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1、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。工程地质、基础工程、地基处理都是土木工程专业知识的重要构成部分，是专业知识大厦的“地基与基础”。工程实践中解决地基基础问题主要通过理论、实验、经验三方面结合来解决。理论是指土力学的基本理论和各类地基基础的结构计算理论。复杂的地基基础问题要通过大量的现场和室内实验的结果来解决。工程地质勘察应分阶段进行,可分为：可行性研究勘察（选址勘察）、初步勘察和详细勘察三个阶段。第1页/共40页第一节 工程地
2、质勘查工程地质勘察的目的主要是查明工程地质条件，分析存在的地质问题，对建筑地区作出工程地质评价。工程地质勘察的任务是按照不同勘察阶段的要求，正确反映场地的工程地质条件及岩土体性状的影响，并结合工程设计、施工条件，以及地基处理等工程的具体要求，进行技术论证和评价，提出岩土工程问题及解决问题的决策性具体建议，并提出基础、边坡等工程的设计准则和岩土工程施工的指导性意见，为设计、施工提供依据，服务于工程建设的全过程第2页/共40页一、工程地质测绘工程地质测绘就是填绘工程地质图，根据野外调查综合研究勘察区的地质条件，填绘在适当比例尺地形图上加以综合反映。工程地质测绘方法有实地测绘法和像片成图法。实地测绘
3、所用的主要仪器 精密水准仪 光学经纬仪第3页/共40页像片成图法是利用地面摄影或航空（卫星）拍摄的像，先在室内解释，并结合所掌握的区域地质资料，确定出地层岩性、地质构造、地貌、水系及不良地质现象等，描绘在单张像片上。然后在像片上选择需要调查的若干点和路线，据此去实地进行调查、校对修正，绘成底图。最后，将结果转绘成工程地质图。下图为航空摄影测量示意第4页/共40页二、工程地质勘探方法工程地质勘探是在工程地质测绘的基础上，为了进一步查明地表以下的工程地质问题，取得深部地质资料而进行的。勘探的方法主要有：坑探、槽探、钻探、地球物理勘探等。三、一般工业与民用建筑岩石工程勘察工程建筑物的破坏，绝大多数是
4、由于地基损坏造成的，造成后果有时极为严重，会造成重大的经济损失和社会影响，甚至危及人类生命。我国根据国家标准建筑地基基础设计规范、岩石工程勘察规范、建筑抗震设计规范等划分勘察等级。第5页/共40页四、高层建筑岩土工程勘察五、公路工程地质勘察六、桥梁工程地质勘察七、隧道工程地质勘察第6页/共40页第二节 浅基础一般而言，基础多埋置于地面以下，但诸如码头桩基础、桥梁基础、半地下室箱形基础等均有一部分在地表之上。通常把位于天然地基上、埋置深度小于5m的一般基础（柱基或墙基）以及埋置深度虽超过5m，但小于基础宽度的大尺寸基础（如箱形基础），统称为天然地基上的浅基础。第7页/共40页在桥梁结构中，对于无
5、冲刷河流，埋置深度是指河底或地面至基础底面的距离；有冲刷河流是指局部冲刷线至基础底面的距离。如果地基属于软弱土层（通常指承载力低于100kPa的土层），或者上部有较厚的软弱土层，不适于做天然地基上的浅基础时，也可将浅基础做在人工地基上。天然地基上的浅基础埋置深度较浅，用料较省，无需复杂的施工设备，在开挖基坑、必要时支护坑壁和排水疏干后对地基不加处理即可修建，工期短、造价低，因而设计时宜优先选用天然地基。当这类基础及上部结构难以适应较差的地基条件时才考虑采用大型或复杂的基础形式，如连续基础、桩基础或人工处理地基。第8页/共40页比萨斜塔正是由于地基土质较差，基础埋置较浅，仅3.05米,在建到第三
6、层时,基础发生不均匀沉降。塔顶中心点偏离中心线2.1米,现已偏离5.2米,终成斜塔。比萨斜塔第9页/共40页一、按基础刚度分类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。(a)砖基础(b)砌石基础(c)素混凝土基础第10页/共40页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。墙下钢筋混凝土扩展基础示意图第11页/共40页柱下扩展基础和墙下扩展基础一般做成锥形和台阶形。对于墙下扩展基础，当地基不均匀时，还要考虑墙体纵向弯曲的影响。这种情况下，为了增加基础的整体性和加强基础纵向抗弯能力，墙下扩展基础可采用有肋的基础形式。(a)锥形 (b)台阶
7、形 (c)有肋的扩展基础 扩展基础的形式第12页/共40页二、按构造类型可分为：1单独基础：在建筑中，柱的基础一般都是单独基础。柱下单独基础第13页/共40页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。墙下条形基础第14页/共40页3筏板基础和箱形基础：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。为了增加基础板的刚度，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
