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1、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
2、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，
3、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
4、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2 m的铁棒。铁棒间相隔2 m，一直向前延伸。我们叫它热棒。热棒在路基下还
5、埋有5 m，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
6、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
7、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
8、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，
9、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
10、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
11、结构,地 基,2022/11/13,39,(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。,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
12、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
13、础强度、刚度、耐久性要求,基础类型,浅埋基础,深埋基础,基础,基础分类,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
14、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,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
15、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：pf (pmax1.2f)；(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 p fa ，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 ss，控制地基的变形，使之不超过建筑物的地基变形允许值 稳定要求 挡土墙、边坡以及地基基础保证具有足够防止失稳破坏的安全储备,一、
16、基础工程学科的起源 基础工程既是一项古老的工程技术，又是一门年轻的应用科学。 追本溯源，世界文化古国的先民，在史前的建筑活动中，就已经创造了自己的基础工艺。二千多年来在世界各地建造的宫殿楼宇、寺院教堂、高塔亭台，长城运河、古道石桥、码头、堤岸等工程，无论是至今完好，还是不复存在，都凝聚着佚名者和杰出人物的智慧。采用石料修筑基础、木材做成桩基础、石灰拌土夯成垫层或浅基础、砂土水撼加密、填土击实等修筑地基基础的传统方法，目前在某些范围内还在应用。,1.3 基础工程学科发展概况,一、基础工程学科的起源,基础工程学是一门古老的工程技术和年青的应用科学。远在古代人类就创造了自己的地基基础工艺。如我国都江
17、堰水利工程、举世闻名的万里长城、隋朝南北大运河、黄河大堤、赵州石拱桥以及许许多多遍及全国各地的宏伟壮丽的宫殿寺院、巍然挺立的高塔等等，都因奠基牢固，虽经历了无数次强震强风仍安然无恙。又如秦代修筑驰道时采用的“隐以金椎”（汉书）路基压实方法；至今常用的石灰桩，灰土、瓦渣垫层和水撼砂垫层等古有的传统地基处理方法。,再如北宋初著名木工喻皓建造开封开宝寺木塔时（公元989年），因当地多西北风而将建于饱和土上的塔身向西北倾斜，以借长期凤力作用而渐趋复正，克服建筑物地基不均匀沉降。我国木桩基础更是源远流长。如钱塘江南岸发现的河姆渡文化遗址中7000年前打人沼泽地的木桩世所罕见；水经注记载的今山西汾水上三十
