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教案2008-2009学年第一学期课程名称：地基与基础课程编号：系别、专业、年级：建工0701-06任课教师：张营教师所在单位：建筑工程系-结构教研室济南工程职业技术学院课程及教材简介教研室负责人签字年月日教学大纲授课时间9月15日第1次课授课章节绪论任课教师及职称张营（助教）教学方法与手段方法：讲授法、谈话法、讨论法、案例教学法手段：常规教学目的与要求：1、使学生了解地基基础这门课主要讲授的内容和所要掌握的理论知识及实践技能2、使学生了解地基与基础在工程中的应用及重要性3、通过讲解一些基础工程的例子，让学生对这门课产生浓厚的兴趣，提高学生主动学习的积极性4、掌握土力学及地基基础一些基本概念5、了解一些典型的基础工程实例教学重点、难点：1、理解掌握土力学与地基基础的关系2、重点理解土力学及地基基础的基本概念3、掌握本门课所要学习的重点及知识点课时分配计划1、对课程描述，课程的学习目标介绍（15分钟）2、列举基础工程实例（20分钟）3、讲授本节主要内容（40分钟）4、列举课本工程实例（10分钟）5、总结布置作业（5分钟）布置作业：1、地基的概念2、基础的概念及分类下次课预习要点：1、土的成因与结构2、土的组成实施情况及课后教学效果分析通过列举基础工程实例，学生对本门课产生了浓厚的兴趣，并且对一些简单的基础工程施工有所了解，能使学生在今后的学习中有的放矢，提高了学生自主学习的积极性。教学效果较好。教学内容与过程：英文名称：SoilMechanicsandFoundationEngineering千里之行始于足下，万丈高楼平地起。一、课程描述1、本课程是工民建、公路与桥梁类专业的一门实践性较强的技术基础课。2、本课程主要内容是讲授土质、土力学及基础工程中的基本理论知识，以土力学地基基础为重点。从土的成因出发，分析土的本质特征，强度，变形机理，对其工程性质作出定性评价；在此基础上研究各种常见的分散体由荷载作用引起的力学方向的变化规律，包括土中应力，强度稳定性，应力应变关系。并运用于地基处理、天然地基上浅基础的设计和计算，桩基础的计算原理及桩基础承载能力的计算中，介绍浅基础，桩基础、沉井基础的施工方法。本课程的任务是使学生具有地基土的基本物理性质及土力学的基本知识；了解地基处理各种方法；能进行桥梁浅基础设计；学会基本土工试验的操作技能。3、根据本课程所需力学知识，并以岩土知识为依托，应安排在学完《工程力学》、《工程地质学》课程后进行。二、课程目标学习本课程后，学生能够达到下列课程目标：1、知识目标：认识土的三相组成及工程性质，了解土的工程分类和各基础的初步设计，以及地基基础的处理方法；掌握土力学的基本理论，基础施工的工序步骤。2、技能目标：进行“天然地基浅基础”或“桩基础”课程设计，并做相应的土质土力学实验。具备操作土工试验的技能与能力。实训：土的密度和土样含水量的测定粘性土的液塑限测定击实实验固结实验直接剪切实验天然地基上浅基础设计桩基础设计本学科发展概况《土力学》学科发展概况•18世纪土力学理论的产生和发展•1773年法国的库仑（Coulomb）--砂土抗剪强度理论与土压力理论•1857年英国朗肯—朗肯土压力理论•1885年法国布新奈斯克（Boussinesq）—弹性半空间解•1925年美国太沙基—《土力学》专著与有效应力原理本学科研究领域20世纪60年代～70年代区域性土分布和特性地基处理技术水利、铁道和矿井等工程建设70年代～80年代基础工程、围护体系的稳定和变形复合地基新技术的开发和应用建筑工程、市政工程和交通工程建设地基基础施工质量检测及岩土工程测试技术90年代后岩土工程计算机分析岩土工程可靠度分析城市地铁、越江越海地下隧道、超高层建筑超深基础及特大桥超深基坑工程建设等环境岩土工程特殊岩土工程问题近年来随着工程地质勘察、室内及现场土工试验、地基处理、新设备、新材料、新工艺、新测试技术等研究和应用进展以及有关基础工程各种设计与施工、质量检测的规范规程日臻完善，为我国基础工程设计与施工做到技术先进、经济合理、确保质量提供了理论与实践依据。