8、基础。筏板基础(a)、(b)平板式；(c)、(d)肋梁式第15页/共40页箱形基础第16页/共40页4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。正、倒锥组合壳基础第17页/共40页第三节 深基础深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。如：桩基、地下连续墙、墩基和沉井等。第18页/共40页一、桩基础桩可根据桩身材料、施工方法、成桩过程中挤土效应、承载性状及使用功能等进行分类。1按桩身材料分类按桩身材料不同，可将桩划分为木桩、混凝土桩、钢筋混凝土桩、钢桩、其它组合材料桩。a.木桩b.预制混凝土桩c.预制混凝土管
9、桩g.复合桩第19页/共40页2按施工方法分类按施工方法可分为预制桩、灌注桩两大类。d.e.f.混凝土灌注桩第20页/共40页3按成桩过程中挤土效应分类随着桩的设置方法（打入或钻孔成桩等）的不同，桩周土所受的排挤作用也很不相同。挤土作用会引起桩周土天然结构、应力状态和性质的变化，从而影响土的性质和桩的承载力。对桩按设置效应分为三类：挤土桩、小量挤土桩和非挤土桩。4按承载性状分类轴向荷载作用下的竖直桩，按达到承载力极限状态时的荷载传递主要方式，可分为(a)端承型桩和(b)摩擦型桩两大类，如下图所示。沉管灌注桩施工过程:就位沉套管开始灌注混凝土下钢筋骨架继续浇灌混凝土拔管成型第21页/共40页二、
10、地下连续墙基础地下连续墙的优点是刚度大,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第22页/共40页三、墩基础墩基础是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。墩身施工：在护圈保护下开挖土方支模板浇筑混凝土护圈浇筑墩身混凝土四、沉井基础为了满足结构物的要求，适应地基的
11、特点，在土木工程结构的实践中形成了各种类型的深基础，其中沉井基础，尤其是重型沉井、深水浮运钢筋混凝土沉井和钢沉井，在国内外已有广泛的应用和发展，如我国的南京长江大桥。第23页/共40页公路铁路两用双层钢架连续桥梁，跨度160米，铁路桥总长6,772米，1968年建成，该桥的建成是中国修建深水基础桥梁工程的一项重大突破。第24页/共40页沉井按下沉方式分类（1）就地制造下沉的沉井这种沉井是在基础设计的位置上制造，然后挖土靠沉井自重下沉。如基础位置在水中，需先在水中筑岛，再在岛上筑井下沉（2）浮运沉井在深水地区，筑岛有困难或不经济，或有碍通航，或河流流速大，可在岸边制筑沉井拖运到设计位置下沉，这类
12、沉井叫浮运沉井。沉井施工过程:基坑开挖铺砂垫层和承垫木沉井制作抽取承垫木挖土下沉封底回填浇筑其它部分结构。第25页/共40页第四节 不均匀沉降问题地基的不均匀沉降会造成建筑物的开裂，影响其使用功能的发挥，因此，设计中必须考虑如何防止或减轻不均匀沉降造成的危害。浅基础设计和计算应该兼顾地基和基础两方面进行，主要内容包括：1天然地基设计：选择基础埋置深度；确定地基承载力；验算地基变形和地基稳定性。2基础设计：选择基础类型和材料；计算基础内力；确定基础各部分尺寸、配筋和构造。第26页/共40页减少不均匀沉降的措施一、建筑措施1建筑物体型应力求简单建筑物高差太大而开裂当地基软弱时，建筑物的紧接高差以不
13、超过一层为宜第27页/共40页2控制建筑物的长高比二层以上的砌体承重房屋，当预估的最大沉降量超过120mm时，长高比不宜大于2.5。建筑物开裂实例纵墙的长高比达7.6的过长建筑物第28页/共40页3合理布置纵横墙外纵墙多次转折，内纵墙中断的建筑物地基不良时，应尽量使内、外纵墙都贯通。第29页/共40页4设置沉降缝第30页/共40页5合理安排建筑物间的距离原有的一幢二层房屋，在新建五层大楼影响下开裂6控制与调整建筑物的各部分标高第31页/共40页二、结构措施1减轻建筑物的自重2在墙体内设置圈梁3减小和调整基础底面附加应力4采用非敏感结构三、施工措施1保持地基土的原状结构2选择合理的施工方法3合理
14、安排施工顺序第32页/共40页第五节 地基处理地基处理的历史可追溯到古代，我国劳动人民在地基处理方面有着极其宝贵的丰富经验，许多现代的地基处理技术都可在古代找到它的雏型。根据历史记载，早在二千年前就已采用了软土中夯入碎石等压密土层的夯实法；灰土和三合土的垫层法，也是我国古代传统的建筑技术之一；我国古代在沿海地区极其软弱的地基上修建海塘时，采用每年农闲时逐年填筑，即现代堆载预压法中称为分期填筑的方法，利用前期荷载使地基逐年固结，从而提高土的抗剪强度，以适应下一期荷载的施加，这就是我国古代劳动人民在软土地基上从实践中积累的宝贵经验。一、地基处理的对象与目的第33页/共40页1、地基处理的对象地基处
