《土力学与地基基础》课件05天然地基上的浅基础

POWEPOINT适用于商务主题及相关类别演示土力学与地基基础学习项目5天然地基上的浅基础任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计任务5.2天然地基上的浅基础施工案例引入广州方舟花园B栋公寓办公楼为23层主楼带2层裙房，主体高度为84.70m，计算高度达117.60m。该工程的裙楼房间采用无缝设计，并进行了结构重心和基础形心大偏心距的调整，在高层筏板悬挑裙房下采用铺焦砟的方法解决了主楼与裙楼之间不设沉降缝的问题。该建筑采用了整片基础，很好地解决了地基土质差、承载能力小的问题。整片基础包括筏板基础和箱形基础。当建筑物上部荷载较大，或地基土质很差，承载能力较小，采用独立基础或井格基础不能满足要求时，可采用筏板基础。箱形基础是一种刚度很大的整体基础，它由钢筋混凝土顶板、底板和纵（横）墙组成。学习项目5天然地基上的浅基础案例引入广州方舟花园B栋公寓办公楼沙盘及筏板基础施工如图5-1所示。学习项目5天然地基上的浅基础项目导读建筑物的基础通常是建造在天然地基上的，其特点是地基土保持自然形成的结构和特性。当天然地基土层较软弱或性质特殊（如湿陷性黄土、膨胀土等）时，可采用不同的方法对上部地基土进行加固处理，从而形成人工地基（土的结构和性质已经不是天然状态）。天然地基上的基础，按埋置深度可分为浅基础和深基础。浅基础将上部结构传来的荷载向相对较浅的土层中传递，深基础则将荷载向深部土层中传递。若建筑场地的浅层土质不能满足建筑物对地基的承载力和变形的要求，则应选用人工地基上的浅基础或深基础。地基基础方案通常优先选择天然地基上的浅基础，因为这类基础具有技术简单、施工方便、用料省、价格低和施工工期短等特点。学习项目5天然地基上的浅基础任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计学习目标了解浅基础的含义、类型和适用条件。认知刚性扩大基础的设计与计算的主要内容。掌握刚性扩大基础的尺寸拟定与验算的过程。掌握基础埋置深度的影响因素。掌握天然地基上刚性浅基础的设计。（1）保证地基在防止地基土体整体性破坏方面具有足够的安全度。（2）控制地基的变形量，使之不超过建筑物地基的变形量容许值，以免引起建筑物的损坏或正常使用。（3）对于基础结构，除应能适应上部结构、满足地基承载力和变形要求外，还应满足其强度、刚度和耐久性的要求。

地基基础设计必须满足以下三个基本原则或条件。任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计刚性基础不需配置受力钢筋。它是桥梁、涵洞和房屋等建筑物常用的基础类型。其形式通常有刚性扩大基础、单独柱下刚性基础和条形基础等。刚性扩大基础任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计单独柱下刚性基础刚性条形基础任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计浅基础的类型

5.1.1浅基础的分类1.刚性基础通常由砖、石、素混凝土、灰土和三合土等材料建造。这些材料具有较高的抗压性能，但抗拉和抗剪强度不高。因此，设计刚性基础时应控制基础的外伸宽度与基础高度的比值在某一限定范围内，以保证基础内的拉应力和剪应力不超过材料强度的容许值。刚性基础的相对高度一般都较大，几乎不发生弯曲变形，如图所示。刚性基础任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计刚性基础的特点是稳定性好，施工简便，能承受较大的荷载。其主要缺点是自重大，并且当持力层为软弱土层时，由于扩大基础面积有一定的限制，需要对地基进行处理或加固后才能采用，否则会因所承受的荷载超过地基强度而影响建筑物的正常使用。因此，对于荷载较大或上部结构对沉降差较敏感的建筑物，当持力层的土质较差且土较厚时，把刚性基础作为浅基础是不适宜的。任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计2）柔性基础柔性基础由钢筋混凝土材料建造。当刚性基础的尺寸不能同时满足地基承载力和基础埋深的要求时，应采用柔性基础（钢筋混凝土基础）。

