地基与基础(高等职业教育土木建筑大类专业系列规划教材)

本书根据专业教学标准对课程主要教学内容的要求,针对施工一线岗位工作需求,突出知识的应用能力培养,依据现行国家、行业标准编写而成。本书内容系统全面、突出实用,注重新技术、新工艺的引入,力求为地基基础施工提供理论与技能的支持。 全书内容包括绪论、工程地质基本知识、土的物理性质与分类、地基土中应力、地基变形、土的抗剪强度与地基承载力、土压力与土坡稳定、地基勘察与局部地基处理、天然地基上的浅基础、桩基础、软弱土地基处理、基坑工程、特殊土地基及土力学试验指导。 本书可作为高等职业教育建筑工程类及相关专业的教学用书,也可供相关工程技术人员学习参考。

马宁，男，51岁，3级教授，河北省高职高专土建类专业教学指导委员会委员，河北工程大学土木工程学院专业硕士研究生校外导师，国家二级注册建筑师，河北省建筑工程评标专家，主持课程《建筑地基与基础》先后评为省级、国家级精品课程和“国家级精品资源共享课程”，1991年至今，在邯郸职业技术学院建筑工程系从事建筑工程技术专业教学，先后在邯郸职业技术学院建筑设计研究所和邯郸市天工建筑设计有限公司等企业从事建筑、结构设计工作，从事地基基础工程的研究工作。

第1章绪论 ………………………………………………………… 1 1.1本课程的内容 ………………………………………………… 1 1.1.1地基基础事故 ……………………………………………… 1 1.1.2课程的知识构架和基本概念 ……………………………… 4 1.2本学科发展概况 ……………………………………………… 6 1.3本课程的特点和学习要求 …………………………………… 7 思考题 …………………………………………………………… 7 第2章工程地质基本知识 ………………………………………… 8 2.1概述 …………………………………………………………… 8 2.1.1地质作用 …………………………………………………… 8 2.1.2地质年代 …………………………………………………… 9 2.2第四纪沉积物 ………………………………………………… 9 2.2.1残积物 ……………………………………………………… 9 2.2.2坡积物 ……………………………………………………… 10 2.2.3洪积物 ……………………………………………………… 10 2.2.4冲积物 ……………………………………………………… 11 2.2.5其他沉积物 ………………………………………………… 11 2.3地下水 ………………………………………………………… 12 2.3.1地下水分类 ………………………………………………… 12 2.3.2地下水对工程的影响 ……………………………………… 13 2.3.3土的渗透性 ………………………………………………… 13 2.3.4渗流破坏及防治措施 ……………………………………… 15 小结 …………………………………………………………………17 思考题 ………………………………………………………………18 第3章土的物理性质与分类 ……………………………………… 19 3.1土的三相组成 ………………………………………………… 19 3.1.1土的固相颗粒 ……………………………………………… 19 3.1.2土中水 ……………………………………………………… 21 3.1.3土中气体 …………………………………………………… 23 3.1.4土的结构 …………………………………………………… 23 3.1.5土的构造 …………………………………………………… 24 3.2土的物理性质指标 …………………………………………… 25 3.2.1土的三相组成草图 ………………………………………… 25 3.2.2由试验直接测定的指标 …………………………………… 25 3.2.3换算指标 …………………………………………………… 26 3.2.4三相比例指标的换算关系 ………………………………… 28 3.3土的物理状态指标 …………………………………………… 29 3.3.1无黏性土的密实度 ………………………………………… 29 3.3.2黏性土的稠度 ……………………………………………… 30 3.4土的压实性 …………………………………………………… 34 3.4.1击实试验 …………………………………………………… 34 3.4.2影响压实效果的因素 ……………………………………… 34 3.4.3压实填土的质量控制和检验 ……………………………… 35 3.5地基土 (岩)的基本分类 ………………………………………38 3.5.1岩石 ………………………………………………………… 38 3.5.2碎石土 ……………………………………………………… 39 3.5.3砂土 ………………………………………………………… 40 3.5.4粉土 ………………………………………………………… 41 3.5.5黏性土 ……………………………………………………… 41 3.5.6人工填土 …………………………………………………… 41 3.5.7特殊土 ……………………………………………………… 42 3.6地基土 (岩)的工程分类与性质 ………………………………44 3.6.1土的工程分类 ……………………………………………… 44 3.6.2土的工程性质 ……………………………………………… 45 小结 …………………………………………………………………46 思考题 ………………………………………………………………47 