2017年造價(jià)工程師土建計(jì)量講義：工程地質(zhì)

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　　土建計(jì)量講義：工程地質(zhì)對工程選址的影響

　　工程地質(zhì)是建設(shè)工程地基及其一定影響區(qū)域的地層性質(zhì)。建設(shè)工程根據(jù)其規(guī)模、功能、質(zhì)量、建筑布置、結(jié)構(gòu)構(gòu)成、使用年限、運(yùn)營方式和安全保證等的不同，要求地基及其一定區(qū)域的地層有一定的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性和抗?jié)B性。有的工程地質(zhì)能滿足這些要求;有的土體松散、軟弱、濕陷、濕脹，有的巖石軟弱、軟化、風(fēng)化、泥化、破碎和巖層褶皺、斷裂、不整合以及受地下水的滲透和侵蝕等，不能滿足工程要求。許多建設(shè)工程不得不根據(jù)工程地質(zhì)條件調(diào)整建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，或者根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求處理工程地質(zhì)缺陷，這些都會增加工程造價(jià)。建設(shè)項(xiàng)目選擇技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的建設(shè)方案，必須重視工程選址。

　　建設(shè)工程選址，除了受社會經(jīng)濟(jì)條件和地形、氣象、水文等自然地理?xiàng)l件的影響外，也受工程地質(zhì)條件的影響。工程地質(zhì)對建設(shè)工程選址的影響，主要是各種地質(zhì)缺陷對工程安全和工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)的影響。工程選址的正確與否決定工程建設(shè)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果乃至工程建設(shè)的成敗，是工程建設(shè)在工程技術(shù)方面最重要的決策。如長江三峽工程之所以選擇三斗坪壩址，其中一個(gè)重要原因是漫長的石灰?guī)r河流基巖在此嵌有一段難得的花崗巖地段。

　　一般中小型建設(shè)工程的選址，工程地質(zhì)的影響主要是在工程建設(shè)一定影響范圍內(nèi)，地質(zhì)構(gòu)造和地層巖性形成的土體松軟、濕陷、濕脹、巖體破碎、巖石風(fēng)化和潛在的斜坡滑動(dòng)、陡坡崩塌、泥石流等地質(zhì)問題對工程建設(shè)的影響和威脅。

　　大型建設(shè)工程的選址，工程地質(zhì)的影響還要考慮區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造和地質(zhì)巖性形成的整體滑坡，地下水的性質(zhì)、狀態(tài)和活動(dòng)對地基的危害。

　　特殊重要的工業(yè)、能源、國防、科技和教育等方面新建項(xiàng)目的工程選址，還要考慮地區(qū)的地震烈度，盡量避免在高烈度地區(qū)建設(shè)。

　　地下工程的選址，工程地質(zhì)的影響要考慮區(qū)域穩(wěn)定性的問題。對區(qū)域性深大斷裂交匯、近期活動(dòng)斷層和現(xiàn)代構(gòu)造運(yùn)動(dòng)較為強(qiáng)烈的地段，要給予足夠的注意。也要注意避免工程走向與巖層走向交角太小甚至近乎平行。

　　道路選線，因線性展布跨越地域多，受技術(shù)經(jīng)濟(jì)和地形地貌各方面的限制，對地質(zhì)缺陷難以回避，工程地質(zhì)的影響更為復(fù)雜。道路選線盡量避開斷層裂谷邊坡，尤其是不穩(wěn)定邊坡;避開巖層傾向與坡面傾向一致的順向坡，尤其是巖層傾角小于坡面傾角的順向坡;避免路線與主要裂隙發(fā)育方向平行，尤其是裂隙傾向與邊坡傾向一致的;避免經(jīng)過大型滑坡體、不穩(wěn)定巖堆和泥石流地段及其下方。

　　土建計(jì)量講義：工程地質(zhì)對建筑結(jié)構(gòu)的影響

　　工程地質(zhì)對建筑結(jié)構(gòu)的影響，主要是地質(zhì)缺陷和地下水造成的地基穩(wěn)定性、承載力、抗?jié)B性、沉降等問題，對建筑結(jié)構(gòu)選型、建筑材料選用、結(jié)構(gòu)尺寸和鋼筋配置等多方面的影響。這些影響在各個(gè)工程項(xiàng)目的差別較大，具體分為以下幾方面：

