【精品】桥梁基础类型的选择

桥梁基础类型的选择㈠概述任何建筑物无不修建在地球表面的地层上，建筑物的全部重量最后无不传递给地层，由地层来承受。

支承建筑物的地层通常称为“地基"。

建筑物在地面以下并将上部结构自重和所承担的荷载传递到地基上的构件或部分结构即为建筑物的“基础”.地基、基础和上部结构是建筑物的三个组成部分，三者的功能不同，但在荷载作用下，它们是彼此相关,共同作用的整体。

在设计和施工时必须统一考虑，尤其在设计计算时，应考虑三部分的共同作用。

为了桥梁的安全，地基不能有超过规定值的变位；而为了控制变位，较为方便的方法便是控制地基应力。

地基和基础乃是桥梁的重要组成部分。

在桥式方案比选之中，每一桥式都有其所需的地基和基础；而在水深较大、地质情况较为复杂之处,基础方案的比选更为重要.大凡一个工程的兴建，困难多在基础工程，尤其是水工建筑工程。

有人说:“修建一座桥梁工程，如果基础修出了水面，就其工程的难度而言，可谓完成了总量的70％”。

中国著名的桥梁专家、两院院士李国豪也曾说过:“以建造一座跨越江河海峡的大桥为例，只要桥墩修出水面了，建桥工程师便如释重负感到桥已建成了一半。

”修建基础工程为甚么如此艰难？道理亦很清楚,主要是修建基础时，未知因素太多，诸如水文、地质的变化，都将直接影响工程的质量、安全和工期。

据有关资料，建筑物的失事70％～80%是由基础失败而引起的.因此,搞好桥梁基础的设计和施工就显得非常重要了。

㈡地基承载力1，在任何情况下，基础的破坏和失效都是不允许的。

反之,盲目保守加大费用也是不能接受的。

因此,基础设计﹙基础类型选择﹚最基本的准则就是科学地尽力地谋求安全、适用、经济三者矛盾的统一.基础设计是一项含有地基岩土变形的结构设计。

它与一般结构设计不同之处主要表现在地基与基础的共同作用问题上。

亦即基础的应力与变形的大小，不仅随上部结构所传来的荷载的大小、方向与性质而变，而且还随地基的反力分布、沉降大小、均匀与否而变。

因此，从理论上说,地基与基础应视为一个共同作用的整体，而不能分割孤立的进行设计.但工程实践也证明，在大多数的情况下，把地基与基础分开来计算并不会带来不能接受的误差.因此，现行的设计准则为：若非特殊指定，均可认为，将地基与基础分开来计算是完全允许的。

但对它们之间的互相影响关系，则须予以考虑并加以正确处理。

2，强度与变形分开计算的准则,即在地基设计中必须满足下列两个最基本的要求。

一是，地基的强度要够，即按岩土强度计算所得的容许承载力要大于由基础传来之力。

二是，地基的沉降或变形量要小于最大容许沉降或变形量.其含义就是，作为地基的岩土，既不容许产生剪切破坏丧失稳定性，也不容许产生过大的沉降和变形。

因而地基承载力计算，沉降量计算与整体稳定性计算就成为地基设计的主要内容了。

3,在上个世纪，为了能以有效而准确地计算地基的承载能力,岩土力学与地基基础专家们曾作过大量的工作，并发表了大量的计算公式。

在欧美各国最常用的公式有：太沙基公式、汉森公式与梅耶霍夫公式;在前苏联则有：别列赞捷夫和索柯洛夫斯基公式.他们所用的理论和推导方法基本相似，所得公式也基本相似，以太沙基公式为例:Q ult =CNC+1/2γBNγ+qNq公式第一项CNc 为粘土项，第二项1/2γBNγ为宽度项,第三项qNq为深度项。

