橋梁工程5(基礎(chǔ))

1、向群 主講天津鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院橋梁構(gòu)造1 第三章 橋梁下部結(jié)構(gòu)構(gòu)造第一節(jié) 橋梁基礎(chǔ)組成與基本類型第二節(jié) 橋礅的結(jié)構(gòu)組成和基本類型第三節(jié) 橋臺的結(jié)構(gòu)組成和基本類型第四節(jié) 支座構(gòu)造與基本類型2橋梁基礎(chǔ)磨擦樁柱樁剛性淺基礎(chǔ)深基礎(chǔ)擴大基礎(chǔ)預(yù)制樁基礎(chǔ)組合基礎(chǔ)沉井基礎(chǔ)樁及大型管柱基礎(chǔ)類管柱鉆孔樁基礎(chǔ)就地成孔灌注基礎(chǔ)按材料按施工方法振動下沉錘擊下沉鋼樁人工挖孔混凝土樁按傳力方式 沖擊、沖抓鉆機成孔套管法施工旋轉(zhuǎn)式鉆孔靜壓下沉預(yù)應(yīng)力砼樁橋梁基礎(chǔ)類型3第一節(jié) 橋梁基礎(chǔ)組成與類型剛性淺基礎(chǔ)：明挖 或擴大基礎(chǔ)樁基礎(chǔ)：預(yù)制樁、鉆孔樁沉井基礎(chǔ)4一、剛性淺基礎(chǔ)1、基本概念常見基礎(chǔ)根據(jù)埋置深度分有：淺基礎(chǔ)、深基礎(chǔ)。淺基礎(chǔ)是

2、指埋入地層深度較淺（5m），施工時一般采用敞開挖基坑修筑的基礎(chǔ)。天然地基上淺基礎(chǔ)優(yōu)點：便于施工，工期短，造價低，如能滿足強度和變形要求，宜優(yōu)先采用。52、淺基礎(chǔ)類型 (1)剛性基礎(chǔ) 剛性基礎(chǔ)：用剛性材料，如磚、石、素混凝土等制作的基礎(chǔ)，底面寬度擴大受剛性角的限制。6剛性角壓力分布角，以表示；磚砌基礎(chǔ)的剛性角控制在2633之間；混凝土基礎(chǔ)的剛性角應(yīng)控制在45左右。7(2)柔性基礎(chǔ) 柔性基礎(chǔ)用非剛性材料，如鋼筋混凝土制作的基礎(chǔ)，基礎(chǔ)寬度的加大不受剛性角的限制8剛性基礎(chǔ)：特點：穩(wěn)定性好、施工簡便、能承受較大的作用。自重大，當(dāng)持力層為軟弱土?xí)r，需對地基進行處理。適用于：地基承載力較好、壓縮性較小的建筑

3、材料： (1)混凝土?？箟簭姸雀?，耐久性和抗凍性比較好，可澆筑成任意形狀的砌體。(2)粗料石或片石。柔性基礎(chǔ)：特點：整體性能較好，抗彎剛度較大，適用于：有較大偏心荷載作用、地基土層較軟弱、地下水位較高、基礎(chǔ)埋深又受到一定限制等情況。材料：鋼筋混凝土9(3)剛性擴大基礎(chǔ) 剛性擴大基礎(chǔ) 由于地基土的強度比墩臺圬工的強度低，故基底的平面尺寸都需要稍大于墩臺平面尺寸，即做成擴大基礎(chǔ)，以滿足地基強度要求。其平面形狀常為矩形，立面形狀為矩形或臺階形10 為了從構(gòu)造上來防止aa截面發(fā)生彎曲拉裂破壞，可通過控制剛性角，設(shè)計時也常用aa作為控制條件，a稱為容許剛性角。磚、片石、塊石、粗料石砌體，當(dāng)用5號以下砂漿