与本课程有关的工程问题1、土三个方面的应用建筑物地基土作为构筑物的环境土工建筑材料2、与土有关的工程土建筑桥梁地铁隧道边坡道路大坝绪论1、土的物理性质及工程分类2、土中应力计算3、土的压缩性和地基沉降计算土力学部分4、土的抗剪强度和地基承载力5、土压力和土坡稳定6、建筑场地的工程地质勘察7、天然地基上浅基础设计8、桩基础设计基础工程部分9、地基处理10、区域性地基一、土力学、地基及基础概念土——是地壳岩石经过物理、化学、生物等风化作用的产物，是各种矿物颗粒组成的松散集合体，是由固体颗粒水和空气组成的三相体系。无粘性土：颗粒间互不连接、完全松散粘性土：颗粒间虽有连接，但连接远小于颗粒本身强度土的主要特点：松散性和三相组成，这是它在强度和变形等力学性质上与其他连续固体介质根本不同的内在原因。土力学——是运用力学基本原理和土工测试技术，研究土的生成、组成、密度或软硬状态等物理性质以及土的应力、变形、强度和稳定性等静力、动力性状及其规律的一门学科。（简单说：就是用力学的观点研究土各种性能一门科学。）土与其他连续固体介质不同，仅靠具备系统理论和严密的公式的力学知识，尚不能描述土体在受力后所表现的性状及由此引起的工程问题。必须借助经验、现场实验、室内试验辅助理论计算，因此土力学是一门依赖实践的科学。地基——土层中附加应力和变形所不能忽略的那部分土层。承受建筑荷载并受其影响的该部分地层。地基分类天然地基：未经人工处理就可直接利用天然土层的的地基。人工地基：经过人工加工处理才能作为地基的。基础—把埋入土层一定深度的建筑物向地基传递荷载的下部承重结构。基础作用1、承受上部结构荷载2、向地基传递压力起承上传下作用3、调整地基变形基础分类浅基础——用普通（常规）方法施工的基础。一般基础埋深d≤5m。深基础——需要一定的机械设备建造的基础。如桩基、墩基、和地下连续墙等。埋深d≥5m。基础埋深：从设计地面（一般从室外地面）到基础底面的垂直距离叫～。持力层：直接与基础地面接触的土层。（基础直接坐落的土层）下卧层：地基内持力层下面的土层叫～。软弱下卧层：地基承载力低于持力层的下卧层叫～。地基与基础设计的基本条件强度条件：作用在基础底面的压力必须小于等于地基承载力特征值。变形条件：基础沉降不得超过地基变形容许值。也就是说将地基变形值必须限制在建筑所允许的范围内。二、地基基础在建筑工程中的重要性地基与基础是建筑物的根基，又属于隐蔽工程，它的勘察、设计和施工质量直接关系到建筑物的安危!实践证明，建筑物的事故很多是与地基基础有关的。基础工程失败的例子…1加拿大Transcona谷仓，南北长59.44m，东西宽23.47m，高31.00m。基础为钢筋混凝土筏板基础，厚2m，埋深3.66m。谷仓1911年动工，1913年秋完成。谷仓自重20000t，相当于装满谷物后总重的42.5%。1913年9月装谷物，发现谷仓1小时内竖向沉降达30.5cm，并向西倾斜，24小时后倾倒，西侧下陷7.32m，东侧抬高1.52m，倾斜27°。地基虽破坏，但钢筋混凝土筒仓却安然无恙，后用388个50t千斤顶纠正后继续使用，但位置较原先下降4m。事故的原因是：设计时未对谷仓地基承载力进行调查研究，不了解埋藏有厚达16m的软粘土层，而采用了邻近建筑地基352kPa的承载力，建成后初次储藏谷物吗，使基底平均压力达到了320kPa。事后1952年的勘察试验与计算表明，该地基的实际承载力为193.8～276.6kPa，远小于谷仓地基破坏时329.4kPa的地基压力，地基因超载而发生强度破坏。基础工程失败的例子…2意大利比萨(Pisa)斜塔自1173年9月8日动工，至1178年建至第4层中部，高度29m时，因塔明显倾斜而停工。94年后，1272年复工，经6年时间建完第7层，高48m，再次停工中断82年。1360年再次复工1370年竣工，前后历经近200年。该塔共8层，高55m，全塔总荷重145MN，相应的地基平均压力约为50kPa。