钢筋混凝土是一种性能良好的基础材料，其强度高、耐久性好、抗冻性理想。为防止基础的弯曲破坏，需在基础底面配置一定数量的受力钢筋来承受拉应力或弯矩。这种基础不受刚性角的限制，基础的高度仅由其材料的抗剪（冲切）强度确定，可设计成扁平状，如图5-6所示。这样可在基础面积相同的情况下降低基础高度。任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计扁平状基础任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计柱下条形基础任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计柔性筏板基础柔性箱形基础任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计柔性基础常在基顶竖向荷载较大且承受水平力和力矩荷载，以及地基承载力较低或地基不均匀等情况下采用。柔性基础的常见形式主要有柱下扩展基础、柱下条形基础、十字形基础、筏板基础和箱形基础等。柔性基础的整体性能较好，具有较高的抗弯和抗剪能力。任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计浅基础的构造2.1）刚性扩大基础将基础平面尺寸扩大以满足地基强度要求的刚性基础称为刚性扩大基础。刚性扩大基础的平面形状为矩形，其每边扩大的尺寸最小为0.20~0.50m。作为刚性基础，每边扩大的最大尺寸会受到材料刚性角的限制。当基础较厚时，可在纵横两个剖面上都做成台阶形，以减少基础的自重，节省材料。任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计2）单独基础单独基础是立柱式桥墩和房屋建筑常用的基础形式之一，它的纵横剖面均可砌筑成台阶式，但若柱下单独基础用石或砖砌筑时，则需在柱子与基础之间用混凝土墩连接。个别情况下，当柱下基础用钢筋混凝土浇筑时，其剖面也可浇筑成锥形。任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计3）条形基础条形基础分为墙下条形基础和柱下条形基础。墙下条形基础是挡土墙下或涵洞下常用的基础形式。其横剖面可以是矩形或将一侧筑成台阶形。若挡土墙很长，为了避免基础在沿墙长方向因沉降不均而开裂，可根据土质和地形予以分段，设置沉降缝。有时为了增强桥柱下基础的承载能力，可将同一排上若干个柱子的基础联合起来组成柱下条形基础。柱下条形基础的构造与倒置的T形截面梁相似，沿柱子的排列方向的剖面可以是等截面的，也可以在柱位处加腋。桥梁基础一般为刚性基础，个别的也可做成柔性基础。任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计4）筏板基础和箱形基础当立柱或承重墙传来的荷载较大，地基土质软弱又不均匀，采用单独基础或条形基础均不能满足地基承载力或沉降的要求时，可采用筏板式钢筋混凝土基础，该基础既可以扩大基底面积又可以增强基础的整体性，并可避免建筑物局部发生不均匀沉降。筏板基础在构造上类似于倒置的钢筋混凝土楼盖，它可以分为平板式和梁板式。其中，平板式常用于柱荷载较小、柱子排列较均匀、间距较小的情况。任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计为增大基础刚度，可将基础做成由钢筋混凝土顶板、底板及纵（横）隔墙组成的箱形基础。箱形基础的刚度远大于筏板基础，而且基础顶板和底板间的空间常可用作地下室。箱形基础适用于地基较软弱、土层厚，建筑物对不均匀沉降较敏感或荷载较大而基础建筑面积不太大的高层建筑。任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计浅基础的设计