18、墩柱木柱梁桥（公元前532年），以及秦代的渭桥（公元前221一公元206年，三辅黄图）等也都为木桩基础；再如郑州隋朝超化寺打人淤泥的塔基木桩（法苑珠林）、杭州湾五代大海塘工程木桩等都是我国古代桩基技术应用的典范。只是当时生产力发展水平所限而未能提炼成系统的科学理论。,一、基础工程学科的起源,18世纪到19世纪，人们在大规模建设中遇到了许多与岩土工程相关的问题，促进了岩土力学的发展。例如法国科学家C.A，库仑( coulomb )在1773年提出了砂土抗剪强度公式和挡土墙土压力的滑楔理沦;英国学者W.J.M.朗肯(Rankine)又从另一途径建立了土压力理论;法国工程师H.达西(Darcy)在1
19、856年提出了层流运动的达西定律;捷克工程师E.文克勒(winkler)在1867年提出了铁轨下任一点的接触压力与该点土的沉降成正比的假设;法国学者J.布辛奈斯克(Boussinesq)在1885年提出了竖向集中荷载作用下半无限弹性体应力和位移的理论解答。,1925年，太沙基发表第一本比较系统完整的著作土力学标志着土力学的建立。 “工程实用土力学”的出现，标志着“土力学及基础工程”，真正成为一门工程科学;1936年在美国哈佛召开了第一届国际土力学及基础工程学术会议，至今已17届，特别是在20世纪70年代以来，把学科推向现代化。,人物小传,简介,太沙基K（Karl Terzaghi,188319
20、63），又译泰尔扎吉，美籍奥地利土力学家，现代土力学的创始人。1883年10月2日生于布拉格（当时属奥地利）。1904年和1912年先后获得格拉茨（Graz）工业大学的学士和博士学位。 早期太沙基从事广泛的工程地质和岩土工程的实践工作，接触到大量的土力学问题。后期转入教学岗位，从事土力学的教学和研究工作，并着手建立现代土力学。他先后在麻省理工学院、维也纳高等工业学院和英国伦敦帝国学院任教。最后长期在美国哈佛大学任教。,简介,太沙基在1936年的第1届到1957年的第4届国际主力学及基础工程会议上连续被选为主席。1923年太沙基发表了渗透固结理论，第一次科学地研究土体的固结过程，同时提出了土力学
21、的一个基本原理，即有效应力原理。1925年，他发表的世界上第一本土力学专著建立在土的物理学基础的土力学被公认为是进入现代土力学时代的标志。随后发表的理论土力学和实用土力学（中译名）全面总结和发展了土力学的原理和应用经验，至今仍为工程界的重要参考文献。,成就及荣誉,太沙基集教学、研究和实践于一体，十分重视工程实践对土力学发展的重大意义。土石坝工程是他的一项重要研究领域。他所发表的近300种著作中，有许多是和水利工程有关的。他最后的一篇文章就是介绍米逊（Misson）坝软土地基的处理问题的。 由于学术和工程实践上的卓越成就，他获得过9个名誉博士学位，受过多种奖励。他是唯一得到过4次美国土木工程师学
22、会最高奖诺曼奖的杰出学者。为了表彰他的功勋，美国土木工程师学会还建立了太沙基奖及讲座。,钱塘江大桥（19341937）,二、 基础工程学科的发展,随着岩土工程及其他相关学科的不断发展，基础工程在设计计算理论和方法、施工技术和机械设备等方面都有了长足的进展。20世纪90年代以来，陆续编制了规范规程有：建筑地基处理技术规范、建筑桩基技术规范、高层建筑岩土工程勘察技术规范、岩土工程勘察技术规范、建筑地基基础设计规范等，这些规范规程都是基础工程在各个领域中取得的科研成果和工作经验的高度概括，反映了近十年来基础工程的发展水平。,目前，基础工程中的关注点是：设计计算理论和方法方面的研究探讨，包括考虑上部结
