本文重點(diǎn)包括:橋梁基礎(chǔ)按施工方法,橋梁基礎(chǔ)按施工方法可分為擴(kuò)大基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)、管柱、沉井、地下連續(xù)墻等,下面分別介紹各類基礎(chǔ)的分類及受力特點(diǎn)。

一、擴(kuò)大基礎(chǔ)

所謂擴(kuò)大基礎(chǔ),是將墩(臺(tái))及上部結(jié)構(gòu)傳來(lái)的荷載由其直接傳遞至較淺的支承地基的一種基礎(chǔ)形式,一般采用明挖基坑的方法進(jìn)行施工,故又稱為明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)或淺基礎(chǔ)。

擴(kuò)大基礎(chǔ)按其施工方法分為:機(jī)械開(kāi)挖基坑澆筑法、人工開(kāi)挖基坑澆筑法、土石圍堰開(kāi)挖基坑澆筑法、板樁圍堰開(kāi)挖基坑澆筑法。

擴(kuò)大基礎(chǔ)按其材料性能特點(diǎn)可分為配筋與不配筋的條形基礎(chǔ)和單獨(dú)基礎(chǔ)。無(wú)筋擴(kuò)大基礎(chǔ)常用的有混凝土基礎(chǔ)、片石混凝土基礎(chǔ)等,不配筋基礎(chǔ)的材料都具有較好的抗壓性,但抗拉、抗剪強(qiáng)度不高,設(shè)計(jì)時(shí)必須保證發(fā)生在基礎(chǔ)內(nèi)的拉應(yīng)力和剪應(yīng)力不超過(guò)相應(yīng)的材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。鋼筋混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)的抗彎和抗剪性能良好,可在豎向荷載較大、地基承載力不高以及承受水平力和力矩荷載下使用。

擴(kuò)大基礎(chǔ)是由地基反力承擔(dān)全部上部荷載,將上部荷載通過(guò)基礎(chǔ)分散至基礎(chǔ)底面,使之滿足地基承載力和變形的要求。擴(kuò)大基礎(chǔ)主要承受壓應(yīng)力,一般用抗壓性能好,抗彎拉、抗剪性能較差的材料(如混凝土、毛石、三合土等)建造,適用于地基承載力較好的各類土層,根據(jù)土質(zhì)情況分別采用鐵鎬、十字鎬、挖掘機(jī)、爆破等設(shè)備與方法開(kāi)挖。

擴(kuò)大基礎(chǔ)在埋置深度和構(gòu)造尺寸確定以后,應(yīng)先根據(jù)最不利而且有可能情況下的荷載組合,計(jì)算出基底的應(yīng)力,然后進(jìn)行基礎(chǔ)的合力偏心距、穩(wěn)定性以及地基的強(qiáng)度(包括持力層、弱下臥層的強(qiáng)度)的驗(yàn)算,需要時(shí)還應(yīng)進(jìn)行地基變形的驗(yàn)算。

二、樁基礎(chǔ)

樁基礎(chǔ)是深入土層的柱形結(jié)構(gòu),其作用是將作用于樁頂以上的結(jié)構(gòu)物傳來(lái)的荷載傳到較深的地基持力層中去。當(dāng)荷載較大或樁數(shù)量較多時(shí)需在樁頂設(shè)承臺(tái)將所有基樁聯(lián)接成一個(gè)整體共同承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)的荷載。

樁是垂直或微斜埋置于土中的受力桿仵,它的橫截面尺寸比長(zhǎng)度小得多,其所承受的荷載由樁側(cè)土的摩阻力及樁端地層的反力共同承擔(dān)。

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1、樁的分類

(1)按樁的使用功能分類

豎向抗壓樁:主要承受豎向下壓荷載(簡(jiǎn)稱豎向荷載)的樁,應(yīng)進(jìn)行豎向承載力計(jì)算,必要時(shí)還需計(jì)算樁基沉降,驗(yàn)算軟弱下臥層的承載力以及負(fù)摩阻力產(chǎn)生的下拉荷載。

豎向抗拔樁;主要承受豎向上拔荷載的樁,應(yīng)進(jìn)行樁身強(qiáng)度和抗裂計(jì)算以及抗拔承載力驗(yàn)算。

水平受荷樁:主要承受水平荷載的樁,應(yīng)進(jìn)行樁身強(qiáng)度和抗裂驗(yàn)算以及水平承載力和位移驗(yàn)算。

復(fù)合受荷樁:承受豎向、水平荷載均較大的樁,應(yīng)按豎向抗壓(或抗拔)樁及水平受荷樁的要求進(jìn)行驗(yàn)算。

(2)按樁承載性能分類

摩擦樁:當(dāng)軟土層很厚,樁端達(dá)不到堅(jiān)硬土層或巖層上時(shí),則樁頂?shù)臉O限荷載主要靠樁身與周圍土層之間的摩擦力來(lái)支承,樁尖處土層反力很小,可忽略不計(jì)。

