3土木工程概论.pptx

基础：将上部结构荷载传递给地基、连接上部结构与地基的下部结构称为基础。地基：是指承托基础的场地。3.1 3.1 岩土工程定义及分类岩土工程定义及分类关于岩土工程的定义，中国土木建筑百科词典对岩土工程的释关于岩土工程的定义，中国土木建筑百科词典对岩土工程的释义为：义为：“以工程地质学、岩体力学、土力学与基础工程学科为以工程地质学、岩体力学、土力学与基础工程学科为基础理论，研究和解决工程建设中与岩土有关的技术问题的一基础理论，研究和解决工程建设中与岩土有关的技术问题的一门新兴的应用科学门新兴的应用科学”。(1)(1)岩土工程是以土力学与基础工岩土工程是以土力学与基础工程、岩石力学与工程为基础，并和程、岩石力学与工程为基础，并和工程地质学密切结合的综合性学科。工程地质学密切结合的综合性学科。(2)(2)岩土工程以岩石和土的利用、岩土工程以岩石和土的利用、整治或改造作为研究内容。整治或改造作为研究内容。(3)(3)岩土工程服务于各类主体工程岩土工程服务于各类主体工程的勘察、设计与施工的全过程，是的勘察、设计与施工的全过程，是这些主题工程的组成部分。这些主题工程的组成部分。岩土工程又有其特有岩土工程又有其特有的、不同于上部结构的自的、不同于上部结构的自身规律和研究方法，将它身规律和研究方法，将它们的共同规律从各种主体们的共同规律从各种主体工程中归纳出来进行研究工程中归纳出来进行研究有助于更好地解决各类工有助于更好地解决各类工程中的岩土工程问题，程中的岩土工程问题，岩土工程或岩土技术是随岩土工程或岩土技术是随着人类的出现与发展，不着人类的出现与发展，不断获得进展的工程技术。断获得进展的工程技术。(1)(1)气候变暖引起的岩土工程问题。气候变暖引起的岩土工程问题。(2)(2)与自然灾害有关的岩土工程问题。与自然灾害有关的岩土工程问题。(3)(3)与特殊土有关的岩土工程问题与特殊土有关的岩土工程问题 (4)(4)由于城市建设引起的岩土工程问题。由于城市建设引起的岩土工程问题。(5)(5)城市发展引起的岩土工程问题。城市发展引起的岩土工程问题。(6)(6)与放射性核废料和石油储备等相关的岩土工程问题。与放射性核废料和石油储备等相关的岩土工程问题。(7)(7)矿山开采引发的岩土工程问题。矿山开采引发的岩土工程问题。(8)(8)土地复垦和再利用有关的岩土工程问题。土地复垦和再利用有关的岩土工程问题。(9)(9)与历史文化遗产保护有关的岩土工程问题。与历史文化遗产保护有关的岩土工程问题。(10)(10)敏感性生态区的岩土工程问题。敏感性生态区的岩土工程问题。岩土工程的基础是岩土工程勘察，根据处理对象其可岩土工程的基础是岩土工程勘察，根据处理对象其可分为分为基础工程、地基处理、基坑工程基础工程、地基处理、基坑工程等。等。3.2 3.2 岩土工程勘察岩土工程勘察 岩土工程勘察是土木工程建设的基础工作。岩土工程勘察岩土工程勘察是土木工程建设的基础工作。岩土工程勘察需符合国家、行业颁布的现行有关标准、规范的规定。需符合国家、行业颁布的现行有关标准、规范的规定。(1)(1)岩土工程勘察基本任务岩土工程勘察基本任务 岩土工程勘察是工程建设的前期工作。它是运用工程地质岩土工程勘察是工程建设的前期工作。