持力层：埋置基础的土层即位于基础底面第一层土。 下卧层：在地基范围内持力层以下的土层。 软弱下卧层：强度低于持力层的下卧层。基础埋置的土层： 应埋置在良好的持力层上。,基础知识,3.2 浅基础,1.地基,直接支承建筑物的天然土，不是建筑物的组成部分。,天然地基本身具有足够的强度，能直接承受建筑物荷载,人工地基本身的承载能力弱，或建筑物上部荷载较大，须预先对土壤层进行人工加工或加固处理（压实法、换土法、打桩法以及化学加固法等）后才能承受建筑物荷载,3.2 浅基础,2.地基土的工程分类,这里指的土包括岩石，岩石是广义的土。,岩石：指颗粒间牢固联结的整体的或具有节理、裂隙的岩体。其承载能力视岩石风化程度而异，一般在2004000kpa；,碎石土：按粗细程度又分为块石、碎石、角砾等，其承载力约在2001000kpa；,砂土：按粗细程度分砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂，地基承载力在140500 kpa；,粉土：其工程性质介于粘性土和上述无粘性土之间的土。,粘性土：具有明显的粘性、可塑性、压缩性，地基承载力在105410kpa；,人工填土：包括素填土、杂填土、冲填土；成分、工程性质复杂。,3.2 浅基础,根据基础材料的受力性能和构造形式分为：独立基础、条形基础、筏形基础和箱形基础。,3.3 浅基础,浅基础：当基础埋置深度不大（一般浅于5m或小于基础最小宽度），只须经过普通施工方法就可以建造起来的基础。,3.2.1、刚性基础（无筋扩展基础） 材料：砖、块石、毛石、素混凝土、三合土和灰土等。 材料性能特点：抗压强度高，抗拉强度、抗剪强度低。 构造要求：基础的外伸宽度和基础高度的比值（台阶宽高比）不超过规定的允许值。 适用范围：6层和6层以下的（三合土基础不超过4层）一般民用建筑和墙承重的厂房。,3.3 浅基础,砖基础,石基础,素混凝土基础,2、扩展基础 当刚性基础不能满足力学要求时，可以做成钢筋混凝土基础，称为扩展基础,亦称延性基础。,扩展基础,按构造分类：,1、单独基础2、条形基础3、筏板基础4、箱形基础5、壳体基础,1、单独基础,在建筑中，柱的基础一般都是单独基础。亦称独立基础。,返回,柱下单独基础,3.2 浅基础,2、条形基础,墙的基础通常连续设置成长条形，称为条形基础。,返回,墙下条形基础,3.2 浅基础,3、筏板基础,当柱子或墙传来的荷载很大，地基土较软弱，用单独基础或条形基础都不能满足地基承载力要求时，往往需要把整个房屋底面（或地下室部分）做成一片连续的钢筋混凝土板，作为房屋的基础，称为筏板基础。,返回,3.2 浅基础,带形基础、十字形基础、筏式基础 箱形基础,4、箱形基础,为了对筏板基础进行加强，增加基础板的刚度，以减小不均匀沉降，高层建筑往往把地下室的底板、顶板、侧墙及一定数量的内隔墙一起构成一个整体刚度很强的钢筋混凝土箱形结构，称为箱形基础。,返回,3.2 浅基础,箱形基础,5、壳体基础,为改善基础的受力性能，基础的形式可不做成台阶状，而做成各种形式的壳体，称做壳体基础。,返回,3.2 浅基础,壳体基础,3.3 深基础,一、深基础定义 位于地基深处承载力较高的土层上，埋置深度大于5m或大于基础宽度的基础，称为深基础。,厦门九州花园深基础施工,二、深基础的类型,桩基础地下连续墙墩基础沉井基础沉箱基础,3.3 深基础,1、桩基础,桩基础的分类：,（1）按桩身材料分类,木桩、混凝土桩、钢筋混凝土桩、钢桩、其它组合材料桩。,3.3 深基础,水泥土搅拌桩,(2)按施工方法分类,预制桩,钻孔灌注桩,按施工方法可分为预制桩、灌注桩两大类。,3.3 深基础,(3)按承载性状分类:端承型桩和摩擦型桩。,端承型桩,返回,摩擦型桩,3.3 深基础,桩基础的适用条件 （1）不允许地基有过大沉降和不均匀沉降的高层建筑或其它重要的建筑物； （2）重型工业厂房和荷载很大的建筑物； （3）软弱地基或某些特殊性土上的各类永久性建筑物； （4）作用有较大水平力和力矩的高耸结构物（如烟囱、水塔）的基础，或需要桩承受水平力或上拔力的情况； （5）需要减弱其振动影响的动力机器基础，或以桩基础作为地震区建筑物的抗震措施。