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第七章基础工程概述 第一节基础设计原则一 收集资料 1 路线 包括线路等级 几股道 桥在平面或坡道上 桥在直线或曲线上 2 地形 桥梁中线处的河床纵断面 水流方向 水流与路线方向关系 正交还是斜交等等 3 水文 地址处的水文情况 4 工程地址资料 桥址处的地质柱状图 图上需标明各岩层的厚度及物理力学性质等 1 5 桥跨与墩台构造形式 桥跨结构的类型 跨度 梁高 支座形式 墩台类型与尺寸等 6 施工力量 施工单位的人力 物力 技术水平等 7 当地情况 建筑材料可共使用状况 地方交通 生活用水 生产用水与电力供应情况 2 二 基础位置 1 基础位置不应设置在软硬不均匀的地基上 软硬不均匀土层是由于河床冲刷和沉积反复交替形成的 如果一个基础的地基有两种土 其物理力学性质不同 压缩性有差异 容易引起基础的不均匀沉降 不可将基础设置在这些土层相交处 2 墩台位置应尽量避开石灰石溶洞及溶沟 3 墩台位置应尽量避开断层 挤压破碎带 由于地层受到力的作用 形成的断层 挤压破碎带对墩台的稳定不利 因此应避免把墩台基础置于断层 挤压破碎带上 4 在陡峭的山坡上修筑墩台时 应注意桥基的稳定 3 5 靠近陡峭岩壁下河槽处的桥墩 应尽量避免基础经水下河床的山坡落石堆积层 6 在岩面倾斜且抽水困难的地基上 不宜采用明挖基础和沉井基础 7 在黄土区 建于沟谷岸坡上的墩台应尽量避开陷穴和暗洞 8 在寒冷地区设计桥涵基础时 应考虑地基土的冻胀性 4 三 基础设计检算项目 1 地基强度 2 偏心 3 稳定性 4 基础沉降 5 墩台顶水平位移 6 基础本身强度 5 第二节地基与基础的分类 一 基础工程基本概念受建筑物影响的那一部分地层称为地基 建筑物与地基接触的部分称为基础 桥梁上部结构为桥跨结构 而下部结构包括桥墩 桥台及其基础 基础工程包括建筑物的地基与基础的设计与施工 6 基础 上部结构 地基 建筑物三部分示意图 7 图7 1桥梁结构各部分立面示意图1 下部结构 2 基础 3 地基 4 桥台 5 桥墩 6 上部结构 8 地基 承受建筑物荷载应力与应变不能忽略的土层 有一定深度和范围 基础 埋入土层一定深度并将荷载传给地基的建筑物下部结构 9 结构荷载 基底压力 10 二 地基基础在工程中的重要性 隐蔽工程 处理困难 事故危害大 工程造价高 占20 25 设计上应做方案比较 比萨斜塔 虎丘塔 地基不均匀沉降 加特朗斯康谷仓 巴桩基大厦 地基破坏 上海锦江饭店整体下沉 香港宝成大厦失稳 特点 实例 11 软弱地基整体破坏 地基土承载力低 产生强度破坏 12 地基不均匀沉降 建筑倾斜 13 均质软弱地基整体下沉 14 案例一 比萨斜塔 世界著名的比萨斜塔于1173年动工 1370年竣工 塔身高约55m 建成后因地基压缩层产生不均匀沉降 使塔的北侧下沉近1m 南侧下沉近3m 塔身倾斜约5 5 塔顶离开铅垂线的距离已达5 27m 是我国虎丘塔的倾斜值的2 3倍 幸亏该塔使用的大理石材质优良 在塔身严重倾斜的情况下尚未出现裂缝 比萨斜塔建成后曾经数次加固 但效果甚微 每年仍下沉约1mm 倾斜尚未有加速迹象 已成为一座名副其实的危塔 15 加拿大的特朗斯康谷仓建于1913年 谷仓的平面为矩形 长59 44m 宽23 47m 高度为31m 由65个圆柱形筒仓组成 采用钢筋混凝土阀板基础 设计时对地基未作勘察 不了解基底下有厚达15m左右的软粘土层 仅根据对临近建筑的调查判定地基承载力 建成后于当年9月开始均匀地向谷仓内装载谷物 至10月发现谷仓产生大量快速沉降 1小时内的垂直沉降量竟达到30 5cm 在其后的24小时内谷仓倾倒 倾倒后谷仓的西侧下沉达7 32m 东侧则抬高了1 53m 整体倾斜达尽27度 因谷仓整体性很强 筒仓本身完好无损 案例二 加拿大特朗斯康谷仓 16 案例三 墨西哥城某建筑 17 天然地基 