基础工程---第一章: 导论 (1)
1 引言
这个笔记简要总结了<基础工程>第一章<导论>的复习思考题与习题 [授课日期: 3/8/2021至3/21/2021(Week 1 & 2)]的课本内容, 供课后学习参考. 内容本身没什么创新之处, 仅作为教学使用.
这个<地基工程>课程主要针对路桥工程专业, 关于桥梁结构的组成在以前的文章中已有描述, 参看下面的相关链接:
桥梁结构设计: (2) 桥的类型(Types of Bridge)
2 本教材的组成
基础工程包括建筑物的地基与基础的设计与施工。
第一章 导论
第二章 天然地基上的浅基础
第三章 桩基础的基本知识及施工
第四章 桩基础的设计计算
第五章 沉井基础及地下连续墙
第六章 地基处理
第七章 几种特殊土地基上的基础工程
3 地基与基础
任何建筑物都建造在一定的地层上，建筑物的全部荷载都由它下面的地层来承担。一般而言，将承受建筑物各种作用的地层称为地基，而将建筑物与地基接触的最下部分，也就是将建筑物的各种作用传递至地基的结构物称为基础。地基承受建筑物荷载应力与应变不能忽略的土层(有一定深度和范围) ; 基础埋入土层一定深度并将荷载传给地基的建筑物下部结构。可以认为：受建筑物影响的那一部分地层称为地基，建筑物与地基接触的部分称为基础。桥梁上部结构为桥跨结构，而下部结构包括桥墩、桥台及其基础 。
持力层：直接支撑建筑物基础的土层。下卧层：持力层下部的土层。
名词解释:
(1) 地基：承担建筑物荷载的地层。
(2) 基础：介于上部结构与地基之间的部分，即建筑物最底下的一部分。
(3) 天然地基：自然状态下即可满足承担基础全部荷载要求，不需要人工处理的地基
(4) 人工地基：天然地基的承载力不能承受基础传递的全部荷载，需经人工处理后作为地基的土体称为人工地基.
4 地基基础在工程中的重要性
工程实践表明：建筑物地基与基础的设计和施工质量的优劣，对整个建筑物的质量和正常使用起着根本的作用。基础工程是隐蔽工程，如有缺陷，较难发现，也较难弥补和修复，而这些缺陷往往直接影响整个建筑物的使用甚至安全。基础工程的进度，经常控制整个建筑物的施工进度。基础工程的造价，通常在整个建筑物造价中占相当大的比例，尤其是在复杂的地质条件下或深水中修建基础更是如此。因此，对基础工程必须做到精心设计、精心施工。
5 基础工程设计和施工所需的资料
(1) 桥位（包括桥头引道）平面图及拟建上部结构及墩台形式、总体构造及有关设计资料;
(2) 桥位工程地质勘测报告及桥位地质纵剖面图;
(3) 地基土质调查试验报告;
(4) 河流水文调查资料;
(5) 其他调查资料(包括地震、建筑材料、气象、附近桥梁的调查及施工调查资料).
6 作用的分类及代表值
(1) 作用：要保证桥梁的地基与基础满足强度、刚度（变形）、稳定性和耐久性的要求，就需要对其在各种工况条件下的多项指标进行验算，而组成各种工况的基本要素就是作用。
(2) 作用代表值：从设计的安全性和经济性出发，有必要对各种作用进行分类，并针对不同设计目的采用不同的计算量值，即作用代表值。在现行《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60－2004)中，将公路桥涵设计采用的作用分为永久作用、可变作用和偶然作用三类。
7 极限状态设计
7.1 作用效应组合与极限状态设计
为了保证结构的可靠性，需要确定同时作用在结构上有几种作用，以及各种作用同时出现标准值的概率大小，因此当结构承受两种或两种以上的可变作用时，应考虑多种作用效应的相互叠加，即作用效应组合，并计入作用效应组合系数，显然，它是一个小于1.0的系数。
7.2 承载能力极限状态设计
承载能力极限状态：对应于桥涵结构或其构件达到最大承载能力或出现不适于继续承载的变形或变位状态。基础结构自身承载力及稳定性应采用作用效应基本组合和偶然组合进行验算。承载力验算时作用效应组合中各效应的分项系数、结构重要性系数及效应组合系数按下述规定取值；稳定性验算时，各项系数均取为1.0。
7.3 正常使用极限状态设计
正常使用极限状态：对应于桥涵结构或其构件达到正常使用或耐久性的某项限值的状态。当基础结构需要进行正常使用极限状态设计时，应根据不同的设计要求，采用作用短期效应组合和作用长期效应组合两种效应组合。
8 基础工程设计计算
8.1 基础工程相关验算
(1) 基础结构稳定性验算
(2) 地基竖向承载力验算
(3) 基础沉降计算
(4) 关于水浮力计算的相关规定
8.2 基础工程设计计算的原则
(1) 基础底面的压力小于地基承载力容许值；
(2) 地基及基础的变形值小于建筑物要求的沉降值；
(3) 地基及基础的整体稳定性有足够保证；
(4) 基础本身的强度、耐久性满足要求。
9 思考题
9.1 判断题
(1) 置于透水性地基上的桥梁墩台基础，当验算地基承载能力时，应按设计水位考虑浮力。(F)
(2) 置于透水性地基上的桥梁墩台基础，当验算基础稳定性时，应按最低水位考虑浮力。(F)
9.2 简答题
1. 基础工程设计的基本原则和目的？
基础工程设计的目的是设计一个安全、经济和可行的地基及基础。基本原则有以下几点：⑴基础底面的压力小于地基承载力；⑵地基及基础的变形值小于建筑物要求的沉降值；⑶地基及基础的整体稳定性有足够保证；⑷基础本身的强度满足要求。
2. 基础工程的几种形式及适用条件？
地基可分为天然地基和人工地基，基础可分为浅基础和深基础。基础工程的常见形式分为天然地基上的浅基础、天然地基上的深基础、人工地基上的浅基础三类。如若天然地基承载力较高，足以满足上部结构物荷载作用下的强度、变形和稳定性的要求，一般优先选用天然地基上的浅基础；若浅层土承载力不足，但下部较深土层有良好的承载力，可考虑天然地基上的深基础形式；若深基础不可行或没有较好土层，可考虑对浅层地基进行人工加固处理后设置人工地基上的浅基础。
3. 试述上部结构、地基、基础共同作用的概念？
上部结构、基础、地基三者在相互的接触面上保持静力平衡，并且是相互联系成整体来承担荷载并发生变形，三部分都按各自的刚度对变形产生相互制约的作用，从而使整个体系的内力和变形发生变化。因此，在设计时应考虑三者的共同作用，即地基、基础、上部结构之间必须同时满足静力平衡和变形协调两个条件，在外荷作用下相互制约、彼此影响。
4. 简述基础设计的内容和步骤。
⑴ 初步拟定基础的结构形式、材料与平面布置；
⑵ 确定基础埋置深度；
⑶ 计算作用在基础顶面的荷载；
⑷ 计算地基承载力；
⑸ 根据作用在基础顶面的荷载和地基承载力，计算基础的底面积，并以此计算基础的长度和宽度；
⑹ 计算基础高度、确定剖面形状；
⑺ 若地基持力层下存在软弱下卧层时，则需验算软弱下卧层承载力；
⑻ 按要求计算地基变形；
⑼ 基础细部构造和构造设计；
⑽ 绘制基础施工图。