深水基础的设计与施工

和降水。
4．环境条件 对于深水基础类型的选择，有时还会遇到环境条件变成了
控制因素的情况。
日本《基础设计规范》制定的《基础类型选择参考表》可 供参考。
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1.3.2 南京长江大桥的基础选型介绍 1．自然条件 南京长江大桥全长 6772m ，正桥长 1576m ，为 10 孔公铁两 用、上下分层钢桁梁桥。浦口岸第 1孔为 128m简支钢桁梁。其 余9孔为三联三等跨160m的连续钢桁梁，正桥水中基础共9个。 基本自然条件如下。 （1）水文 长江南京段距人海口约 400km，处于感潮河段，径流量大， 水文情况主要由江流控制，其次为潮汐。 1）水位 应用南京历年实测量高高潮水位计算的成果，1954年最高 高潮水位+10.22的周期接近300年一遇，故采用+10.22作为设计 水位。
位计算。如各施工阶段的最高水位、抽水最高水位、行洪最高
水位等。
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（3）围堰板桩上所受的侧向土压力
当挖土深度较大时，围堰内的支撑只能在挖土后逐层加设。
a b b a a b a b a b
c
c
c
d
（ 1）
（ 2）
（1）第1层开挖
（ 3）
（2）设置第1层支撑
（ 4）
（3）第2层开挖
（ 5）
图2-2 基坑逐层开挖和设置支撑时板桩上土压力强度分布的变化情况 （4）设置第2层支撑 （5）继续开挖和设置支撑
深水基础的设计与施工
吴兴序
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内
2 深水基础的施工技术 3 深水基础的设计计算
容
1 深水基础的特点和常用类型
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1 深水基础的特点和常用类型
1.1 深水基础的特点 深水基础的基本特点在于深水环境。由于水环境的影响， 深水基础的地基勘察、基础选型、埋置深度、荷载计算、施工 方式、质量控制和设计检算等均与陆地情况有较大差异。 目前对于基础工程中的所谓“浅水”或“深水” 尚没有明 确的定量界限，但通常可认为：水深在5~6m以上，不能采用一 般的土围堰和木板桩围堰等防水技术施工的基础可称为深水基 础。 深水基础在设计和施工方面的特点在于： （1）受力更为复杂； （2）水文条件的控制作用更明显； （3）需要考虑水中介质和物体对基础的作用； 3 （4）勘察、施工和质检更困难；
处理造成。这也就是说，建筑事故多半可以归结为地基事故。
造成地基事故的具体原因是多种多样的，但归纳起来却又不外 是：地基勘察的深度和广度不够、对岩土试验方法与结果分析 理解的错误、在设计时对地基勘察资料的利用错误等。 对水下地基基础的探测和研究，不仅要重视地质问题，还 要重视水文和水力问题。
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2.2.1 水下地基探测的内容与要求 水下地基探测与陆上地基探测的相同点在于都是用钻探设 备在地基中探明或钻取有限点的地质情况与试样，然后根据地 质构造及土的成因来推断整个地基状况。 区别在于水下地基不能进行直接观测，又难以采取原状土 样交试验室进行试验。所以勘察工作的难度更大。 水下地基探测的内容与要求，在很大程度上取决于地质的 复杂性和建筑物的性质与规模。但均应提供或确定下列资料： （1）选择基础型式所需资料； （2）确定地基承载力所需的资料； （3）足以评价地基沉降量的资料； （ 4 ）地基土和水质对基础的有害作用及研究防护措施所 需资料；
化的土层，并宜采用深桩基础方案。
在标贯击数大于10的粘土中，或大于30的砂土(包括砾石、 卵石层）中，打入钢筋混凝土桩或预应力钢筋混凝土桩常把桩
打断，这时选用钢桩反而会得到经济合理的效果。当然，在粘
土中，采用钻孔桩就更为合适了。
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应该特别重视那些曾经发生过或将来可能发生的有关影响 基础的耐久性与稳定性的地质现象，如滑坡、山崩、泥石流、 岩溶地区的地层下陷、岩石冲刷溶蚀等。 基础位置的选取是至关重要的。 3．气象条件 对于深水基础，需考虑的气象条件主要是：风、浪、气温
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（ 5 ）确定施工方法所需的资料（如防水围堰是否需要封 底、支撑设计的土压力、沉井下沉范围内的摩阻力、沉桩深度 范围有无障碍物等）； （ 6 ）为证明对环境或临近建筑物有无有害影响所需的资 料（如爆破、开挖、水位升高或降低等对渔业及对临近建筑物 的影响）； （7）岩石地基裂隙的定性定量资料； （ 8 ）是否存在影响建筑物的耐久性与稳定性的水文、地 质现象。如滑坡、山崩、泥石流、岩溶地区的地层下陷、岩石 冲刷溶蚀等。
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在岩面不平的地基上，若用多柱式基础(包括管柱与钻孔桩） 不能满足上部结构所需的刚度要求时，可以用水下爆破、抓斗 挖掘清除基坑、用钻机磨平地基表面的施工方法，并选用“设 置基础”方案。 采用摩擦桩基础是很合理的选择。但在地震区桩应穿过可能液
在覆盖层很厚，即35~50m以下尚无承载力较高的持力层时，ຫໍສະໝຸດ 层很薄。（3）气象 1）降水量
根据1905-1936年及1946—1954年的记录，南京地区年平均
降水量为995.3mm，年最大降水量为1621.3mm。一般4至9月为 雨季，6至8月雨量尤为集中，日最大降水量为198.5mm。