4、砌筑時，a=30；磚、片石、塊石、粗料石砌體，當(dāng)用5號以上砂漿砌筑時，a=35；混凝土澆筑時，a=45。 基頂外緣與墩(臺)身底邊緣的距離稱為襟邊，其作用一方面是擴大基底面積增加基礎(chǔ)承載力，同時也便于調(diào)整基礎(chǔ)施工時在平面尺寸上可能發(fā)生的誤差，也是為了支立墩、臺身模板的需要。其值應(yīng)視基底面積的要求、基礎(chǔ)厚度及施工方法而定。橋梁墩臺基礎(chǔ)襟邊最小值為2050cm。 基礎(chǔ)較厚(超過lm以上)時，可將基礎(chǔ)的剖面澆砌成臺階形，以減少基礎(chǔ)自重，節(jié)省材料。每層臺階高度通常為0.501.00m，一般情況各層臺階宜采取相同厚度。113、地基容許承載力的確定(1)基本概念 地基土的承載力指地基土體單位面積上所承受的

5、壓力。 基礎(chǔ)將上部建筑物或構(gòu)筑物的荷載傳給地基土體，地基土體承受著上部結(jié)構(gòu)傳下來的荷載。由于地基土體的不均勻性，地基土中各點的承受能力不一樣。 基礎(chǔ)下一部分土體將沿滑動面產(chǎn)生整體移動，此時，建筑物或構(gòu)筑物將發(fā)生嚴(yán)重塌陷、傾斜等災(zāi)害性破壞。12(2)地基承載力計算修正后的地基承載力容許值fa按下式確定。當(dāng)基礎(chǔ)位于水中不透水地層上時，fa按平均常水位至一般沖刷線的水深每米再增大10kPa.k1、k2基底寬度、深度修正系數(shù)，根據(jù)基底持力層土的類別按規(guī)范確定;1基底持力層土的天然重度（kN/m3）；若持力層在水面以下且為透水者，應(yīng)取浮重度;2基底以上土層的加權(quán)平均重度(kN/m3 );換算時若持力層在

6、水面以下,且不透水時,不論基底以上土的透水性質(zhì)如何，一律取飽和重度;當(dāng)透水時,水中部分土層則應(yīng)取浮重度。b基礎(chǔ)底面的最小邊寬(m);當(dāng)bl0m時，取b=10m;h基底埋置深度(m)，自天然地面起算，有水流沖刷時自一般沖刷線起算;當(dāng) h4時，取h=4b13例題：某橋墩基礎(chǔ)：已知基礎(chǔ)底面寬度b=5m，長度l=10m，基礎(chǔ)埋深h=4m，作用在基地中心的豎直荷載N=8000kN，地基土重度sat=20kN/m3，基礎(chǔ)底面下持力層土為中密粉砂，試按規(guī)范確定基地容許承載力是否滿足強度要求。14解：故地基強度能夠滿足要求15練習(xí)某橋墩基礎(chǔ)如圖所示，已知基礎(chǔ)底面寬度b=4m，長度l=10m，埋置深度h=3.5

7、m，作用在基底中心的豎直荷載N=12000kN，地基土的性質(zhì)如圖所示，試按橋規(guī)確定地基容許承載力是否滿足強度要求。若將該基礎(chǔ)放置在粘土層頂面，情況又如何？16地表土?xí)a(chǎn)生一定的風(fēng)化作用，加上人類和動物的活動以及植物的生長作用，破壞地表土層的結(jié)構(gòu)，性質(zhì)不穩(wěn)定，強度和穩(wěn)定性差。地表土不宜作為持力層。基礎(chǔ)埋置深度應(yīng)在天然地面或無沖刷河流的河底以下不小于1m。(4)基礎(chǔ)埋置深度基礎(chǔ)埋置深度的選擇要求是保證持力層穩(wěn)定所需的最小埋置深度17地基的地質(zhì)條件覆蓋土層較?。呵宄采w土和風(fēng)化層后，將基礎(chǔ)直接修建在新鮮巖面上。巖石地基巖石風(fēng)化層很厚難以全部清除時，基礎(chǔ)放在風(fēng)化層中的埋深應(yīng)根據(jù)其風(fēng)化程度、沖刷深度及相

