桥梁工程5(基础)

天津铁道职业技术学院1向群主讲天津铁道职业技术学院天津铁道职业技术学院2第三章桥梁下部结构构造第一节桥梁基础组成与基本类型第二节桥礅的结构组成和基本类型第三节桥台的结构组成和基本类型第四节支座构造与基本类型天津铁道职业技术学院3桥梁基础磨擦桩柱桩刚性浅基础深基础扩大基础预制桩基础组合基础沉井基础桩及大型管柱基础类管柱钻孔桩基础就地成孔灌注基础按材料按施工方法振动下沉锤击下沉钢桩人工挖孔混凝土桩按传力方式冲击、冲抓钻机成孔套管法施工旋转式钻孔静压下沉预应力砼桩桥梁基础类型天津铁道职业技术学院4第一节桥梁基础组成与类型刚性浅基础：明挖或扩大基础桩基础：预制桩、钻孔桩沉井基础天津铁道职业技术学院5一、刚性浅基础1、基本概念常见基础根据埋置深度分有：浅基础、深基础。浅基础是指埋入地层深度较浅（≤5m），施工时一般采用敞开挖基坑修筑的基础。天然地基上浅基础优点：便于施工，工期短，造价低，如能满足强度和变形要求，宜优先采用。天津铁道职业技术学院62、浅基础类型(1)刚性基础刚性基础：用刚性材料，如砖、石、素混凝土等制作的基础，底面宽度扩大受刚性角的限制。天津铁道职业技术学院7刚性角——压力分布角，以α表示；砖砌基础的刚性角控制在26°～33°之间；混凝土基础的刚性角应控制在45°左右。天津铁道职业技术学院8(2)柔性基础柔性基础——用非刚性材料，如钢筋混凝土制作的基础，基础宽度的加大不受刚性角的限制天津铁道职业技术学院9刚性基础：特点：稳定性好、施工简便、能承受较大的作用。自重大，当持力层为软弱土时，需对地基进行处理。适用于：地基承载力较好、压缩性较小的建筑材料：(1)混凝土。抗压强度高，耐久性和抗冻性比较好，可浇筑成任意形状的砌体。(2)粗料石或片石。柔性基础：特点：整体性能较好，抗弯刚度较大，适用于：有较大偏心荷载作用、地基土层较软弱、地下水位较高、基础埋深又受到一定限制等情况。材料：钢筋混凝土天津铁道职业技术学院10(3)刚性扩大基础刚性扩大基础由于地基土的强度比墩台圬工的强度低，故基底的平面尺寸都需要稍大于墩台平面尺寸，即做成扩大基础，以满足地基强度要求。其平面形状常为矩形，立面形状为矩形或台阶形天津铁道职业技术学院11为了从构造上来防止a—a截面发生弯曲拉裂破坏，可通过控制刚性角，设计时也常用a≤[a]作为控制条件，[a]称为容许刚性角。砖、片石、块石、粗料石砌体，当用5号以下砂浆砌筑时，[a]=30°；砖、片石、块石、粗料石砌体，当用5号以上砂浆砌筑时，[a]=35°；混凝土浇筑时，[a]=45°。基顶外缘与墩(台)身底边缘的距离称为襟边，其作用一方面是扩大基底面积增加基础承载力，同时也便于调整基础施工时在平面尺寸上可能发生的误差，也是为了支立墩、台身模板的需要。其值应视基底面积的要求、基础厚度及施工方法而定。桥梁墩台基础襟边最小值为20～50cm。基础较厚(超过lm以上)时，可将基础的剖面浇砌成台阶形，以减少基础自重，节省材料。每层台阶高度通常为0.50～1.00m，一般情况各层台阶宜采取相同厚度。天津铁道职业技术学院123、地基容许承载力的确定(1)基本概念地基土的承载力——指地基土体单位面积上所承受的压力。基础将上部建筑物或构筑物的荷载传给地基土体，地基土体承受着上部结构传下来的荷载。由于地基土体的不均匀性，地基土中各点的承受能力不一样。基础下一部分土体将沿滑动面产生整体移动，此时，建筑物或构筑物将发生严重塌陷、倾斜等灾害性破坏。天津铁道职业技术学院13(2)地基承载力计算修正后的地基承载力容许值[fa]按下式确定。当基础位于水中不透水地层上时，[fa]按平均常水位至一般冲刷线的水深每米再增大10kPa.k1、k2—基底宽度、深度修正系数，根据基底持力层土的类别按规范确定;γ1—基底持力层土的天然重度（kN/m3）；若持力层在水面以下且为透水者，应取浮重度;γ2—基底以上土层的加权平均重度(kN/m3);换算时若持力层在水面以下,且不透水时,不论基底以上土的透水性质如何，一律取饱和重度;当透水时,水中部分土层则应取浮重度。