《基础工程》 课件 第5章 墩基础、沉井基础和岩石锚杆基础

基础工程第五章

墩基础、沉井基础与岩石锚杆基础知识要点墩基础的类型、特点墩基础荷载传递机制和破坏模式墩基础的承载力与沉降沉井的构造沉井的设计岩石锚杆基础的特点、设计与计算第五章墩基础、沉井基础与岩石锚杆基础第五章墩基础—墩基础概述概述

图5-1墩基础施工与构造第五章墩基础—墩基础类型墩的类型：按传力状态分类摩擦墩端承墩按施工方法分类无护壁墩有护壁墩按成孔方法分类钻孔墩挖孔墩冲孔墩第五章墩基础—墩基础类型墩的类型：按墩底形式分类直底墩扩底墩嵌底墩（嵌岩墩）图5-2墩底型式分类第五章墩基础—墩基础类型墩的类型：按墩身竖直截面形状分类柱形墩锥形墩锯齿形墩图5-3墩按竖向断面形式分类第五章墩基础—墩基荷载传递机理和破坏模式墩基荷载传递机理的特点墩的荷载传递机理与一般桩相比，主要有两点关键的差别：(1)墩端阻力占总荷载的大部分，常可达60～80%；(2)发挥极限侧阻力与极限端阻力所需沉降量相差很多，一般后者约是前者的2～10倍。一般来讲，墩基断面尺寸越大，长细比越小，这些差别就越大。第五章墩基础—墩基荷载传递机理和破坏模式墩的破坏模式一些墩基模型试验及墩的有限元分析结果表明：墩的破坏模式多呈墩底连续压沉型，墩底下降而墩底侧边出现拉裂，没有出现墩底土体向上滑移现象，如图5-4。因此，以现有深基础极限承载力理论计算墩底极限承载力是欠合理的，应当予以注意。图5-4扩底墩基础破坏模式第五章墩基础—墩的承载力的确定方法现场墩基础载荷试验应作为确定承载力的主要方法和依据。

第五章墩基础—墩的承载力的确定方法

上式作为工程经验方法可在初步设计时估算墩的容许承载力；其中，墩底土承载力标准值及墩侧摩阻力标准值应按试验确定，或根据地区经验选用。第五章墩基础—墩的承载力的确定方法

第五章墩基础—墩的承载力的确定方法

第五章墩基础—墩的承载力的确定方法

第五章墩基础—墩的承载力的确定方法

第五章墩基础—墩基础设计项目墩的类型置于均质土中端承于硬土上端承于岩层上设计内容直底墩扩底墩嵌入硬层扩底墩支承于岩层嵌岩墩荷载水平（KN）500~1500500~5000500~25001000~30002000~70003000~7000控制准则沉降沉降与承载力承载力与沉降承载力墩身强度墩身与岩石约束或墩身强度工作荷载下主要抗力侧摩阻力

侧摩阻力与端阻力硬层中的侧摩阻力端阻力

端阻力

岩层与墩侧的摩阻力极限荷载下主要抗力侧摩阻力与端阻力端阻力侧摩阻力与端阻力端阻力端阻力侧摩阻力与端阻力确定工作荷载的途径分析侧摩阻力或沉降量载荷试验或极限承载力分析载荷试验、极限承载力分析或对持力层的强度与变形特性评价载荷试验及岩石强度及稳定性的评价

检测要求指定墩每个墩每个墩每个墩及在指定墩下触探或钻芯样每个墩及在指定墩下触探或钻芯样1、墩基础的选型表5-1竖向荷载下各类墩的一般设计依据第五章墩基础—墩基础设计2、墩基础设计的步骤及内容选择墩的形式承载力及变形计算与分析墩基础本身的配筋计算提出对施工方法及有关注意问题的意见及建议第五章沉井基础—沉井的概述概述沉井：带刃脚的井筒状构造物，用人工或机械方法清除井内土石，借助自重等克服井壁摩阻，逐节下沉至设计标高的基础。图5-5沉井基础示意a)沉井下沉;b)沉井基础