它是运用工程地质及有关学科的理论知识和各种技术方法，在建设场地及其附近及有关学科的理论知识和各种技术方法，在建设场地及其附近进行调查研究，为工程建设的进行调查研究，为工程建设的正确规划、设计、施工和运行正确规划、设计、施工和运行等等提供可靠的地质资料，以保证工程建筑物的安全稳定、经济合提供可靠的地质资料，以保证工程建筑物的安全稳定、经济合理和正常使用。理和正常使用。岩土工程勘察的岩土工程勘察的目的目的是查明是查明建设地区的工程地质条件，建设地区的工程地质条件，提交岩土工程评价报告，为提交岩土工程评价报告，为选择设计方案、设计各类建选择设计方案、设计各类建筑物、制定施工方法、整治筑物、制定施工方法、整治地质病害提供可靠依据。地质病害提供可靠依据。(2)(2)工程地质测绘工程地质测绘 工程地质测绘与调查的目的是通过对场地的地形地貌、地工程地质测绘与调查的目的是通过对场地的地形地貌、地层岩性、地质构造、地下水与地表水、不良地质现象进行调查层岩性、地质构造、地下水与地表水、不良地质现象进行调查研究的测绘工作。研究的测绘工作。工程地质测绘就是填绘工程地质工程地质测绘就是填绘工程地质图，根据野外调查综合研究勘察图，根据野外调查综合研究勘察区的地质条件，填绘在适当比例区的地质条件，填绘在适当比例尺地形图上加以综合反映。尺地形图上加以综合反映。工程地质测绘方法有工程地质测绘方法有像片成像片成图法和图法和实地测绘法，其中实实地测绘法，其中实地测绘法是在测区实地进行地测绘法是在测区实地进行地面地质调查工作。地面地质调查工作。(3)(3)岩土工程勘探方法岩土工程勘探方法 岩土工程勘探方法主要有岩土工程勘探方法主要有钻探、钻探、物探、触探、坑探物探、触探、坑探等方法。等方法。钻探钻探是利用钻机在地是利用钻机在地层中钻孔，以鉴别和划分层中钻孔，以鉴别和划分地层，并可沿孔深取样，地层，并可沿孔深取样，用以测定岩石和土层的物用以测定岩石和土层的物理力学性质。理力学性质。钻探一般分为钻探一般分为回转式回转式和和冲击式冲击式两种。钻探是目前两种。钻探是目前地质勘探的主要手段。如图地质勘探的主要手段。如图所示的分别是在陆地上进行所示的分别是在陆地上进行的钻探和水上进行的钻探。的钻探和水上进行的钻探。物探物探的全称叫地球物理勘探，它利用专门仪器探测地壳表的全称叫地球物理勘探，它利用专门仪器探测地壳表层各种地质体的物理场，包括电场、磁场、重力场等，通过测层各种地质体的物理场，包括电场、磁场、重力场等，通过测得的物理场特性和差异来判明地下各种地质现象，从而获得某得的物理场特性和差异来判明地下各种地质现象，从而获得某些物理性质参数的一种勘探方法。当前常用的物探方法有电阻些物理性质参数的一种勘探方法。当前常用的物探方法有电阻率法、电位法、地震法、声波法、电视测井法等。率法、电位法、地震法、声波法、电视测井法等。触探触探是把装有电阻应变仪或电子电位差计的探头顶入或打是把装有电阻应变仪或电子电位差计的探头顶入或打入地下，根据探头进入地基土地层时所遇到的阻力，可直接得入地下，根据探头进入地基土地层时所遇到的阻力，可直接得到地基承载力的方法。到地基承载力的方法。坑探坑探是在地表向是在地表向深部掘坑槽深部掘坑槽或或坑洞坑洞以取得直观资以取得直观资料和原状土样，以便地质人员直接深入地下了解有关料和原状土样，以便地质人员直接深入地下了解有关地质现象或进行试验等的地下勘探方法。地质现象或进行试验等的地下勘探方法。