1.1绪论在线视频

各位同学大家好

欢迎来到基础工程学的在线课堂

我是本课程主讲人徐长节

本课程是面向高校本科和研究生阶段

开设的一门工程类专业课

课程定位把握三大特色

“交通土建、本硕通用、服务实践”

本课程的讲述内容将集中于

路桥结构的基础设计理念

穿插讲解学术前沿热点

并深度解读现有的交通基础工程类规范

通过本课程的学习

可满足高校土木类专业

本科生和研究生学习需要

也可引导科研人员对学术前沿进行创新

还可以为注册类考试

备考人员提供丰富的学习材料

这节课我们先来聊一聊地基基础的由来

以及这一结构体在土木工程中

所发挥的作用

在学习本节课程之前

请各位同学首先思考

以下几个问题

1

为什么大多数建筑结构都需要基础？

2

如何开展基础结构设计

或者说基础结构设计人员

需要具备哪些基本素质？

首先来看第一个问题

我们都知道

传统的建筑物结构

常常采用钢材或混凝土结构

其容许承载力可达到20～500MPa

这一数值远大于一般的土质地基

提供的100～1000kPa的承载力

即使是最好的岩石地基

其承载力仅为1～3MPa

由此可见

上部结构与下部地基的强度

存在量纲级的差异

在现代工程趋向于更高 更大

更深的背景下

如何有效将上部的巨大荷载传递

到下部地基中

这是土木工程设计人员需要考虑的问题

为了解决这一问题

工程设计人员常采用

基础结构来协调上部结构

与地基承受的应力差异

主要有以下两种方案

当上部结构荷载不大时

可采用浅基础方案

扩大建筑物与地基的接触面积

将上部荷载均匀的

扩散到浅层土体中

当上部荷载过大的时候

浅基础方案不足以满足

地基承载要求时

可选择深基础方案

通过深基础结构将荷载传递到更深层土体中

不但能获得更大的摩擦接触面

而且可以直接利用深层基岩作为持力层

由此可见

地基有效承载问题

正是基础工程学科的根本出发点

基础工程的应力扩散思维

在生活中处处可见

水黾（měng）利用伸展的四肢分摊

自身的重量

实现水面滑行

人类也已经学会了通过

增大接触面积的方法来减小自身压力

现在

让我们来对基础的概念下一个定义

基础是一种联系上部结构与地基

并将上部结构荷载扩散到

地基中的人工结构物

那么这一定义

说明了基础结构承上启下的功能

按照荷载扩散的方式分类

基础结构可分为

浅基础和深基础两大类

在具体工程项目中

应结合场地情况

荷载幅值

建筑要求和造价等参数

综合选取适合于工程的基础形式

下面让我们通过一个案例了解一下

基础结构是如何发挥其承载功能的

和贵楼是福建南靖云水谣土楼群的

最高方形土楼

建立在沼泽地上

历经200多年仍坚固稳定

巍然屹立

作为动画电影“大鱼海棠”的取景地

备受人们关注

和贵楼在沼泽地上屹立百年的秘密在于

建筑底部

在建设初期人们便将方圆220根

松木桩涂上清漆

打入沼泽地

并在表面纵横铺上数百根松木

利用树桩的摩阻力和松木的浮力

在沼泽地上建起占地1500平方的土楼

是我国建筑史上的奇迹！

由和贵楼的基础工程

我们可以看到桩筏基础的雏形

利用竖向插入和水平平铺的松木组合

形成良好的应力扩散层

达到百年承载的目的

如今的建筑结构向着更大

更高

更深发展

这对下部基础结构提出了更高的挑战

接下来

我们通过两个工程案例来讲述

现代大型工程的基础工程

是如何应对这一挑战的

连接南通市与苏州市的苏通长江大桥

2018年建成通车

其通航孔主跨1088m

是目前世界上最大跨径的斜拉桥

其主墩基础按摩擦桩

高桩承台设计

平面尺寸114×48m

内置

131根φ2.85m

或φ2.5m

变截面钻孔灌注桩

桩长约120m

作为变截面桩组成部分的钢护筒

共长242万米(218万吨)

承台钢套箱用钢153万吨

混泥土体积1842万m3

苏通大桥斜拉桥规模巨大的群桩基础

堪称世界之最

苏通大桥这座雄伟的工程

从设计

施工 到工程管理都极具挑战性

许多方面都超出了

国内外现行技术标准和规范

没有现成的工程经验可以借鉴

为此苏通大桥建设指挥部把

“自主创新”精神作为动力

“抓住机遇、迎接挑战”

