第一章~第二章结构原理.pdf

第一章 导 论 第一节 概 述 公路桥梁及其人工构造物都建造在一定的地层上，结构物的全部荷载都由它下面的地 层来承担。承受结构作用的那一部分地层的土体、岩体称为地基。与地基接触将结构所承 受的各种作用传递到地基上的结构组成部分称为基础。以桥梁为例，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。基础工程包括结构物地基与基础的设计与施 工。 地基与基础在各种荷载作用下将产生附加应力和变形。为了保证建筑物的正常使用与 安全，地基与基础必须具有足够的强度和稳定性，变形也应在允许范围之内。根据地层变 化情况、上部结构的要求、荷载特点和施工技术水平，可采用不同类型的地基和基础。 地基可分为天然地基与人工地基。未经人工处理就可以满足设计要求的地基称为天然 地基。如果天然地层土质过于软弱或存在不良工程地质问题，需要经过人工加固或处理后 才能修筑基础，这种地基称为人工地基。 基础根据埋置深度分为浅基础和深基础。通常将埋置深度较浅（一般在数米以内），且 施工简单的基础称为浅基础；若浅层土质不良，需将基础置于较深的良好土层上，且施工 较复杂时称为深基础。基础埋置在土层内深度虽较浅，但在水下部分较深，如深水中桥墩 基础，称为深水基础，在设计和施工中有些问题需要作为深基础考虑。 公路桥梁及其人工构造物常用天然地基上的浅基础。当需要设置深基础时常采用桩基 础或沉井基础，而我国公路桥梁应用最多的深基础是桩基础。目前我国公路建筑物基础大 多采用混凝土或钢筋混凝土结构，少部分用钢结构。在石料丰富的地区，就地取材，也常 用石砌基础。只有在特殊情况下（如抢修、建临时便桥）采用木结构。 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。 本课程向公路与城市道路工程专业和桥梁工程专业的学生，系统地介绍桥梁、道路及 其他人工构造物地基与基础的有关设计基本理论、计算方法和施工要点。 在学习中，应理解问题的实质，掌握原理，搞清方法步骤，其中天然地基浅基础、桩 基础和沉井基础，应较全面掌握其设计基本理论、具体计算方法。教材中所述的理论和方 法．虽多以桥梁的基础工程问题举例说明，但一般也适用于道路及其他土建工程的有关基 础工程问题。 本课程的内容涉及其他学科较多，因而要求有较广泛的先修课知识，如工程地质、土 质学与土力学、桥涵水文、材料力学、结构力学、结构设计原理和桥梁工程，尤其是土质 学与土力学，为本课程的重要基础理论，应注意紧密联系． 基础工程学涵盖各种类型建筑物、构筑物的各类基础及地基处理的设计与施工技术， 其研究领域非常广泛。基础工程服务于各种类型建筑物与结构物，包括建筑工程、桥梁工 程、水工建筑物、港工建筑物、海上平台等各种陆上、水上、水下和地下的结构物。以土 作为材料的工程和以土作为结构物环境的工程，如堤坝、土中隧道等的设计与施工方法， 也是土力学与基础工程基本原理的具体应用。基础工程的研究内容包括浅基础、深基础和 桩基础、地基处理、支挡结构物、基坑工程以及现场监测技术、地基与基础的共同作用分 析技术等，几乎囊括了所有与土有关的结构工程的设计计算技术，以及实施设计意图的施 工技术和施工组织管理。然而基础工程是一门比较年轻的学科，地基土又是自然历史的产 物，复杂多变，因此，为使基础工程问题得到切合实际的、合理的和完善的解决，除需要 丰富的理论知识外，还需要有较多的工程实践知识．在学习时应注意理论与实际的关系， 通过各个教学环节，紧密结合工程实践，才能提高对理论的认识，增加处理基础工程问题 的能力。 第二节 基础工程设计和施工所需的资料 地基与基础的设计方案、计算中有关参数的选用，都需要根据当地的地质条件、水文 条件、上部结构型式、荷载特性、材料情况及施工要求等因素全面考虑。施工方案和方法 也应该结合设计要求、现场地形、地质条件、施工技术设备、施工季节、气候和水文等情 况来研究确定。因此，应在事前通过详细的调查研究，充分掌握必要的、符合实