23、构、基础与地基共同工作的理论和计算方法，概率极限状态设计理论和方法，优化设计方法，以及数值分析方法和计算机技术的应用。,目前两种技术也得到极大重视：(一) 桩基础技术：其中桩土共同作用理论，新的桩基设计控制理论、设计方法，桩基承载力和沉降的合理估算，新的桩型。例如：大直径成孔灌注桩、预应力管桩、挤扩支盘桩、套筒桩、微型桩和异型桩的研究开发，后注浆技术在桩基工程中的应用，以及桩基础的环境效应等成为研究和开发的重点。,(二)深基坑开挖问题研究的重点放在土、水压力的估算，基坑支护设计理论和方法的深化优化设计、概念设计和动态设计以及时空效应的方法等，新的基坑支护方法。如：复合土钉墙、地下连续墙、锚杆挡
24、墙等的开发研究，基坑开挖对环境的影响，以及逆作法技术的应用的。,施工及检测技术的改进也是基础工程理论关心的问题。对于深水和复杂地质条件下基础工程，例如，大型桥梁、水工结构、近海工程中，重要的是深入研究地震、风和波浪冲击的作用，以及发展深水基础的设计和施工方法。,一、基础工程事故造成的危害,建筑物事故的发生，许多有地基问题有关。主要反映在地基强度破坏、失稳或地基产生过大的变形。常见的基础工程事故包括：(1) 地基强度不足造成的事故 表现在地基内形成滑移面，引起地基滑动，从而使建筑物倒塌。重大事故。(2) 地基失稳工程事故 土坡失稳(土坡产生滑坡及坍塌现象)会导致附近建筑物(构筑物)破坏。,(3)
25、 地基变形过大造成工程事故 地基变形超过规定的允许值时，影响了正常建筑物的使用，严重者发生倒塌破坏。(4) 其他工程事故 地下水在地基土中的渗流及水位升降导致地基变形，产生沉降；地震造成的地基破坏；此外地下工程的兴建等，均可导致地基有效应力的变化，造成事故。 除了上述之外，由于设计、施工不当易造成基础工程事故，轻者影响建筑使用，重者影响建筑物的安全。,比较成功的基坑工程实例一,广州白云宾馆：该建筑主楼33层，高114m，总重近10万吨，地基自上而下为粉质粘土、砂砾岩石交互层等。采用287根的钻孔灌注桩，桩嵌入基岩中1m左右，单桩竖向承载力4500kN，建筑物最终沉降量稳定在4mm以内。,二、基
26、础工程实例分析,比较成功的基坑工程实例二,北京京城大厦基坑工程：该大厦楼高183m，地上52层，地下4层；基坑开挖深度23.76m。地层由杂填土、粉质粘土与粉土互层、圆砾、卵石层等组成，土层平均参数： =30，=18kN/m3，c=20kPa。采用桩墙锚拉支护：护坡桩桩长27m，间距1.1m，为488x300 x11x18H型钢；用三层钢铰线锚杆（分别距地面5、12、18m，水平间距2.2、2.2、1.65m，全长分别为30、28、18m，）锚拉。支护效果较好，其边坡最大侧向位移仅30mm。,工程事故实例一,加拿大特朗斯康谷仓地基事故：建于1941年的加拿大特朗斯康谷仓(Transcona G
27、rain Elevator)由65个圆柱形筒仓组成，高31m,宽23m，其下为筏板基础。建成后初次贮存谷物，谷仓西侧突然陷人土中8.8m，东侧抬高1.5m，仓身倾斜27。,加拿大Transcona 谷仓，建于1913年。高31m，宽23m。地基破坏后，西侧下陷7.32m，东侧抬高1.52m，倾斜27o。后用388个50T千斤顶纠正，但位置较原先下降4m。,事后发现基础下埋藏有厚达16m的软粘土层，贮存谷物后使基底平均压力超过了地基的极限承载能力，地基发生整体滑移。 因该谷仓采用的是片筏基础，基础与上部结构刚度均很强因而完好无损。发生事故后，用了388个500KN的千斤顶及支撑系统对其筏板基础实
28、施纠正，纠偏效果较好，但基础标高比原来降低了4m。 这是一个典型的强度问题的例子。,工程事故实例二,上海展览中心馆事故：上海展览中心馆位于上海市延安东路北侧，中央大厅为框架结构，采用箱形基础，两翼展览馆采用条形基础。箱基顶面至中央大厅顶部塔尖的高度为93.63m，基础埋深7.27m。地基为高压缩性淤泥质粘土。 展览馆于1954年开工，当年年底实测地基平均沉降量为60cm。1957年中央大厅四周的沉降量最大处达到146.55cm。1979年9月中央大厅的平均沉降量达到160cm。,由于沉降差过大，导致中央大厅与两翼展览馆连接、室内外连接的水、暖、电管道断裂，严重影响展览馆的正常使用。 分析发现，