　　(1)對建筑結(jié)構(gòu)選型和建筑材料選擇的影響。例如，按功能要求可以選用磚混或框架結(jié)構(gòu)的，因工程地質(zhì)原因造成的地基承載力、承載變形及其不均勻性的問題，而要采用框架結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu);可以選用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的，而要采用鋼結(jié)構(gòu);可以選用砌體的，而要采用混凝土或鋼筋混凝土。

　　(2)對基礎(chǔ)選型和結(jié)構(gòu)尺寸的影響。由于地基土層松散軟弱或巖層破碎等工程地質(zhì)原因，不能采用條形基礎(chǔ)，而要采用片筏基礎(chǔ)甚至箱形基礎(chǔ)。對較深松散地層有的要采用樁基礎(chǔ)加固，還要根據(jù)地質(zhì)缺陷的不同程度，加大基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)尺寸。

　　(3)對結(jié)構(gòu)尺寸和鋼筋配置的影響。為了應(yīng)對地質(zhì)缺陷造成的受力和變形問題，有時(shí)要加大承載和傳力結(jié)構(gòu)的尺寸，提高鋼筋混凝土的配筋率。

　　(4)地震烈度對建筑結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的影響。工程所在區(qū)域的地震烈度越高，構(gòu)造柱和圈梁等抗震結(jié)構(gòu)的布置密度、斷面尺寸和配筋率要相應(yīng)增大。

　　土建計(jì)量講義：工程地質(zhì)對工程造價(jià)的影響

　　工程構(gòu)筑物種類多，不同的工程構(gòu)筑物對場地地基的適應(yīng)程度不同，工程地質(zhì)問題也就格外復(fù)雜。能否正確認(rèn)識工程地質(zhì)條件和處理工程地質(zhì)問題，關(guān)系到工程能否順利建設(shè)、安全運(yùn)營甚至關(guān)系到投資成敗。對于工程地質(zhì)問題認(rèn)識不足、處理不當(dāng)，不但會帶來工程事故，大幅度增加工程造價(jià)，而且會遺留無盡的工程病害，從而導(dǎo)致維修整治費(fèi)用的增加。

　　工程地質(zhì)勘察作為一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作，對工程造價(jià)的影響可歸結(jié)為三個(gè)方面：一是選擇工程地質(zhì)條件有利的路線，對工程造價(jià)起著決定作用;二是勘察資料的準(zhǔn)確性直接影響工程造價(jià);三是由于對特殊不良工程地質(zhì)問題認(rèn)識不足導(dǎo)致的工程造價(jià)增加。通常，存在著因施工過程才發(fā)現(xiàn)特殊不良地質(zhì)的現(xiàn)象。這樣，不但處治特殊不良地質(zhì)的工程費(fèi)用因施工技術(shù)條件相對困難而增加，而且造成的既成工程損失：路基沉陷、邊坡倒塌、橋梁破壞、隧道變形等等，也很棘手。此外，特殊不良地質(zhì)的處治是典型的巖土工程，包含著地質(zhì)和土木工程的復(fù)合技術(shù)。

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　　土建計(jì)量講義：工業(yè)建筑分類

　　1.按廠房層數(shù)分

　　(1)單層廠房。指層數(shù)僅為1層的工業(yè)廠房。適用于有大型機(jī)器設(shè)備或有重型起重運(yùn)輸設(shè)備的廠房。

　　(2)多層廠房。指層數(shù)在2層以上的廠房，常用的層數(shù)為2～6層。適用于生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品較輕，可沿垂直方向組織生產(chǎn)的廠房，如食品、電子精密儀器工業(yè)等用廠房。

　　(3)混合層數(shù)廠房。同一廠房內(nèi)既有單層也有多層的廠房稱為混合層數(shù)的廠房。多用于化學(xué)工業(yè)、熱電站的主廠房等。

　　2.按工業(yè)建筑用途分

　　(1)生產(chǎn)廠房。指進(jìn)行產(chǎn)品的備料、加工、裝配等主要工藝流程的廠房，如機(jī)械制造廠中有鑄工車間、電鍍車間、熱處理車間、機(jī)械加工車間和裝配車間等。

