土木工程概論5《巖土及地下工程》

土木工程概論5《巖土及地下工程》第一頁，共139頁。第二部分地下結(jié)構(gòu)工程概論第一部分巖土工程概論第二頁，共139頁。第一部分巖土工程6.1巖土工程概念

《巖土工程基本術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)》定義為：“土木工程中涉及巖石和土的利用、處理和改良的科學(xué)技術(shù)?！敝袊蟀倏迫珪x為：“土木工程的一個分支，以工程地質(zhì)學(xué)、巖石力學(xué)、土力學(xué)與基礎(chǔ)工程為理論基礎(chǔ)，涉及巖石和土的利用、整治和改造的一門技術(shù)科學(xué)?！钡谌?，共139頁。萬丈高樓從地起第四頁，共139頁。1.地基由地殼中的物質(zhì)（巖石或土）構(gòu)成；它是土木工程的“根”，支承著上部結(jié)構(gòu)。地殼：一般厚度為30~80km,構(gòu)成天然地基的物質(zhì)是地殼中的巖石和土。地基與地層（包括巖層）的區(qū)別地基是指受土木工程結(jié)構(gòu)影響的那一部分地層。第五頁，共139頁。2.土的基本工程特性土具有壓縮性這是由土的三相組成決定的。固相：固體顆粒（巖石碎屑、礦物顆粒）液相：孔隙中的水氣相：孔隙中的氣體；S-----為地基沉降量即建筑物沉降量第六頁，共139頁。3.關(guān)于地基承載力的概念指保證在地基穩(wěn)定條件下，地基壓縮變形在房屋容許范圍內(nèi)時，地基單位面積上所能承受的最大荷載。地基的強度條件要求是：第七頁，共139頁。4.要計算地基即工程結(jié)構(gòu)的最終沉降量，使其沉降量保證在規(guī)定的容許范圍之內(nèi)；規(guī)范規(guī)定的容許值第八頁，共139頁。地質(zhì)勘察第九頁，共139頁。對建設(shè)場地的地質(zhì)情況，認真進行勘察，通過鉆孔取樣了解土層、巖層的分布第十頁，共139頁。第十一頁，共139頁。第十二頁，共139頁。

工程地質(zhì)勘察報告的整理及閱讀勘察報告的內(nèi)容場地地形圖勘探點的平面布置圖工程地質(zhì)剖面圖地基各土層的物理力學(xué)性質(zhì)總表提出有關(guān)地基基礎(chǔ)設(shè)計參數(shù)如基礎(chǔ)埋置深度、地基承載力、地下水位。

根據(jù)場地地質(zhì)資料進行綜合分析，提出多種地基基礎(chǔ)設(shè)計方案比較，為房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工提供重要依據(jù)。第十三頁，共139頁。下臥層地基與基礎(chǔ)工程D埋深Dq=D均布荷載持力層（受力層）地基基礎(chǔ)FG主要受力層第十四頁，共139頁。軟土層樁Pile：指垂直或者稍傾斜布置于地基中，其斷面相對其長度較小的桿狀構(gòu)件。樁的功能：通過桿件的側(cè)壁摩阻力和端阻力將上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞到深處的地基上。深基礎(chǔ)---樁基礎(chǔ)第十五頁，共139頁。夯錘下落地基處理技術(shù)—強夯第十六頁，共139頁。深基坑支護工程----排樁支護第十七頁，共139頁。第十八頁，共139頁。6.2基礎(chǔ)工程天然地基：天然土層，不對地基土做處理淺基礎(chǔ)：

