土木工程摘要.docx

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土木工程摘要

（一）基本概念

1、土木工程材料：

任何土木工程建（构）筑物（包括道路、桥梁、港口、码头、矿井、隧道等）都是用相应材料按一定的要求建造成的，土木工程中所使用的各种材料统称为土木工程材料。

2、天然砂：

由自然条件作用（主要是岩石风化）而形成的，粒径在5mm以下的岩石颗粒，称为天然砂。

3、硅酸盐水泥：

根据国家标准（GB175—92）规定，凡由硅酸盐水泥熟料，0~5％石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。

4、绿色建材：

其含义是指：

采用清洁的生产技术，少用天然资源、大量使用工业或城市固体废弃物和农植物秸秆，生产无毒，无污染、无放射性，有利于环保与人体健康的建材。

（二）基本知识和基本理论

材料一般分为金属材料和非金属材料两大类。

材料按功能分类般分为结构材料（承受荷载作用的材料）和功能材料（具有专门功能的材料）。

材料按用途分类，如建筑结构材料；桥梁结构材料；水工结构材料；路面结构材料；建筑墙体材料；建筑装饰材料；建筑防水材料；建筑保温隔声材料等。

了解材料在土木工程中的作用主要应从三个方面去认识：

材料对保证工程质量的作用；材料对工程造价的影响；材料对工程技术进步的促进作用。

    1、砖、瓦、砂、石、灰

    砖、瓦、砂、石、灰可统称为地方材料，由于其工程用量大，原料价格低，一般都在当地或附近地区采购。

（1）砖

砖是一种常用的砌筑材料。

广泛地用于墙体、基础、柱等砌筑工程中。

按照生产工艺分为烧结砖和非烧结砖；按所用原材料分为粘土砖、页岩砖、煤矸石砖、粉煤灰砖、炉渣砖和灰砂砖等；按有无孔洞分为空心砖、多孔砖和实心砖。

（2）瓦

 瓦是屋面材料。

瓦的种类较多，按所用材料分，有粘土瓦、水泥瓦、石棉水泥瓦、钢丝网水泥瓦、聚氯乙烯瓦、玻璃钢瓦、沥青瓦等；按形状分，有平瓦和波形瓦两类。

（3）砂

砂是组成混凝土和砂浆的主要组成材料之一，是土木工程的大宗材料。

 砂一般分为天然砂和人工砂两类。

按其产源不同，天然砂可分为：

河砂、海砂和山砂。

（4）石

 凡采自天然岩石，经过加工或未经加工的石材，统称为天然石材。

包括：

①毛石②料石③饰面石材④色石渣⑤石子

（5）灰

 凡能在物理、化学作用下，从浆体变成坚固的石状体，并能胶结其他物料而具有一定机械强度的物质，统称为胶凝材料。

胶凝材料可分为无机与有机两大类。

无机胶凝材料可按照其硬化条件分为气硬性与水硬性两种。

只能在空气中硬化的称为气硬性胶凝材料，如石膏、石灰。

既能在空气中又能在水中硬化的称为水硬性胶凝材料，如水泥。

  2、木材

木材具有很多优点，如轻质高强；易于加工；有较高的弹性和韧性；能承受冲击和振动作用；导电和导热性能低；木纹美丽；装饰性好等。

但木材也有缺点，如构造不均匀，各向异性；易吸湿、吸水，因而产生较大的湿胀、干缩变形；易燃、易腐等。

 影响木材强度的主要因素为含水率（一般含水率高，强度降低），温度（温度高，强度降低），荷载作用时间（持续荷载时间长，强度下降）及木材的缺陷（木节、腐朽、裂纹、翘曲、病虫害等）。

 工程中木材又常分为原木、锯材及各类人造板材。

 3、钢材

 钢材品质均匀致密，抗拉、抗压、抗弯、抗剪切强度都很高。

有一定的塑性和很好的韧性、良好的加工性能。

土木工程所使用的钢材大多为低碳钢和低合金结构钢。

4、水泥 

水泥是水硬性胶凝材料，即加水拌合成塑性浆体，能在空气中和水中凝结硬化，可将其他材料胶结成整体，并形成坚硬石材的材料。

（1）水泥的定义和分类

水泥按其用途及性能分为三类：

通用水泥、专用水泥、特性水泥。

水泥按其主要水硬性物质名称分为：

硅酸盐水泥，铝酸盐水泥，硫铝酸盐水泥，氟铝酸盐水泥，磷酸盐水泥，以火山灰性或潜在水硬性材料以及其他活性材料为主要组分的水泥。

（2）硅酸盐水泥

水泥浆体在常温下会逐渐变稠直到开始失去塑性，这一现象称为水泥的初凝；随着塑性的消失，水泥浆体开始产生强度，此时称为水泥的终凝；水泥浆体由初凝到终凝的过程称为水泥的凝结。