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2）风向风速 根据1929~1936年及1951~1953年的记录，南京地区在11至2 月，以北东的风向为主， 4 至 8 月以东南风为主，最大风速为 27.8m/s。 3）气温 根据1922~1936年及 1946~1955年记录，南京地区的最低气 温发生在12至2月，最低温度为-14C；最高气温发生在7至 9月， 最高温度为+43C。 2．基础比选 我国的深水基础技术在南京长江大桥建造期间已有很大提 高，参与比选的方案有： （1）钢筋混凝土沉井基础； （2）钢筋混凝土沉井加管柱基础； （3）锁口管柱基础； （4）各种直径的管柱基础。 15
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（2）设计步骤 有支撑的单壁板桩围堰的设计可按下列步骤进行： 1）确定围堰的设计控制尺寸； 2）研究地基土的情况，将地质剖面图（深度应达到岩面 或0.707倍围堰或基坑宽度）、最高水位及施工最高水位绘于图 上；
3）计算围堰所受之侧压力，包括水压力与冰压力；
4）设汁及计算围堰各构件所受之力及所需之断面； 5）计算围堰的稳定性； 6）分析计算围堰底的涌水、翻砂、拱起等有关基底稳定 性的问题。
1.3.1 深水基础选型的控制条件 工方法及机具条件等因素外，更要考虑桥址处的自然条件，主 要是水文与地质条件、气象与环境条件。 1．水文条件
水深、流速、冲刷、冲溶、浸蚀、水流方向、水位涨落幅
度、漂流物（船、冰）冲击力与波浪冲击力等。 2．地质条件
在具有溶洞、溶沟或岩面高差较大的岩石地基上，以采用
管柱及钻孔桩基础为宜。
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表1-2
各墩位处的计算冲刷深度
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（2）地质 1 号墩基础位于基岩深槽上。构成深槽的基岩，为暗红色 胶结不良的松软砂岩，极限抗压强度很低，约为 2.0-4.0MPa 。 深槽中的覆盖层厚 90m 左右，上部为厚约 12m 的软塑砂粘土， 中部为厚约 26m的粉细砂，下部为粗砂、砾砂层，容许承载力 为0.4MPa。 2~7 号墩基础，位于基岩深槽右侧的一级基岩阶地上。阶 地面上的覆盖层厚约35m，主要为细砂，底部有厚约5-15m的粗 砂、砾砂层。组成阶地的基岩：2、6号墩基础下为砂质页岩夹 砂岩； 3 、 5 号墩为砂质页岩与砂岩互层； 4 号墩以砂岩为主， 夹砂质页岩；7号墩则全为粘土质页岩。 8、9号墩基础，位于二级基岩阶地上。一级阶地与二级阶 地的分界点在 7、 8号墩中间。阶地上的覆盖层厚约 40m，主要
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围堰尺寸由下列条件所控制：
1）平面尺寸。多按上部结构及其基础的尺寸拟定。围堰 以不妨碍施工和安装模板为原则，但至少应大于或离开所围结 构与基础的轮廓尺寸1.5m。另外还须考虑抽水设备和汇水井安 装所需之尺寸。
2）立面尺寸。多受水位高度、冲刷深度、基坑开挖深度，
以及基底稳定等因素所控制。其中尤以水位高低的影响最为直 接重要。所以在设计时应按可能发生的而不是绝对的最不利水
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址 下 游 20km 栖 霞 山 之 平 均 比 降 计 ， 最 高 高 潮 水 位 比 降 为 0.023‰ ，最高低潮水位比降为 0.027‰ ，最低高潮水位比降为 0.0017‰，最低低潮水位比降为0.0019‰。 5）流向 桥址位于下关窄段下游的水流扩散区，来水方向受到一定 控制，流向偏角一般比较小。 6）冲刷 冲刷的计算结果如表1-2。
（5）施工因素对设计方案的影响更强； （6）基础类型的选择更重要； （7）质量控制标准特殊。 1.2 深水基础的常用类型 深水基础的常用类型有如下一些： （1）桩基础和管柱基础； （2）沉井基础； （3）沉箱基础； （4）地下连续墙基础； （5）组合型基础。
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1.3
深水基础的类型选择 深水基础类型的选择，除要考虑结构体系及荷载性质、施
经过按自然条件，尤其是水文地质条件考虑后，确定采用 的基础类型如下。 8、9号墩基础因基岩为角砾岩，基岩单轴极限抗压强度高 达20~40MPa，采用钢围堰管柱基础。 4、5、6及7号墩基础位于基岩强度甚低，并有裂隙密集破 碎带的泥质页岩上，所以采用了自浮式薄壁沉井基础。 2、3号墩基础的基岩强度介于以上二者之间，且覆盖层较 厚，又因当时尚不具备下沉长而深的管柱的技术能力，故采用 了先下沉钢沉井，沉人覆盖层内一定深度，然后再在沉井内下 沉预应力钢筋混凝土管柱直达岩盘并嵌岩的组合基础。 1 号墩位水不深而岩盘埋藏极深，且岩盘的埋藏深度已超 过了当时沉井和管柱的可能下沉深度 90m，故只得采用建于卵
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图 2-2为一不排水挖土基坑，图中示出了随着土层挖深，
逐层加设支撑时实测土压力的变化情况。 由图可以看出：在基坑开挖后尚未加设支撑时，板桩上所 受的土压力逐渐减少，在基坑挖至一定深度并加上第一层支撑 后，因为支点处的板桩稍有顶回，故而土压力也会相应增大， 而以下则逐渐减少。当基坑继续挖深时，由于bc段板桩又有新 的位移，致使板桩墙上的土压力又有所降低。同理，当加设第 2 层支撑后，支点处的压力又会有所增大。基坑土挖深至 d 点 后，板桩墙由c点以下的土压力又会逐渐降低。以此类推，板 桩墙上的土压力分布将趋近均匀而接近矩形分布。