1、第二部分 地下结构工程概论第一部分 岩土工程概论第一部分 岩土工程6.1 6.1 岩土工程概念岩土工程概念 岩土工程基本术语标准岩土工程基本术语标准定义为定义为：“土木土木工程中涉及岩石和土的利用、处理和改良的工程中涉及岩石和土的利用、处理和改良的科学技术。科学技术。”中国大百科全书定义为中国大百科全书定义为：“土木工程的一个土木工程的一个分支，以工程地质学、岩石力学、土力学与分支，以工程地质学、岩石力学、土力学与基础工程为理论基础，涉及岩石和土的利用、基础工程为理论基础，涉及岩石和土的利用、整治和改造的一门技术科学。整治和改造的一门技术科学。”万丈高楼从地起万丈高楼从地起1.1.地基地基由地
2、壳中的物质（岩由地壳中的物质（岩石或土）构成；石或土）构成；它是它是土木工程的土木工程的“根根”，支承着上部结构。支承着上部结构。地壳：一般厚度为地壳：一般厚度为3080km,构成天然地构成天然地基的物质是地壳中的基的物质是地壳中的岩石和土。岩石和土。地基与地层（包括地基与地层（包括岩层）的区别岩层）的区别地基地基是指是指受土木受土木工程结构影响的那工程结构影响的那一部分地层。一部分地层。2.2.土的基本工程特性土的基本工程特性土具有土具有压缩性压缩性这是由土的三相组成决定的。s固相：固体颗粒（岩石碎屑、矿物颗粒）液相：孔隙中的水气相：孔隙中的气体；S-为地基沉降量即建筑物沉降量3.3.关于地
3、基承载力的概念关于地基承载力的概念指保证在地基稳定指保证在地基稳定条件下，地基压缩条件下，地基压缩变形在房屋容许范变形在房屋容许范围内时，围内时，地基单位地基单位面积上所能承受的面积上所能承受的最大荷载。最大荷载。Pf地基的强度条地基的强度条件要求是：件要求是：fP 4.4.要计算地基即工程要计算地基即工程结构的结构的最终沉降量最终沉降量，使其沉降量保证在规使其沉降量保证在规定的容许范围之内；定的容许范围之内；S S规范规定的容许值 对建设场地的地质情况，认真进行勘察，勘察，通过钻孔取样通过钻孔取样了解土层、岩层的分布 工程地质勘察报告的整理及阅读工程地质勘察报告的整理及阅读勘察报告的内容勘察
4、报告的内容 场地地形图场地地形图 勘探点的平面布置图勘探点的平面布置图 工程地质剖面图工程地质剖面图 地基各土层的物理力学性地基各土层的物理力学性质总表质总表 提出有关地基基础设计参提出有关地基基础设计参数如基础埋置深度、地基承载数如基础埋置深度、地基承载力、地下水位。力、地下水位。根据场地地质资料进行根据场地地质资料进行综合分析，提出综合分析，提出多种地基多种地基基础设计方案比较基础设计方案比较，为房，为房屋结构设计和施工提供重屋结构设计和施工提供重要依据。要依据。下卧层下卧层地基与基础工程地基与基础工程D埋深D q=D均布荷载持力层（受力层）持力层（受力层）地基地基基础FG主要受力层软 土
5、 层桩桩Pile：指垂直或者稍倾斜布置于地基中，其断面相：指垂直或者稍倾斜布置于地基中，其断面相对其长度较小的杆状构件。对其长度较小的杆状构件。桩的功能：通过杆件的侧壁摩阻力和端阻力将上部结桩的功能：通过杆件的侧壁摩阻力和端阻力将上部结构的荷载传递到深处的地基上。构的荷载传递到深处的地基上。深基础深基础-桩基础桩基础 夯夯 锤锤 下落下落地基处理技术地基处理技术强夯强夯深基坑支护工程深基坑支护工程-排桩支护排桩支护6.2 基础工程基础工程天然地基天然地基：天然土层，不对地基土做处理：天然土层，不对地基土做处理浅基础浅基础：(1)埋深小于埋深小于5m的柱基或墙基，的柱基或墙基，(2)埋深小于基础