水泥浆体终凝后，其强度会随着时间的延长不断增长，并形成坚硬的水泥石，这一过程称为水泥的硬化。

（3）其他品种水泥有：

快硬硅酸盐水泥、快凝快硬硅酸盐水泥、白色硅酸盐水泥、高铝水泥、膨胀水泥。

5、混凝土

 混凝土（简写为砼）是当代最主要的土木工程材料之一。

它是由胶结材料、骨料和水按一定比例配制，经搅拌振捣成型，在一定条件下养护而成的人造石材。

混凝工具有原料丰富，价格低廉，生产工艺简单的特点；同时混凝土还具有抗压强度高，耐久性好，强度等级范围宽，使用范围十分广泛。

①混凝土的种类

按胶凝材料不同，分为水泥混凝土（又叫普通混凝土）、沥青混凝土、石膏混凝土及聚合物混凝土等；按表观密度不同，分为重混凝土（ρ>2600 kg／m3）、普通混凝土 （1950~2 600 kg／m3）、轻混凝土（ρ<1950kg／m3）；按使用功能不同，分为结构用混凝土、道路混凝土、水工混凝土、耐热混凝土、耐酸混凝土及防辐射混凝土等；按施工工艺不同，又分为喷射混凝土、泵送混凝土、振动灌浆混凝土等。