(1)埋深小于5m的柱基或墻基，(2)埋深小于基礎(chǔ)寬度的筏基、箱基，埋深大于5m，(3)不考慮側(cè)面摩擦力DD第十九頁，共139頁。下臥層地基與基礎(chǔ)D埋深Dq=D均布荷載持力層（受力層）地基基礎(chǔ)FG主要受力層第二十頁，共139頁。人工地基：加固上部土層，提高承載力。經(jīng)過地基處理軟土第二十一頁，共139頁。樁基礎(chǔ)和深基礎(chǔ)新加坡發(fā)展銀行,四墩,每墩直徑7.3m將荷載傳遞到下部好土層,承載力高大直徑鉆孔樁風(fēng)化砂巖及粉砂巖部分風(fēng)化及不風(fēng)化泥巖樁基礎(chǔ)第二十二頁，共139頁。1按基礎(chǔ)埋深分類2按基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式分類3按基礎(chǔ)剛度分類 無筋擴展(剛性)基礎(chǔ) 擴展基礎(chǔ)4按基礎(chǔ)材料分類淺基礎(chǔ)分類淺基礎(chǔ)的類型第二十三頁，共139頁。2按基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式分類1)單獨基礎(chǔ):柱下或墻下,土質(zhì)較好Individualfooting,padfoundation獨立基礎(chǔ)的主要受力層深度1.5b淺基礎(chǔ)分類第二十四頁，共139頁。2)條型基礎(chǔ)墻下或柱下條形基礎(chǔ),柱下:一般是土質(zhì)差,兩側(cè)單獨基礎(chǔ)相連Stripfoundation條形基礎(chǔ)的主要受力層深度3.0b淺基礎(chǔ)分類第二十五頁，共139頁。3)十字交叉基礎(chǔ)柱下:土質(zhì)更差,或荷載很大,四面基礎(chǔ)相連縱向條形基礎(chǔ)橫向條形基礎(chǔ)淺基礎(chǔ)分類CrossStripfooting第二十六頁，共139頁。4)片筏基礎(chǔ)土質(zhì)更差,單獨基礎(chǔ)聯(lián)成整體,游泳館,筏下有肋,板下處理淺基礎(chǔ)分類Matfoundation第二十七頁，共139頁。5)箱形基礎(chǔ)有筏、墻和頂板形成箱，整體性更好底板外墻內(nèi)墻淺基礎(chǔ)分類第二十八頁，共139頁。6)殼體基礎(chǔ)淺基礎(chǔ)分類第二十九頁，共139頁。按基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式單獨基礎(chǔ)Individualfootingpadfoundation

條形基礎(chǔ)Stripfooting

十字交叉基礎(chǔ)Crossstripfooting

筏板基礎(chǔ)Matfoundation

箱形基礎(chǔ)Boxfoundation

殼體基礎(chǔ)淺基礎(chǔ)分類Matfoundation第三十頁，共139頁。6.3地基處理一、換土墊層法二、壓密法軟土墊層三、排水固結(jié)法四、復(fù)合地基五、加筋土

地基處理第三十一頁，共139頁。靜重碾壓Compactionbyrolling振動平胎碾－礫石Pneumatictiredroller羊足碾－粘性土或粉土Sheepsfootroller機械壓密平滑鼓型振動碾Vibrocompactionforsand第三十二頁，共139頁。

沖擊荷重壓密夯板壓密法：適用于填土、松砂荷濕陷性黃土影響深度：1.5~2.5m機械壓密第三十三頁，共139頁。

強夯法錘重：8~25t，最大200t落距：8~25m有效深度：5~10m承載力：180~250kPa1969年，法國1978年，中國強夯設(shè)備：夯錘，起重機，脫鉤裝置加固機理：動態(tài)能量,波的傳播和密實固結(jié)加固效果：提高承載力、減小沉降量，消除液化可能、消除濕陷性等優(yōu)缺點：經(jīng)濟；噪音第三十四頁，共139頁。振動平板碾－級配砂或者砂、礫和粘性土的混合土Vibratingplateforhandoperation

振動板壓密第三十五頁，共139頁。塑料排水板施工工藝流程圖真空預(yù)壓法施工現(xiàn)場排水固結(jié)法第三十六頁，共139頁。真空管網(wǎng)鋪設(shè)第三十七頁，共139頁。