15、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。2、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以改善地基条件，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，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
16、和差异沉降大，因此需要采取措施提高地基土的压缩模量。第34页/共40页（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。第35页/共40页二、地基处理的方法与方案选择1、处理的方法与方案当建筑物基础下
17、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。地基用换填法处理2、预压法预压法是一种有效的软土地基处理方法。该方法的实质是，在建筑物或构筑物建造前，先在拟建场地上施加或分级施加与其相当的荷载，使土体中孔隙水排出，孔隙体积变小，土体密实，提高地基承载力和稳定性。堆载预压法处理深度一般达10m左右，真空预压法处理深度可达15m左右。3、强夯法强夯法是法国L梅纳（Menard）1969年首创的一种地基加固方法，即用几十吨重锤从高处落下，反复多次夯击地面，对地基进行强力夯实。实践证
18、明，经夯击后的地基承载力可提高25倍，压缩性可降低200500，影响深度在10m以上。第36页/共40页4、振冲法（可分为振冲挤密法和振冲置换法或称振冲碎石桩法）振冲法是振动水冲击法的简称，按不同土类可分为振冲置换法和振冲密实法两类。振冲法在粘性土中主要起振冲置换作用，置换后填料形成的桩体与土组成复合地基；在砂土中主要起振动挤密和振动液化作用。振冲法的处理深度可达10m左右。振冲技术亦称为振冲法，振冲法是以起重机吊起振冲器，启动潜水电机带动偏心块，使振冲器产生高频振动，同时开动高压水泵，使高压水由喷嘴射出，在振冲作用下，将振冲器逐渐沉入土中的设计深度。清孔后即从地面向孔内逐段填入碎石。每一填石
19、段为3050cm，不停地投石振冲，经振挤密实达到设计要求后方提升振冲器，再填筑另一桩段。如此重复填料和振密，直到地面，由此在地基中构成大直径的桩土共同工作的复合地基。建筑物及其承担的荷载即由地基中的碎石桩和振密了的土体共同承担，因此，复合地基的承载力较原松软地基大为提高，而沉降与不均匀沉降将显著地减小。5、深层搅拌法深层搅拌法系利用水泥或其它固化剂通过特制的搅拌机械，在地基中将水泥和土体强制拌和，使软弱土硬结成整体，形成具有水稳性和足够强度的水泥土桩或地下连续墙，处理深度可达812m。施工过程：定位沉入到底部喷浆搅拌（上升）重复搅拌（下沉）重复搅拌（上升）完毕第37页/共40页6、砂石桩法振动
20、沉管砂石桩是振动沉管砂桩和振动沉管碎石桩的简称。振动沉管砂石桩就是在振动机的振动作用下，把套管打入规定的设计深度，夯管入土后，挤密了套管周围土体，然后投入砂石，再排砂石于土中，振动密实成桩，多次循环后就成为砂石桩。也可采用锤击沉管方法。桩与桩间土形成复合地基，从而提高地基的承载力和防止砂土振动液化，也可用于增大软弱粘性土的整体稳定性。其处理深度达10m左右。7、土或灰土挤密桩法土桩及灰土桩是利用沉管、冲击或爆扩等方法在地基中挤土成孔，然后向孔内夯填素土或灰土成桩。成孔时，桩孔部位的土被侧向挤出，从而使桩周土得以加密。土桩及灰土桩挤密地基，是由土桩或灰土桩与桩间挤密土共同组成复合地基。土桩及灰土
21、桩法的特点是：就地取材，以土治土，原位处理、深层加密和费用较低。第38页/共40页三、地基处理的技术发展近40年来，国外在地基处理技术方面发展十分迅速，老方法得到改进，新方法不断涌现。在20世纪60年代中期，从如何提高土的抗拉强度这一思路中，发展了土的“加筋法”；从如何有利于土的排水和排水固结这一基本观点出发，发展了土工合成材料、砂井预压和塑料排水带；从如何进行深层密实处理的方法考虑，采用加大击实功的措施，发展了“强夯法”和“振动水冲法”等。另外，现代工业的发展对地基工程提供了强大的生产手段，如能制造重达几十吨的强夯起重机械；潜水电机的出现，带来了振动水冲法中振冲器的施工机械；真空泵的问世，才
22、能建立真空预压法；生产了大于200个大气压的压缩空气机，从而产生了“高压喷射注浆法”。随着地基处理工程实践和发展，人们在改造土的工程性质的同时，不断丰富了对土的特性研究和认识，从而又进一步推动了地基处理技术和方法的更新，因而地基处理成为土力学基础工程领域中的一个较有生命力的分枝。当前国际土力学及基础工程学会下有专门的地基处理学术委员会。1984年中国土木工程学会土力学基础工程学会下也成立了相应的地基处理学术委员会，并组织编著了地基处理手册，同时出版了地基处理期刊，提供了推广和交流地基处理新技术的园地；我国建设部也组织编写了建筑地基处理技术规范（JGJ7991），由此可见，地基处理技术在国内外都处于发展与创新的重要时期。第39页/共40页谢谢您的观看！第40页/共40页