为了克服混凝土抗拉强度低的缺陷，将水泥混凝土与其他材料复合，出现了钢筋混凝土，预应力混凝土，各种纤维增强混凝土及聚合物浸渍混凝土等。

②普通混凝土

普通混凝土是由水泥、粗骨料、细骨料和水拌合，经硬化而成的一种人造石材。

③特种混凝土

A、轻骨料混凝土

B、纤维增强混凝土（简称FRC）

C、聚合物混凝土

D、碾压混凝土

E、自密实混凝土

 ④钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土

钢筋混凝土是指配置钢筋的混凝土。

预应力混凝土一般指预应力钢筋混凝土，通过张拉钢筋，产生预应力。

预应力的产生，按张拉钢筋的方法可分为机械法、电热法和化学法；按施加预应力的顺序可分为先张法和后张法。

 6、其他材料

（1）沥青、沥青制品与其他防水材料

沥青材料是由一些极其复杂的高分子碳氢化合物和这些碳氢化合物的非金属衍生物所组成的混合物。

高分子新型防水卷材有三大类：

橡胶类防水卷材，塑料类防水卷材，橡塑共混型防水卷材。

（2）玻璃、陶瓷制品

玻璃不仅有采光和防护的功能，而且是良好的吸声、隔热及装饰材料。

陶瓷是由适当成分的粘土经成型、烧结而成的较密实材料。

常用陶瓷材料的品种可分为：

陶瓷锦砖（马赛克），陶瓷墙地砖，陶瓷釉面砖，卫生陶瓷。

（3）塑料与塑料制品

塑料是以有机高分子化合物为基本材料，加入各种改性添加剂后，在一定的温度和压力下塑制而成的材料。

（4）绝热材料

 将不易传热的材料，即对热流有显著阻抗性的材料或材料复合体称为绝热材料。

绝热材料是保温、隔热材料的总称。

分为无机绝热材料和有机绝热材料两大类。

（5）吸声材料

 吸声材料是指能在较大程度上吸收由空气传递的声波能量的材料。

常用的吸声材料有：

①无机材料②有机材料③多孔材料④纤维材料。

（6）装饰材料

对建筑物主要起装饰作用的材料称装饰材料，装饰材料应具有装饰功能、保护功能及其他特殊功能。

装饰功能即装饰效果，是由质感、线条和色彩三个因素构成的。

按其在建筑物的装饰部位予以分类：

外墙、内墙、地面、吊顶装饰材料

（7）新型复合板材

①铜丝网水泥类夹芯复合板材

②彩钢夹芯板材

（8）绿色建材

①“绿色建材”的基本概念及其特征

绿色建材的基本特征有：

A、建材生产尽量少用天然资源，大量使用尾矿、废渣、垃圾等废弃物。

B、采用低能耗、无污染环境的生产技术。

C、在生产中不得使用甲醛、芳香族、碳氢化合物等．不得使用铅、镉、铬及其化合物制成的颜料、添加剂和制品。

D、产品不仅不损害人体健康，而且有益于人体健康。

E、产品具有多功能，如抗菌、灭菌、除霉、除臭、隔热、保温、防火；调温、消磁、防射线、抗静电等功能。

F、产品可循环和回收利用，废弃物无污染以防止造成二次污染。

②绿色建材在国外的发展

③“绿色建材”在国内的发展

发展“绿色建材”，改变长期以来存在的粗放型生产方式，选择资源节约型、污染最低型、质量效益型、科技先导型的生产方式是21世纪我国建材工业的必然出路。

我国发展“绿色建材”取得的初步成果有：

A、利用废渣类：

废弃物为基料研制的砖制品取代粘土砖已趋于成熟，工程中已大量应用；

B、采用化学石膏制板产品，以磷石膏、脱硫石膏、氟石膏代替天然石膏生产“绿色建材”；

C、充分利用白色污染废弃物，经粉碎后，采用刨花板（或中密度板）生产技术生产保温板系列产品、复合夹心板材产品来代替木材。

D、利用稻草或农植物秸秆为填料，加水泥蒸压生产水泥草板。

E、采用高新技术生产有益于人体健康的多功能“绿色建材”。

F、水泥的生产从综合治理寻求出路。

第3章  基础工程

一、学习重点

（一）基本概念

1、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。

2、沉降缝：

是指从建筑物的屋顶到基础全部分开，分割成若干个长高比较小、整体刚度较好、体型简单和自成沉降体系的单元。

3、沉井：

是井筒状的结构物，它是以井内挖土，依靠自身重量克服外壁摩擦力后下沉至设计标高，然后经过混凝土封底，并填塞井孔，使其成为桥梁墩台或其他构筑物的基础。

4、地基处理：

是指天然地基很软弱，不能满足地基承载力和变形的设计要求，地基需经过人工处理的过程。

（二）基本知识和基本理论

工程地质、基础工程、地基处理都是土木工程专业知识的重要组成部分。

1、工程地质勘察

工程地质勘察的目的主要是查明工程地质条件，分析存在的地质问题，对建筑地区作出工程地质评价。

工程地质勘察的任务是按照不同勘察阶段的要求，正确反映场地的工程地质条件及岩土体性状的影响，并结合工程设计、施工条件，以及地基处理等工程的具体要求，进行技术论证和评价，提出解决问题的决策性具体建议，为设计、施工提供依据，服务于工程建设的全过程。

工程地质勘察可分为可行性研究勘察、初步勘察和详细勘察三个阶段。

（1）工程地质测绘

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区的地质条件，填绘在适当比例尺地形图上加以综合反映。

工程地质测绘方法有像片成图法和实地测绘法。

（2）工程地质勘探方法

勘探的方法主要有坑、槽探，钻探，地球物理勘探等。

（3）一般工业与民用建筑岩土工程勘察

（4）高层建筑岩土工程勘察

高层建筑岩土工程勘察中，应对以下问题进行分析评价：

地基承载力，变形和倾斜，高层建筑物与裙房的差异沉降问题，深基坑开挖，环境问题，场地与地基稳定性分析，抗震设计。

（5）公路工程地质勘察

公路工程地质勘察包括以下方面：

路线勘察，特殊岩土、不良地质地段的勘察，路基路面勘察，桥渡勘察，隧道勘察和筑路材料勘察。

（6）桥梁工程地质勘察

桥梁是公路建筑工程中的重要组成部分，由正桥、引桥和导流等工程组成。

桥梁工程地质问题主要有两个：

桥墩台地基稳定性问题；桥墩台的冲刷问题。

（7）隧道工程地质勘察

勘察工作通常包括：

隧道方案与位置的选择隧道洞口与洞身的勘察。

2、浅基础

通常把位于天然地基上、埋置深度小于5 m的一般基础（柱基或墙基）以及埋置深度虽超过5 m，但小于基础宽度的大尺寸基础（如箱形基础），统称为天然地基上的浅基础。

如果地基属于软弱土层（通常指承载力低于100kPa的土层），或者上部有较厚的软弱土层，不适于做天然地基上的浅基础时，也可将浅基础做在人工地基上。

（1）浅基础的类型

浅基础可以按基础刚度的不同分为：

①刚性基础，是由砖、毛石、素混凝土和灰土等材料做成的基础。

②扩展基础，当刚性基础不能满足力学要求时，可以做成钢筋混凝土基础，称为扩展基础。

浅基础还可以按构造类型的不同分为：

①单独基础；②条形基础；③筏板基础和箱形基础；④壳体基础。

3、深基础

位于地基深处承载力较高的土层上，埋置深度大于5 m或大于基础宽度的基础，称为深基础。

深基础有桩基础、沉井基础、地下连续墙和墩基础四种常