土木工程概論《巖土與地下工程》

第六章巖土與地下工程專題第二部分地下結(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(gè)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)?！比f丈高樓從地起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。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(shí)，地基單位面積上所能承受的最大荷載。地基的強(qiáng)度條件要求是：4.要計(jì)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)定的容許值地質(zhì)勘察對(duì)建設(shè)場(chǎng)地的地質(zhì)情況，認(rèn)真進(jìn)行勘察，通過鉆孔取樣了解土層、巖層的分布

工程地質(zhì)勘察報(bào)告的整理及閱讀勘察報(bào)告的內(nèi)容場(chǎng)地地形圖勘探點(diǎn)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(jì)參數(shù)如基礎(chǔ)埋置深度、地基承載力、地下水位。

根據(jù)場(chǎng)地地質(zhì)資料進(jìn)行綜合分析，提出多種地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案比較，為房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工提供重要依據(jù)。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主要受力層軟土層樁Pile：指垂直或者稍傾斜布置于地基中，其斷面相對(duì)其長(zhǎng)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)夯錘下落地基處理技術(shù)—強(qiáng)夯深基坑支護(hù)工程----排樁支護(hù)6.2基礎(chǔ)工程天然地基：天然土層，不對(duì)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D

D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主要受力層人工地基：加固上部土層，提高承載力。經(jīng)過地基處理軟土樁基礎(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)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(kuò)展(剛性)基礎(chǔ) 擴(kuò)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2按基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式分類1)單獨(dú)基礎(chǔ):柱下或墻下,土質(zhì)較好Individualfooting,padfoundation獨(dú)立基礎(chǔ)的主要受力層深度

1.5b淺基礎(chǔ)分類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(dú)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CrossStripfooting4)片筏基礎(chǔ)土質(zhì)更差,單獨(dú)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Matfoundation5)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6)殼體基礎(chǔ)淺基礎(chǔ)分類按基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式單獨(dú)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Matfoundation6.3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

地基處理靜重碾壓Compactionbyrolling振動(dòng)平胎碾－礫石Pneumatictiredroller羊足碾－粘性土或粉土Sheepsfootroller機(jī)械壓密平滑鼓型振動(dòng)碾Vibrocompactionforsand

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(jī)械壓密

強(qiáng)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(qiáng)夯設(shè)備：夯錘，起重機(jī)，脫鉤裝置加固機(jī)理：動(dòng)態(tài)能量,波的傳播和密實(shí)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(diǎn)：經(jīng)濟(jì)；噪音振動(dòng)平板碾－級(jí)配砂或者砂、礫和粘性土的混合土Vibratingplateforhandoperation

振動(dòng)板壓密塑料排水板施工工藝流程圖真空預(yù)壓法施工現(xiàn)場(chǎng)排水固結(jié)法真空管網(wǎng)鋪設(shè)

真空系統(tǒng)第一層土工布鋪設(shè)土工布鋪設(shè)土工布縫接真空系統(tǒng)雙層密封土工膜的鋪設(shè)

真空系統(tǒng)土工膜的密封

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

試抽真空復(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)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(dòng)加密,使顆粒移動(dòng)沖:高壓水從中間穿過,土顆粒振浮液化固結(jié)振沖樁復(fù)合地基平路堤加筋加筋土6.4深基坑工程土釘?shù)诙糠值叵陆Y(jié)構(gòu)工程6.5地下工程簡(jiǎn)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上海楊浦電廠取水工程香港東區(qū)海底隧道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(chǎng)）、交通運(yùn)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(dá)佩斯地鐵候車室儲(chǔ)藏室?guī)r石中的地下建筑地下廠房利用天然巖洞地下工廠東京八重洲地下街。分三層，左右兩側(cè)上層為商場(chǎng)、中層為車庫，底層為機(jī)房，中部為地下鐵道。埋入土中的地下街道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)。平頂直墻式隧道北京天外天地下商場(chǎng)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)。五連拱效果圖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、穹頂直墻等平頂直墻曲頂直墻

⑷地下建筑物的特點(diǎn)：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。⑸地下建筑物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：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(dòng)力荷載，并防止地下水和潮氣的侵入。襯砌結(jié)構(gòu)。材料為鋼筋混凝土或磚、石。⑹發(fā)展概況：古代地下建筑：人類在原始時(shí)期就利用天然洞穴作為群居、活動(dòng)場(chǎng)所和墓室。我國的地下儲(chǔ)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。懸空寺，全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位，是佛、道教合一的獨(dú)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。這個(gè)歷史時(shí)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(yùn)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(zhēng)頻繁、城市人口增加、環(huán)境污染日益嚴(yán)重以及能源危機(jī)等因素的影響，地下建筑工程在一些國家得到迅速發(fā)展。——日本60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?！▏屠璧叵陆煌ㄒ?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。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(zhēng)時(shí)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(jī)車牽引的鐵路，是解決大城市交通擁擠的大量、快速、安全運(yùn)送乘客的現(xiàn)代交通工具，在戰(zhàn)時(shí)還起到防護(hù)的作用。城市軌道交通：地鐵、輕軌、有軌電車和磁懸浮列車

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。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。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。

出入口建筑物有地面站廳、自動(dòng)扶梯斜隧道、地面牽出線。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(jì)全世界已有81個(gè)城市的地鐵投入運(yùn)行，有30個(gè)城市的地鐵正在修建和設(shè)計(jì)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。廣州地鐵青島地鐵青紡醫(yī)院車站工程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)。6.7隧道工程包括：鐵路隧道道路隧道水底隧道特點(diǎn)：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。頂管法施工示意圖龐大的隧道施工設(shè)備黃浦江人行隧道: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(zhǎng)646.7米。

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(tái)灣省基隆經(jīng)臺(tái)北至新竹窄軌鐵路的基隆與七堵之間，全長(zhǎng)261米。隧道于1887年從南北兩端同時(shí)開工。八達(dá)嶺隧道

是中國自行設(shè)計(jì)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(zhǎng)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(gè)月，于1908年竣工。關(guān)角隧道

青藏鐵路開通前已開通運(yùn)營的海拔最高的鐵路隧道以“難”著稱的隧道：南嶺隧道（湖南）中國已通車的最長(zhǎng)雙線電氣化鐵路隧道:大瑤山隧道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

米花嶺隧道是中國已通車的最長(zhǎng)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(zhǎng)9392米。中國鐵路瓦斯含量最高的長(zhǎng)大隧道：家竹箐隧道,位于南昆鐵路秦嶺隧道中國最長(zhǎng)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(zhǎng)18460米；Ⅱ線隧道全長(zhǎng)18456米。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(zhǎng)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(diǎn)控制工程。著名海底隧道

目前，