基础工程

摘要基础工程是指建筑物或其他工程的基础部分,包括地基、基础、地下结构等。它是整个工程的重要组成部分,承载着工程的重量和荷载,保证工程的稳定和安全。作为建筑的主要组成部分,基础应当坚固、稳定、能经受冰冻和地下水及化学物质的侵蚀。 基础工程类型 基础的类型与建筑物上部结构形式、荷载大小、...

基础工程是指建筑物或其他工程的基础部分,包括地基、基础、地下结构等。它是整个工程的重要组成部分,承载着工程的重量和荷载,保证工程的稳定和安全。作为建筑的主要组成部分,基础应当坚固、稳定、能经受冰冻和地下水及化学物质的侵蚀。

基础工程

基础工程类型

基础的类型与建筑物上部结构形式、荷载大小、地基的承载能力、地基上的地质、水文情况、材料性能等因素有关。

1、按制作材料区分

基础按制作材料区分,有灰土基础砖基础毛石基础三合土基础混凝土基础、毛石混凝土基础、钢筋混凝土基础等。

(1)混凝土基础

是指用混凝土制作的基础。混凝土基础的优点是强度高,整体性好,耐水,适用于潮湿的地基或含水的基槽中。混凝土基础的断面形式有阶梯形和锥形两种。混凝土基础可用于有地下水和冰冻作用的场地,其厚度一般为300~500mm,每阶高度不应小于200mm,混凝土强度等级通常为C7.5~C20。混凝土基础的宽高比为1:1。

(2)毛石混凝土基础

是体积较大的混凝土基础,为了节约水泥用量,可以在浇筑混凝土时加入20%~30%的毛石,这种基础称为毛石混凝土基础。当基础埋深较大时,可用毛石混凝土做成台阶形。

(3)钢筋混凝土基础

钢筋混凝土基础的抗弯和抗剪性能良好,可在上部结构荷载较大、地基承载力不高以及有水平力和力矩等荷载的情况下使用,这类基础的高度不受台阶宽高比的限制,尤其适宜于宽基浅埋的情况,常用于上部荷载大,地下水位高的大、中型工业建筑和多层民用建筑。

2、按材料受力特点分类

基础按照材料的受力特点可分为刚性基础和柔性基础。

(1)刚性基础

刚性基础也称为无筋扩展基础,由砖、毛石、混凝土或毛石混凝土、灰土和三合土等材料组成的,且不需配置钢筋的墙下条形基础或柱下独立基础。这种基础抗压强度高而抗拉、抗剪强度低。为满足地基允许承载力的要求,需要加大基础底面积,基础底面尺寸的放大应根据材料的刚性角来决定。凡受刚性角限制的为刚性基础。

刚性角是指上部结构荷载通过基础向下扩散传递方向与竖向的夹角。

(2)柔性基础

是指基础宽度加大时不受刚性角限制的基础,如钢筋混凝土基础。这类基础的高度不受台阶宽高比的限制,尤其适宜于宽基浅埋的情况。

3、按外观形式与构造特点分类

基础按照其外观形式与构造特点可分为条形基础、独立基础、联合基础箱形基础等。

(1)条形基础

基础宽度与其长度相差较大时,其外观为长条形,称为条形基础。条形基础可以用刚性材料制作,也可以用钢筋混凝土制作,所以条形基础既可以用于墙下,也可以用于柱下。

(2)独立基础

当建筑物上部采用框架结构或单层排架结构承重,并且柱距较大时,基础常采用方形或矩形的单独基础,这种基础称为独立基础。独立基础是柱下基础的基本形式,常用的断面形式有杯形、阶梯形、锥形等。