地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土层。由于地基的不均匀下沉，塔向南倾斜，南北两端沉降差1.8m，塔顶离中心线已达5.27m，倾斜5.5°，成为危险建筑。比萨斜塔能闻名于世，至少有以下原因：一、倾斜超极限却巍然屹立；二、它是意大利伟大科学家伽利略自由落体运动的实验室；三、意大利政府投巨资拯救斜塔而产生的新闻效应。比萨斜塔1174年开始兴建，由意大利著名建筑师那诺·皮萨诺主持，从动工到建成用了将近200年时间。建筑用材料全是意大利上等大理石，塔身墙壁底厚4米，顶部厚1米多，总重量为14553吨。这座8层圆柱形建筑高约60米（原设计高100米），整座塔身洁白如玉，高耸入云，建成后倾斜5.8度，而建筑学教科书上的倾斜极限是5.7度。塔身虽然倾斜，但它历经风雨侵蚀几百年，依然挺拔屹立而不倒，故曰建筑“奇迹”。不过，人们不要以为这是建筑师们精心设计的，甚至有人开玩笑说：这是800多年前“豆腐渣工程”。当时，建主教堂、洗礼堂施工都很顺利，唯独钟楼一开工就遇到了难题———费了蛮大的劲挖不到硬地基，工程师们又缺乏对地基土质层的勘查钻探，致使塔体奠基没有完全到位。动工建筑到第三层钟楼开始倾斜，加上用的是大理石，其不断增加的重量导致偏差越来越大，找遍了专家，想尽了办法，得不到解决，不得已停止施工。这一停就是近百年！重新开工后，工程师们想尽办法扭转倾斜的塔身，比如，增加倾斜相反方向的重量试图“扶正重心”，但终因“先天不足”落下“终身残疾”。不过说来也奇，建到顶层时居然不斜了！为了确保游客安全，为了保护这座世界知名斜塔，避免其过度倾斜而坍塌，意大利当局决定于1990年1月关闭斜塔，着手加固纠偏工作，并邀请国内外专家对该塔进行拯救性“纠偏扶正”。1998年7月底，我国著名纠偏专家曹教授，应意中友好协会主席奥纳多·兰西奥的邀请，飞往意大利为比萨斜塔纠偏当参谋、出主意。经科学家们反复论证、实验、比对，采取有效措施，硬是把斜塔成功“扶正”了近50厘米，塔顶偏离中心的距离，由5米缩小到4.5米，其稳定性已经达标。意大利专家称，这座斜塔至少还可以矗立300年。基础工程失败的例子…3苏州虎丘塔，建于五代周显德六年至北宋建隆二年(公元959～961)，7级八角形砖塔，塔底直径13.66m，高47.5m，重63000kN。其地基土层由上至下依次为杂填土、块石填土、亚粘土夹块石、风化岩石、基岩等，由于地基土压缩层厚度不均及砖砌体偏心受压等原因，造成该塔向东北方向倾斜。1956～1957年间对上部结构进行修缮，但使塔重增加了2000kN，加速了塔体的不均匀沉降。1957年，塔顶位移为1.7m，到1978年发展到2.3m，重心偏离基础轴线0.924m，砌体多处出现纵向裂缝，部分砖墩应力已接近极限状态。后在塔周建造一圈桩排式地下连续墙，并采用注浆法和树根桩加固塔基，基本遏制了塔的继续沉降和倾斜。基础工程失败的例子…4这两个筒仓是农场用来储存饲料的，建于加拿大红河谷的LakeAgassiz粘土层上，由于两筒之间的距离过近，在地基中产生的应力发生叠加，使得两筒之间地基土层的应力水平较高，从而导致内侧沉降大于外侧沉降，仓筒向内倾斜。基础工程失败的例子…5除满足承载力的要求外，还要求地基不能发生过大的变形。图示为墨西哥城的一幢建筑，可清晰地看见其发生的沉降及不均匀沉降。该地的土层为深厚的湖相沉积层，土的天然含水量高达650％，液限500%，塑性指数350，孔隙比为15，具有极高的压缩性。基础工程失败的例子…6南京地铁火车站基坑施工现场07年5月28日滑坡事故，两人死亡。发生土方坍塌的工作面位于基坑的东端，坍塌的土质大多为淤泥质土和杂填土。据专家介绍，茶亭站所在的南京城西属于滨江带，地质条件为河漫滩地质，土壤的含水量超过60%。仅仅集庆门大街站、所街站、元通站这三站，每天抽水量就高达80000立方米，工程期间抽取的地下水足可以形成一个小湖泊。记者在河西这几个站的开挖现场看到，挖下去四