习题 …………………………………………………………………48 第4章地基土中应力 ……………………………………………… 49 4.1概述 …………………………………………………………… 49 4.2地基土中自重应力 …………………………………………… 49 4.2.1均质土的自重应力 ………………………………………… 49 4.2.2成层土的自重应力 ………………………………………… 50 4.3基底压力 ……………………………………………………… 52 4.3.1基底压力的分布 …………………………………………… 52 4.3.2基底压力的简化计算 ……………………………………… 53 4.3.3基底附加压力 ……………………………………………… 55 Ⅶ 4.4地基土中附加应力 …………………………………………… 57 4.4.1竖向集中力作用下地基附加应力 ………………………… 57 4.4.2矩形基础底面受竖向荷载作用时地基中附加应力 ……… 59 4.4.3条形基础底面受竖向荷载作用时地基中附加应力 ……… 64 4.4.4成层地基中的附加应力 …………………………………… 66 小结 …………………………………………………………………67 思考题 ………………………………………………………………67 习题 …………………………………………………………………68 第5章地基变形 …………………………………………………… 70 5.1土的压缩性 …………………………………………………… 70 5.1.1基本概念 …………………………………………………… 70 5.1.2室内压缩试验与压缩性指标 ……………………………… 71 5.1.3现场荷载试验及变形模量 ………………………………… 73 5.2地基最终沉降量计算 ………………………………………… 75 5.2.1分层总和法 ………………………………………………… 75 5.2.2《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2011)计算方法 …77 5.3应力历史对地基沉降的影响 ………………………………… 83 5.3.1土的回弹和再压缩曲线 …………………………………… 83 5.3.2正常固结、超固结和欠固结的概念 ……………………… 84 5.4饱和黏性土地基沉降与时间的关系 ………………………… 85 5.4.1饱和土的有效应力原理 …………………………………… 85 5.4.2太沙基一维固结理论 ……………………………………… 86 5.4.3实测沉降时间关系的经验公式 …………………………… 88 5.5建筑物沉降观测与地基变形允许值 ………………………… 88 5.5.1地基变形允许值 …………………………………………… 88 5.5.2建筑物沉降观测 …………………………………………… 89 小结 …………………………………………………………………91 思考题 ………………………………………………………………92 习题 …………………………………………………………………92 第6章土的抗剪强度与地基承载力 ……………………………… 94 6.1土的抗剪强度的工程意义 …………………………………… 94 6.2土的强度理论与强度指标 …………………………………… 95 6.2.1库仑定律 …………………………………………………… 95 6.2.2土的抗剪强度的构成 ……………………………………… 96 6.2.3莫尔库仑强度理论 ………………………………………… 96 6.3土的极限平衡条件 …………………………………………… 96 6.3.1土中任一点的应力状态 …………………………………… 96 6.3.2土的极限平衡条件 ………………………………………… 97 6.4土的抗剪强度指标的测定 …………………………………… 99 6.4.1直接剪切试验 ……………………………………………… 99 6.4.2三轴压缩试验 ……………………………………………… 101 6.4.3无侧限抗压强度试验 ……………………………………… 103 6.4.4十字板剪切试验 …………………………………………… 103 6.5地基破坏形式及承载力的概念 ……………………………… 105 6.5.1地基破坏形式 ……………………………………………… 105 6.5.2地基承载力的理论计算 …………………………………… 106 6.6地基承载力的确定 …………………………………………… 108 6.6.1根据现场原位测试确定 …………………………………… 108 6.6.2根据理论公式确定 ………………………………………… 109 6.6.3根据经验方法确定 ………………………………………… 109 6.6.4地基承载力特征值的修正 ………………………………… 109 小结 …………………………………………………………………110 思考题 ………………………………………………………………111 习题 …………………………………………………………………111 第7章土压力与土坡稳定 ………………………………………… 112 7.1概述 …………………………………………………………… 112 7.2土压力的分类 ………………………………………………… 113 7.3朗肯土压力理论 ……………………………………………… 114 7.3.1基本原理与假设 …………………………………………… 114 7.3.2主动土压力 ………………………………………………… 