真空系統(tǒng)第一層土工布鋪設(shè)土工布鋪設(shè)土工布縫接第三十八頁，共139頁。真空系統(tǒng)雙層密封土工膜的鋪設(shè)

第三十九頁，共139頁。真空系統(tǒng)土工膜的密封

第四十頁，共139頁。

出膜連接與真空系統(tǒng)安裝出膜連接出膜管與真空泵連接第四十一頁，共139頁。

試抽真空第四十二頁，共139頁。復(fù)合地基組成天然地基土土質(zhì)樁或膠結(jié)摻料樁砂石墊層基礎(chǔ)第四十三頁，共139頁。振沖樁(起源于德國,我國于70年代引入)(1)設(shè)備,振沖器d=270~420mm,l=2~3m,G=8~20KN(2)原理:振:偏心輪旋轉(zhuǎn),振動加密,使顆粒移動沖:高壓水從中間穿過,土顆粒振浮液化固結(jié)振沖樁復(fù)合地基第四十四頁，共139頁。平路堤加筋加筋土第四十五頁，共139頁。6.4深基坑工程第四十六頁，共139頁。第四十七頁，共139頁。第四十八頁，共139頁。第四十九頁，共139頁。第五十頁，共139頁。土釘?shù)谖迨豁?，?39頁。第五十二頁，共139頁。第五十三頁，共139頁。第五十四頁，共139頁。第五十五頁，共139頁。第五十六頁，共139頁。第五十七頁，共139頁。第五十八頁，共139頁。第五十九頁，共139頁。第六十頁，共139頁。第六十一頁，共139頁。第六十二頁，共139頁。第二部分地下結(jié)構(gòu)工程6.5地下工程簡介（1）概念：建造在巖石中、土中或水底下的建筑工程統(tǒng)稱為地下工程。2.85第六十三頁，共139頁。第六十四頁，共139頁。上海楊浦電廠取水工程第六十五頁，共139頁。第六十六頁，共139頁。香港東區(qū)海底隧道第六十七頁，共139頁。⑵類型：按使用功能分為工業(yè)建筑工程（如工廠、電站）、民用建筑工程（如人民防空工程、地下商店、地下劇場）、交通運輸工程（如地下鐵道、鐵路和公路隧道）、礦山建筑工程（如礦井）、水工建筑工程（如輸水道）、軍事工程（如指揮所、通訊樞紐、軍火庫）和各種服務(wù)性設(shè)施。匈牙利布達佩斯地鐵候車室第六十八頁，共139頁。儲藏室?guī)r石中的地下建筑第六十九頁，共139頁。地下廠房利用天然巖洞地下工廠第七十頁，共139頁。東京八重洲地下街。分三層，左右兩側(cè)上層為商場、中層為車庫，底層為機房，中部為地下鐵道。埋入土中的地下街道第七十一頁，共139頁。⑶結(jié)構(gòu)形式：地下建筑物可以構(gòu)筑成隧道形式，也可以和地面房屋相似，在平面布局上采用棋盤式和房間式的布置，并可建成多層多跨的框架結(jié)構(gòu)。平頂直墻式隧道第七十二頁，共139頁。北京天外天地下商場主要采用：五連拱多跨梁柱結(jié)構(gòu)施工方法，雙層導(dǎo)洞轉(zhuǎn)向技術(shù)。平頂直墻田字型開挖施工技術(shù)；暗挖拱型結(jié)構(gòu)與明挖框架結(jié)構(gòu)連接結(jié)構(gòu)施工技術(shù)。第七十三頁，共139頁。五連拱效果圖第七十四頁，共139頁。地下建筑物的橫斷面有各種不同形狀。最常見的有：圓形、矩形、拱頂直墻（包括厚拱薄墻）、拱頂曲墻、落地拱、穹頂直墻等第七十五頁，共139頁。平頂直墻第七十六頁，共139頁。曲頂直墻第七十七頁，共139頁。