第五章沉井基础—沉井的概述第五章沉井基础—沉井的概述沉井通常是一座上无顶下无底，四周有壁的筒状钢筋混凝土结构物。沉井的平面一般是圆形、方形、矩形及多边形。施工时先在场地上整平地面辅设砂垫层，设置承垫体，再制作第一沉井，继后在井筒内挖土(或水力吸泥)，边挖土边下沉如图5-6。图5-6沉井边挖土边下沉至设计高度沉井的概念:第五章沉井基础—沉井的特点（1）优点埋置深度可以很大，整体性强、稳定性好，有较大的承载面积，能承受较大的垂直荷载和水平荷载；沉井既是基础，又是施工时的挡土和挡水结构物，下沉过程中无需设置坑壁支撑或粗围壁，简化了施工；沉井施工时对邻近建筑物影响较小。（2）缺点施工期较长；施工技术要求高；施工中易发生流砂造成沉井倾斜或下沉困难等。沉井的特点:第五章沉井基础—沉井的构造沉井的构造：按沉井的构造形式分类单独沉井连续沉井按沉井的平面形状分类圆形单孔单排多孔多排多孔第五章沉井基础—沉井的构造沉井的构造：图5-7沉井的平面示意图

a)单孔沉井；b)双孔沉井；c)多孔沉井第五章沉井基础—沉井的构造沉井的构造：一般沉井构造上主要由井壁、刃脚、隔墙、井孔、凹槽、射水管、封底和盖板等组成。图5-8沉井的构造示意图1-井壁2-刃脚3-隔墙4-井孔5-凹槽6-射水管7-封底8-顶盖第五章沉井基础—沉井的构造沉井的构造：在下沉过程中，沉井井壁必须承受水、土压力所引起的弯曲应力，以及要有足够的自重，克服井壁摩擦阻力而顺利下沉到达设计标高，井壁厚度一般为0.4～1.5m。井壁可有等厚度的直壁式和阶梯式(图5-9)两类。直壁式的优点使周围土层能较好地约束井壁，易于控制垂直下沉，井壁接高时亦能多次使用模板。阶梯式的优点是根据不同高程的水、土压力的受力情况设置不同厚度的井壁，能节约建筑材料。（1）井壁第五章沉井基础—沉井的构造沉井的构造：图5-9沉井剖面图a）直壁柱型；b）外壁单阶型；c）外壁多阶型；d）内壁多阶型第五章沉井基础—沉井的构造沉井的构造：井壁刃脚底部应做水平踏面和刀刃，刃脚的作用是减少下沉时端部阻力，刃脚还应具有一定强度(用角钢加固)，以免下沉时损坏。踏面宽度一般为10～30cm，内倾的倾角一般为40－60°，刃脚的高度当沉井湿封底(水下混凝土封底)时取1.5m左右，干封底时取0.6m左右。（2）刃脚（3）内隔墙内隔墙的主要功能是增加下沉时的沉井刚度、减少井壁跨径以改善井壁受力条件、使沉井分隔成多个取土井后挖土和下沉可较为均衡，以便于纠偏。隔墙的厚度一般为0.5m左右，隔墙下部应设0.8×1.2m的过入孔。第五章沉井基础—沉井的构造沉井的构造：当沉井下沉到设计标高，经检验和坑底清理后即可进行封底。封底可分干封和湿封(水下浇灌混凝土)，有时需在井底设有集水井后才进行封底。待封底素混凝土达到设计强度后，再在其上浇筑钢筋混凝土底板。（4）封底及浇筑底板（5）底梁和框架在比较大型的沉井中，如由于使用要求而不能设置内隔墙时，则可在沉井底部增设底梁，构成框架以增加沉井的整体刚度。有时因沉井高度过大，常在井壁不同高度处设置若干道由纵横大梁组成的水平框架，以减少井壁(在顶、底板间)的跨度，使沉井结构受力合理。但纵横底梁不宜过多，以免施工费时和增加造价。第五章沉井基础—沉井的设计沉井既是深基础的一种类型，又是基础的一种特殊施工方法。因此，在沉井设计时必须分别考虑在不同施工阶段和使用阶段的各种受力特性。1）沉井尺寸确定