8、應(yīng)的容許承載力來確定。18地基的地質(zhì)條件受壓層內(nèi)為均質(zhì)土，主要根據(jù)荷載大小、地基土的承載力和最小埋深來確定。非巖石地基受壓層為交錯的多層土組成時，需通過各項力學(xué)驗算和綜合考慮各種因素后確定。19河流的沖刷深度一般沖刷：整個河床面被洪水沖刷后下降。局部沖刷：由于橋墩的阻水作用，使洪水在橋墩四周沖出一個深坑?；A(chǔ)必須設(shè)置在設(shè)計洪水的最大沖刷線以下不小于1.5m。位于河槽的橋臺，當(dāng)其最大沖刷深度小于橋墩總沖刷深度時，橋臺基底的埋深應(yīng)與橋墩基底相同。當(dāng)橋臺位于河灘時，對河槽擺動不穩(wěn)定河流，橋臺基底高程應(yīng)與橋墩基底高程相同;在穩(wěn)定河流上，橋臺基底高程可按照橋臺沖刷結(jié)果確定。20凍結(jié)深度 橋涵墩臺基礎(chǔ)(不

9、包括樁基礎(chǔ))基底埋置深度應(yīng)符合下列規(guī)定:1、當(dāng)墩臺基底設(shè)置在不凍脹土層中時，基底埋深可不受凍深的限制。2、上部為外超靜定結(jié)構(gòu)的橋涵基礎(chǔ)，其地基為凍脹土層時，應(yīng)將基底埋入凍結(jié)線以下不小于0.25m。3、當(dāng)墩臺基礎(chǔ)設(shè)置在季節(jié)性凍脹土層中時，基底的最小埋置深度可按下式計算:21地形條件當(dāng)結(jié)構(gòu)物位于較陡的土坡上時要考慮土坡同結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。當(dāng)基礎(chǔ)位于較陡的巖體上，可將基礎(chǔ)做成臺階型，但要注意巖體的穩(wěn)定性?；A(chǔ)前緣至巖層坡面間必須留有適當(dāng)?shù)陌踩嚯x，其數(shù)值與持力層巖石（或土）類及斜坡坡度等因素有關(guān)。相鄰結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)的影響施工技術(shù)條件的影響22(5)剛性擴大基礎(chǔ)尺寸的擬定要求基礎(chǔ)厚度H：基底標(biāo)高：按埋置

10、深度要求(承載力、基本要求、沖刷要求、凍結(jié)深度等); 基礎(chǔ)頂面：不高于最低水位,一般，基礎(chǔ)厚度在1.02.0m左右基礎(chǔ)平面尺寸：（矩形） 長度（橫橋向）：a=l+2Htan 寬度（順橋向）：b=d+ 2H tan 剛性角（墩、臺身底截面邊緣至基礎(chǔ)邊緣的連線與垂線的夾角）23基礎(chǔ)尺寸要求基礎(chǔ)剖面尺寸： 形式：矩形或臺階形 襟邊（自墩、臺身底邊緣至基頂邊緣距離）最小值為2030cm。 作用：a.擴大基底面積，增加承載力 b.施工需要基礎(chǔ)懸出總長度：要求： max各層臺階宜采用相同厚度24小結(jié)：剛性淺基礎(chǔ)的特點基礎(chǔ)理置深度的確定基礎(chǔ)尺寸的確定 作業(yè)：補充習(xí)題25二、樁基礎(chǔ)1、樁基及其作用樁基構(gòu)成：樁

11、+承臺 有高、低兩種，前者用于水中低樁承臺、高樁承臺26樁之作用：（1）將荷載傳至持力層（圖a），或分配到較大的深度范圍 （圖b），以提高承載力。27（2）減小沉降，從而也減小沉降差，故地基強度夠，而變形不合要求時亦用。（3）抗拔：用于抗風(fēng)、抗震、抗浮等（4）有一定抗水平荷載能力，特別是斜樁近年來，樁基成為土木工程結(jié)構(gòu)的主要基礎(chǔ)形式，為設(shè)計樁基，須了解其類型、機理、承載力及變形驗算等。28適用范圍：1）荷載較大，承載能力不滿足要求；2）河床沖刷較大，河道不穩(wěn)定；3）地基計算沉降過大，不均勻沉降；4）建筑物承受較大的水平荷載；5）施工水位或地下水位較高；6）需要減弱其振動影響的動力機器基礎(chǔ)，或以