(4)(4)岩土工程勘察报告的编制岩土工程勘察报告的编制 岩土工程勘察的最终成果以报告书的形式提出。勘察工作岩土工程勘察的最终成果以报告书的形式提出。勘察工作结束后，将取得的野外工作和室内试验的纪录和数据以及搜集结束后，将取得的野外工作和室内试验的纪录和数据以及搜集到的各种直接和间接资料进行分析整理、检查校对、归纳总结到的各种直接和间接资料进行分析整理、检查校对、归纳总结后，作出建筑场地的岩土工程地质评价。后，作出建筑场地的岩土工程地质评价。3.3 3.3 基础分类基础分类 任何建筑物都要建造在一定的地层任何建筑物都要建造在一定的地层(土层或岩层土层或岩层)上，因此，上，因此，工程结构的形式、施工和造价等都与工程场地的工程地质条件密工程结构的形式、施工和造价等都与工程场地的工程地质条件密切相关。通常把切相关。通常把直接承受建筑物荷载的那一部分地层直接承受建筑物荷载的那一部分地层称为地基。称为地基。未经人工处理就可以未经人工处理就可以满足设计要求的地基称为满足设计要求的地基称为天然地基天然地基。经过人工加工处理经过人工加工处理(例例如采用换土垫层、深层密如采用换土垫层、深层密实、排水固结、化学加固、实、排水固结、化学加固、加筋土技术等方法进行处加筋土技术等方法进行处理理)的地基称为的地基称为人工地基人工地基。地基与基础设计必须地基与基础设计必须满足两个基本条件：满足两个基本条件：强度条件强度条件 变形条件变形条件 根据埋置深度，基础可根据埋置深度，基础可分为浅基础和深基础。分为浅基础和深基础。3 3.3.1.3.1 浅基础浅基础 通常把位于天然地基上、埋置深度小于通常把位于天然地基上、埋置深度小于5m5m的一般基础的一般基础(柱基柱基或墙基或墙基)以及埋置深度虽超过以及埋置深度虽超过5m5m，但小于基础宽度的大尺寸基础，但小于基础宽度的大尺寸基础(如箱形基础如箱形基础)，统称为天然地基上的，统称为天然地基上的浅基础浅基础。(1)(1)按基础刚度分类按基础刚度分类 刚性基础刚性基础 柔性基础柔性基础 (2)(2)按构造分类按构造分类 独立基础独立基础 条形基础条形基础 筏板基础和箱形基础筏板基础和箱形基础 壳体基础壳体基础 柱下独立基础施工柱下独立基础施工 照片照片 刚性基础刚性基础 刚性基础是由砖、石、素混凝土或灰土等材料做成的基础。刚性基础是由砖、石、素混凝土或灰土等材料做成的基础。其抗压性能较好，而抗拉、抗剪性能较差，一般用于地基承载力其抗压性能较好，而抗拉、抗剪性能较差，一般用于地基承载力较好、压缩性较小的中小型民用建筑。较好、压缩性较小的中小型民用建筑。柔性基础柔性基础 柔性基础指基础内配置受力钢筋，可以抗拉和抗弯，且不受柔性基础指基础内配置受力钢筋，可以抗拉和抗弯，且不受刚性角限制。目前，柔性基础一般指钢筋混凝土基础，称为扩展刚性角限制。目前，柔性基础一般指钢筋混凝土基础，称为扩展基础。它的抗弯刚度较小，地基反力分布与作用和基础上的荷载基础。它的抗弯刚度较小，地基反力分布与作用和基础上的荷载分布完全一致。分布完全一致。（1 1）独立基础）独立基础 是整个或局部结构物下的无筋或配筋的单个基础。通常柱基、是整个或局部结构物下的无筋或配筋的单个基础。通常柱基、烟囱、水塔、高炉、机器设备等基础多采用独立基础。烟囱、水塔、高炉、机器设备等基础多采用独立基础。