29、虽然根据有关规范和现场载荷试验确定了地基承载力，但没有进行变形计算，仅仅保证了强度要求而忽略了变形要求。 这是一个典型的变形过大而影响正常使用的工程实例。,福州老火车站服务楼下沉情况,工程事故实例三,某火车站服务楼建于淤泥层厚薄不均的软土地基上。在上部混合结构的柱下和墙下分别设置了一般的扩展基础和毛石条形基础。 中间四层的隔墙多，采用钢筋混凝土楼面，整体刚度和重量较两翼大。而与之相连的两翼，内部空旷，三层木楼面通过钢筋混凝土梁支撑在外墙和中柱上，明显重量轻而刚度不足。,由于建筑物各部分的荷载和刚度悬殊，建成不久便出现不均匀沉降。两冀墙基向中部倾斜，致使墙体、窗台和钢筋混凝土楼面都出现相当严重的
30、裂缝，影响使用和安全。 这是一个典型的设计时未从地基一基础一上部结构相互作用的整体概念出发进行综合考虑，以致结构布局不当的工程实例。,工程事故实例四,长春新世界广场深基坑工程事故：拟建工程主楼42层160m高，地下室3层，埋深16m，占地7800m2；场地地层地质情况为：杂填土2.5m，粉质粘土7.0m，粘土4.0m，粉质粉土2.0m，砾砂4m，以下基岩，地下稳定水位为-3m。 该工程设计采用了护桩锚杆支护：护桩0.8m，桩长21m， 间距2.0m；两层锚杆分别设在-5.0m、-9.5m处，锚杆全长分别为18m、20m（锚固段长度分别为13m、14m），锚孔直径150mm，锚杆倾斜角度为18，
31、锚杆由232级螺纹钢筋组成，锚杆横梁用2根43号旧钢轨组成。,该工程施工结束后，基坑东南侧、西侧的护桩相继拉断，造成大面积塌方与滑坡严重的基坑事故。事故的主要原因是支护结构设计不合理，两层锚杆太少（应设计成三层）且锚杆位置不正确，致使护坡桩的抗弯能力不足而被拉断，其次锚杆横梁与护桩间隙过大，施工中过多地使用垫木来充填间隙，这就造成了桩墙及边坡的位移过大。,工程事故实例五,意大利比萨斜塔：该塔于1173年动工修建，建至24m高时发现倾斜而被迫停工，一百年后续建至塔顶（高约55m）。至今塔南侧沉降了约3m，北侧沉降了1m多，倾斜了5.8度。1932年曾在塔基灌注了1000多吨水泥，也没有奏效。近年
32、来，该塔每年下沉约1mm左右，已经成为世界上最著名的基础工程处理难题。,南侧下沉3m多，北侧下沉1m多，倾斜度6度，塔顶中心点偏离5m。,虎丘塔,苏州虎丘塔，建于公元959961年期间，7级8角形砖塔，塔底直径13.66m，高47.5m。塔顶1957年位移1.7m，1978年2.3m。重心偏离基础轴线0.924m。,虎丘塔,地基土为世界罕见的软弱土，层厚达25m。因此，墨西哥城艺术宫严重下沉，沉降量竟高达4m。临近的公路下沉2m，公路路面至艺术宫门前高差达2m。参观者需步下9级台阶，才能从公路进入艺术宫。这是地基沉降最严重的典型实例。,墨西哥博物馆不均匀沉降,某教工住宅楼因室外地面下沉导致楼梯
33、入口拉裂,地基液化,砂土液化造成的破坏在1964 年新泻地震(1964.6.16，里氏地震级别：7.5)时大量出现而引起广大研究者的注意。许多学者对此作了广泛的研究，包括大量的实验与数值计算。砂土液化的机理其实很简单：对松砂而言，一旦受到剪切就会产生剪缩(negative dilatancy)，即产生体积压缩。在饱和状态下，由于水几乎是不可压缩的，如砂土中的水在受压时无法及时排出，则会产生很大的孔隙水压，最终导致有效平均应力为零，此时砂土就变成液体。砂土一旦液化，就会对埋在土中的建筑物造成破坏影响。对基础而言，由于地基丧失了支持能力，无法支撑上部结构的重量或地震时的水平惯性力而导致整个结构的破
34、坏。,地基液化,地震液化在地质上有如下的宏观现象:(1)喷水冒砂:土体中剩余孔隙水压力所产生的管涌所导致的水和砂在地面上喷出。（2）地下砂层液化：地基中某些砂层，在其上虽覆盖有一定厚度的非液化土层，但当地震烈度大于7度时，地下饱和砂层可发生液化，地基的强度降低。,液化土层的判别：,影响土层液化的主要因素有振动强度、透水性、密度、粘性、静应力状态等。当地基内存在如下土层特点时应注意：（1）若土的密度大，振动下体积收缩的趋势小，不易液化。很密的土振动时甚至会振松，体积有增大趋势，土内空隙水压力不仅不会增加，反而成为负值，土由外部向孔隙中吸收水分，土粒的有效应力增大。,液化土层的判别：,（2）土的渗