12、樁基作為地震區(qū)建筑物的抗震措施；2、樁基礎(chǔ)的適用條件29(1)按材料分：木、鋼、鋼筋混凝土木樁水位以上耐久性差，強度低，我國森林資源不足，應(yīng)少用鋼樁本身強度高，易加工，接頭容易，運輸方便，但造價是混凝土的3-4倍，用于海洋平臺及陸上重要工程。鋼砼樁取材方便，價格便宜，耐久性好，可預(yù)制、現(xiàn)澆，尺寸易調(diào)，適用性強，故應(yīng)用廣泛，是主要研究對象。3、樁的分類30(2)按樁的制作方法分預(yù)制樁（沉樁）質(zhì)量易保證、現(xiàn)場整潔、用時間少，但配筋由運輸、打樁控制，配筋率較大，長度不可過大，現(xiàn)場接樁、截樁難。（打入樁、振動下沉樁、靜力壓樁）灌注樁鉆孔、放鋼筋籠、澆砼。尺寸靈活，還可擴頭，配筋率可以小，但現(xiàn)場臟，質(zhì)量

13、難保證，例斷樁、縮頸、露筋、清底不充分等。（鉆、挖孔灌注樁 沉管灌注樁 爆擴樁）31(3)按設(shè)置效應(yīng)分是否擠土擠土樁打入或壓入，預(yù)制樁或沉管灌注樁。擠土使土密實，但打入有噪聲，擠土?xí)l(fā)生漂樁，還會破壞周邊設(shè)施非擠土樁鉆、挖孔樁，樁長、樁徑可較大，可穿越硬土層。無擠密效果，但有些土（飽和軟粘土）本不可擠密。部分?jǐn)D土樁鉆小口徑孔，再打入，或鋼管、砼管樁32(4)按荷載傳遞方式分樁端土差、樁很長、灌注樁清底差樁端為巖石、大頭樁(一) 摩擦樁(二) 端承樁33(5)按承臺位置分高樁承臺、低樁承臺高樁承臺承臺底面位于地面（或沖刷線）以上。用于水中作業(yè)。但受力情況差。低樁承臺承臺底面位于地面（或沖刷線）以

14、下 受水平力及穩(wěn)定性方面較好。常用樁預(yù)制鋼砼樁 （RC樁）斷面有方、圓兩種, 方樁邊長0.30.5m，預(yù)制分段長12m; 現(xiàn)場預(yù)制樁長0.8%，樁身混凝土強度不低于C25。截面大則作成管樁, 有時加預(yù)應(yīng)力(省鋼)。34鉆（挖）孔灌注樁大直徑樁，甚至直徑3m，承載力很大，用一般直徑樁可能擺不開?？蓴U孔，用擴孔器或爆擴（少用）。353、沉管灌注樁 （擠土）錘擊或振動沉管，下有鋼砼頭，再灌混凝土，拔管，易發(fā)生斷樁、縮頸（軟土中）。缺點：易產(chǎn)生縮頸、斷樁、局部夾土、混凝土離析等質(zhì)量事故。36鋼管樁有開口、閉口，開口時形成土芯后亦有一定擠土，d小則擠土可能性大，是否擠土將影響承載力。37三、沉井基礎(chǔ) 在

