第1章-基础工程-绪论113

第一章绪论【本章要求】了解基础工程概念及重要性，了解基础工程现状及发展方向，掌握基础工程设计的基本原则【本章重点】掌握基础工程课程特点及学习要求基础工程是研究下部结构物与岩土相互作用共同承担上部结构物所产生各种变形与稳定问题，是基础的设计与施工工作，以及有关的工程地质勘察、基础施工所需基坑的开挖、支护、降水和地基加固工作的总称。1.1概述余姚河姆渡遗址沼泽地木桩7000年前余姚河姆渡遗址沼泽地木桩7000年前都江堰水利工程都江堰水利工程万里长城中国古代基础工程之成就隋朝大业初年（公元605年左右）石工李春所修建成的赵州石拱桥，造型美观，至今安然无恙。桥台砌置于密实的粗砂层上，一千三百多年来估计沉降量约几厘米。现在验算其基底压力约500-600kpa，这与现代土力学理论给出的承载力值很接近。开封开宝寺木塔端拱二年（989）,喻皓建成开封开宝寺木塔，他根据当地多西北风，使塔身微向西北倾斜。开封开宝寺木塔焚毁后，庆历元年(1041)建成砖塔，屋檐、斗拱等用特制的铁色琉璃砖块，塔身面砖为有佛像等浮雕图案的铁色琉璃砖，因此俗称铁塔。铁塔高55.88米，呈八角形，共十三层。开封开宝寺铁塔都江堰都江堰是我国古代创建的一项闻名中外的伟大的水利工程。在四川灌县城西岷江上游。战国秦昭王时蜀郡守李冰父子率众兴建。汹涌的岷江水经都江堰化险为夷，变害为利，造福农桑，使川西平原成为千百年来旱涝保收的“天府之国”。都江堰工程由鱼嘴、飞沙堰、宝瓶口三部分组成。鱼嘴为建于江心的分水堤，由此把岷江水分流导入内外二江，外江为岷江正流，内江经宝瓶口流入川西平原灌溉农田飞沙堰在鱼嘴与宝瓶口之间，用于泄洪，调节鱼嘴流来的水流量，避免过多涌入内江。宝瓶口是引岷江水入内江的总入水口，由人工凿开的玉垒山，成离堆。上海浦东20000m3大油罐1.基底压力:210KN/m2。2.地基由淤泥质粘性土组成，属河口滨海相沉积。3.内含薄砂层。4.容许承载力80KPa基坑工程中央电视台基坑工程青藏铁路建设通风管道路基热棒：天然“制冷机”青藏铁路路基蕴含的物理知识2006年7月1日，青藏铁路实现了全线贯通，打破了美国的火车旅行家保罗·泰鲁“有昆仑山脉在，铁路就永远到不了拉萨”的“断言”，大长了中国人的志气。4大措施解决千年冻土的问题青藏铁路的成败决定于路基，而路基最大的问题就是多年冻土。夏天气温上升，冻土层就要融化，上面的路也就塌了；而冬天温度降低，冻土膨胀，就会把建在上面的路基和钢轨顶起来，一降一升，火车极易脱轨。针对以上问题，我国的铁路建设者主要是采用了以下4个措施来解决“冻土”问题。（1）热棒：天然“制冷机”进入两大滩冻土区，铁路路基两旁插有一排排碗口粗细、高约2m的铁棒。铁棒间相隔2m，一直向前延伸。我们叫它热棒。热棒在路基下还埋有5m，整个棒体是中空的，里面灌有液氨。热棒的工作原理很简单：当路基温度上升时，液态氨受热发生汽化，上升到热棒的上端，通过散热片将热量传导给空气，气态氨由此冷却液化变成了液态氨，又沉入了棒底。这样，热棒就相当于一个天然“制冷机”。（2）抛石路基：廉价“土空调”在青藏铁路路基内部，还有一种廉价而有效的“土空调”正悄无声息地运转着。在土层路基中间，填筑了一定厚度的碎石。当夏季来临时，青藏高原气温升高，抛石路基表面的温度上升，空气密度降低，而路基冻土中的温度较低，空气密度较大，这样热空气与冷空气就不易对流，无形中形成了外界与冻土的隔热层；当冬天来临时，冻土路基的外界温度较低，空气密度较大，而路基冻土层温度较高，空气密度较低，将自然上移，与外界进行热量交换，无形中形成了热冷对流，使路基冻土层温度降低，保护了冻土的完好性。3）遮阳板：隔热“外衣”青藏高原地处中低纬度，高海拔地区，太阳辐射十分强烈是该地区的一个重要特征。遮阳板路基是在路基的边坡和坡面上架设一层用于遮挡太阳辐射的板材，由此完全消除太阳对路堤坡面的有效辐射加热作用，达到稳定路基温度场的目的。