端承樁:樁穿過(guò)軟弱土層,樁端支承在堅(jiān)硬土層或巖層上時(shí),則樁頂極限荷載主要靠樁尖處堅(jiān)硬巖土層提供的反力來(lái)支承,樁側(cè)摩擦力很小,可以忽略不計(jì)。

摩擦端承樁:樁頂?shù)臉O限荷載由樁側(cè)阻力和樁端阻力共同承擔(dān),但主要由樁端阻力承受。

端承摩擦樁:樁頂?shù)臉O限荷載由樁側(cè)阻力和樁端阻力共同承擔(dān),但主要由樁側(cè)阻力承受。

(3)按樁身材料分類

可分為木樁,混凝土樁,鋼樁,組合樁等。

(4)按樁徑大小分類

←小—250←中→800—大→

小樁;樁徑d≤250mm。

中等直徑樁:250mm<d<800mm。

大直徑柱:樁徑d≥800mm。因?yàn)闃稄酱笄覙抖诉可以擴(kuò)大,因此,單樁承載力較高。此類樁除大直徑鋼管樁外,多數(shù)為鉆、沖、挖孔灌注樁,近年來(lái)的發(fā)展較快,應(yīng)用范圍逐漸增大,并可實(shí)現(xiàn)柱下單樁的結(jié)構(gòu)型式。

(5)按施工方法分類

可分為沉樁、鉆孔灌注樁、挖孔樁。

沉樁:分為錘擊沉樁法、振動(dòng)沉樁法、射水沉樁法、靜力壓樁法。

錘擊沉樁法一般適用于松散、中密砂土、黏性土,樁錘有墜錘、單動(dòng)汽錘、雙動(dòng)汽錘、柴油機(jī)錘、液壓錘等,可根據(jù)土質(zhì)情況選用適用的樁錘;

振動(dòng)沉樁法一般適用于砂土,硬塑及軟塑的黏性土和中密及較松的碎石土;

射水沉樁法適用在密實(shí)砂土,碎石土的土層中,用錘擊法或振動(dòng)法沉樁有困難時(shí),可用射水法配合進(jìn)行;

靜力壓樁法在標(biāo)準(zhǔn)貫入度n<20的軟黏土中,可用特制的液壓機(jī)或機(jī)力千斤頂或卷?yè)P(yáng)機(jī)等設(shè)備沉入各種類型的樁;

鉆孔埋置樁為鉆孔后,將預(yù)制的鋼筋混凝土圓形有底空心樁埋入,并在樁周壓注水泥砂漿固結(jié)而成,適用于在黏性土、砂土、碎石土中埋置大量的大直徑圓樁。

鉆孔灌注樁適用于黏性土、砂土、礫卵石、碎石、巖石等各類土層。

挖孔灌注樁適用于無(wú)地下水或少量地下水,且較密實(shí)的土層或風(fēng)化巖層,如空氣污染物超標(biāo),必須采取通風(fēng)措施。

2、樁基礎(chǔ)的受力計(jì)算

基樁的計(jì)算,可按下列規(guī)定進(jìn)行:

承臺(tái)底面以上的豎直荷載假定全部由基樁承受;

橋臺(tái)土壓力可按填土前的原地面起算.當(dāng)基樁上部位于內(nèi)摩擦角小于20°的軟土中時(shí),應(yīng)驗(yàn)算樁因該層土施加于基樁的水平力所產(chǎn)生的撓曲;

在一般情況下,樁基不需進(jìn)行抗傾覆和抗滑動(dòng)的驗(yàn)算;但在特殊情況下,應(yīng)驗(yàn)算樁基向前移動(dòng)或被剪斷的可能性.

在軟土層較厚,持力層較好的地基中,樁基計(jì)算應(yīng)考慮路基填土荷載或地下水位下降所引起的負(fù)摩阻力的影響.