15、修建負(fù)荷較大的建筑結(jié)構(gòu)物財，其基礎(chǔ)應(yīng)該坐落在堅固、有足夠承載力的土層上當(dāng)這類土層距地表面較深、采用天然基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)受水文地質(zhì)條件限制時，需用種上、下開口就位后封閉的結(jié)構(gòu)物來承受上部結(jié)構(gòu)的力，這種結(jié)構(gòu)物被稱為沉井。沉井是基礎(chǔ)的織成部分之一，其形狀大小根據(jù)工程地質(zhì)狀況出設(shè)計而定，通常用混凝土或鋼筋混凝土制成。它般由井壁、刃腳、隔墻、井孔、預(yù)埋沖刷管、封底混凝土、頂蓋板組成。38 沉井適用條件：上部荷載較大，地表土容許承載力不足，一定深度下有好的持力層；山區(qū)河流中，沖刷大或河中有較大卵石不便樁基礎(chǔ)施工；巖層表面較平坦且覆蓋層薄，但河水較深，采用圍堰施工有困難。 沉井特點：占地面積小，挖土量小，對鄰近

16、建筑物的影響較小，穩(wěn)定性好。多用于長大橋梁和深水橋梁。3940沉井的構(gòu)造 41 沉井按平面形式分類a圓形單孔沉井；b正方形單孔沉井；c矩形單孔沉井；d矩形雙孔沉井；e圓端形雙孔沉井；f矩形多孔沉井42井壁（ 沉井主體部分）作用：施工時的圍堰，擋土隔水提供足夠重量，使沉井能順利下沉施工完畢作為墩臺基礎(chǔ) 構(gòu)造要求： 井壁內(nèi)配以豎向和水平向受力筋混凝土強度等級不低于C20井壁厚度應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)強度、下沉需要的重量、便于取土和清基等因素確定，一般混凝土沉井采用80120厘米鋼筋混疑土沉井(薄壁沉井)不受此限制43刃腳作用：克服障礙、切土下沉，以減少下沉阻力。構(gòu)造要求：（加強）混凝土強度等級不低于C25刃腳

17、底面寬度(踏面)采用1020厘米刃腳斜面與水平面夾角應(yīng)大于45若通過緊密土層時，尤其當(dāng)土層中含有堅硬物體時，刃腳底面應(yīng)以角鋼或其他鋼材加固。刃腳高度視井壁的厚度確定，一般1.0m以上。當(dāng)需要下沉到稍有傾斜的巖層面時，在掌握巖層高低差變化的情況下，可將沉并刃腳做成與巖層面傾斜相適應(yīng)的高低刃腳。44隔墻(沉井的內(nèi)壁)作用：沉井長寬尺寸較大時，加強沉井的剛度構(gòu)造：厚度較井壁小軟土中，底面應(yīng)比井壁刃腳底面高出50厘米以上。（防止下沉過快）硬土中，底面應(yīng)高于刃角踏面1.01.5m。（防止下沉受阻）人工挖土，隔墻下端應(yīng)設(shè)置過人孔45射水管(當(dāng)采用井壁射水下沉?xí)r)沉井靠自重作用下沉有困難時，可考慮在井壁埋射

18、水管。 射水水壓視土質(zhì)而定，一般不小于6個大氣壓，管徑為l012毫米，每管射水量不小于0.2米3分。如使用泥漿滑潤套施工方法時應(yīng)有預(yù)埋的壓射泥漿管路。46取土井（井孔）取土井的大小由取土的方法而定，當(dāng)采用抓泥斗取土?xí)r，寬度不宜小于2.5米。取土井的平面布置應(yīng)與中軸線對稱，便于校正傾斜和偏移，利于沉井均勻下沉。井中填充物：素混凝土（C15）、片石混凝土、砌片等47封底和蓋板沉井在用不排水下沉?xí)r，封底用水下泥凝土澆筑，其厚度通過計算確定，不小于井孔最小邊長的1.5倍，且頂面應(yīng)高出井壁刃腳頂面(即刃腳根部)至少0.5米。封底混凝土強度等級：非巖石地基不低于C25；巖石地基不低于C20。以混凝土填心的