⑷地下建筑物的特點：可作為有效的防空、防炸設(shè)施，形成恒溫恒濕防震防振的環(huán)境，并能節(jié)約地面建筑占地。但地質(zhì)條件要求較高，施工困難、投資較高。第七十八頁，共139頁。⑸地下建筑物的結(jié)構(gòu)特點：與巖（土）接觸處必須有襯砌結(jié)構(gòu)。襯砌結(jié)構(gòu)的作用：承受巖（土）層和爆炸等靜力和動力荷載，并防止地下水和潮氣的侵入。第七十九頁，共139頁。襯砌結(jié)構(gòu)。材料為鋼筋混凝土或磚、石。第八十頁，共139頁。⑹發(fā)展概況：古代地下建筑：人類在原始時期就利用天然洞穴作為群居、活動場所和墓室。我國的地下儲糧已有5000多年歷史，敦煌、云崗、龍門三大石窟群也是我國古代杰出的地下建筑工程。第八十一頁，共139頁。第八十二頁，共139頁。第八十三頁，共139頁。懸空寺，全國重點文物保護單位，是佛、道教合一的獨特寺廟。位于山西省渾（hun）源縣城南5km金龍峽半崖峭壁間。始建于北魏后期，至今已有1400多年歷史。第八十四頁，共139頁。第八十五頁，共139頁。這個歷史時期所謂地下建筑工程多局限于帝王貴人的陵墓和人類居住的窯洞。

近代地下建筑

從英國1860年修建、1863年運營的第一條地下鐵道算起，至今也只有140多年的歷史。由于戰(zhàn)爭頻繁、城市人口增加、環(huán)境污染日益嚴(yán)重以及能源危機等因素的影響，地下建筑工程在一些國家得到迅速發(fā)展?！毡?0年代建造地下工程總量近1億立方米，70年代為3億立方米。——法國巴黎地下交通規(guī)劃為上下兩層?！绹呀ǔ?000多座人防指揮所?！鸬浣ǔ陕裨诘叵?10m深的地下巖石中的熱水庫。第八十六頁，共139頁。第八十七頁，共139頁。第八十八頁，共139頁。我國自50年代初開始，修建了大量的防空地下建筑工程。這些工程可作為地下餐廳、商店、醫(yī)院等。戰(zhàn)爭時期則可改建為人防指揮所和民房掩蔽所。6.6地下鐵道⑴概念：地下鐵道（地鐵）是指在城市地下由電力機車牽引的鐵路，是解決大城市交通擁擠的大量、快速、安全運送乘客的現(xiàn)代交通工具，在戰(zhàn)時還起到防護的作用。城市軌道交通：地鐵、輕軌、有軌電車和磁懸浮列車

第八十九頁，共139頁。⑵.地鐵的分類：按其所處的位置可分為:

淺埋地鐵；將線路埋設(shè)在地面街道之下，線路走向受到城市地面建筑物的影響，線路頂部、地鐵車站頂部要有最小的回填土層。

深埋地鐵；不受城市地面建筑物的影響，多數(shù)線路在平面上都為直線。

地面地鐵線路段一般修建在居民較少的城郊。第九十頁，共139頁。高架地鐵線路段設(shè)置在用鋼或鋼筋混凝土建造的高架線路橋上。第九十一頁，共139頁。⑶.地鐵建筑物的組成