第五章沉井基础—沉井的设计

第五章沉井基础—沉井的设计

第五章沉井基础—沉井的设计

第五章沉井基础—沉井的设计3）刃脚计算沉井刃脚的受力条件比较复杂，一般可按下列两种最不利受力情况，取单位宽度作为悬臂梁计算：(1)第一种情况—刃脚向外弯曲：沉井下沉到一半深度，上部井壁已全部筑高，刃脚入土1m(图5-10a)。此时刃脚斜面上土的横向推力向外作用，产生向外弯矩挠曲的，用以计算内侧竖向钢筋(图5-10b)和截取水平框架计算刃脚的水平钢筋。(2)第二种情况——刃脚向内弯曲；沉井下沉到接近设计标高，刃脚下土已掏空，沉井的自重全部由外侧摩阻力承担(图5-11)。此时在外侧水、土压力作用下，使刃脚产生向内挠曲，用以计算外侧竖向钢筋(图5-11)和水平环向钢筋(图5-12)。第五章沉井基础—沉井的设计3）刃脚计算图5-10刃脚向外挠曲图5-11刃脚向内挠曲第五章沉井基础—沉井的设计3）刃脚计算图5-12刃脚处水平框架受力图5-13第一节井壁强度验算第五章沉井基础—沉井的设计4）井壁计算图5-13第一节井壁强度验算第五章沉井基础—沉井的设计4）井壁计算(1)第一节井壁的应力验算在抽出垫木以及挖土可能有不均匀等不利条件下，第一节井壁在自重作用下按单支点、简支梁等(图5-13)情况应验井壁的强度。(2)井壁的水平钢筋，按下沉到设计标高，刃脚下土已掏空的最不利位置，水、土压力最大，按水平框架计算内力。(3)井壁的竖直钢筋，按下沉到设计标高，刃脚下土已掏空，上部井壁被土夹住，下部似悬挂在土中的最不利位置，用以计算井壁拉力。等截面沉井产生的最大拉力等于沉井自重的1/4的位置，在沉井的h/2高度处。此外，还应验算井壁在使用阶段各种受力时的强度。第五章沉井基础—沉井的设计5）封底混凝土及底板、顶板强度计算

第五章沉井基础—沉井的施工20世纪90年代以来，在国外一些发达国家提出了压沉法SS(SpaceSystemCaisson)法SOCS(SuperOpenCaissonSystem)自动化沉井等施工方法。沉井施工新方法简介第五章岩石锚杆基础第五章岩石锚杆基础第五章岩石锚杆基础第五章岩石锚杆基础第五章岩石锚杆基础—岩石锚杆基础特点当需要提供抗拉(拔)力时或在一些特殊情况下，采用一般形式的基础已经不能满足要求，此时可采用岩石锚杆基础。岩石锚杆基础具有如下的特点：(1)岩石锚杆基础充分发挥了岩石的力学性能，可以提供良好的抗拔力，与常见的抗压基础有所区别；(2)岩石锚杆基础混凝土和钢材的用量少，节省原材料；(3)岩石锚杆基础采用锚杆机钻孔，开挖量少，对环境的影响小，有利于保护环境；(4)岩石锚杆基础采用机械化施工，施工效率高，所用工期短；(5)岩石锚杆基础是将岩石作为持力层，这就要求地基岩层整体性好、裂隙少、承载力高，对基岩的要求较高。第五章岩石锚杆基础—岩石锚杆基础应用岩石锚杆基础特点鲜明，在一些工程中已经得到应用,目前常见于以下工程中：（1）提供坚向拉应力(抗拔)的基础,如高耸结构和输电线路的基础（图5-14a、b）。（2）提供斜向力和限制结构水平位移的基础，如钢结构的斜拉索基础（图5-14c）和大坝基础。（3）为结构提供抗震稳定的基础，如体育馆等大型公共设施的基础（图5-14d）。岩石锚杆基础不仅能实现省工、省料、造价低廉的目的还能解决一般工程措施难以克服的困难，其应用范围越来越广。第五章岩石锚杆基础—岩石锚杆基础应用图5-14常见的岩石锚杆基础第五章岩石锚杆基础—岩石锚杆基础的破坏形式在进行岩石锚杆基础的设计时，先要研究其是如何破坏的，岩石锚杆基础的破坏主要是指锚杆的破坏形式通常有如下几种：①锚拉杆被拉断；②拉筋（锚拉杆）从筋浆界面处脱出；③锚固体从浆土（石）界面处脱出；④连锚带土（石）一起拔出。前3种指的是单根锚杆的抗拔力（即承载力）问题，属于锚杆的强度破坏问题；第4种是破坏面在土体内部的破坏形式，属于锚杆与岩土总体稳定性破坏问题。了解岩石锚杆基础的破坏形式后，即可根据其破坏形式对其进行相应的设计和计算。第五章岩石锚杆基础—岩石锚杆基础的设计与计算方法

第五章岩石锚杆基础—岩石锚杆基础的设计与计算方法岩石锚杆基础的计算方法如下：1、采用柱底轴压力最大时的组合内力，校核柱脚与垫层或地基间的局部抗压强度；2、采用柱底弯矩最大时的组合内力，校核锚杆抗拉承载力及灌浆锚杆与孔壁之间的承载力。图5-15锚杆基础d-锚杆孔直径；

l-锚杆的有效锚固长度；第五章岩石锚杆基础—岩石锚杆基础的设计与计算方法

第五章岩石锚杆基础—岩石锚杆基础的设计与计算方法

岩石坚硬程度软岩较软岩硬质岩粘结强度<0.20.2-0.40.4-0.6

第五章岩石锚杆