6、宽度的埋深小于基础宽度的筏基、箱基，埋深大于筏基、箱基，埋深大于5m，(3)不考虑侧面摩擦力不考虑侧面摩擦力D D下卧层下卧层地基与基础地基与基础D埋深D q=D均布荷载持力层（受力层）持力层（受力层）地基地基基础FG主要受力层人工地基人工地基：加固上部土层，提高承载力。经过：加固上部土层，提高承载力。经过地基处理地基处理软土软土桩基础和深基础桩基础和深基础新加坡发展银行新加坡发展银行,四墩四墩,每墩每墩直径直径7.3m将荷载传递到下部好土层将荷载传递到下部好土层,承承载力高载力高大直径钻孔桩大直径钻孔桩风化砂岩及粉砂岩风化砂岩及粉砂岩部分风化及部分风化及不风化泥岩不风化泥岩桩基础桩基础1 按
7、基础埋深分类按基础埋深分类2 按基础的按基础的结构形式分类结构形式分类3 按基础刚度分类按基础刚度分类无筋扩展无筋扩展(刚性刚性)基础基础扩展基础扩展基础4 4 按基础材料分类按基础材料分类浅基础分类浅基础分类浅基础的类型浅基础的类型2 按基础的结构形式分类按基础的结构形式分类1)单独基础单独基础:柱下或墙下柱下或墙下,土质较好土质较好Individual footing,pad foundation独立基础的主要受力层深度 1.5b浅基础分类浅基础分类2)条型基础条型基础墙下或柱下条形基础墙下或柱下条形基础,柱下柱下:一般是土质差一般是土质差,两侧单独基础相连两侧单独基础相连Strip fo
8、undation条形基础的条形基础的主要受力层深度主要受力层深度 3.0b浅基础分类浅基础分类3)十字交叉基础十字交叉基础柱下柱下:土质更差土质更差,或荷载很大或荷载很大,四面基础相连四面基础相连纵向条形基础纵向条形基础横向条形基础横向条形基础浅基础分类浅基础分类Cross Strip footing4)片筏基础片筏基础土质更差土质更差,单独基础联成整体单独基础联成整体,游泳馆游泳馆,筏下筏下有肋有肋,板下处理板下处理浅基础分类浅基础分类Mat foundation5)箱形基础箱形基础有筏、墙和顶板形成箱，整体性更好有筏、墙和顶板形成箱，整体性更好底板底板外墙外墙内墙内墙浅基础分类浅基础分类6
9、)壳体基础壳体基础浅基础分类浅基础分类按基础的按基础的结构形式结构形式 单独基础单独基础 Individual footing pad foundation 条形基础条形基础 Strip footing 十字交叉基础十字交叉基础 Cross strip footing 筏板基础筏板基础 Mat foundation 箱形基础箱形基础 Box foundation 壳体基础壳体基础浅基础分类浅基础分类Mat foundation6.3 6.3 地基处理地基处理一、换土垫层法二、压密法软土软土垫层垫层三、排水固结法四、复合地基五、加筋土 地基处理地基处理静重碾压静重碾压Compaction by
10、rolling 振动平胎碾砾石Pneumatic tired roller羊足碾粘性土或粉土Sheepsfoot roller 机械压密机械压密平滑鼓型振动碾平滑鼓型振动碾 Vibrocompaction for sand 冲击荷重压密冲击荷重压密夯板压密法：适用于填土、松砂荷湿陷性黄土影响深度：1.52.5m 机械压密机械压密 强夯法强夯法锤重：锤重：825t，最大，最大200t落距：落距：825m有效深度：有效深度：510m承载力：承载力：180250kPa1969年，法国年，法国1978年，中国年，中国强夯设备：强夯设备：夯锤，起重机，脱钩装置夯锤，起重机，脱钩装置加固机理：加固机理：动