19、沉井可用素混凝土頂板空心或以其他松散料填心的沉井需用鋼筋混凝土頂板，厚度一般為1.52.0m ；48凹槽作用為了封底混凝土嵌入井壁，形成整體，使傳至沉井壁上的力能更好地傳遞給封底混凝土底面。 構(gòu)造刃腳上方井壁內(nèi)側(cè)預(yù)留，凹槽高度應(yīng)根據(jù)底板厚度決定，底面一般距刃腳踏面2.5m左右，槽高約1.0m，接近于封底混凝土的厚度，以保證封底工作順利進行。凹入深度約為150250mm。49四、軟土地基軟土地基：抗剪強度較低、壓縮性較高、滲透性較小的淤泥、淤泥質(zhì)土、某些沖填土和雜填土以及其他高壓縮性土層。淤泥和淤泥質(zhì)土是在靜水或緩流水環(huán)境中以細(xì)顆粒為主的近代黏性土沉積。它們廣泛分布在我國東南沿海及內(nèi)陸地區(qū)。沖填

20、土是在整治和疏通江河航道時，用挖泥船或泥漿泵把河水和港口底部的泥砂用水力充填淤地形成的沉積土。雜填土是指因人類活動而堆積形成的無規(guī)則堆積物，如建筑垃圾、工業(yè)廢料和生活垃圾等。工程性質(zhì)為強度低、壓縮性高、均勻性差，一般還有浸水濕陷性。50 地基處理的目的是針對軟土地基上建造結(jié)構(gòu)物可能產(chǎn)生的問題采用人工的方法改善地基土的工程性質(zhì)。 包括提高地基土的抗剪強度，增大地基承載力，防止剪切破壞或減輕土壓力；改善地基土壓縮性，減少沉降和不均勻沉降；改善其滲透性，加速固結(jié)沉降過程；改善土的動力特性防止液化，減輕振動；消除或減少特殊土的不良工程特性。51物理處理化學(xué)處理熱學(xué)處理換土墊層法排水固結(jié)法擠密壓實法加筋

21、土法攪拌樁法灌漿膠結(jié)法熱加固法凍結(jié)法52物理處理化學(xué)處理熱學(xué)處理換土墊層法排水固結(jié)法擠密壓實法加筋土法攪拌樁法灌漿膠結(jié)法熱加固法凍結(jié)法淺層挖除軟弱土層換填中粗砂、砂礫、碎石、石灰土或二灰土等。適用于無沖刷的軟弱地基。53物理處理化學(xué)處理熱學(xué)處理換土墊層法排水固結(jié)法擠密壓實法加筋土法攪拌樁法灌漿膠結(jié)法熱加固法凍結(jié)法通過布置垂直排水井，改善地基排水條件，并采取加壓，抽水，抽氣和電滲等措施，以加速地基土的固結(jié)和強度的增長，提高地基土的穩(wěn)定性，并使沉降提前完成。適用于處理厚度較大的飽和粘土和沖填土地基，但對于厚的泥炭層要慎重對待。 54物理處理化學(xué)處理熱學(xué)處理換土墊層法排水固結(jié)法擠密壓實法加筋土法攪拌樁法灌漿膠結(jié)法熱加固法凍結(jié)法利用擠密或振動使深層土密實，并在振動或擠密過程中回填以砂，礫石，碎石，土，灰土，二灰或石灰等，形成砂樁，碎石樁，土樁，灰土樁，二灰樁，或石灰樁，與樁間土一起組成復(fù)合地基，從而提高地基承載力，減少沉降量，消除或部分消除土的濕陷性或液化性。適用于雜填土和松散砂土，對軟土地基經(jīng)試驗證明加固有效時方可使用。 55物理處理化學(xué)處理熱學(xué)處理換土墊層法排水固結(jié)法擠密壓實法加筋土法攪拌樁法灌漿膠結(jié)法熱加固法凍結(jié)法在人工填土地路堤或擋墻內(nèi)鋪設(shè)土工合成材料：鋼帶，鋼條，尼龍或玻璃纖維等作為拉筋，或在軟弱土層上設(shè)置樹根樁或碎石樁等，使這種人工復(fù)合土體可以承受抗拉