①在粘土地基中，粘土项CN c是起支配作用的，因此应注意C值的测试方法的准确性;②在砂性土地基中，深度项qN q是起支配作用的。

因此,尽量加深埋置深度，决不可在砂性土地基的表面设置基础;③宽度项1/2γBNγ,不论在粘性土还是砂性土中，对地基承载力均能起到加大作用。

但当B＜3～4米时，其作用不大，一般可略而不记;④内摩擦角Φ值的大小，对承载力都是起决定性作用的。

因此，在测定Φ值时,不仅要求测试的准，而且更重要的是测试方法要与实际情况相符:如排水、不排水、固结不固结等。

4，按规范确定地基承载力确定地基承载力的方法，除了理论公式外,比较可靠的方法是原位测试,即在现场用仪器直接对地基土进行测试。

也可在设计位置对旧建筑物进行地基调查。

在大多数情况下，可采用地基基础设计规范，这些规范所提供的数据和方法，大多是根据土工试验、工程实践和地基荷载试验总结出来的，具有一定安全储备，不至因种种意外原因而导致地基破坏.①“公路桥涵地基与基础设计规范”（JTJ024—85）第2.1。

4条给了“当基础宽度b超过2米,基础埋置深度h超过3米,且h/b≤4时”地基的容许承载力，按下式计算:[σ］=［σ0］+k1γ1﹙b-2﹚+k2γ2﹙h-3﹚从形式上看，与理论公式佷相似，都由三项组成,第二项含有γb，第三项含有γH.这说明经验公式中每项都具有一定的力学意义。

第二项主要来自基底以下滑动土体的重力，故γ1是指基底以下土体的重度。

如在水下，且为透水土，γ1应采用浮重。

第三项是表示过载作用，故γ2是指基底以上土体的重度.若基础在水面以下，且持力层为透水者，则过载将受浮力作用，故基底以上的水下土层不论是否透水，其γ2均应采用浮重。

若持力层为不透水者,则作为过载的不仅有基底以上土颗粒重，而且也包含孔隙水重，故不论基底以上的水下土是否透水，γ2均采用饱和重度.公式的第二项中含有宽度b,随着基础宽度的增大,地基承载力也相应地提高,这反映该公式与地基强度理论公式的一致性，但考虑到基础宽度过分地增加，地基荷载应力的扩散深度也相应加大，随之而来的是沉降量的增加，对建筑物是不利的，因此对地基承载力随宽度的增加应有所限制.《桥规》规定，当基宽b 大过10 m 时,公式中的b 值仍采用10 m 。

该公式中第三项含有H ，说明承载力随基础埋深成线性地增加。

但对于深基础就稍不同,根据试验证明,承载力随深度的变化并非线性关系，而是随深度增加，承载力的增长率则逐步递减。

故《桥规》又规定只限于H ／b ≤4的情况。

经验公式中的1k 、2k 与理论公式中的r N 、q N 有一对应关系,它们都是内摩擦角Φ的函数。

考虑到Φ=0时,N γ=0这一规律，黏性土的Φ值一般都偏小,故1k 值也应取偏小值。

另一方面，考虑到黏性土地基的沉降量较大，公式的第二项中含有宽度b 的因素，对沉降不利，故表2。

1。

4中对黏性土的1k 值一律取零，以策安全.对于稍松砂土和松散的碎石类土地基，1k 、2k值可取中密值的50%。

对于岩石地基如节理不发育或较发育者,不作任何深宽修正.对于节理发育的岩石地基，则可采用碎石类土的宽度深度修正系数。

对于已风化成砂土、黏性土者，可参照砂土、黏性土的修正系数。

对于修建在水中的基础，持力层又是不透水土，则地基以上水柱将起到过载或反压平衡作用，因而可提高地基承载力。

故《桥规》第2。

2.1条规定,凡地基土符合上述条件，由常水位到河床一般冲刷线,水深每高lm，容许承载力[σ]可增加10kPa。

②岩石地基的承载力，不能简单地取一个岩样作单轴压力试验来判定，因为整个岩盘存在着节理和裂隙，岩样的强度是局部的，不能代表岩石地基整体。

所以规范中既要考虑岩石的坚硬程度，又要考虑岩石的节理和裂隙发育情况。

“桥规”表2.1.2.7为岩石的容许承载]，在表中把岩石按坚硬程度分成硬质岩(其岩块单轴极限抗压强度R在30MPa以上)、力［σ软质岩(R大致在5～30MPa)和极软岩(R大致在5MPa以下)三类。