鉆(挖)孔灌注摩擦樁單樁軸向受壓容許承載力[p]可按下列方法計(jì)算,

  [p]=l/2(ulτp+aσr)

  式中[p]-單樁軸向受壓容許承載力(kn);

  u-樁的周長(zhǎng)(m),按成孔直徑計(jì)算,當(dāng)無(wú)試驗(yàn)資料時(shí),成孔直徑可按下列規(guī)定采用:旋轉(zhuǎn)鉆按鉆頭直徑增大3~5cm;沖擊鉆按鉆頭直徑增大5~l0cm;沖抓鉆按鉆頭直徑增大10~20cm;

  l——樁在局部沖刷線以下的有效長(zhǎng)度(m);

  a-樁底橫截面面積(m2),用設(shè)計(jì)直徑(鉆頭直徑)計(jì)算;但當(dāng)采用換漿法施工(即成孔后,鉆頭在孔底繼續(xù)旋轉(zhuǎn)換漿)時(shí),則按成孔直徑計(jì)算;

  τp-樁壁土的平均極限摩阻力(kpa),可按下式計(jì)算:

  τp=1/l∑τili

  n-土層的層數(shù);

  li-承臺(tái)底面或局部沖刷線以下各土層的厚度(m);

  τi-與li對(duì)應(yīng)的各土層與樁壁的極限摩阻力(kpa),按表1b413012-1采用:

  各土層與樁壁的極限摩阻力表1b413012-1

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σr-樁尖處土的極限承裁力(kpa),可按下列公式計(jì)算:

σr=2m0λ[σ0]+k2γ2(h-3)

式中[σ0]-樁尖處土的容許承載力(kpa);

h-樁尖的埋置深度(m),對(duì)于有沖刷的基礎(chǔ),埋深由一般沖刷線起算;對(duì)無(wú)沖刷的基樁,埋深由天然地面線或?qū)嶋H開(kāi)挖后的地面線起算,h的計(jì)算值不大于40m,當(dāng)大于40m時(shí),按40m計(jì)算,或按試驗(yàn)確定其承載力,

k2-地面土容許承載力隨深度的修正系數(shù);

γ2-樁尖以上土的重度(kn/m3);

λ-修正系數(shù),見(jiàn)表1b413012-2.

m0-清底系數(shù),按表1b413012-3采用.

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支承在基巖上或嵌入基巖內(nèi)的鉆(挖)孔樁、沉樁和管柱的單樁軸向受壓容許承載力[p],可按下式計(jì)算;

[p]=(c1a+c2uh)ra

式中[p]-單樁軸向受壓容許承截力(kn);

ra-天然濕度的巖石單軸極限抗壓強(qiáng)度(kpa),試件直徑為7~l0cm,試件高度與試件直徑相等;

h-樁嵌入基巖深度(m),不包括風(fēng)化層;

u-樁嵌入基巖部分的橫截面周長(zhǎng)(m),對(duì)于鉆孔樁和管柱按設(shè)計(jì)直徑采用;

a-樁底橫截面面積(it12),對(duì)于鉆孔樁和管柱接設(shè)計(jì)直徑采用;

c1、c2-根據(jù)清孔情況、巖石破碎程度等因素而定的系數(shù),按表1b413012-4采用.

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注:1.當(dāng)h≤0.5m時(shí).c1采用表列數(shù)值的0.75倍,c2=0;

  2.對(duì)于鉆孔樁.c1、c2值可降低20%采用.

三、管柱(薄皮大徑)

管柱基礎(chǔ)是由管柱群和鋼筋混凝土承臺(tái)組成的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu),也有由單根大型管柱構(gòu)成基礎(chǔ)的。它是一種深基礎(chǔ),埋入土層一定深度,柱底盡可能落在堅(jiān)實(shí)土層或錨固于巖層中,作用在承臺(tái)的全部荷載,通過(guò)管柱傳遞到深層的密實(shí)土或巖層上。

管柱基礎(chǔ)因其施工方法和工藝較為復(fù)雜,所需機(jī)械設(shè)備較多,所以較少采用。但當(dāng)橋址處的地質(zhì)水文條件十分復(fù)雜,如大型的深水或海中基礎(chǔ),特別是深水巖面不平、流速大或有潮汐影響等自然條件下,不宜修建其他類型基礎(chǔ)時(shí),可采用管柱基礎(chǔ)。管柱基礎(chǔ)主要適用于巖層、緊密黏土等各類緊密土質(zhì)的基底,并能穿過(guò)溶洞、孤石支承在緊密的土層或新鮮巖層上,不適用于有嚴(yán)重地質(zhì)缺陷的地區(qū),如斷層擠壓破碎帶或嚴(yán)重的松散區(qū)域。