11、态能量动态能量,波的传播和密实固结波的传播和密实固结加固效果：加固效果：提高承载力、减小沉降量，提高承载力、减小沉降量，消除液化可能、消除湿陷性等消除液化可能、消除湿陷性等优优 缺缺 点：点：经济；噪音经济；噪音振动平板碾级配振动平板碾级配砂或者砂、砾和粘砂或者砂、砾和粘性土的混合土性土的混合土Vibrating plate for hand operation 振动板压密振动板压密底 层 砂 垫 层 铺 设塑 料 排 水 板 进 场插 塑 板 机 定 位安 装 插 销上 拔 桩 管 至 离 地 50cm下 插 桩 管 至 标 高移 机 至 下 一 桩 位回 填 桩 孔切 割 排 水 板(外
12、露 30cm)插 塑 板 机 进 场 试 插塑料排水板施工工艺流程图塑料排水板施工工艺流程图真空预压法施工现场真空预压法施工现场排水固结法 真空管网铺设真空管网铺设 真空系统第一层土工布铺设真空系统第一层土工布铺设土工布铺设土工布铺设土工布缝接土工布缝接真空系统双层密封土工膜的铺设真空系统双层密封土工膜的铺设 真空系统土工膜的密封真空系统土工膜的密封 出膜连接与真空系统安装出膜连接与真空系统安装出膜连接出膜连接出膜管与真空泵连接出膜管与真空泵连接 试抽真空试抽真空复合地基组成复合地基组成天然地基土天然地基土土质桩或胶结掺料桩土质桩或胶结掺料桩砂石垫层砂石垫层基础基础振冲桩振冲桩(起源于德国起源
13、于德国,我国于我国于70年代引入年代引入)(1)设备设备,振冲器振冲器d=270420mm,l=23m,G=820KN(2)原理原理:振振:偏心轮旋转偏心轮旋转,振动振动加密加密,使颗粒移动使颗粒移动 冲冲:高压水从中间穿过高压水从中间穿过,土土颗粒振浮液化固结颗粒振浮液化固结振冲桩复合地基振冲桩复合地基平路堤加筋路堤加筋加筋土加筋土6.4 深基坑工程土钉第二部分 地下结构工程6.5 6.5 地下工程简介地下工程简介（1 1）概念）概念：建造在岩石中、土中或水底下的建筑工程统称为地下工程。2.85上海杨浦电上海杨浦电厂取水工程厂取水工程香港东区海底隧道香港东区海底隧道 类型类型：按使用功能使用
14、功能分为工业建筑工程（如工厂、电站）、民用建筑工程（如人民防空工程、地下商店、地下剧场）、交通运输工程（如地下铁道、铁路和公路隧道）、矿山建筑工程（如矿井）、水工建筑工程（如输水道）、军事工程（如指挥所、通讯枢纽、军火库）和各种服务性设施。匈牙利布达佩匈牙利布达佩斯地铁候车室斯地铁候车室储藏室储藏室岩石中的岩石中的地下建筑地下建筑地下厂房地下厂房利用天然岩利用天然岩洞地下工厂洞地下工厂东京八重洲地下街。分三层，东京八重洲地下街。分三层，左右两侧上层为商场、中层为左右两侧上层为商场、中层为车库，底层为机房，中部为地车库，底层为机房，中部为地下铁道。下铁道。埋入土中的地下街道埋入土中的地下街道 结
15、构结构 形式形式：地下建筑物可以构筑成隧道形式，也可以和地面房屋相似，在平面布局上采用棋盘式和房间式的布置，并可建成多层多跨的框架结构。平顶直墙式隧道平顶直墙式隧道北京天外天地下商场主要采用：五连拱多跨梁柱结构施工方法，双北京天外天地下商场主要采用：五连拱多跨梁柱结构施工方法，双层导洞转向技术。平顶直墙田字型开挖施工技术；暗挖拱型结构与层导洞转向技术。平顶直墙田字型开挖施工技术；暗挖拱型结构与明挖框架结构连接结构施工技术。明挖框架结构连接结构施工技术。五连拱效果图五连拱效果图地下建筑物的横断面有各种不同形状。最常见的有：圆形、矩形、拱顶直墙（包括厚拱薄墙）、拱顶曲墙、落地拱、穹顶直墙等平顶直墙
