第2章土木工程勘察与设计.

第2章土木工程勘察与设计2．1工程地质勘察内容2．2工程测量2．3地基与地基处理2．4土木工程力学基础2．5工程结构设计的基本理论与方法土木工程概论设计规划施工建造第2章土木工程勘察与设计结构工程师的工作勘测管理维修初步设计（扩大初步设计）结构总体布局与方案构思结构力学分析结构构造设计结构施工图绘制（柱网布置、尺寸估计、受力分析、构造处理、绘施工图）结构的详细设计过程任何土木工程都建筑地球的表层——地壳地壳是人类赖以生存的场所和一切工程设施的基础因此要研究工程地质问题、进行工程地质勘察土木工程概论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承托基础的场地称为地基2.1.1工程地质勘察国家标准《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002)根据地基损坏造成建筑物破坏后果、地基复杂程度和建筑物规模、功能特征的严重性，建筑物地基基础分三个设计安全等级如重要的工业与民用建筑，30层以上高层建筑———————甲级甲、丙以外的一般的工业与民用建筑——————————乙级次要的轻型建筑物、场地和地基条件简单荷载分布均匀的七层及七层以下的一般工业与民用建筑——丙级土木工程概论2.1.1工程地质勘察绝大多数工程建筑物破坏，是因地基损坏造成的掌握建筑物安全等级和岩土工程勘察分级对确保工程建筑物安全十分必要根据场地的地形地貌和地质条件和对建筑抗震是否有利地段划分为三类如稳定岩石、密实的碎石土层等————有利地段软弱土；液化土等—————————不利地段地震时可能发生滑坡、泥石流等———危险地段土木工程概论2.1.1工程地质勘察国家标准《建筑抗震设计规范》(GBJ50O11--2002)国家标椎《岩土工程勘察规范》(GB50021—94)2.1.1工程地质勘察土木工程概论根据工程的破坏后果和工程的重要性工程分为三个安全等级如地下铁路、大型桥梁、高坝——一级工程公共建筑、艺术性建筑——二级工程其他工程——三级工程根据场地的复杂程度场地分为三个等级如对建筑抗震危险地段、地形地貌条件复杂等————一级场地对建筑抗震不利地段、地形地貌条件较复杂等————二级场地对建筑抗震有利地段，地形地貌条件简单等————一级场地根据地基(开挖工程为岩土介质)的复杂程度地基分为三个等级如岩土条件差———————一级地基岩土条件一般——————二级地基岩土条件好———————三级地基2.1.1工程地质勘察工程地质勘察:服务于工程建设，用勘察的手段和方法，查明工程地质条件，分析存在的地质问题，对建筑地区作出工程地质评价，为设计施工提工程地质资料依据土木工程概论岩土的类型、岩土工程性质、地质构造、地形外貌、水文地质条件、不良地质现象、可利用的天然建筑材料等※不同地区场地的工程地质条件可能差别很大,工程地质勘察的任务、勘察手段和评价内容也不同土木工程概论工程地质勘察一般分为三个阶段：1、场址选择(可行性研究勘察或选址勘察)2、初步设计(初步勘察)3、施工图设计(详细勘察)※地质条件简单，面积不大的场地，勘察可从简地质条件复杂或有特殊施工要求者还应增加第四阶段——施工勘察阶段2.1.1工程地质勘察工程地质勘察的任务:按照不同勘察阶段的要求，针对建筑物类型、建筑物重要性等，正确反映场地的工程地质条件及岩土性质，结合设计、施工以及地基处理等具体要求，进行技术论证和评价，提出解决问题的决策性具体建议2.1.1工程地质勘察土木工程概论1、可行性研究勘察(选址勘察)的具体内容：为场地方案确定提供依据，应符合确定场地方案的要求搜集、分析场址方案的区域性质、地形地貌、地震危险性以及附近地区的工程地质资料、当地的建筑经验等了解场地的地层岩性，地质构造，岩石及土的性质，地下水情况，不良地质现象等有几个场址方案时，对拟选场地的稳定性和适宜性做出工程地质评价和方案比较※选择场地应避开工程地质条件恶劣的地区或地段如受洪水威胁或地下水不利影