没有经过人为处理 直接修建 人工地基 承载力低 高压缩性地基 人工处 理后才能修建 地基 基础 深基础 三 地基与基础的分类 18 柱下独立基础 墙下独立基础 独立基础 19 柱下条形基础 墙下条形基础 条形基础 20 箱形基础 21 桩基础 22 沉井基础 23 四 基础工程的现状基础工程是一项古老的工程技术 发展到今天已成为一门专门的科学 随着岩土工程及其它相关学科的不断发展 基础工程在设计计算理论和方法 施工技术和机械设备等方面都有长足的进展 24 目前 基础工程的关注点之一是在设计计算理论和方法方面的研究探讨 包括考虑上部结构 基础与地基共同工作的理论和设计方法 概率极限状态设计理论和方法 优化设计方法 数值分析方法和计算机技术的应用等 25 另外 随着高层建筑和大跨度大空间结构的涌现 地下空间的开发等 与之密切相关的两种技术也得到极大的重视 其一为桩基础技术 其中桩土共同工作理论 新的桩基设计控制理论 变形控制理论 桩基非线性分析和设计方法 桩基承载力和沉降的合理估算 新的桩型例如大直径成孔灌注桩 预应力管桩 套筒桩 微型桩等的研究开发 后注浆技术在桩基工程中的应用 桩基础的环境效应等都成为研究和开发的热点 26 其二是深基坑开挖问题 研究的重点放在土 水压力的估算 基坑支护设计理论和方法的深化 优化设计 概念设计和动态设计 考虑时空效应的方法等 新的基坑支护方法例如复合土钉墙 作为主体结构应用的地下连续墙 锚杆挡墙等的开发研究 基坑开挖对环境的影响 逆作法技术的应用等 27 在地基处理方面 进一步完善复合地基理论 对各类地基处理方法机理的深化研究以及施工及检测技术的改进也是基础工程关心的问题 对于深水和复杂地质条件下的基础工程 例如在大型桥梁 水工结构 近海工程中 重要的是深入研究地震 风和波浪冲击的作用 以及发展深水基础 超长大型水下桩基 新型沉井等 的设计和施工方法 28 1 按基础刚度分类 根据受力后基础的变形情况 基础分为刚性和柔性基础 受力后 不发生绕曲变形的基础称为刚性基础 容许发生较大绕曲变形的基础称为柔性基础或弹性基础 在桥梁工程中 一般情况下用刚性基础2 按埋置深度分类埋置深度小于5m的为浅基础 埋置深度大于5m的为深基础 29 当浅层岩土层承载力较大时 可采用埋置深度较小的浅基础 浅基础施工方便 通常采用明挖法从地面开挖基坑后 直接在基坑底面砌筑 浇筑基础 是桥梁基础的首选方案 深基础设计和施工较复杂 但具有良好的适应性和抗震性 因此现在高速公路上也普遍应用 常见的有沉井 管柱和桩基础3 按构造形式分类对于桥梁基础来说 按构造形式可以归纳为实体式和桩柱式两类 30 当整个基础都由圬工材料筑成时 称为实体式基础 其特点是基础整体性好 自重较大 有多个基桩或小型管柱组成 并用承台连结成为整体的基础 称为桩柱式基础 其特点是圬工体积小 自重较轻 对地基强度要求相对较低 4 按施工方法进行分类可以分为明挖法 沉井 沉箱 沉桩 沉管灌注桩 就地钻孔灌注桩等 其中明挖法最简单 31 5 按基础的材料分类按基础的材料分为混凝土基础 钢筋混凝土基础 钢结构基础 砌石基础 木结构基础 目前我国公路构造物基础大多采用混凝土或钢筋混凝土结构 少部分采用钢结构 32 第三节作用于基础上的荷载 一 荷载 作用 分类与计算根据其性质分为永久荷载 可变荷载和偶然荷载 一 永久荷载又称为恒载 指在设计使用期间 其值不随时间变化 或其变化值与平均值比可忽略不计的荷载 33 二 可变荷载在设计使用期内 其量值和作用位置随时间变化 且其变化值和平均值比不可忽略荷载 按其对桥涵结构的影响程度 又可分为基本可变荷载和其他可变荷载 三 偶然荷载在设计使用期内不一定出现 但一旦出现 其值很大且持续时间很短的荷载 34 二 荷载组合原则 组合 有恒载中的一种或几种与活载中的一种或几种组合 也称为主要组合 组合 由恒载中的一种或几种与活载中的一种或几种以及其他可变荷载中的一种相组合 组合