取得了一系列的技术突破

形成了完整而行之有效的施工技术方案

通过建设者近两年的努力

取得了100%工程优良率的好成绩

另一个项目案例

是本团队参与设计的

位于吉安县井冈山经济技术开发区的

吉衡铁路深圳大道跨线桥

我们通过以下动画先来看看

这个项目存在怎样的困境

吉衡铁路是电气化铁路

其对桥梁的沉降和施工影响

提出了极高的要求

同时

桥墩位置位于吉安地区岩溶

高度发育带上

桥梁桩位以下

存在超大型

串珠式岩溶体

常规的处理是采用端承桩穿越岩溶体方案

原端承长桩方案

因岩溶分布广泛

施工困难宣告失败

华东交通大学科研团队创新地

提出了15m直径超大变阶

变阶钻埋空心桩方案

将上世纪90年代

无承台大直径钻孔埋入空心桩

施工技术引入

成功实现了

5个超大直径空心基桩

这为不良地质条件下桥梁基础方案

提出了创新性的解决之道

在2017年12月

桥梁全线贯通后

我团队对基础沉降进行了长达一年观测

数据表明该项目中超大空心桩

最大沉降仅为5mm

可以认为非常成功

井吉铁路跨线桥桩

成功的根本在于

施工方案成熟可靠

设计方案遵循常识

又大胆创新

在极大减轻自重的前提下

采用超大直径增加了侧面摩擦面积

既不盲目追求端承

又巧妙地将施工工艺与设计方案相结合

这一设计理念值得进一步推广

回顾以上两个工程案例

我们可以看到

即使被认为最不需要创新的桥梁基础

也需要进行创新

要在基础承载方案上

打破固有思维

形成技术突破

这就要求我们认真学习基础工程

相关知识

在遵循本学科自然规律基础上

实现技术创新

下面我们来看一个违背基础工程的

施工常识而导致的事故案例

2009年6月27日5时

上海莲花河畔景苑

发生一起

13层在建高层整体

倾覆倒塌的事件

导致一名施工人员死亡

在这起事件中

违规施工处处可见

在事发前一天

即6月26日

丁浦河侧就因施工损毁防汛墙而被处理

而一系列的违规施工直接

导致了这一事故的发生

事发前紧邻大楼南侧的地下车库基坑

正在开挖

开挖深度4.6米

与此同时

从6月20日起

施工方在事发楼盘前方开挖基坑堆土

紧贴大楼北侧

6天内即高达10米

大楼两侧的压力差使土体产生水平位移

过大的水平力超过了桩基的抗侧能力

桩基直接受剪破坏

最终导致房屋倾倒

这个过程是逐步发生的

是可以监测得到的

直到高层建筑倾斜到一定数值

桩基变形达到破坏极限才会倾倒

这是由于土体滑动造成桩基破坏

从而导致建筑失稳破坏的过程

通过以上分析

事故调查组认定本工程存在重大责任事故

不当施工是造成该事件发生的主要原因

通过这个事故我们可以认识到

基础结构在工程建设中极其重要

通过对本课程的学习

我们可以掌握

基础工程设计施工的全过程

学习基础工程的特点

在此基础上进行技术创新

避免该类事件

再次发生

通过以上案例学习

我们可以认为基础工程的建设难度

与其自身特点也是密切相关的

基础结构是工程中的隐蔽项目

功能重要

施工难度大

造价高

是工程项目成功与否的决定性要素

对基础结构的分析

必须考虑到结构与土的

动态相互作用全过程

这也使得基础工程的设计选型

尤其困难

这对工程设计人员的基本素质

提出了更高的要求

我们认为

一名合格的基础工程设计人员

必须牢固掌握基础工程相关理论

以及现行规范

在运用所学知识对现有场地进行

分析解构后

提出一套最适合于

待设计项目的基础结构方案

通过不断的实践积累丰富的工程经验

敢于突破固有技术形成技术创新

最终推动整个行业的技术进步

这是所有基础工程设计人员

应该追求的一种境界

基础工程设计需要掌握的基本知识

涵盖土力学 工程地质等学科

涉及到基础结构的强度问题和变形问题

这需要我们熟练掌握土的

的剪切强度理论

水平土压力理论等知识点

这也是我们在下一个章节中

要进行详细讨论的内容

基础工程涉及到的国内规范体系

大致可划分为三类

也就是建筑工程相关类

公路相关类和铁路相关类

而国外比较通用的规范主要包括欧洲体系

即EUCODE体系

以及美国IBC规范体系

前者多用于欧洲各国

而后者常用于美国

以及东亚国家

另一个重要信息

便是场地地质情况

通过工程地质勘探

可获得场地的平面图和剖面图

进而准确反映场地的地质条件

基础工程设计者可以根据地质信息

和上部结构类型综合确定基础的承载方案

并对其长期表现进行预测

在满足安全性的前提下

基础工程设计者还应

勇于对基础结构方案进行创新

综合比选多种基础类型

因地制宜

最终形成经济 安全

施工便捷的基础工程方案

以上就是一名合格的基础工程设计师

应该具备的基本素质

我们团队也希望能通过

这门课程

给广大基础工程设计人员启迪

通过学习本课程

实现知识点的触类旁通

学以致用

建立优秀的职业素养

本课程的定位概括起来有三部分

交通特色将是本课程区别于

工民建类的基础工程课程

本硕同用对本课程的讲授深度提出了要求

最终通过对本课程的学习

引导大家学会基础结构的设计

并能运用到实践中

基于这一课程定位

根据基础工程的学科特点

本课程将知识点集中到七个知识章节中

并通过课程设计环节

引导学生将所学知识学以致用

在知识点的讲解过程中

穿插引入现有规范中相对应的条文

每章结尾还会介绍目前主流的学术观点

希望能够抛砖引玉

为广大科研人员的科研工作

提出一些创新的启发

本课程教学团队结构合理

均有多年的基础工程学科教学实践经验

相信我们团队

会给大家带来不一样的讲解

启发大家对本学科进一步

探索

在此

我预祝大家都能学好这门课

我们团队承诺

在这一学期为您提供良好的学习体验

谢谢