土木工程概论 《岩土与地下工程》

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。
储藏室
岩石中的 地下建筑
地下厂房
利用天然岩 洞地下工厂
东京八重洲地下街。分三层， 左右两侧上层为商场、中层为 车库，底层为机房，中部为地 下铁道。
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）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。
▪ 地基各土层的物理力学性 质总表
▪ 提出有关地基基础设计参 数如基础埋置深度、地基承载 力、地下水位。
地基与基础工程
F 基础
地基
G
D
埋深D q = D 均布荷载
主
持力层（受力层）
要
下卧层
受 力
层
深基础---桩基础
软土 层
桩Pile：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。 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。
•地夯基锤处理下技落术—强夯
深基坑支护工程----排桩支护
6.2 基础工程
天然地基：天然土层，不对地基土做处理 浅基础： (1)埋深小于5m的柱基或墙基， (2)埋深小于基础宽度的
筏基、箱基，埋深大于5m， (3)不考虑侧面摩擦力
D
D
地基与基础 F 基础
地基
G
D
埋深D q = D 均布荷载
埋入土中的地下街道
⑶ 结构 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
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 构与明挖框架结构连接结构施工技术。
规范规定的 容许值
S
S
地质勘察
对建设场地的地质情况，认真进行勘察， 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
勘察报告的内容
▪ 场地地形图 ▪ 勘探点的平面布置图
• 根据场地地质资料进行 综合分析，提出多种地基 基础设计方案比较，为房 屋结构设计和施工提供重 要依据。
▪ 工程地质剖面图
无筋扩展(刚性)基础 扩展基础 4 按基础材料分类
浅基础分类
2 按基础的结构形式分类
1) 单独基础: 柱下或墙下,土质较好 独立基础的 主要受力层深度 1.5b
Individual footing, pad foundation
浅基础分类
2) 条型基础 墙下或柱下条形基础, 柱下:一般是土质差,两 侧单独基础相连
——日本60年代建造地下工程总量近1亿立方米，70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。
浅基础分类
5) 箱形基础
有筏、墙和顶板形成箱，整体性更好
内
墙
外
墙
底板
浅基础分类
6) 壳体基础
浅基础分类
按基础的结构形式 单独基础 Individual footing
pad foundation
条形基础 Strip footing 十字交叉基础 Cross strip footing 筏板基础 Mat foundation 箱形基础 Box foundation 壳体基础
• 钻眼爆破法（适用于硬 岩中开挖隧道）
• 盾构法：盾构为一钢 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
庞大的隧道施工设备
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 浦东陆家嘴东方明珠塔之间，隧道内径6.67米，全长646.7米。
⑸ 地下建筑物的结构特点：
与岩（土）接触处必须 有衬砌结构。
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 为钢筋混凝土或 砖、百度文库。
⑹ 发展概况：
❖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。
❖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。
Sheepsfoot roller
机械压密
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：1.5~2.5m
• 强夯法
锤重：8~25t，最大200t
落距：8~25m
1969年，法国
有效深度：5~10m 1978年，中国
承载力：180~250kPa
强夯设备：夯锤，起重机，脱钩装置 加固机理：动态能量, 波的传播和密实固结
加固效果：提高承载力、减小沉降量，
消除液化可能、消除湿陷性等
优 缺 点：经济；噪音
振动板压密
振动平板碾－级配 砂或者砂、砾和粘 性土的混合土
Vibrating plate for hand operation
排水固结法
塑料排水板施工工艺流程图
底 层 砂 垫 层 铺 设
塑 料 排 水 板 进 场 插 塑 板 机 进 场 试 插
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。
插 塑 板 机 定 位 安 装 插 销
下 插 桩 管 至 标 高 上 拔 桩 管 至 离 地 5 0 c m 切 割 排 水 板 ( 外 露 3 0 c m )
回 填 桩 孔 移 机 至 下 一 桩 位
真空预压法施工现场
• 真空管网铺设
真空系统第一层土工布铺设
土工布铺设
土工布缝接
真空系统双层密封土工膜的铺设