(3)联合基础

当上部荷载较大,或者地基承载力较低,可以将多个独立基础合并,从而形成联合基础。联合基础主要有柱下条形基础、十字交叉梁基础和筏形基础等。

1)柱下条形基础

当结构采用钢筋混凝土墙或者柱的间距较小,而基础平面尺度较大时,常将柱的基础连接成长方形,形成柱下条形基础。

2)十字交叉梁基础

当地基软弱,柱网的柱荷载不均匀,需要基础具有空间刚度以调整不均匀沉降时多采用十字交叉梁基础。可以理解为柱下条形基础的双向布置,在其交叉处为柱子的位置。

3)筏形基础

筏形基础又称筏板基础、满堂基础。建筑物荷载较大,地基承载力较弱,可选用整片的混凝土板承受建筑物传来的荷载并将其传给地基,这种基础形似筏子,所以称为筏形基础。筏形基础的整体性好,能很好地抵抗地基的不均匀沉降。

筏形基础按结构形式可分为板式结构与梁板式结构两类。板式筏基的底板厚度较大,构造简单;梁板式筏基的底板厚度较小,但增加了双向梁,构造较复杂。

(4)箱形基础

当建筑物荷载很大,浅层地质情况较差或建筑物很高,基础需深埋时,为增加建筑物的整体刚度,不致因地基的局部变形影响上部结构,常采用由底板、顶板、侧墙及一定数量内隔墙构成的整体刚度较好的单层或多层钢筋混凝土基础,称为箱形基础。箱形基础内部空间为地下室。

(5)桩基础

桩基础是由设置于岩土中的桩和连接于桩顶端的承台组成的基础,或由柱与桩直接连接的单桩基础,适用于建筑物荷载大、层数多、高度大以及大面积的软弱地基土深度较大等情况。

桩基础按成桩工艺分为预制桩和灌注桩两种。预制桩通常在构件厂或现场预制,用打桩机将其打入土中,预制桩的优点是桩身质量好,承载力强;缺点是现场打桩振动大,桩的尺寸不能太大,并且运输工作量大,造价高。

基础工程标准

近年来,我国基础工程在设计计算理论、施工技术和方法、勘察技术等方面都取得了长足的进步,先后颁布了系列规范标准,如《建筑地基基础设计规范》(GB 50007—2011)、《建筑桩基技术规范》(JGJ 94—2008)、《复合地基技术规范》(GB/T 50783—2012)、《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79—2012)、《土工合成材料应用技术规范》(GB/T 50290—2014)、《建筑边坡工程技术规范》(GB 50330—2013)、《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120—2012)、《湿陷性黄土地区建筑规范》(GB 50025—2004)、《膨胀土地区建筑技术规范》(GB 50112—2013)等,这些规范是我国基础工程各领域中取得的科研成果和工程经验的概括,反映了我国近10年基础工程的发展水平。

基础工程施工流程

基础工程的施工流程为:

定位放线→复核(包括轴线,坐标)→ 桩机(选型)就位→ 打桩→ 测桩→ 基槽开挖→ 破桩头→找平 →浇筑砼垫层→ 轴线引设→ 承台模板及梁底模板安装→ 钢筋制安→ 承台侧模板及基础梁侧模板安装→基础模板、钢筋验收→ 浇筑基础砼→养护→ 基础砖砌筑→ 回填土

基础工程设计要求

基础的功能决定了基础设计必须满足以下3个基本要求。

(1)强度要求。通过基础而作用在地基上的荷载不能超过地基的承载能力,保证地基不因地基土中的剪应力超过地基土的强度而破坏,并且应有足够的安全储备。

(2)变形要求。基础的设计还应保证基础沉降或其他特征变形不超过建筑物的允许值,保证上部结构不因沉降或其他特征变形过大而受损或影响正常使用。

(3)上部结构的其他要求。基础除满足以上要求外,还应满足上部结构对基础结构的强度、刚度和耐久性要求。

基础的设计与施工,不仅要考虑上部结构的具体情况和要求,还必须考虑各种不同的地质条件和周边环境以及土层原有状态的变化可能产生的影响,进行强度和变形的验算。

基础工程验收规范

《建筑地基基础工程施工质量验收标准》(GB 50202-2018)