115 7.3.3被动土压力 ………………………………………………… 117 7.3.4几种常见情况下土压力的计算 …………………………… 118 7.4库仑土压力理论 ……………………………………………… 121 7.4.1基本假设 …………………………………………………… 121 7.4.2主动土压力 ………………………………………………… 122 7.4.3被动土压力 ………………………………………………… 123 7.4.4朗肯理论与库仑理论的比较 ……………………………… 124 7.5《建筑地基基础设计规范》推荐方法 ……………………… 124 7.6挡土墙设计 …………………………………………………… 125 7.6.1挡土墙的类型 ……………………………………………… 125 7.6.2重力式挡土墙的计算 ……………………………………… 126 7.6.3重力式挡土墙体形选择与构造措施 ……………………… 128 7.7土坡稳定性分析 ……………………………………………… 130 7.7.1影响土坡稳定的因素 ……………………………………… 130 7.7.2简单土坡的稳定性分析 …………………………………… 131 Ⅸ 7.7.3土质边坡开挖 ……………………………………………… 135 小结 …………………………………………………………………138 思考题 ………………………………………………………………138 第8章地基勘察与局部地基处理 ………………………………… 139 8.1地基勘察基本概念 …………………………………………… 139 8.1.1岩土工程勘察 ……………………………………………… 139 8.1.2岩土工程勘察阶段的划分 ………………………………… 139 8.1.3岩土工程勘察等级 ………………………………………… 140 8.1.4地基勘察 …………………………………………………… 140 8.2地基勘察的任务 ……………………………………………… 141 8.2.1地基勘察的基本要求 ……………………………………… 141 8.2.2基坑工程勘察的要求 ……………………………………… 141 8.3地基勘察方法 ………………………………………………… 143 8.3.1工程地质测绘与调查 ……………………………………… 143 8.3.2勘探 ………………………………………………………… 143 8.3.3室内试验与原位测试 ……………………………………… 144 8.4地基土的野外鉴别 …………………………………………… 148 8.5地基勘察成果报告 …………………………………………… 149 8.5.1勘察报告的基本内容 ……………………………………… 149 8.5.2勘察报告中与基坑工程有关的内容 ……………………… 150 8.5.3勘察报告的阅读和使用 …………………………………… 151 8.5.4勘察报告实例 ……………………………………………… 151 8.6验槽 …………………………………………………………… 158 8.6.1验槽的目的和内容 ………………………………………… 158 8.6.2验槽时需具备的资料和条件 ……………………………… 159 8.6.3验槽的方法和注意事项 …………………………………… 159 8.7局部地基的处理 ……………………………………………… 160 8.7.1松土坑 ……………………………………………………… 161 8.7.2土井、砖井 ………………………………………………… 162 8.7.3局部软硬地基 ……………………………………………… 164 8.7.4橡皮土 ……………………………………………………… 165 小结 …………………………………………………………………166 思考题 ………………………………………………………………167 第9章天然地基上的浅基础 ……………………………………… 168 9.1基本概念 ……………………………………………………… 168 9.2浅基础的类型 ………………………………………………… 169 9.2.1无筋扩展基础 ……………………………………………… 169 9.2.2扩展基础 …………………………………………………… 171 9.2.3柱下条形基础 ……………………………………………… 172 9.2.4筏形基础 …………………………………………………… 173 9.2.5箱形基础 …………………………………………………… 174 9.2.6壳体 …………………………………………………… 174 9.3基础埋置深度 ………………………………………………… 175 9.3.1建筑物的用途以及基础的形式和构造 …………………… 175 9.3.2作用在地基上的荷载大小和性质 ………………………… 175 9.3.3工程地质和水文地质条件 ………………………………… 175 9.3.4相邻建筑物的基础埋深 …………………………………… 176 9.3.5地基土冻胀和融陷的影响 ………………………………… 176 9.4基础底面尺寸的确定 ………………………………………… 178 9.4.1按持力层承载力计算基础底面尺寸 ……………………… 178 9.4.2地基软弱下卧层承载力验算 ……………………………… 182 9.5无筋扩展基础剖面设计 ……………………………………… 184 9.6扩展基础剖面设计 …………………………………………… 186 9.6.1扩展基础的构造要求 ……………………………………… 186 9.6.2墙下钢筋混凝土条形基础的计算 ………………………… 188 9.6.3柱下钢筋混凝土独立基础计算 …………………………… 192 9.7柱下条形基础的构造要求 …………………………………… 196 9.8筏形基础的构造要求 ………………………………………… 197 9.9地下室后浇带、施工缝及防水底板的构造要求 …………… 199 9.9.1后浇带 ……………………………………………………… 199 9.9.2施工缝 ……………………………………………………… 200 9.9.3防水底板 …………………………………………………… 201 9.10减轻建筑物不均匀沉降的措施 ………………………………202 9.10.1建筑措施 ……………………………………………………202 9.10.2结构措施 ……………………………………………………204 9.10.3施工措施 ……………………………………………………205 小结 …………………………………………………………………206 思考题 ………………………………………………………………207 习题 …………………………………………………………………207 第10章桩基础 ………………………………………………………209 10.1概述 ……………………………………………………………209 10.2桩的分类和选型 ………………………………………………210 10.2.1按承载性状分类 ……………………………………………210 10.2按成桩方法分类 ………………………………………………211 2. 10.2.3按桩径 (设计直径 d)大小分类 ………………………… 211 Ⅺ 10.4桩型的选择 ……………………………………………………211 2. 10.3预制桩的种类与打 (沉)桩要点 …………………………… 212 10.1常用预制桩种类 ………………………………………………212 3. 10.2打(沉)桩要点 …………………………………………………215 3. 10.4灌注桩的种类及施工工艺要点 ………………………………217 10.1泥浆护壁成孔灌注桩 …………………………………………217 4. 10.4.2长螺旋钻孔压灌桩 …………………………………………220 10.4.3沉管灌注桩和内夯沉管灌注桩 ……………………………221 10.4干作业成孔灌注桩 ……………………………………………223 4. 10.4.5灌注桩后注浆技术 …………………………………………224 10.5单桩、群桩承载力 ……………………………………………226 10.1单桩竖向承载力 ………………………………………………226 5. 10.5.2单桩水平承载力 ……………………………………………228 10.3群桩承载力 ……………………………………………………228 5. 10.6桩基础的构造要求 ……………………………………………229 10.6.1桩和桩基的构造要求 ………………………………………229 10.2承台的构造要求 ………………………………………………230 6.小结 ………………………………………………………………232 思考题 ………………………………………………………………232 第11章软弱土地基处理 ……………………………………………233 11.1概述 ……………………………………………………………233 11.1.1软弱土的种类和性质 ………………………………………233 11.1.2软弱土地基处理方法分类 …………………………………234 11.2碾压法与夯实法 ………………………………………………235 11.2.1机械碾压法 …………………………………………………235 11.2振动压实法 ……………………………………………………235 2. 11.3重锤夯实法 ……………………………………………………236 2. 11.2.4强夯法 ………………………………………………………236 11.3换填垫层法 ……………………………………………………238 11.3.1加固机理及适用范围 ………………………………………238 11.3.2垫层的设计要点 ……………………………………………238 11.3垫层的施工要点 ………………………………………………240 3. 11.3.4垫层的质量检验 ……………………………………………241 11.4排水固结法 ……………………………………………………241 11.1加固机理及适用范围 …………………………………………241 4. 11.4.2加压系统设计 ………………………………………………242 11.3排水系统设计 …………………………………………………243 4. 11.5复合地基理论概述 ……………………………………………244 11.1复合地基的概念及分类 ………………………………………244 5. 11.5.2复合地基的作用机理 ………………………………………245 11.6挤密法和振冲法 ………………………………………………246 11.1挤密法 …………………………………………………………246 6. 11.6.2振冲法 ………………………………………………………247 11.7高压喷射注浆法和深层搅拌法 ………………………………248 11.7.1高压喷射注浆法 ……………………………………………248 11.7.2深层搅拌法 …………………………………………………250 11.8水泥粉煤灰碎石桩复合地基 …………………………………251 11.8.1加固机理 ……………………………………………………251 11.2适用范围 ………………………………………………………252 8. 