　　(2)生產(chǎn)輔助廠房。指為生產(chǎn)廠房服務(wù)的廠房，如機(jī)械制造廠房的修理車間、工具車間等。

　　(3)動(dòng)力用廠房。指為生產(chǎn)提供動(dòng)力源的廠房，如發(fā)電站、變電所、鍋爐房等。

　　(4)倉儲建筑。貯存原材料、半成品、成品的房屋(一般稱倉庫)

　　(5)倉儲用建筑。是管理、儲存及檢修交通運(yùn)輸工具的房屋，如汽車庫、機(jī)車庫、起重車庫、消防車庫等。

　　(6)其他建筑。如水泵房、污水處理建筑等。

　　3.按主要承重結(jié)構(gòu)的形式分

　　(1)排架結(jié)構(gòu)型。排架結(jié)構(gòu)型是將廠房承重柱的柱頂與屋架或屋面梁作鉸接連接，而柱下端則嵌固于基礎(chǔ)中，構(gòu)成平面排架，各平面排架再經(jīng)縱向結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接組成為一個(gè)空間結(jié)構(gòu)。它是目前單層廠房中最基本、應(yīng)用最普遍的結(jié)構(gòu)形式。

　　(2)剛架結(jié)構(gòu)型。剛架結(jié)構(gòu)的基本特點(diǎn)是柱和屋架合并為同一個(gè)剛性構(gòu)件。柱與基礎(chǔ)的連接通常為絞接，如吊車噸位較大，也可做成剛接。一般重型單層廠房多采用剛架結(jié)構(gòu)。

　　(3)空間結(jié)構(gòu)型。一般常見的有膜結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、薄殼結(jié)構(gòu)、懸索結(jié)構(gòu)等。

　　土建計(jì)量講義：桁架結(jié)構(gòu)體系

　　桁架是由桿件組成的結(jié)構(gòu)體系。在進(jìn)行內(nèi)力分析時(shí)，節(jié)點(diǎn)一般假定為鉸節(jié)點(diǎn)，當(dāng)荷載作用在節(jié)點(diǎn)上時(shí)，桿件只有軸向力，其材料的強(qiáng)度可得到充分發(fā)揮。桁架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是利用截面較小的桿件組成截面較大的構(gòu)件。

　　屋架的弦桿外形和腹桿布置對屋架內(nèi)力變化規(guī)律起決定性作用。同樣高跨比的屋架，當(dāng)上下弦成三角形時(shí)，弦桿內(nèi)力最大;當(dāng)上弦節(jié)點(diǎn)在拱形線上時(shí)，弦桿內(nèi)力最小。屋架的高跨比一般為1/6～1/8較為合理。一般屋架為平面結(jié)構(gòu)，平面外剛度非常弱。在制作運(yùn)輸安裝過程中，大跨屋架必須進(jìn)行吊裝驗(yàn)算。

　　土建計(jì)量講義：網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系

　　網(wǎng)架是由許多桿件按照一定規(guī)律組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)可分為平板網(wǎng)架和曲面網(wǎng)架。它改變了平面桁架的受力狀態(tài)，是高次超靜定的空間結(jié)構(gòu)。平板網(wǎng)架采用較多，其優(yōu)點(diǎn)是：空間受力體系，桿件主要承受軸向力，受力合理，節(jié)約材料，整體性能好，剛度大，抗震性能好。桿件類型較少，適于工業(yè)化生產(chǎn)。

　　平板網(wǎng)架可分為交叉桁架體系和角錐體系兩類。角錐體系受力更為合理，剛度更大，見圖2.1.2.

　　網(wǎng)架的高度主要取決于跨度，網(wǎng)架尺寸應(yīng)與網(wǎng)架高度配合決定，腹桿的角度以45°為宜。網(wǎng)架的高度與短跨之比一般為1/15左右。網(wǎng)架桿件一般采用鋼管，節(jié)點(diǎn)一般采用球節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)架制作精度要求高，安裝方法可分為高空拼裝和整體安裝兩類。

　　土建計(jì)量講義：懸索結(jié)構(gòu)

　　索網(wǎng)、邊緣構(gòu)件和下部支承結(jié)構(gòu)。

　　索的拉力取決于跨中的垂度，垂度越小拉力越大。索的垂度一般為跨度的1/30.