,2、地下连续墙,天津百货大楼地下连续墙,返回,3.3 深基础,3、墩基础,在人工或机械成孔的大直径孔中浇筑混凝土（钢筋混凝土）而成，我国多用人工开挖，亦称大直径人工挖孔桩。,返回,3.3 深基础,墩基础,4、沉井基础,返回,沉井基础,3.3 深基础,沉井基础动画,沉井基础适用条件（1）上部荷载较大，结构对基础的变位敏感，而表层地基土的允许承载力不足，采用沉井基础与其它深基础相比较，经济上较为合理时；（2）在山区河流中，虽浅层土质较好，但冲刷大，或河中有较大卵石不便桩基础施工时；（3）岩层表面较平坦且覆盖层薄，但河水较深，采用扩大基础施工围堰有困难时。,5、沉箱基础,沉箱基础,返回,3.3 深基础,3.4 地基不均匀沉降,一、定义1、一般是指同一结构体中，相邻的两个基础沉降量的差值 是反映土木工程结构地基的变形特征的重要指标；2、差异沉降过大，就会使相应的上部结构产生额外应力3、差异沉降将会产生裂缝，倾斜甚至破坏,比萨斜塔,二、减小地差异沉降的主要措施,1、在设计时尽量使上部荷载中心受压，均匀分布；2、遇到高低相差悬殊或地基软硬突变时，要合理设置沉降缝；3、增加上部结构对地基不均匀对地基协调作用。如在砌体结构中设置圈梁以增强结构得整体性；4、合理安排施工工序和采用合理的施工方法。,3.4 地基不均匀沉降,地基沉陷模型动画,(1) 采用柱下条形基础、筏基和箱基等结构刚度较 大、整体性较好的浅基础；(2)采用桩基或其他深基础；(3)采用各种地基处理方法。,从基础角度出发,调整基础,上部结构,适应,建筑措施；结构措施；施工措施。,从上部结构出发,调整上部结构,地基基础,适应,一、建筑措施,（建 筑 物 相 差 太 大 而 开 裂）,(2) 控制长高比及合理布置纵横墙,长高比小的建筑物，整体刚度好，能较好地防止不均匀沉降的危害。相反，长高比大的建筑物整体刚度小，纵墙很容易因挠曲变形过大而开裂。,(3) 设置沉降缝,平面形状复杂的建筑物的转折部位；建筑物的高度或荷载突变处；长高比较大的建筑物适当部位；地基土压缩性显著变化处；建筑结构（包括基础）类型不同处；分期建造房屋的交界处。,划分为多个长高比较小、体型简单、整体刚度好、结构类型相同的独立单元。,原理：避免引起附加应力，导致互倾开裂。轻者受重者影响旧的受新的影响,(4) 控制相邻建筑物基础的间距,(5) 调整建筑物的局部标高,适当提高室内地坪和地下设施的标高； 适当提高相互有联系的建筑物各部分(包括设备)中预估沉降较大者的标高； 建筑物与设备之间应留有足够的净空； 有管道穿过建筑物时，应留有足够尺寸的孔洞，或采用柔性管道接头。,二、结构措施,三、施工措施,3.5 地基处理,地基处理的对象是软弱地基和特殊土地基。我国的建筑地基基础设计规范（GBJ789）中明确规定：“软弱地基系指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其它高压缩性土层构成的地基”。特殊土地基带有地区性的特点，它包括软土、湿陷性黄土、膨胀土、红粘土和冻土等地基。,淤泥土与淤泥质土muck, mucky soil泥炭,泥炭质土Peat填土,回填土Fill, backfill松砂Loose sand区域性特殊土Regional soil,哪些土需要处理？,地基处理的目的 改善剪切特性：地基的剪切破坏表现在建筑物的地基承载力不够；使结构失稳或土方开挖时边坡失稳；使临近地基产生隆起或基坑开挖时坑底隆起。 改善压缩特性：地基的高压缩性表现在建筑物的沉降和差异沉降大。 改善透水特性：地基的透水性表现在堤坝、房屋等基础产生的地基渗漏；基坑开挖过程中产生流沙和管涌。 改善动力特性：地基的动力特性表现在地震时粉、砂土将会产生液化；由于交通荷载或打桩等原因，使邻近地基产生振动下沉。 改善特殊土的不良地基的特性：主要是指消除或减少黄土的湿陷性和膨胀土的胀缩性等地基处理的措施。