(4)以桥代路：“最后绝招”青藏铁路沿线，给人印象最深的是桥多。极不稳定的高含冰量冻土区，用热棒、抛石路基等方法都是不管用的，而以桥代路是解决冻土问题的最后绝招。桥墩打进冻土层30多m，桥墩与冻土层间的摩擦力足以支撑路基的稳固性，冻土的融化和膨胀对路基的影响这时已显得微乎其微。苏通大桥苏通大桥四项世界之最：最深基础苏通大桥基础需要在一块足球场大小的面积上打下131根钢筒，每根护筒之间的距离也就二三米，最深基础达120米深，桩基础横截面如“足球场”。基础位于软弱土层中，承受的静、动力荷载大，桩基数量多，结构受力传力机理复杂，群桩效应突出，国内外规范难以涵盖大规模水上施工技术指标严，工艺要求高超大规模钢吊箱水上拼装与沉放风险高，难度大大体积混凝土承台施工技术要求高、工艺复杂。俯瞰杭州湾大桥救援平台大桥北岸连接线自西塘桥互通接入沪杭高速步云枢纽，总长29.1公里，投资额17.8亿元。大桥南岸连接线自慈溪庵东互通接入宁波绕城高速公路，总长55.3公里，投资额34.3亿元。大桥和两岸连接线总投资约160亿元，项目资本金主要由宁波与嘉兴地方政府及民间企业出资，其余65%来着银行贷款。杭州湾跨海大桥技术复杂、工程浩大，创下多项世界纪录，在五年建设工期中，共消耗钢材76.9万吨，超过三峡工程的用钢量；消耗水泥129.1万吨，可装满400列火车。此外还有木材1.91万立方米，石油沥青1.16万吨，混凝土240万立方米。施工人员共在海中打下钢管桩5513根、钻孔桩3550根，其中最大的一根钢管桩直径1.6米、桩长约89.5米，重量超过74吨，其钢管桩工程规模创下世界纪录。大桥沿线在管桩基础上，共浇筑承台1272座，每座面积相当于一个篮球场，高度超过两层楼；浇筑高架墩身1428座，为国内特大型桥梁之最。大桥水中引桥区共有540片70米×16米箱梁，单片重达2180吨，采用整孔预制、运输、架设一体化方案，为此特别研制了世界最大的1600吨级架桥机和亚洲最大的3000吨级海上起吊船。浅海打桩在浅滩桥墩施工中采用钻孔灌注桩基础，而杭州湾软土层厚度超过30米，下方岩石层又深达160多米，为了确保大桥的安全牢固性，又避免高成本和高技术风险，大桥采用了打摩擦桩的方案，也就是利用泥土的包围摩擦来固定桩身桥体。打桩钻孔时为防止淤泥反复淤积，需要先打下直径3.1米、长52米的钢护筒，然后用直径20多厘米、长100米的钻杆带动钻头向下钻进，起钻后下钢筋笼，最后浇筑混凝土；五根直径2.5米的钻孔灌注桩才能组成一个桥墩。浅海区桥墩施工，旁边是长达10公里的施工栈桥。解决滩涂难题杭州湾地区地质复杂，大桥南岸有长达10公里的滩涂区，施工设备、车辆、船只难以进入。而且在浅滩地表以下50-60米的区域里，零星分布着寿命1万年以上的浅层沼气。这些施工时从海底不断冒出的浅层沼气有井喷和燃烧的风险；严重时，能从海底冲出海面二三十米，把施工船冲翻，严重影响大桥施工、安全。针对滩涂区车辆难以进入的问题，中铁四局花费1.68亿元建造了10公里长的施工栈桥，解决了滩涂施工难题。海上钻井平台之基础建筑物基础地基基础上部结构地基2020/9/239(1)地基地基----建筑物荷载作用下产生不可忽略的附加应力与变形的那部分地层持力层：当地基为多层土时，与基础底面相接触的土称为持力层。持力层直接承受基础底面传给它的荷载，故持力层应尽可能是工程性质好的土层。下卧层：持力层下面的土层称为下卧层。注意地基土层可能不止一层，凡是持力层下面的土层称为下卧层。下卧层地基基础上部结构地基持力层下卧层地基可分为：显然：采用天然地基是经济的。人工地基：不能满足要求而需要事先进行人工处理的地基天然地基：开挖基坑后可以直接修筑基础的地基(2)基础基础的作用:基础----埋藏于地面下承受上部结构荷载、并将荷载传递给持力层的人工构筑物,是建筑物的组成部分.应满足强度、刚度和耐久性要求。扩散压力；传递压力；调整地基变形；抗滑或抗倾覆及减振浅基础——指埋深不大的基础（d5m)。