（2 2）条形基础）条形基础 是指基础长度远远大于其宽度的一种基础形式。是指基础长度远远大于其宽度的一种基础形式。按上部结构型式可分为按上部结构型式可分为墙下条形基础墙下条形基础和和柱下条形基础柱下条形基础。钢筋混凝土条形基础又分为有肋和无肋条形基钢筋混凝土条形基础又分为有肋和无肋条形基础。当地基承载力还不能满足要求时，可以采用础。当地基承载力还不能满足要求时，可以采用柱下柱下连梁式交叉基础连梁式交叉基础和和柱下交叉条形基础柱下交叉条形基础。（3 3）筏板基础和箱型基础）筏板基础和箱型基础 当柱子或墙传来的荷载很大，当柱子或墙传来的荷载很大，地基土较软弱地基土较软弱，用单独基础，用单独基础或条形基础都或条形基础都不能满足地基承载力不能满足地基承载力要求时，往往需要把整个房要求时，往往需要把整个房屋底面屋底面(或地下室部分或地下室部分)做成一片连续的钢筋混凝土板，作为房做成一片连续的钢筋混凝土板，作为房屋的基础为屋的基础为筏板基础筏板基础。为为增加基础板的刚度增加基础板的刚度，以，以减小不均匀沉降减小不均匀沉降，高层建筑往往，高层建筑往往把地下室的底板、顶板、侧墙及一定数量的内隔墙一起构成一把地下室的底板、顶板、侧墙及一定数量的内隔墙一起构成一个整体刚度很强的钢筋混凝土箱形结构为个整体刚度很强的钢筋混凝土箱形结构为箱形基础箱形基础。（4 4）壳体基础）壳体基础 为改善基础的受力性能，基础的形式可不做成台为改善基础的受力性能，基础的形式可不做成台阶状，而做成各种形式的壳体，称做壳体基础。阶状，而做成各种形式的壳体，称做壳体基础。3 3.3.3.2 2 深深基础基础 位于地基深处承载力较高的土层上，位于地基深处承载力较高的土层上，埋置深度大于埋置深度大于5m5m或或大大于基础宽度的基础于基础宽度的基础，称为深基础。当建筑场地浅层的土质无法，称为深基础。当建筑场地浅层的土质无法满足建筑物对地基变形和强度方面的要求，而又不宜做地基处满足建筑物对地基变形和强度方面的要求，而又不宜做地基处理，或建筑物有特殊要求时，可利用下部深层坚实土层或岩层理，或建筑物有特殊要求时，可利用下部深层坚实土层或岩层作为持力层，此时可采用深基础形式。常见的深基础有：作为持力层，此时可采用深基础形式。常见的深基础有：桩基桩基础、墩基础、沉井础、墩基础、沉井(箱箱)基础、地下连续墙基础、地下连续墙等。等。(1)(1)桩基础桩基础 桩基础由设置于土中的桩和承接上部结构的承台组成。桩基础由设置于土中的桩和承接上部结构的承台组成。根据承台与地面的相对位置不同，分为根据承台与地面的相对位置不同，分为低承台桩基低承台桩基和和高承高承台桩基台桩基；根据达到承载力极限状态时荷载传递的主要方式；根据达到承载力极限状态时荷载传递的主要方式分为分为端承桩和摩擦桩端承桩和摩擦桩两大类。两大类。(2)(2)墩基础墩基础 墩基础是在人工或机械成孔的墩基础是在人工或机械成孔的大直径孔中浇筑混凝土大直径孔中浇筑混凝土(钢筋钢筋混凝土混凝土)而成，我国多用人工开挖，亦称大直径人工挖孔桩。目而成，我国多用人工开挖，亦称大直径人工挖孔桩。目前，对于墩基础与大直径桩尚缺乏明确的界限，一般当直径大前，对于墩基础与大直径桩尚缺乏明确的界限，一般当直径大于于1500mm1500mm时可称为墩柱式基础时可称为墩柱式基础。