11.3设计要求 ………………………………………………………252 8.小结 ………………………………………………………………253 思考题 ………………………………………………………………253 第12章基坑工程 ……………………………………………………254 12.1基坑工程概述 …………………………………………………254 12.1.1基坑工程与支护结构 ………………………………………254 12.2基坑工程的特点 ………………………………………………255 1. 12.1.3基坑支护的作用和目的 ……………………………………255 12.2基坑工程分类 …………………………………………………255 12.3基坑支护结构的类型与选型 …………………………………256 12.3.1常见基坑支护结构的类型 …………………………………256 12.2支护结构的选型 ………………………………………………259 3. 12.4排桩、地下连续墙的受力与设计概要 ………………………260 12.4.1概述 …………………………………………………………260 12.2土压力的计算方法 ……………………………………………261 4. 12.4.3支挡结构的稳定性验算 ……………………………………262 12.4.4桩(墙)结构分析 ……………………………………………268 12.5支撑体系的选型和结构分析 …………………………………268 4. 12.4.6锚杆系统及其设计内容 ……………………………………271 12.5土钉墙的工作机理与设计概要 ………………………………272 12.1土钉墙及工作机理 ……………………………………………272 5. 12.5.2土钉墙的特点 ………………………………………………273 12.3土钉墙的设计内容 ……………………………………………274 5. 12.4土钉墙分析内容与方法 ………………………………………274 5. 12.5.5土钉墙构造与施工 …………………………………………275 12.6复合土钉墙的概念和类型 ……………………………………277 5. 12.6水泥土墙的受力与设计概要 …………………………………278 12.6.1水泥土墙的概念 ……………………………………………278 12.2水泥土墙的特点 ………………………………………………279 6. 12.6.3水泥土墙的设计内容 ………………………………………279 12.6.4水泥土墙分析内容与方法 …………………………………279 12.5水泥土墙构造要求 ……………………………………………280 6. 12.7基坑降排水 ……………………………………………………282 12.7.1降排水方法 …………………………………………………282 12.2井点降水对周围环境的影响 …………………………………283 7. 12.7.3防范井点降水不利影响的措施 ……………………………85 12.8基坑工程监测 …………………………………………………287 12.1基坑监测的意义和目的 ………………………………………287 8. 12.2监测的基本规定 ………………………………………………287 8. 12.8.3监测项目 ……………………………………………………288 12.4监测点布置 ……………………………………………………289 8. 12.8.5监测报警 ……………………………………………………289 小结 …………………………………………………………………290 思考题 ………………………………………………………………291 第13章特殊土地基 …………………………………………………293 13.1湿陷性黄土地基 ………………………………………………293 13.1黄土的特征与分布 ……………………………………………293 1. 13.1.2黄土湿陷性发生的原因和影响因素 ………………………294 13.3湿陷性黄土地基的工程措施 …………………………………294 1. 13.2膨胀土地基 ……………………………………………………295 13.2.1膨胀土的特征与分布 ………………………………………295 13.2膨胀土的危害 …………………………………………………296 2. 13.3膨胀土地基的工程措施 ………………………………………296 2.小结 ………………………………………………………………297 思考题 ………………………………………………………………298 附录 1土力学试验指导 ……………………………………………299 试验一含水率试验 (烘干法 )…………………………………… 299 试验二密度试验 (环刀法 )……………………………………… 301 试验三界限含水率试验 (液限、塑限联合测定法 )…………… 303 试验四塑限试验 ……………………………………………………306 试验五液限试验 ……………………………………………………308 试验六固结试验 ……………………………………………………311 试验七直接剪切试验 (快剪法 )………………………………… 314 试验八击实试验 ……………………………………………………318 附录 2地质年代表 …………………………………………………322 参考文献 ……………………………………………………………324