为加强建筑地基基础工程施工质量管理,统一建筑地基基 础工程施工质量的验收,保证工程施工质量,制定本标准。本标准适用于建筑地基基础工程施工质量的验收。建筑地基基础工程施工质量验收除应符合本标准外,尚应符合国家现行有关标准的规定。

基础工程设计规范

《建筑地基基础设计规范》是中华人民共和国国家标准,本规范自2012年8月1日起生效。

本规范是根据住房和城乡建设部《关于印发(2008年工程建设标准规范制订、修订计划(第一批))的通知》 (建标[E2008]102号)的要求,由中国建筑科学研究院会同有关单位在原《建筑地基基础设计规范》GB 50007—2002的基础上修订完成的。

本规范在编制过程中,编制组经广泛调查研究,认真总结实践经验,参考国外先进标准,与国内相关标准协调,并在广泛征求意见的基础上,最后经审查定稿。

基础工程的重要性

基础工程是土木工程的重要组成部分,基础工程的设计和施工直接关系到建筑物的安全、经济和正常使用。地基基础的工程造价占土建工程总造价的20%~40%,这就要求勘察、设计和施工合理,确保工程的顺利进行和正常运行,同时需要有更优化、合理的设计和施工方案来降低工程造价,还需要有丰富的地基基础实践经验。

已有相关统计表明,地基基础工程质量问题占到总建筑工程质量的21%。由于地基变形或不均匀沉降过大,地基强度不足或地基基础设计施工不合理等原因造成的工程质量事故很多。有的发生在施工过程中,如基坑失稳、基础失效;有的发生在建筑物施工后使用期间,如整体倾斜影响正常使用或基础间不均匀沉降造成上部结构开裂等。

由于基础工程都是地下隐蔽工程,一旦发生事故,往往难以补救甚至造成灾难性后果。因此,必须细致勘察,精心设计,精心施工,杜绝各类基础工程质量事故的发生,这也正是学习本门课程的重要性所在。

基础工程的发展概况

基础工程是一门古老的技术,也是人类社会在长期的生产实践过程中不断积累发展起来的一门应用科学。在人类文明几千年的发展历程中,古道石桥、长城运河、宫殿楼宇等无不凝聚着工匠名流的智慧。在我国,2200多年前的都江堰、1400多年前的赵州桥,无不凝聚着我国劳动人民的智慧和勤劳。自18—19世纪产业革命以来,人们在大规模的工程建设中遇到了大量的与岩土工程有关的技术问题,促进了土力学理论的发展。例如,1773年法国科学家C.A.库仑(C.A.Coulomb)提出了砂土抗剪强度公式和挡土墙土压力的滑楔理论;1875年英国学者W.J.M.朗金(Rankine)又从另一角度提出了挡土墙土压力理论。此外,法国工程师H.达西(Darcy)在1856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。这些先驱者的工作为土力学的建立奠定了基础。然而,作为一个完整的工程学科的建立,则以太沙基1925年发表的第一本比较系统、完整的著作——《土力学》为标志。太沙基与R.佩克(Peck)在1948年发表的《工程实用土力学》中将理论、测试和工程经验密切结合,标志着“土力学和基础工程”真正成为一门独立的学科。1936年,第一届国际土力学与基础工程学术会议在哈佛大学召开,迄今该学术会议已召开了18届,把土力学与基础工程学科推向了更高的层次。

伴随着理论研究的逐步完善,基础工程应用技术也有了较大的发展,如1893年美国芝加哥人工挖块状的问世、1950年意大利米兰地下连续墙的出现、1957年德国采用土层锚杆支护深基坑等。此外,钻孔桩、旋挖桩以及搅拌桩、旋喷桩等机械设备的出现和应用,都极大地提高了基础工程的施工效率。

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