墩基础因设计计算简单、施墩基础因设计计算简单、施工方便而得到广泛应用，工方便而得到广泛应用，(3)(3)沉井（沉井（沉箱）沉箱）基础基础 沉井基础通常是用钢筋混凝土或砖石、混凝土等材料分数沉井基础通常是用钢筋混凝土或砖石、混凝土等材料分数节制成的井桶状、圆形、方形或矩形结构物。依靠自身重量，节制成的井桶状、圆形、方形或矩形结构物。依靠自身重量，采取边挖土边下沉的方法施工修筑。采取边挖土边下沉的方法施工修筑。沉井是开口的，依靠人工沉井是开口的，依靠人工或机械将井筒内土挖出或机械将井筒内土挖出，而，而沉箱是闭口的。采取气压排除箱底沉箱是闭口的。采取气压排除箱底水后水后，再进行挖土形成，故称气压沉箱。，再进行挖土形成，故称气压沉箱。沉井基础的优点：埋深大，承沉井基础的优点：埋深大，承载面积大，能承受较大的垂直荷载载面积大，能承受较大的垂直荷载和水平荷载，整体性强，稳定性好，和水平荷载，整体性强，稳定性好，既是基础既是基础，也是施工时的，也是施工时的挡土或挡挡土或挡水围堰水围堰，且施工对临近建筑物的影，且施工对临近建筑物的影响小，内部空间可利用，常作为工响小，内部空间可利用，常作为工业建筑物尤其是地下建筑物的基础业建筑物尤其是地下建筑物的基础或矿用竖井、地下油库等。或矿用竖井、地下油库等。沉井基础的缺点：沉井基础的缺点：工工期长期长，对粉细砂类土在抽，对粉细砂类土在抽水时水时容易发生流砂现象容易发生流砂现象，造成沉井倾斜，在下沉过造成沉井倾斜，在下沉过程中如遇独石、树干或井程中如遇独石、树干或井底岩层表面倾斜过大时，底岩层表面倾斜过大时，都会给施工带来困难。都会给施工带来困难。3.4 3.4 地基处理地基处理 地基处理的对象是软弱地基和特殊土地基。地基处理的目的地基处理的对象是软弱地基和特殊土地基。地基处理的目的是采用各种地基处理方法以是采用各种地基处理方法以改善地基条件改善地基条件，这些措施包括以下五，这些措施包括以下五个方面的内容。个方面的内容。(1)(1)改善剪切特性改善剪切特性(2)(2)改善压缩特性改善压缩特性 (3)(3)改善透水特性改善透水特性(4)(4)改善动力特性改善动力特性(5)(5)改善特殊土的不良改善特殊土的不良地基的特性地基的特性根据地基处理加固原理，将地基处理方法分为六类，根据地基处理加固原理，将地基处理方法分为六类，即即置换法、排水固结法、灌入固化物法、振密、挤置换法、排水固结法、灌入固化物法、振密、挤置换法、排水固结法、灌入固化物法、振密、挤置换法、排水固结法、灌入固化物法、振密、挤密法、加筋法、冷热处理法密法、加筋法、冷热处理法密法、加筋法、冷热处理法密法、加筋法、冷热处理法。(1)(1)换填法换填法 当建筑物基础下的持力层比较软弱、不能满足上部结构当建筑物基础下的持力层比较软弱、不能满足上部结构荷载对地基的要求时，常采用荷载对地基的要求时，常采用换土垫层来处理软弱地基换土垫层来处理软弱地基。即。即将基础下一定范围内的土层挖去，然后回填以强度较大的砂、将基础下一定范围内的土层挖去，然后回填以强度较大的砂、碎石或灰土等，并夯实至密实。碎石或灰土等，并夯实至密实。(2)(2)预压法预压法 预压法是一种有效的软土地基处理方法。该方法的实质预压法是一种有效的软土地基处理方法。