,地基处理方法,换填法 ：换土垫层法、褥垫法,密实法：浅层密实、深层密实,排水法：堆载预压、砂井堆载预压、真空预压、井点降水预压,固化法：灌浆法、喷拌法,加筋法：土工聚合物加筋、锚杆、树根桩,地基处理方法,换填法 ：换土垫层法、褥垫法,密实法：浅层密实、深层密实,固化法：灌浆法、喷拌法,加筋法：土工聚合物加筋、锚杆、树根桩,常见地基处理方法简介：（1）换填法当建筑物基础下的持力层比较软弱、不能满足上部结构荷载对地基的要求时，常采用换土垫层来处理软弱地基。即将基础下一定范围内的土层挖去，然后回填以强度较大的砂、碎石或灰土等，并夯实至密实。,预压法,预压法又称排水固结法，指直接在天然地基或在设置有袋状砂井、塑料排水带等竖向排水体的地基上，利用建筑物本身重量分级逐渐加载或在建筑物建造前在场地先行加载预压，使土体中孔隙水排出，提前完成土体固结沉降，逐步增加地基强度的一种软土地基加固方法。 预压法由加压系统和排水系统两部分组成。加压系统通过预先对地基施加荷载，使地基中的孔隙水产生压力差，从饱和地基中自然排出，进而使土体固结；排水系统则通过改变地基原有的排水边界条件，增加孔隙水排出的途径，缩短排水距离，使地基在预压期间尽快地完成设计要求的沉降量，并及时提高地基土强度。,预压法适用于处理各类淤泥质土、淤泥及冲填土等饱和粘性土地基。预压荷载是其中的关键问题，因为施加预压荷载后才能引起地基土的排水固结。,砂井堆载预压法,堆水预压,浆液固化法,浆液固化法是指利用水泥浆液、粘土浆液或其它化学浆液，通过灌注压入、高压喷射或机械搅拌，使浆液与土颗粒胶结起来，以改善地基土的物理和力学性质的地基处理方法。 目前浆液固化法中常用的方法除原来已有的灌浆法外，后面出现了高压喷射注浆法和水泥土搅拌法。前者利用高压射水切削地基土，通过注浆管喷出浆液，就地将土和浆液进行搅拌混合，后者通过特制的搅拌机械，在地基深部将粘士颗粒和水泥强制拌和，使粘士硬结成具有整体性、水稳性和足够强度的地基土。,建筑物地基的加固,水泥土搅拌法,水泥土搅拌法是利用水泥或石灰等材料作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深处就地将固化剂和地基土强制搅拌，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的桩体的地基处理方法。根据施工方法的不同，水泥土搅拌法分为水泥浆搅拌（以下简称湿法）和粉体喷射搅拌（以下简称干法）两种。 水泥土搅拌法最早在美国研制成功，称为Mixed-in-Place-Pile(简称MIP法)。国内1977年由冶金部建筑研究总院和交通部水运规划设计院进行了室内试验和机械研制工作，于1978年底制造出我国第一台SJB1型双搅拌轴中心管输浆陆上型的深层搅拌机械，并由江阴市江阴振冲器厂成批生产（目前SJB2型加固深度可达18m）。1980年初首次在上海宝山钢铁总厂由第五冶金建设公司在三座卷管设备基础的软土地基加固工程中正式开始应用并获得成功。,搅拌机械就位、调平,预搅下沉,水泥土搅拌法,高压喷射注浆法,高压喷射注浆法是指用高压水泥浆通过钻杆由水平方向的喷嘴喷出，形成喷射流，以此切割土体并与土拌和形成水泥土加固体的地基处理方法。 高压喷射注浆法20世纪60年代后期创始于日本。我国是继日本之后研究开发较早和应用范围较广的国家。1975年首先在铁道部门进行单管法的试验和应用，1977年原冶金部建筑研究总院在宝钢工程中首次应用三重管法喷射注浆获得成功，1986年该院又开发成功高压喷射注浆的新工艺干喷法，并取得国家专利。至今，我国已有上百项工程应用了高压喷射注浆法。,高压喷射注浆法,二、地基处理的方案选择,地基处理的方案选择考虑的因素：1、地基土质条件2、工程要求3、工期4、造价5、料源6、施工机械条件,3.5 地基处理,三、地基处理技术的发展,1、土的“加筋法”；2、土工合成材料、砂井预压和塑料排水带； 3、“强夯法”和“振动水冲法”等；4、真空预压法；5、高压喷射注浆法。,3.5 地基处理,课外检索,1、比萨斜塔的基础形式。 2、比萨斜塔产生倾斜的主要原因。,