b—基础底面的最小边宽(m);当b2m时，取b=2m;当bl0m时，取b=10m;h—基底埋置深度(m)，自天然地面起算，有水流冲刷时自一般冲刷线起算;当h3m时，取h=3m;当h/b4时，取h=4b天津铁道职业技术学院14例题：某桥墩基础：已知基础底面宽度b=5m，长度l=10m，基础埋深h=4m，作用在基地中心的竖直荷载N=8000kN，地基土重度γsat=20kN/m3，基础底面下持力层土为中密粉砂，试按规范确定基地容许承载力是否满足强度要求。N=8000kNb=5mh=4m粉砂中密γsat=20kN/m3天津铁道职业技术学院15解：0112223100110(52)220431003040170kPakbkh8000160kPa510Nbl基底压力：故地基强度能够满足要求天津铁道职业技术学院16练习某桥墩基础如图所示，已知基础底面宽度b=4m，长度l=10m，埋置深度h=3.5m，作用在基底中心的竖直荷载N=12000kN，地基土的性质如图所示，试按《桥规》确定地基容许承载力是否满足强度要求。若将该基础放置在粘土层顶面，情况又如何？N=12000kN3.5m粘土γ=19.2kN/mIL=0.45e0=0.731.5m一般冲刷线γ'=9.6kN/m3中密细砂常水位2.5m天津铁道职业技术学院17地表土会产生一定的风化作用，加上人类和动物的活动以及植物的生长作用，破坏地表土层的结构，性质不稳定，强度和稳定性差。地表土不宜作为持力层。基础埋置深度应在天然地面或无冲刷河流的河底以下不小于1m。(4)基础埋置深度基础埋置深度的选择要求是保证持力层稳定所需的最小埋置深度天津铁道职业技术学院18地基的地质条件覆盖土层较薄：清除覆盖土和风化层后，将基础直接修建在新鲜岩面上。岩石地基岩石风化层很厚难以全部清除时，基础放在风化层中的埋深应根据其风化程度、冲刷深度及相应的容许承载力来确定。天津铁道职业技术学院19地基的地质条件受压层内为均质土，主要根据荷载大小、地基土的承载力和最小埋深来确定。非岩石地基受压层为交错的多层土组成时，需通过各项力学验算和综合考虑各种因素后确定。天津铁道职业技术学院20河流的冲刷深度一般冲刷：整个河床面被洪水冲刷后下降。局部冲刷：由于桥墩的阻水作用，使洪水在桥墩四周冲出一个深坑。基础必须设置在设计洪水的最大冲刷线以下不小于1.5m。位于河槽的桥台，当其最大冲刷深度小于桥墩总冲刷深度时，桥台基底的埋深应与桥墩基底相同。当桥台位于河滩时，对河槽摆动不稳定河流，桥台基底高程应与桥墩基底高程相同;在稳定河流上，桥台基底高程可按照桥台冲刷结果确定。天津铁道职业技术学院21冻结深度桥涵墩台基础(不包括桩基础)基底埋置深度应符合下列规定:1、当墩台基底设置在不冻胀土层中时，基底埋深可不受冻深的限制。2、上部为外超静定结构的桥涵基础，其地基为冻胀土层时，应将基底埋入冻结线以下不小于0.25m。3、当墩台基础设置在季节性冻胀土层中时，基底的最小埋置深度可按下式计算:天津铁道职业技术学院22地形条件当结构物位于较陡的土坡上时要考虑土坡同结构物基础的稳定性。当基础位于较陡的岩体上，可将基础做成台阶型，但要注意岩体的稳定性。基础前缘至岩层坡面间必须留有适当的安全距离，其数值与持力层岩石（或土）类及斜坡坡度等因素有关。相邻结构物基础的影响施工技术条件的影响天津铁道职业技术学院23(5)刚性扩大基础尺寸的拟定要求基础厚度H：基底标高：按埋置深度要求(承载力、基本要求、冲刷要求、冻结深度等);基础顶面：不高于最低水位,一般，基础厚度在1.0~2.0m左右基础平面尺寸：（矩形）长度（横桥向）：a=l+2Htanα宽度（顺桥向）：b=d+2Htanαα——刚性角（墩、台身底截面边缘至基础边缘的连线与垂线的夹角）天津铁道职业技术学院24基础尺寸要求基础剖面尺寸：形式：矩形或台阶形襟边（自墩、台身底边缘至基顶边缘距离）最小值为20~30cm。