基础：浅基础、深基础(1)采用常规施工方法修建大开挖降水建造基础回填土(2)不计基础侧面的摩擦力深基础——对于浅层土质不良，需要利用深处良好地层，采用专门的施工方法和机具建造的基础。计算承载力时需要计入基础侧面的摩擦力。深浅结合的基础：桩筏基础、桩箱基础地基基础设计方案：天然地基上的浅基础（优先选用）人工地基上的浅基础天然地基上的深基础深浅结合的基础（桩-筏基础、桩-箱基础）对地基基础设计的基本要求：地基承载力要求地基变形要求基础强度、刚度、耐久性要求基础类型F浅埋基础F深埋基础基础浅埋基础独立基础条形基础十字交叉基础箱形基础桩基础沉井和沉箱基础地下连续墙基础筏板基础基础分类壳体基础深埋基础柱下独立基础墙下独立基础独立基础柱下条形基础墙下条形基础条形基础十字交叉基础筏板基础箱形基础壳体基础桩基础沉井基础基础按埋深可分为：浅基础和深基础浅基础是相对深基础而言的，两者差别主要在施工方法及设计原则上。浅基础的埋深通常不大，用一般的施工方法进行施工，施工条件及工艺简单。浅基础有：无筋扩展基础(如毛石基础、素混凝土基础等)扩展基础(钢筋混混土基础)等基础按埋深可分为：浅基础和深基础深基础系指：埋深较大的基础。由于深基础埋深较大，可利用地基深部较为坚实的土层或岩层作为持力层。深基础是采用特殊的结构形式、特殊的施工方法完成的基础。深基础的施工需要专门的设备，且施工技术复杂，造价高，工期长。深基础主要包括：桩基础、沉井基础、地下连续墙等。1.2基础工程的设计内容一、基础工程设计与施工所需资料地质资料有关上部结构的资料地基基础设计资料荷载资料•岩土工程勘察资料(1)建筑场地（不良）地质条件及危害程度;(2)地层分布情况及各层岩、土的物理力学性质;(3)地下水类型、水位、腐蚀性等;(4)地震设防区：场地类别，砂土液化;(5)方案建议。•原位测试资料工程地质断面图32112345319.70319.00319.80319.90319.90319①3172.5m②315③313④⑤311309⑥307305303⑦301316.1315.3313.3312.5313.8318.0317.7313.0311.2317.1311.0313.2314.8301.0311.3317.2318.5间隔距离/m21.0020.0019.0018.50高程/m314.5301.5311.5304.4304.2311.8316.5317.5302.0304.8304.6301.1301.3301.3301.3建筑物中心线土层编号土层名土性特征描述天然容重/kN/m3孔隙比e粘聚力/kPa内摩擦角/承载力标准值/kPa压缩模量/MPa说明①人工填土褐黄色，稍湿到很湿，上部约0.5m为杂填土160.71015不宜作为持力层②粉质粘土灰黄色，软塑170.71215不宜作为持力层③粉砂灰色，成分为长石、石英等，稍密，饱和17.50.72015010④粉质粘土灰黄色，软塑到流塑，呈透镜体分布18.50.731518不宜作为持力层⑤细砂灰色，成分为长石、石英等，稍密，饱和18.50.552520012⑥粘土灰黄色，硬塑190.5252030014⑦泥质砂岩浅灰色，中等风化到微风化，岩体完整性较好201000可认为不可压缩地层参数表二、基础设计必须满足的基本要求地基与基础受到各种荷载后，其本身将产生附加的应力和变形。为了保证结构物的正常使用和安全，地基与基础必须具有足够的强度和隐定性，变形也应在容许范围之内。(1)要保证作用在地基上的荷载不超过地基的承载能力，保证地基具有足够的防止整体破坏的安全储备。即：p≤f(pmax≤1.2f)；(2)控制基础沉降，使之不超过地基的允许变形值。保证建筑物不因地基变形而损坏或影响正常使用。地基基础设计要求地基基础设计必须满足强度要求—pfa，即作用于地基上的荷载效应(基底压应力)不得超过地基承载力（特征值或容许值）变形要求—s[s]，控制地基的变形，使之不超过建筑物的地基变形允许值