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1、第3章 基础工程 与地基处理,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。,基础工程是阐述建筑设计和施工中有关地基和基础问题的学科。基础工程占工程造价的20%30%，工期占总工期的25%30%。据统计，世界各地的工程事故中，以地基基础事故为最多，而且一旦此类事故发生，补救非常困难，往往要花费大量的人力、财力，严重者几乎无法修复。因此，要充分重视地基和基础的设计、施工质量。,3.1 地基、基础及基础工程的概念,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。一般用砖、石、混凝土及钢筋混凝土等材料建造。
2、地基:是指承托土木工程基础的这一部分很小的场地。大部分地基对于承托土木工程基础这一重任，并不是天然就理想的，所有存在地基处理。地基处理:指天然地基软弱，不能满足地基承载力和变形设计的要求，而需经过人工处理后再建造基础，也称地基加固。人工地基:是指当天然土层的承载力差，对土层必须进行人工处理，（如将坏土挖掉，填以砂或块石混凝土后；或在天然土层内打桩、碾压、夯实），才能在上面建造建筑物或构筑物的土层。即这种经过人工处理的土层，称人工地基。,按基础刚度分类：刚性基础、扩展基础,1.刚性基础 刚性基础是由砖、石、素混凝土或灰土等材料做成的基础。,3.2 浅基础,2.扩展基础 当刚性基础不能满足力学要求
3、时，可以做成钢筋混凝土基础，称为扩展基础,亦称延性基础。,按构造分类：,1.独立基础2.条形基础3.十字交叉基础4.筏板基础5.箱形基础6.壳体基础,1.独立基础,在建筑中，柱的基础一般都是独立基础。亦称单独基础。,柱下单独基础,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。,墙下条形基础,十字交叉条形基础,3.3 浅基础,3.十字交叉基础,柱下条形基础不能满足地基基础设计要求时，可采用双向的柱下钢筋混凝土条形基础形成的十字交叉条形基础，又称交叉梁基础。,4.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
4、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。,带形基础、十字形基础、筏式基础 箱形基础,5.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。,箱形基础,6.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。,壳体基础,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。,3.3 深基础,特点：四周有壁、下部无底、侧壁下部有刃脚的筒形结构物。既是基础，又是施
5、工时的挡土和挡水围堰，施工工艺也不复杂。适用范围：上部荷载较大，结构对基础的变位敏感，表层地基土的允许承载力不足，做扩大基础开挖工作量大以及支撑困难，但在一定深度下有好的持力层时采用。类型：按下沉方式分为就地制造下沉的沉井和浮运沉井；按外观形状分为单孔或多孔的圆形、矩形、圆端沉井及网格形。,3.3.1 沉井基础,特点：顶盖留有孔洞，以安设向上接高的气筒(井管)和各种管路。在沉箱顶盖上安装围堰或砌筑永久性外壁。顶盖下的空间称工作室。适用范围：待建基础的土层中有障碍物而用沉井无法下沉，基桩无法穿透时；待建基础邻近有埋置较浅的建筑物基础，要求保证其地基的稳定和建筑物的安全时；待建基础的土层不稳定，无
6、法下沉井或挖槽沉埋水底隧道箱体时 类型：分为就地建造和岸边建造两种。,3.3.2 沉箱基础,气压沉箱施工的典型布置图,日本明石海峡大桥（中跨1991m，主塔297m）,（1）移动主塔 沉箱就位,（3）水下浇注混凝土,（2）沉箱,优点：是刚度大,既挡土又挡水,施工时无振动,噪音低,可用于任何土质。施工过程：利用专用的挖槽机械在泥浆护壁下开挖一定长度（一个单元槽段）-挖至设计深度并清除沉渣-插入接头管-吊入钢筋笼-导管浇注混凝土-待混凝土初凝后拔出接头管-逐段施工。地下连续墙在成槽之前先要沿设计轴线施工导墙，导墙的作用是挖槽导向、防止槽段上口塌方、存蓄泥浆和作为测量的基准,3.3.3 地下连续墙,