作用：a.扩大基底面积，增加承载力b.施工需要基础悬出总长度：要求：α≤αmax各层台阶宜采用相同厚度天津铁道职业技术学院25小结：刚性浅基础的特点基础理置深度的确定基础尺寸的确定作业：补充习题天津铁道职业技术学院26二、桩基础1、桩基及其作用桩基构成：桩+承台有高、低两种，前者用于水中低桩承台、高桩承台天津铁道职业技术学院27桩之作用：（1）将荷载传至持力层（图a），或分配到较大的深度范围（图b），以提高承载力。天津铁道职业技术学院28（2）减小沉降，从而也减小沉降差，故地基强度够，而变形不合要求时亦用。（3）抗拔：用于抗风、抗震、抗浮等（4）有一定抗水平荷载能力，特别是斜桩近年来，桩基成为土木工程结构的主要基础形式，为设计桩基，须了解其类型、机理、承载力及变形验算等。天津铁道职业技术学院29适用范围：1）荷载较大，承载能力不满足要求；2）河床冲刷较大，河道不稳定；3）地基计算沉降过大，不均匀沉降；4）建筑物承受较大的水平荷载；5）施工水位或地下水位较高；6）需要减弱其振动影响的动力机器基础，或以桩基作为地震区建筑物的抗震措施；2、桩基础的适用条件天津铁道职业技术学院30(1)按材料分：木、钢、钢筋混凝土木桩—水位以上耐久性差，强度低，我国森林资源不足，应少用钢桩—本身强度高，易加工，接头容易，运输方便，但造价是混凝土的3-4倍，用于海洋平台及陆上重要工程。钢砼桩—取材方便，价格便宜，耐久性好，可预制、现浇，尺寸易调，适用性强，故应用广泛，是主要研究对象。3、桩的分类天津铁道职业技术学院31(2)按桩的制作方法分预制桩（沉桩）—质量易保证、现场整洁、用时间少，但配筋由运输、打桩控制，配筋率较大，长度不可过大，现场接桩、截桩难。（打入桩、振动下沉桩、静力压桩）灌注桩—钻孔、放钢筋笼、浇砼。尺寸灵活，还可扩头，配筋率可以小，但现场脏，质量难保证，例断桩、缩颈、露筋、清底不充分等。（钻、挖孔灌注桩沉管灌注桩爆扩桩）天津铁道职业技术学院32(3)按设置效应分—是否挤土挤土桩—打入或压入，预制桩或沉管灌注桩。挤土使土密实，但打入有噪声，挤土会发生漂桩，还会破坏周边设施非挤土桩—钻、挖孔桩，桩长、桩径可较大，可穿越硬土层。无挤密效果，但有些土（饱和软粘土）本不可挤密。部分挤土桩—钻小口径孔，再打入，或钢管、砼管桩天津铁道职业技术学院33(4)按荷载传递方式分桩端土差、桩很长、灌注桩清底差桩端为岩石、大头桩(一)摩擦桩(二)端承桩天津铁道职业技术学院34(5)按承台位置分—高桩承台、低桩承台高桩承台—承台底面位于地面（或冲刷线）以上。用于水中作业。但受力情况差。低桩承台—承台底面位于地面（或冲刷线）以下受水平力及稳定性方面较好。常用桩预制钢砼桩（RC桩）断面有方、圆两种,方桩边长0.3~0.5m，预制分段长12m;现场预制桩长25-30m(桩架高),配筋率0.8%，桩身混凝土强度不低于C25。截面大则作成管桩,有时加预应力(省钢)。天津铁道职业技术学院35钻（挖）孔灌注桩大直径桩，甚至直径3m，承载力很大，用一般直径桩可能摆不开。可扩孔，用扩孔器或爆扩（少用）。天津铁道职业技术学院363、沉管灌注桩（挤土）锤击或振动沉管，下有钢砼头，再灌混凝土，拔管，易发生断桩、缩颈（软土中）。缺点：易产生缩颈、断桩、局部夹土、混凝土离析等质量事故。天津铁道职业技术学院37钢管桩有开口、闭口，开口时形成土芯后亦有一定挤土，d小则挤土可能性大，是否挤土将影响承载力。三、沉井基础在修建负荷较大的建筑结构物财，其基础应该坐落在坚固、有足够承载力的土层上．当这类土层距地表面较深、采用天然基础和桩基础受水文地质条件限制时，需用—种上、下开口就位后封闭的结构物来承受上部结构的力，这种结构物被称为沉井。沉井是基础的织成部分之一，其形状大小根据工程地质状况出