　　索的合理軸線形狀隨荷載的作用方式而變化。

　　懸索結(jié)構(gòu)可分為單曲面與雙曲面兩類。單曲拉索體系構(gòu)造簡單，屋面穩(wěn)定性差;雙曲拉索體系由承重索和穩(wěn)定索組成，支承結(jié)構(gòu)可以有很多種，如框架、拱等。

　　土建計(jì)量講義：薄壁空間結(jié)構(gòu)體系

　　薄壁空間結(jié)構(gòu)也稱殼體結(jié)構(gòu)，其厚度比其他尺寸(如跨度)小得多，所以稱薄壁，屬于空間受力結(jié)構(gòu)，主要承受曲面內(nèi)的軸向壓力，彎矩很小。它的受力比較合理，材料強(qiáng)度能得到充分利用。薄殼常用于大跨度的屋蓋結(jié)構(gòu)，如展覽館、俱樂部、飛機(jī)庫等。薄殼結(jié)構(gòu)多采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土，費(fèi)模板、費(fèi)工時(shí)。薄壁空間結(jié)構(gòu)的曲面形式很多，下面主要介紹筒殼和雙曲殼這兩種形式。

　　①筒殼：一般由殼板、邊梁和橫隔三部分組成。筒殼的空間工作是由這二部分結(jié)構(gòu)協(xié)同完成的。它的跨度在30m以內(nèi)是有利的。當(dāng)跨度再大時(shí)，宜采用雙曲薄殼。

　?、陔p曲殼：適用于大空間大跨度的建筑。雙曲殼又分為圓頂殼、雙曲扁殼和雙曲拋物面殼。目前圓頂?shù)闹睆揭堰_(dá)二百多米。圓頂結(jié)構(gòu)可用在大型公共建筑中，如天文館、展覽館的屋蓋。圓頂結(jié)構(gòu)由殼面、支座環(huán)組成，通過支座環(huán)支于垂直構(gòu)件上，殼面主要承受壓力，支座環(huán)承受拉力。

　　土建計(jì)量講義：地基與基礎(chǔ)的關(guān)系

　　基礎(chǔ)是將結(jié)構(gòu)所承受的各種作用傳遞到地基上的結(jié)構(gòu)組成部分?；A(chǔ)是建筑物的一個(gè)組成部分，承受建筑物的全部荷載，并將其傳給地基。地基是指基礎(chǔ)以下的土層，承受由基礎(chǔ)傳來的建筑物的荷載，地基不是建筑物的組成部分。

　　土建計(jì)量講義：地基的分類

　　地基分為天然地基和人工地基兩大類。天然地基是指天然土層具有足夠的承載能力，不需經(jīng)過人工加固便可作為建筑的承載層，如巖土、砂土、黏土等。人工地基是指天然土層的承載力不能滿足荷載要求，經(jīng)過人工處理的土層。

　　土建計(jì)量講義：人工地基處理方法及應(yīng)用

　　人工地基處理的方法主要有：壓實(shí)法、換土法、化學(xué)處理法、打樁法等。天然地基施工簡單、造價(jià)較低，而人工地基比天然地基施工復(fù)雜，造價(jià)也高。因此在一般情況下，應(yīng)盡量采用天然地基。

　　(1)壓實(shí)法：地基土是由土壤顆粒、水、空氣三部分組成。當(dāng)土壤中水及空氣含量過大時(shí)，土壤的承載力就低，且壓縮變形量也大。含水量大、密實(shí)性差的地基土，可預(yù)先人工加壓，排出一定量的空氣和水，使土壤板結(jié)，提高地基土的承載力。這種方法不消耗建筑材料，較為經(jīng)濟(jì)，但作業(yè)效率低。

　　(2)換土法：當(dāng)?shù)鼗纳媳韺硬糠譃槌休d能力低的軟弱土(如淤泥、雜土)時(shí)，可將軟弱土層全部挖走，換成堅(jiān)硬土(或墊上砂、碎石，或墊上按一定比較配制的砂石混合體)，這種方法稱為換土法。這種方法處理的地基強(qiáng)度高，見效快，但成本較大。

　　(3)化學(xué)處理法：對局部地基強(qiáng)度不足的在建建筑物或已建建筑物，可以采用注入化學(xué)物質(zhì)，促使土壤板結(jié)，提高地基承載力。

　　(4)打樁法：是將鋼筋混凝土樁打入或灌注入土中，由樁和樁間土層一起組成復(fù)合地基，從而提高地基的承載力。

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