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（hun）源县城南5km金龙峡半崖峭壁间。始建于北魏后期，至今已 有1400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。
❖ 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。
万丈高楼从地起
1. 地基
由地壳中的物质（岩 石或土）构成；它是 土木工程的“根”， 支承着上部结构。
▪ 地壳：一般厚度为 30~80km,构成天然地 基的物质是地壳中的 岩石和土。
▪ 地基与地层（包括 岩层）的区别
地基是指受土木
工程结构影响的那 一部分地层。
2. 土的基本工程特性
土具有压缩性
S-----为地基沉降 量即建筑物沉降量 这是由土的三相组成决 定的。
主
持力层（受力层）
要
下卧层
受 力
层
人工地基：加固上部土层，提高承载力。经过 地基处理
软土
桩基础和深基础 新加坡发展银行,四墩, 每墩 直径7.3m 将荷载传递到下部好土层,承 载力高
部分风化及 不风化泥岩
风化砂岩及粉砂岩 大直径钻孔桩
桩基础
浅基础分类
浅基础的类型
1 按基础埋深分类 2 按基础的结构形式分类 3 按基础刚度分类
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
曲顶直墙
⑷ 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。
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；
3 . 关于地基承载力的概念
指保证在地基稳定
条件下，地基压缩
变形在房屋容许范
围内时，地基单位
面积上所能承受的
最大荷载。
P
地基的强度条 件要求是：
P f
f
4. 要计算地基即工程
结构的最终沉降量，
使其沉降量保证在规
定的容许范围之内；
路堤加筋
加 筋 土
平
6.4 深基坑工程
土钉
第二部分 地下结构工程
6.5 地下工程简介 （1）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 厂取水工程
香港东区海底隧道
⑵ 类型：
按使用功能分为
匈牙利布达佩 斯地铁候车室
工业建筑工程（如工厂、电站）、
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
出膜管与真空泵连接
试抽真空
复合地基组成 天然地基土 土质桩或胶结掺料桩 砂石垫层 基础
振冲桩复合地基
振冲桩 (起源于德国,我国于 70年代引入)
(1)设备,振冲器
d=270~420mm,l=2~3m, G=8~20KN (2)原理:振:偏心轮旋转,振动 加密,使颗粒移动 冲:高压水从中间穿过,土 颗粒振浮液化固结
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。
6.6 地下铁道
⑴ 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：
地铁、轻轨、有轨电 车和磁悬浮列车
⑵. 地铁的分类：
按其所处的位置可分为: ➢ 浅埋地铁；
将线路埋设在地面街道之下，线路走向受到城市 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。
第六章 岩土与地下工程专题
第一部分 岩土工程概论 第二部分 地下结构工程概论
第一部分 岩土工程
6.1 岩土工程概念
《岩土工程基本术语标准》定义为：“土木 工程中涉及岩石和土的利用、处理和改良的 科学技术。”
中国大百科全书定义为：“土木工程的一个 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、 整治和改造的一门技术科学。”
➢ 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
一般修建在居民较少的城郊。
➢ 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。
⑶. 地铁建筑物的组成
❖ 地铁车站
类型有岛式车站、侧式 车站、混合式车站。
❖ 区间隧道
是连接各车站区的 线路通道。
❖ 出入口建筑物
广州地铁
青岛地铁青纺医 院车站工程
上海地铁江苏 路车站工程
上海规划在2020年将建成10条轻轨铁路和6条地铁，共 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
• 明挖法或围堤明挖法 （敞口开挖基坑，修建 隧道后覆填）
Strip foundation
条形基础的 主要受力层深度 3.0b
浅基础分类
3) 十字交叉基础
柱下:土质更差,或荷载很大,四面基础相连
Cross Strip footing
横向条形基础
纵向条形基础
浅基础分类
4) 片筏基础 土质更差,单独基础联成整体,游泳馆,筏下
有肋,板下处理
Mat foundation
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
地基处理
6.3 地基处理
软土
一、 换土垫层法 二、压密法
垫层
三、排水固结法 四、 复合地基 五、加筋土
机械压密
静重碾压Compaction by rolling
平滑振鼓动型平振胎动碾碾－砾石Vibrocom羊p足ac碾ti－on粘fo性r土sa或nd粉土
Pneumatic tired roller