管柱按材料分類有由○1鋼筋混凝土管柱、○2預(yù)應(yīng)力混凝土管柱及○3鋼管柱三種。

管柱基礎(chǔ)按地基土的支承情況可分為以下兩種:

(1)如管柱穿過(guò)土層落于基巖上或嵌于基巖中,則柱的支承力主要來(lái)自柱端巖層的阻力,稱為支承式管柱基礎(chǔ);

(2)如管柱下端未達(dá)基巖,則柱的支承力將同時(shí)來(lái)自柱側(cè)土的摩擦力和柱端土的阻力,稱為摩擦式或支承及摩擦式管柱基礎(chǔ)。

由于管柱基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式和受力狀態(tài)類似樁基礎(chǔ),故其設(shè)計(jì)計(jì)算與樁基礎(chǔ)類同。

四、沉井

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沉井基礎(chǔ)是一種斷面和剛度均比樁要大得多的井筒狀結(jié)構(gòu),是依靠在井內(nèi)挖±,借助井體自重及其他輔助措施而逐步下沉至預(yù)定設(shè)計(jì)標(biāo)高,最終形成的一種結(jié)構(gòu)深基礎(chǔ)型式。沉井基礎(chǔ)施工時(shí)占地面積小,坑壁不需設(shè)臨時(shí)支撐和防水圍堰或板樁圍護(hù),與大開(kāi)挖相比較,挖土量少,對(duì)鄰近建筑物的影響比較小,操作簡(jiǎn)便,無(wú)需特殊的專業(yè)設(shè)備。

當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)上部荷載較大,而表層地基土的容許承載力不足,但在一定深度下有好的持力層,擴(kuò)大基礎(chǔ)開(kāi)挖工作量大,施工圍堰支撐有困難,或采用樁基礎(chǔ)受水文地質(zhì)條件限制時(shí),此時(shí)采用沉井基礎(chǔ)與其他深基礎(chǔ)相比,經(jīng)濟(jì)上較為合理。

沉井是橋梁墩臺(tái)常用的一種深基礎(chǔ)型式,有較大的承載面積,可以穿過(guò)不同深度覆蓋層,將基底放置在承載力較大的土層或巖面上,能承受較大的上部荷載。

沉井基礎(chǔ)剛度大,有較大的橫向抗力,抗振性能可靠,尤其適用于豎向和橫向承載力大的深基礎(chǔ)。

沉井基礎(chǔ)按其制造情況可分為就地澆筑下沉沉井、浮式沉井;按其橫截面形狀分為圓形、矩形、橢圓形、圓端形、多邊形及多孔井字形沉井等;按其豎向剖面形狀可分為柱形、錐形、階梯形沉井等;按材料可分為混凝土、鋼筋混凝土、鋼、磚、石、木沉井等。

五、地下連續(xù)墻

地下連續(xù)墻是采用膨潤(rùn)土泥漿護(hù)壁,用專用設(shè)備開(kāi)挖出一條具有一定寬度與深度的溝槽,在槽內(nèi)設(shè)置鋼筋籠,采用導(dǎo)管法在泥漿中澆筑混凝土,筑成一單元墻段,依次順序施工,以某種接頭方法連接成的一道連續(xù)的地下鋼筋混凝土墻。

地下連續(xù)墻具有多功能性,可適用于各種用途,通常可作為基坑開(kāi)挖時(shí)防滲、擋土,或擋水圍堰,或鄰近建筑物基礎(chǔ)的支護(hù),或直接作為承受上部荷載的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。地下連續(xù)墻可用于除巖溶和地下承壓水很高處的其他各類土層中施工。

地下?lián)跬翂w剛度大,主要承受豎向和側(cè)向荷載,通常既要作為永久性結(jié)構(gòu)的一部分,又要作為地下工程施工過(guò)程中的防護(hù)結(jié)構(gòu),因此,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)計(jì)算在施工期間及使用各個(gè)階段,各種支承條件下的墻體內(nèi)力。作用在墻體上的荷載,除自重外,主要有水壓力、土壓力、地震力以及上部荷載,施工荷載等。

地下連續(xù)墻分類如下:

接成墻方式可分為樁排式、壁板式、組合式;

按墻的用途可分為臨時(shí)擋土墻、用作主體結(jié)構(gòu)一部分兼作臨時(shí)擋土墻的地下連續(xù)墻、用作多邊形基礎(chǔ)兼作墻體的地下連續(xù)墻;

按挖槽方式大致可分為抓斗式、沖擊式、回轉(zhuǎn)式。