16、平顶直墙曲顶直墙曲顶直墙 地下建筑物的特点地下建筑物的特点：可作为有效的防空、防炸设施，形成恒温恒湿防震防振的环境，并能节约地面建筑占地。但地质条件要求较高，施工困难、投资较高。地下建筑物的结构特点：与岩（土）接触处岩（土）接触处必须有衬砌结构。衬砌结构。衬砌结构的作用：承受岩（土）层和爆炸等静力和动力荷载，并防止地下水和潮气的侵入。衬砌结构。材料衬砌结构。材料为钢筋混凝土或为钢筋混凝土或砖、石。砖、石。发展概况：发展概况：v古代地下建筑：人类在原始时期就利用天然洞穴作为群居、活动场所和墓室。v我国的地下储粮已有5000多年历史，敦煌、云岗、龙门三大石窟群也是我国古代杰出的地下建筑工程。悬空寺
17、，全国重点文物保护单位，是佛、道教合一的独特寺庙。位于山西悬空寺，全国重点文物保护单位，是佛、道教合一的独特寺庙。位于山西省浑（省浑（hun）源县城南源县城南5km金龙峡半崖峭壁间。始建于北魏后期，至今已金龙峡半崖峭壁间。始建于北魏后期，至今已有有1400多年历史。多年历史。这个历史时期所谓地下建筑工程多局限于帝王贵人的陵墓和人类居住的窑洞。v 近代地下建筑 从英国1860年修建、1863年运营的第一条地下铁道算起，至今也只有140多年的历史。由于战争频繁、城市人口增加、环境污染日益严重以及能源危机等因素的影响，地下建筑工程在一些国家得到迅速发展。日本60年代建造地下工程总量近1亿立方米，70
18、年代为3亿立方米。法国巴黎地下交通规划为上下两层。美国已建成4000多座人防指挥所。瑞典建成埋在地下210m深的地下岩石中的热水库。我国自50年代初开始，修建了大量的防空地下建筑工程。这些工程可作为地下餐厅、商店、医院等。战争时期则可改建为人防指挥所和民房掩蔽所。概念概念：地下铁道（地铁）是指在城市地下由电力机车牵引的铁路，是解决大城市交通拥挤的大量、快速、安全运送乘客的现代交通工具，在战时还起到防护的作用。城市轨道交通：城市轨道交通：地铁地铁、轻轨、有轨电、轻轨、有轨电车和磁悬浮列车车和磁悬浮列车.地铁的分类：地铁的分类：按其所处的位置可分为:浅埋地铁浅埋地铁；将线路埋设在地面街道之下，线路
19、走向受到城市地面建筑物的影响，线路顶部、地铁车站顶部要有最小的回填土层。深埋地铁深埋地铁；不受城市地面建筑物的影响，多数线路在平面上都为直线。地面地铁线路段地面地铁线路段一般修建在居民较少的城郊。高架地铁线路段高架地铁线路段设置在用钢或钢筋混凝土建造的高架线路桥上。.地铁建筑物的组成地铁建筑物的组成v 地铁车站类型有岛式车站、侧式车站、混合式车站。v 区间隧道是连接各车站区的线路通道。v 出入口建筑物有地面站厅、自动扶梯斜隧道、地面牵出线。世界各国的大城市都非常重视地铁建设。2000年前，距统计全世界已有81个城市的地铁投入运行，有30个城市的地铁正在修建和设计中。我国除了北京有地铁外，改革开
20、放后，上海、广州、深圳等城市的地铁建设也迅速发展起来。到目前2015年，中国将有37座城市拥有地铁。广州地铁广州地铁青岛地铁青纺医青岛地铁青纺医院车站工程院车站工程上海地铁江苏上海地铁江苏路车站工程路车站工程上海规划在上海规划在2020年将建成年将建成10条轻轨铁路和条轻轨铁路和6条地铁，共条地铁，共同组成市区和近郊的快速便捷的交通网。同组成市区和近郊的快速便捷的交通网。6.7 隧道工程包括：铁路隧道 道路隧道 水底隧道特点：穿越天然障碍地质条件复杂多变施工技术要求高、难度大主要施工方法主要施工方法 明挖法或围堤明挖法（敞口开挖基坑，修建隧道后覆填）钻眼爆破法（适用于硬岩中开挖隧道）盾构法：盾