7、天津百货大楼地下连续墙,3.5 地基处理,大型填海工程地基处理,地基处理的主要目的是指提高软弱地基的强度、保证地基的稳定性；降低软弱地基的压缩性、减少基础的沉降；防止地震时地基土的振动液化；消除特殊土的湿陷性、胀缩性和冻胀性。,软弱地基系指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其他高压缩性土层构成的地基。这种地基天然含水量过大，承载力低，在荷载作用下易产生滑动或固结沉降。,3.4.1 软弱地基,1.软土 软土是淤泥和淤泥质土的总称。软土的特性是天然含水量高、天然孔隙比大、抗剪强度低、压缩系数高、渗透系数小。在外荷载作用下地基承载力低、地基变形大，不均匀变形也大，且变形稳定历时较长，在比较深厚的
8、软土层上，建筑物基础的沉降往往持续数年乃至数十年之久。,2.冲填土 系由水力冲填泥沙沉积形成的填土。常见于沿海地带和江河两岸。冲填土的特性与其颗粒组成有关，此类土含水量较大，压缩性较高，强度低，具有软土性质。它的工程性质随土的颗粒组成、均匀性和排水固结条件不同而异，当含砂量较多时，其性质基本上合粉细砂相同或类似，就不属于软弱土；当粘土颗粒含量较多时，往往欠固结，其强度和压缩性指标都比天然沉积土差，则应进行地基处理。,3.杂填土 系含有大量建筑垃圾、工业废料及生活垃圾等杂物的填土。它的成因没有规律，成分复杂，分布极不均匀，厚度变化大，有机质含量较多，性质也不相同，且无规律性。它的主要特性是土质结
9、构比较松散，均匀性差，变形大，承载力低，压缩性高，有浸水湿陷性，就是在同一建筑物场地的不同位置，地基承载力和压缩性也有较大的差异，一般需要经处理才能作建筑物地基。,4.高压缩性土壤 饱和的松散粉细沙（含部分粉质粘土），亦属于软弱地基的范畴。当受到机械振动和地震荷载重复作用时，将产生液化现象；基坑开挖时会产生流砂或管涌，再由于建筑物的荷重及地下水的下降，也会促使砂土下沉。,3.4.2 特殊土地基 特殊土地基带有地区性特点，它包括软土、湿陷性黄土、膨胀土、红粘土和冻土等地基。以下简要阐明它们的特性。1.湿陷性黄土 凡天然黄土在上覆土的自重应力作用下，或在上覆土自重应力和附加应力作用下，受水浸湿后土
10、的结构迅速破坏而发生显著附加下沉的黄土，称为湿陷性黄土。由于黄土的浸水湿陷而引起建筑物的不均匀沉降是造成黄土地区事故的主要原因，设计时首先要判断是否具有湿陷性，再考虑如何进行地基处理。选择地基处理方法，应根据建筑物的类别，湿陷性黄土的特性、施工条件和当地材料，并经综合技术经济比较确定。,2.膨胀土 膨胀土是指粘粒成分主要由亲水性粘土矿物组成的粘性土。它是一种吸水膨胀和失水收缩、具有较大的胀缩变形性能，且是变形往复的高塑性粘土。利用膨胀土作为建筑物地基时，如果不进行地基处理，常会对建筑物造成危害。3.红粘土 红粘土是指石灰岩和白云岩等碳酸盐类岩石在亚热带温湿气候条件下，经风化作用所形成的褐红色粘
11、性土。通常红粘土是较好的地基土，但由于下卧岩面起伏及存在软弱土层，一般容易引起地基不均匀沉降。4.季节性冻土 冻土是指气候在负温条件下，其中含有冰的各种土。季节性冻土是指该冻土在冬季冻结，而夏季融化的土层。多年冻土或永冻土是指冻结状态持续三年以上的土层。季节性冻土因其周期性的冻结和融化，因而对地基的不均匀沉降和地基的稳定性影响较大。,3.4.3 地基处理的目的地基处理的目的是采用各种地基处理方法改善地基条件，这些措施包括以下五个方面的内容。1.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。因此，为了防止剪切破坏，
12、就需要采取增加地基土的抗剪强度的措施。2.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，因此需要采取措施提高地基土的压缩模量。,3.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。因此需要研究和采取使地基土变成不透水或减少其水压力的措施。4.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。因此需要研究和采取使地基土防止液化，并改善振动特性以提高地基抗震性能的措施。5.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。,3.4.4 软弱地基,