响严重、设防烈度8度以上的发震断裂带等，进行必要的技术经济分析2.1.1工程地质勘察土木工程概论2、初步勘察的具体内容：为初步设计或扩大初步设计提供依据或计算参数，应符合初步设计或扩大初步设计的要求①、查明建筑场地不良地质现象的成因、分布范围、危害程度及发展趋势，以使确定场地内建筑总平面布置时主要建筑物布置避开这些地段②、初步查明地层及构造，地质的力学性质，地下水埋藏条件及土冻结深度等，为地基基础方案提供工程地质条件※勘探线布置应垂直于地貌单元边界线、地质构造和地层界线，勘探点布置在这些界线上并在变化最大地段处加密2.1.1工程地质勘察土木工程概论3、详细勘察的具体内容：为施工图设计提供依据或计算参数，应符合施工图设计的要求只针对具体的地质问题查明建筑物范围内的地层构造、地质力学性质并对地基的稳定性及承载能力进行评价查明有关地下水埋藏条件、腐蚀性、地层透水性和水位变化规律提供不良地质现象防治工作所需的计算指标及资料※手段以勘探、原位测试、室内土工试验为主，必要时补充物探和工程地质测绘和调查工作详细勘察勘探点布置按岩土工程等级确定，勘探点间距视建筑物和岩土工程等级而定2.1.1工程地质勘察土木工程概论四、勘察任务书的具体内容：主要包括工程意图、设计阶段、勘察内容、目的、勘察技术要求、勘察工作所需的各种图表资料等勘察设计阶段不同、有些内容也有所小差异初步设计勘察阶段任务书中还应有工程类别、规模、建筑面积、建筑物特殊要求、主要建筑物名称、最大荷载、基础最大埋深、勘察地形图等详细设计阶段任务书中还应有建筑物层数、高度、跨度、上部结构特点，基础形式，基础埋深，荷载情况等建筑物的具体情况，建筑总平面布置图等2.1.1工程地质勘察土木工程概论工程地质勘察测绘的目的：通过对场地的地形地貌、地层岩型、地质构造、地下水与地表水、不良地质现象等进行勘察和必要的测绘工作，为场地工程地质条件评价及勘探的合理确定提供依据测绘范围：除场地外还包括附近相关地段※不同勘察测绘阶段的勘测内容侧重点亦不同选址勘察阶段：需搜集已有的地质资料和进行现场查勘初步勘察阶段：需考虑是否继续进行工程地质测绘详细勘察阶段：需对一些特殊地质问题作必要补充2.1.2工程地质勘察测绘方法土木工程概论在工程地质勘察测绘的基础上，为进一步查明地表以下的工程地质问题，取得深层地质资料而进行的对场地工程地质条件的定量评价2.1.2工程地质勘察方法—勘探土木工程概论方法：坑槽探、钻探、触探、地球物理勘探等坑、槽探用人工或机械方式进行挖掘坑、槽、井、洞直接观察岩土层的天然状态和地层地质结构能取出接近实际的原状结构土样钻探用钻机在地层中钻孔，鉴别和划分地表下地层，可沿孔深取样钻探是工程地质勘察中应用最广的勘探手段，可获得深层地质资料2.1.2工程地质勘察方法—勘探土木工程概论某坝址区勘探布置图1砂岩；2页岩；3花岗岩脉；4断层带；5坡积层；6冲积层；7风化层界线；8一钻孔；P—平洞；S—竖井；K一探井：Z一探槽；C—浅井坑探示意图(a)探井（b）在探井中取原状土样（c）原状土样▲▼以简明的文字和图表将地质勘察资料分析整理，归纳总结做出的场地工程地质评价勘察报告书应配合相应勘察阶段，针对场地地质条件、建筑物性质、规模、设计、施工要求，提出地基基础方案依据和设计计算数据，指出存在问题及解决问题办法一个单项建筑工程的地质勘察报告通常包括以下内容：①、任务要求及勘察工作概况②、场地位置、地形地貌、地质构造、不良地质现象及地震设计烈度③、场地地层分布、岩石和土的均匀性、物理力学性质、地基承载力等设计计算指标④、地下水的埋置条件、腐蚀性、土层的冻结深度⑤、综合评价场地、地基的工程地质，做出场地稳定性、适宜性结论，指出存在问题和解决途径及办法，建议合理方案2.1.3工程地质勘察报告土木工程概论工程地质勘察报告的相关图表：勘探点平面布置图、工程地质剖面图、综合地质柱状图、土工试验成果表，其他测试成果图表(如标准贯入试验、现场载荷试验、静动力触探试验)等2.1.3工程地质勘察报告土木工程概论将建筑物位置、