35、透性不好，则不易排水，孔隙水压力得以增大，易于液化。（3）土的粘性大，则在有效应力消失时土粒还可以依赖粘聚力来联系，不致使骨架崩溃，因此粘性大的土不易液化。（4）若土的有效应力大，或土埋深大，则液化需要较高的孔隙水压力，故比受力小的土更难液化。（5）振动强度增大至一定程度时会产生液化。一般经验认为：地震烈度在6度以下的地区很少发现液化造成的喷水冒砂现象。,液化土层的判别：,在一般的地震强度下（烈度6-9度，地面最大振动加速度平均值为0.1-0.4g），在地面以下15m深度内饱和的松至中密的砂和粉土是最常见的液化土。因为这类土透水性差、粘性小，密度差并且埋藏较浅。砾石、干砂、粘性土、黄土等在7-
36、9度地震烈度下通常不会液化。在工程地质勘察中，液化层常采用原位测试方法来判别。,地基液化,对堤坝而言，则由于砂土液化而造成大面积地基的水平流动，将堤坝冲毁，并因此破坏码头设施。照片4.3-2 及4.3-3分别给出了阪神大地震(1995.1.17，里氏地震级别：7.2)中发生的基础破坏及码头设施破坏的情景。另外，对埋入土中的地下结构如地铁、地下管道等，由于它们的单位体积重量轻于液化后的砂土，在土液化时受到向上的浮力而浮起，从而产生破坏。照片4.3-4 是日本北海道十胜冲地震(2003.9.26，里氏地震级别：7.8)中拍摄到的下水管道窨井的上浮情景。从,三、基础工程的重要性,(1) 地基与基础的
37、设计与施工质量影响整个结构物质量 (2) 基础工程是隐蔽工程，如有缺陷，较难发现，也较难弥补或修复 (3) 基础工程施工的进度，经常控制整个结构物施工进度(4) 基础工程的造价，通常在整个结构物造价中占相当大的比重,1.5 基础工程学科特点及学习要求,一、 学科特点(1)重要的专业课程(2)内容广泛、综合性强(3)涉及的规范多,基础工程需要工程地质和土力学的基本知识，这两门专业基础可是本课程的先修课程，其中土的基本特性以及土力学关于强度、变形、稳定、地基承载力等课题的基本内容和地基计算方法都是必须掌握的。 本课程培养学生阅读和使用工程地质勘测资料的能力，利用土力学知识，结合结构计算和施工知识，
38、合理地解决基础工程问题。,地基基础设计的主要方面,基础设计,基本尺寸,钢筋数量等,基础工程学涵盖各种类型建筑物、构筑物的各类基础及地基处理的设计与施工技术，其研究领域非常广泛。 基础工程服务于各种类型建筑物与结构物，包括建筑工程、桥梁工程、水工建筑物、港工建筑物、海上平台等各种陆上、水上、水下和地下的结构物。 基础工程的研究内容包括浅基础、深基础和桩基础、地基处理、支挡结构物、基坑工程以及现场监测技术、地基与基础的共同作用分析技术等，几乎囊括了所有与土有关的结构工程的设计、计算技术，以及实施设计意图的施工技术和施工组织管理。,二、 学习要求,（1）掌握各种深基础与基坑支护方法的基本原理、适用范
39、围与特点，具备合理选择基础与基坑支护方法的初步能力；（2）基本掌握常用的深基础与基坑工程的设计计算知识，并初步具有常见的基础工程设计计算的工作能力；（3）熟悉常用的深基础与基坑工程施工技术方法、常用机具与施工工艺，并具有工程施工组织与管理的能力。,本课程学习要求与学习方法,学习要求： 掌握地基基础设计计算的基本原理和方法 对一般工程的地基基础具有设计和施工管理能力 对常见的基础工程事故作出合理的分析和评价 学习方法： 理论联系实际 课堂教学注意掌握基本原理和计算方法，淡化具体规范、规程；课程设计中要求熟悉和掌握各专业方向的行业规范,考核方式的基本要求,本课程教学内容为考试课必考内容，学习成绩由
40、平时考核与期末闭卷笔试考试综合评定。本课程的教学（考试课）选用百分制记分：平时考核以课堂作业（包括设计性作业）、课堂随机提问、实验报告为主，其成绩占总成绩的30% ；期末考试采用试题库，考试内容包括基本理论知识、施工技术及设计计算等，题型以综合应用为主，期末考试成绩占总成绩的70%。,授课教材： 赵明华，徐学燕. 基础工程. 高等教育出版社（第2版） 莫海鸿，杨小平. 基础工程. 中国建筑工业出版社参考书目：基础工程复习与习题全解. 同济大学出版社，2005.(*) 王协群，章宝华.基础工程. 北京大学出版社，2006.建筑地基基础设计规范（GB 50007-2002） 建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）,