21、构为一钢制圆筒，周边设置千斤顶推向前方。顶管法 沉管法：多用于水底隧道。顶管法施工示意图顶管法施工示意图庞大的隧道施工设备庞大的隧道施工设备黄浦江人行隧道黄浦江人行隧道:为我国第一条越江人行隧道，建于浦西南京路外滩与为我国第一条越江人行隧道，建于浦西南京路外滩与浦东陆家嘴东方明珠塔之间，隧道内径浦东陆家嘴东方明珠塔之间，隧道内径6.676.67米，全长米，全长646.7646.7米。米。著名铁路隧道狮球岭隧道 是中国最早建成的铁路隧道，位于台湾省基隆经台北至新竹窄轨铁路的基隆与七堵之间，全长261米。隧道于1887年从南北两端同时开工。八达岭隧道 是中国自行设计和施工的第一座越岭隧道，位于（北
22、）京包（头）铁路青龙桥车站附近。这座单线隧道全长1091米，由我国杰出的工程师詹天佑亲自规划督造，1907年开工，在中国技术人员和工人的努力下，仅用18个月，于1908年竣工。关角隧道 青藏铁路开通前已开通运营的海拔最高的铁路隧道以“难”著称的隧道：南岭隧道（湖南）中国已通车的最长双线电气化铁路隧道:大瑶山隧道中国第一座重载铁路双线隧道：军都山隧道，位于北京市延庆县东南，燕山北麓 米花岭隧道是中国已通车的最长单线电气化铁路隧道，位于南昆铁路经过的广西壮族自治区田林县板桃乡境内，全长9392米。中国铁路瓦斯含量最高的长大隧道：家竹箐隧道,位于南昆铁路秦岭隧道中国最长的铁路隧道，位于西（安）（安）
23、康铁路青岔车站和营盘车站之间，由两座基本平行的单线隧道组成，两线间距为30米，其中线隧道全长18460米；线隧道全长18456米。风火山隧道是世界海拔第一高的铁路隧道，位于青藏铁路青海境内青藏高原可可西里“无人区”边缘，全长1338米，轨面海拔4905米，是世界上海拔最高的隧道，也是青藏铁路重点控制工程。目前，全世界已建成目前，全世界已建成和计划建设的海底隧道有和计划建设的海底隧道有2020多条，主要分布在多条，主要分布在日本、日本、美国、西欧、中国美国、西欧、中国的香港的香港九龙等地区。九龙等地区。从工程规模和现代化从工程规模和现代化程度上看，当今世界最有程度上看，当今世界最有代表性的跨海隧
24、道工程，代表性的跨海隧道工程，莫过于英法隧道和日本青莫过于英法隧道和日本青函隧道。函隧道。英法隧道横贯多佛尔英法隧道横贯多佛尔海峡，从英国的福克斯通海峡，从英国的福克斯通到法国的桑加特，把英伦到法国的桑加特，把英伦三岛与欧洲大陆连接起来三岛与欧洲大陆连接起来。隧道由两股火车隧道和。隧道由两股火车隧道和一股工作隧道构成，一股工作隧道构成，全长全长5353公里，海底部分公里，海底部分3737公里公里。该隧道已于该隧道已于19951995年建成年建成通车通车青岛胶州湾海底隧道青岛胶州湾海底隧道南接黄岛区的薛家岛街道办事处，北连青岛主城区的团岛，下穿胶州湾湾口海域。隧道全长约7800米，其中海底段隧道
25、长约3950米。设双向六车道，设计车速80公里/小时。欧洲之星时欧洲之星时速达到速达到308km由英法两国共同同意的这由英法两国共同同意的这项海底隧道工程，将是本项海底隧道工程，将是本世纪最浩大的一项建筑计世纪最浩大的一项建筑计划，堪与巴拿马运河和苏划，堪与巴拿马运河和苏伊士运河等伟大工程相提伊士运河等伟大工程相提并论。它有两个火车隧道，并论。它有两个火车隧道，直径各为直径各为6米，两者之间另米，两者之间另有一个直径有一个直径4.5米的后勤隧米的后勤隧道，隧道全长道，隧道全长50公里，其公里，其中中37.2公里在海底，公里在海底，12.8公公里在两端的陆地下面，将里在两端的陆地下面，将是欧洲最长的海底隧道是欧洲最长的海底隧道（全世界最长的海底隧道（全世界最长的海底隧道在日本本州与北海道之间，在日本本州与北海道之间，全长全长54公里）。公里）。海底隧道立体示意图海底隧道立体示意图