各类勘探、测试点编号、位置用不同图例在建筑场地地形图上表示出来并注明各勘探、测试点标高、深度、剖面线及编号等勘察报告的最基本图件，反映某一勘探线上地层沿竖向和水平方向的分布情况，是在勘探线地形剖面线上标出各钻孔地层层面；在钻孔两侧标出层面高程、深度、将相邻钻孔中相同土层分界点以直线相连的表示方法地层按新老次序自上而下按比例绘成柱状图，注明层厚，地质年代等，概括描述地层层次及主要特征和性质的图件将土试验和原位测试等成果以表形式列出高层建筑、高，刚度大、竖向荷载大而集中（高度每增加1m，基底总压力增加4～6kPa）大型基础对岩土工程勘察提出了更高的要求（与高层建筑、高耸构筑物相适应的基础有筏片、箱形、桩、桩筏、桩箱和大体积块体、大型单独）风荷载和地震作用有时成为控制因素土木工程概论2.1工程地质勘察岩土工程勘察报告应分析评价并提供指标和参数的问题：地基承载力变形和倾斜深基坑开挖抗震设计环境问题场地与地基稳定性分析高层建筑物与裙房的差异沉降问题土木工程概论2.1工程地质勘察公路:延伸长度大的线形构筑物承受汽车荷载的重复作用和各种自然因素的长期影响平面上弯曲、竖直向起伏(地形、地质和经济条件决定)公路等级不同，主要技术指标也不同稳定性和正常营运受所穿越的地形和地质构造影响大工程地质条件是选择路线方案的重要因素土木工程概论2.1工程地质勘察正桥+引桥+导流正桥：主体位于河岸桥台之间、桥墩于河中引桥：连接正桥与路线的建筑物、于河漫滩或阶地——高路堤或桥梁导流：保护桥梁稳定，不受河流冲刷破坏的附属工程——护岸、护坡、导流堤和丁坝等桥梁结构：梁桥、拱桥和钢架桥工程地质条件是选择桥梁结构的主要依倨土木工程概论2.1工程地质勘察桥梁工程地质主要问题：(1)桥墩台地基稳定性：取决于墩台地基中岩土体承载力大小对选择桥梁基础和确定桥梁结构形式起决定性作用(2)桥墩台的河水冲刷：桥墩和桥台减少河槽过水断面，局部增大流速，改变流态对桥基产生强烈冲刷，威胁桥墩台安全土木工程概论2.1工程地质勘察桥位选择取主要决于持力层部位、还应满足：①、在河道顺直、水流集中、河床稳定的地段保护桥梁受河流强烈冲刷破坏或河流改道失去作用②、在岸坡稳定、地基条件好、无严重不良地质现象的地段保证桥梁和引道稳定、降低造价③、避开顺河向及平行于桥梁轴线的大断裂带，尤其是有活动可能的断裂带土木工程概论2.1工程地质勘察土木工程建设在勘测、规划、设计、施工、管理各个阶段使用的的测量技术和方法工程勘测规划阶段(各种比例尺地形图、数字地形图、GIS技术)施工阶段(高精度测量技术GPS、测量机器人)工程管理阶段(竣工验收测量资料—管理维护工作基础）结构施工、使用阶段(定期或不定期进行变形沉降测量等)基本原则：测量布局上—“从整体到局部”的原则测量程序上—“先控制后碎部”的原则测量精度上—“由高级到低级”的原则测量过程上—“随时检查，杜绝错误”的原则※先进行整体的控制测量，后进行局部的碎部测量，随时检核测量结果，减少误差累积，保证精度2.2土木工程测量土木工程概论土木工程测量有地形图测绘、施工测量、变形观测三个任务2.2.1、地形图测绘地形图测绘:对地球表面形态地物、地貌的特征点的平面位置和高程进行的测量并绘制地形图的工作地图:按一定比例尺用规定符号表示地物、地貌平面位置和高程的正射投影图应遵循土木工程测量基本原则（先控制测量，后碎部测量，以保证测图精度），为加快测绘进度可多幅图同时测绘常用方法：经纬仪测绘法、红外测距平板仪测绘法、全站仪测绘法。2.2土木工程测量—主要任务土木工程概论1、经纬仪测绘法：按极坐标法测定点位元素，按比例缩绘定点所用仪器：经纬仪（分光学和电子两种）2.2土木工程测量—主要任务土木工程概论经纬仪测绘法2、红外测距平板仪测绘法用红外测距仪测量极边长度，再用图解方向（极角）定点所用仪器：红外测距照准仪和平板仪（有大、小之分）2.2土木工程测量—主要任务土木工程概论1.弯管目镜2.读数显示窗3.竖直制动螺旋4.水平微动手轮5.测量操作键6.竖直微动螺旋7.竖直角自动