按岩石的破碎程度可分为碎石状、碎块状、大块状，也可按节理发育情况也可分成不发育或较发育、发育和很发育三类。

显然节理不发育（或较发育)的承载力较节理发育者为高。

如地基为风化岩石，应]，例如风化岩形成土或根据风化后残积物的形态类别，按同类型土的承载力表查其［σ砂、砾状物时，可比照土、砂类土、碎石类土的承载力表查［σ］。

当风化后的颗粒之间还保持一定联系时，承载力可酌量提高。

㈢基础类型建筑物的基础通常被分为两大类:浅基础和深基础.浅基础是指其埋置深度或相对埋深(深宽比）不大，一般用基坑法施工的基础。

而深基础除少量也用基坑法施工外,一般用特殊的施工方法，如沉井基础、沉箱基础、桩基础、管柱基础、地下连续墙基础等.3。

1浅平基又叫明挖基础、直接基础，或扩大基础.当持力层在水面之下不太深时，采用围堰,并在堰内出土，设置这种基础，往往是经济的.若施工时地面无水(例如，在河滩上、并值枯水季节，又如，在山区、且不是雨季），可以参照基础尺寸大小，垂直向下挖基坑。

将基坑截面取为圆形，仅需在坑壁喷射混凝土一薄层(例如,基坑直径12m，深度10m，喷混凝土10～15cm)，就可以达到护壁目的。

在地面有水之处,如果水深不超过3～4 m，流速不超过2~3 m/s，可以考虑用草袋围堰；若流速较大，可在其外侧用石笼加固；若河床透水，可用双液注浆方法(以水泥及水玻璃注入，以封闭透水层)。

在这种围堰内进行开挖及混凝土灌注。

若水深8～10m，可以在枯水季节筑岛,并在岛上修建圆形混凝土围堰，照沉井施工方法那样接高并下沉.这种围堰比双壁钢围堰经济。

对于各种水深，可采用钢板桩围堰。

若将围堰做成圆形，则其支撑（即围笼）可以取环状，使堰内的工作空间较为宽敞。

且环状支撑也可以用钢筋混凝土杆件制成，其刚性较大。

为使围堰牢靠，钢板桩一般需打进覆盖层内至少3～4 m。

3。

2沉井基础沉井是一个无底无盖的井筒,一般由井壁（即外墙,其下端为了在土中下沉容易,制成刃脚）及隔墙（即内墙）组成。

从沉井内出土,井筒即可凭其自重下沉;这时，井筒（井壁及隔墙）可以向上接高。

如若井筒上段在成桥之中并非必需，则可在井筒上端的周边设置围堰，以便在堰内排水并修建墩台身部,随后再将围堰拆除.在沉井刃脚下沉到设计高程之后,就用混凝土封底、再以填充料(碎石，水等）填心、并在沉井上端修建顶盖。

3.2.1沉井基础的适用范围、优点及缺点沉井是凭借自重下沉，随后发展到凭借向井壁外侧射水以减少土的摩阻力，又发展为泥浆套法，空气幕法以及压沉法，这就可以使井壁减薄,减少工程数量及自重。

为适应岩层面的高低不平，可以在增加探测点的基础上，制成高低刃脚沉井.为提高沉井承载力，可以在井孔之中进行钻岩，用管柱法来加强它。

为防止沉井在下沉中歪斜或偏离设计位置，可以增加探测管，并在发现偏斜时立即采取纠偏措施（偏吸泥、偏除土、偏压重、外除土、外射水、增加支承反力、施加水平拉力）.沉井基础的采用十分广泛。

它可以穿过各种土层,将井底落于岩层或承载能力稍高的硬层。

施工机具并不复杂.优点在于：①沉井制造是在地（水）面以上进行，结构的质量能保证；②结构的整体性高，刚性大，若遇船舶撞击，桥梁不易损坏。

缺点在于：①工程数量较大②灌注水下混凝土时，清基工作较难保证③施工中纠偏难度较大，费工、费时。

3。

2。

2筑岛沉井在水深和流速都不大处,可以在水中直接用沙土（或在草袋围堰内)筑岛；若水深较大,则可以用钢板桩修建一圆形围堰，在堰中填沙成岛。