该方法的实质是，在建筑物或构筑物建造前，先在拟建场地上施加或分级是，在建筑物或构筑物建造前，先在拟建场地上施加或分级施加与其相当的荷载，施加与其相当的荷载，使土体中孔隙水排出，孔隙体积变小，使土体中孔隙水排出，孔隙体积变小，土体密实，提高地基承载力和稳定性土体密实，提高地基承载力和稳定性。(3)(3)强夯法强夯法 强夯法是法国强夯法是法国L L梅纳梅纳19691969年首创的一种地基加固方法，年首创的一种地基加固方法，即用几十吨重锤从高处落下，反复多次夯击地面，对地基进即用几十吨重锤从高处落下，反复多次夯击地面，对地基进行强力夯实。实践证明，经夯击后的行强力夯实。实践证明，经夯击后的地基承载力可提高地基承载力可提高2 25 5倍倍，压缩性可降低压缩性可降低200200500500，影响深度在影响深度在10m10m以上。以上。(4)(4)振冲法振冲法 振冲法是振动水冲击法的简称，按不同土类可分为振冲法是振动水冲击法的简称，按不同土类可分为振冲振冲置换法置换法和和振冲密实法振冲密实法两类。振冲法在粘性土中主要起振冲置两类。振冲法在粘性土中主要起振冲置换作用，置换后填料形成的桩体与土组成复合地基；在砂土换作用，置换后填料形成的桩体与土组成复合地基；在砂土中主要起振动挤密和振动液化作用。振冲法的处理深度可达中主要起振动挤密和振动液化作用。振冲法的处理深度可达10m10m左右。左右。(5)(5)水泥土搅拌法水泥土搅拌法 通过特制的深层搅拌机械，在地基中就地将软土和固化通过特制的深层搅拌机械，在地基中就地将软土和固化剂剂(浆液状或粉体状浆液状或粉体状)强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生一系列物理化学反映，使软土硬结成具有生一系列物理化学反映，使软土硬结成具有整体性、水稳性整体性、水稳性和一定强度和一定强度的优质地基，的优质地基，处理深度可达处理深度可达8-12m8-12m。工艺流程：深层搅拌机定位工艺流程：深层搅拌机定位预搅下沉预搅下沉喷浆搅拌喷浆搅拌提升提升重复搅拌下沉重复搅拌下沉重复搅拌提升直至孔口重复搅拌提升直至孔口关关闭搅拌机、清洗闭搅拌机、清洗移至下一根桩位。移至下一根桩位。(6)(6)石灰桩法石灰桩法 石灰桩是指采用机械或人工方法在地基中成孔，然后石灰桩是指采用机械或人工方法在地基中成孔，然后灌入灌入生石灰块生石灰块或按一定比例加入粉煤灰、炉渣、火山灰等掺或按一定比例加入粉煤灰、炉渣、火山灰等掺合料及合料及少量外加剂进行振密少量外加剂进行振密或夯实而形成的或夯实而形成的桩体桩体。石灰桩适。石灰桩适用于加固杂填土、素填土、淤泥、淤泥质土和粘性土地基，用于加固杂填土、素填土、淤泥、淤泥质土和粘性土地基，对素填土、淤泥、淤泥质土的加固效果尤为显著。对素填土、淤泥、淤泥质土的加固效果尤为显著。石灰桩复合地基石灰桩复合地基 (7)(7)沉管挤密碎石桩法沉管挤密碎石桩法 沉管挤密碎石桩法是指利用沉管挤密碎石桩法是指利用振动或冲击沉管方式振动或冲击沉管方式，在软，在软弱地基中成孔后，填入砂、砾石、碎石等材料并将其挤压入弱地基中成孔后，填入砂、砾石、碎石等材料并将其挤压入孔中，形成较大直径的由砂石构成的密实状体的地基处理方孔中，形成较大直径的由砂石构成的密实状体的地基处理方法。主要包括法。主要包括砂桩法、挤密砂桩法和沉管碎石桩法砂桩法、挤密砂桩法和沉管碎石桩法等。等。沉管挤密碎石桩施工沉管挤密碎石桩施工