地鐵車站類型有島式車站、側(cè)式車站、混合式車站。區(qū)間隧道是連接各車站區(qū)的線路通道。第九十二頁，共139頁。第九十三頁，共139頁。

出入口建筑物有地面站廳、自動扶梯斜隧道、地面牽出線。第九十四頁，共139頁。第九十五頁，共139頁。第九十六頁，共139頁。第九十七頁，共139頁。世界各國的大城市都非常重視地鐵建設(shè)。2000年前，距統(tǒng)計全世界已有81個城市的地鐵投入運行，有30個城市的地鐵正在修建和設(shè)計中。我國除了北京有地鐵外，改革開放后，上海、廣州、深圳等城市的地鐵建設(shè)也迅速發(fā)展起來。到目前2015年，中國將有37座城市擁有地鐵。第九十八頁，共139頁。廣州地鐵青島地鐵青紡醫(yī)院車站工程第九十九頁，共139頁。上海地鐵江蘇路車站工程上海規(guī)劃在2020年將建成10條輕軌鐵路和6條地鐵，共同組成市區(qū)和近郊的快速便捷的交通網(wǎng)。第一百頁，共139頁。第一百零一頁，共139頁。6.7隧道工程包括：鐵路隧道道路隧道水底隧道特點：穿越天然障礙地質(zhì)條件復(fù)雜多變施工技術(shù)要求高、難度大第一百零二頁，共139頁。主要施工方法

明挖法或圍堤明挖法（敞口開挖基坑，修建隧道后覆填）

鉆眼爆破法（適用于硬巖中開挖隧道）

盾構(gòu)法：盾構(gòu)為一鋼制圓筒，周邊設(shè)置千斤頂推向前方。

頂管法

沉管法：多用于水底隧道。第一百零三頁，共139頁。頂管法施工示意圖第一百零四頁，共139頁。第一百零五頁，共139頁。龐大的隧道施工設(shè)備第一百零六頁，共139頁。第一百零七頁，共139頁。第一百零八頁，共139頁。黃浦江人行隧道:為我國第一條越江人行隧道，建于浦西南京路外灘與浦東陸家嘴東方明珠塔之間，隧道內(nèi)徑6.67米，全長646.7米。

第一百零九頁，共139頁。著名鐵路隧道獅球嶺隧道

是中國最早建成的鐵路隧道，位于臺灣省基隆經(jīng)臺北至新竹窄軌鐵路的基隆與七堵之間，全長261米。隧道于1887年從南北兩端同時開工。第一百一十頁，共139頁。第一百一十一頁，共139頁。八達嶺隧道

是中國自行設(shè)計和施工的第一座越嶺隧道，位于（北）京包（頭）鐵路青龍橋車站附近。這座單線隧道全長1091米，由我國杰出的工程師詹天佑親自規(guī)劃督造，1907年開工，在中國技術(shù)人員和工人的努力下，僅用18個月，于1908年竣工。第一百一十二頁，共139頁。第一百一十三頁，共139頁。關(guān)角隧道

青藏鐵路開通前已開通運營的海拔最高的鐵路隧道第一百一十四頁，共139頁。以“難”著稱的隧道：南嶺隧道（湖南）第一百一十五頁，共139頁。中國已通車的最長雙線電氣化鐵路隧道:大瑤山隧道第一百一十六頁，共139頁。第一百一十七頁，共139頁。中國第一座重載鐵路雙線隧道：軍都山隧道，位于北京市延慶縣東南，燕山北麓

第一百一十八頁，共139頁。米花嶺隧道是中國已通車的最長單線電氣化鐵路隧道，位于南昆鐵路經(jīng)過的廣西壯族自治區(qū)田林縣板桃鄉(xiāng)境內(nèi)，全長9392米。第一百一十九頁，共139頁。第一百二十頁，共139頁。第一百二十一頁，共139頁。中國鐵路瓦斯含量最高的長大隧道：家竹箐隧道,位于南昆鐵路第一百二十二頁，共139頁。秦嶺隧道中國最長的鐵路隧道，位于西（安）（安）康鐵路青岔車站和營盤車站之間，由兩座基本平行的單線隧道組成，兩線間距為30米，其中Ⅰ線隧道全長18460米；Ⅱ線隧道全長18456米。第一百二十三頁，共139頁。第一百二十四頁，共139頁。第一百二十五頁，共139頁。第一百二十六頁，共139頁。風(fēng)火山隧道是世界海拔第一高的鐵路隧道，位于青藏鐵路青海境內(nèi)青藏高原可可西里“無人區(qū)”邊緣，全長1338米，軌面海拔4905米，是世界上海拔最高的隧道，也是青藏鐵路重點控制工程。第一百二十七頁，共139頁。第一百二十八頁，