5.1.2基础埋置深度的确定1.1）地基的地质条件对于覆盖土层较薄（包括风化岩层）的岩石地基，一般应先清除其覆盖土和风化层，然后将基础直接修建在新鲜岩面上。如果岩石的风化层很厚，难以全部清除时，基础在风化层中的埋置深度应根据其风化程度、冲刷深度及相应的容许承载力来确定。当岩层表面倾斜时，不得将基础的一部分置于岩层中，而另一部分置于土层中，以防基础因不均匀沉降而发生倾斜甚至断裂。在陡峭山坡上修建桥台时，还应注意岩体的稳定性。任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计当基础埋置在非岩石地基中时，若受压层范围内为均质土，则基础的埋置深度除应满足冲刷、冻胀等要求外，还应根据荷载大小由地基土的承载能力和沉降特性来确定（同时考虑基础需要的最小埋深）。当地质条件较复杂（如地层为多层土组成）或对大中型桥梁及其他建筑物基础持力层进行选定时，应通过较详细的计算或方案比较来确定。任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计2）河流的冲刷程度在有水流的河床上修建基础时，要考虑洪水对基础下地基土的冲刷作用，洪水水流越急，流量越大，洪水的冲刷就越厉害。整个河床面被洪水冲刷后要下降，这种现象称为一般冲刷，被冲下去的深度称为一般冲刷深度。同时，由于桥墩的阻水作用使洪水在桥墩四周冲出一个深坑，这种现象称为局部冲刷。因此，在有冲刷的河流中，为了防止桥梁墩台基础四周和基底下的土层被水流掏空冲走，基础必须埋置在设计洪水的最大冲刷线以下不小于1m处，特别是对于山区和丘陵地区的河流，更应考虑季节性洪水的冲刷作用。任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计3）当地的冻结深度在寒冷地区，应考虑由于季节性的冰冻和融化对地基土产生的冻胀影响。对于冻胀性土，若土温在较长时间内保持在冻结温度以下，则水分会从未冻结土层不断地向冻结区迁移，引起地基的冻胀和隆起，使基础遭受损坏。为了保证建筑物不受地基土季节性冻胀的影响，除要求地基土为非冻胀性土外，还要求基础底面埋置在天然最大冻结线以下一定深度。任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计4）上部结构形式上部结构形式的不同对基础产生的位移要求也不同。对中（小）跨度简支梁桥来说，这项因素对确定基础的埋置深度影响不大；但对于超静定结构，即使基础发生较小的不均匀沉降，也会使内力产生一定的变化。例如，对于拱桥桥台，为了减小可能产生的水平位移和沉降差值，有时需将基础设置在埋藏较深的坚实土层上。任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计5）当地的地形条件当墩台、挡土墙等结构位于较陡的土坡上时，确定基础埋深时还应考虑土坡连同结构物基础一起滑动的稳定性。由于在确定地基承载力容许值时，一般是按地面为水平的情况考虑的，因此当地基为倾斜土坡时，应结合实际情况予以适当折减并采取相应的措施。若基础位于较陡的岩体上，则可将基础做成台阶式，但要注意岩体的稳定性。任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计6）保证持力层稳定所需的最小埋置深度地表土在温度和湿度的影响下会产生一定的风化作用，其性质是不稳定的。加上人类和动物的活动及植物的生长作用也会破坏地表土层的结构，影响其强度和稳定，所以地表土不宜作为持力层。为了保证地基和基础的稳定，基础的埋置深度（除岩石地基外）应在天然地面或无冲刷河底以下不小于1m。任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计除此以外，在确定基础埋置深度时，还应考虑相邻建筑物的影响，若新建建筑物的基础比原有建筑物的基础深，则施工挖土时有可能影响原有基础的稳定。施工技术条件（施工设备、排水条件、支撑要求等）及经济分析等对基础埋深也有一定的影响，因此这些因素也应被考虑。任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计拟定刚性扩大基础的尺寸时，主要是根据基础埋置深度确定基础的厚度、基础的平面尺寸和基础的剖面尺寸。所拟定的基础尺寸应是在可能的最不利效应组合的条件下能保证基础本身有足够的结构强度，并使地基与基础的承载力和稳定性均能满足设计要求，并且是经济合理的。刚性扩大基础尺寸的拟定2.任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计1）基础的厚度任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计2）基础的平面尺寸基础的平面形式一般应根据墩（台）身的底面形状确定，基础的平面形状常用矩形。基础底面的长、宽尺寸与高度有如下关系式中，l为墩（台）身底截面的长度（m）；d为墩（台）身底截面的宽度（m）；H为基础的高度（m）；α为墩（台）身底截面边缘至基础边缘线与垂线间的夹角（°）。任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计刚性扩大基础的剖面图、平面图任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计基础悬出总长度（襟边与台阶宽度之和）应使悬出部分在基底反力的作用下，在Ⅰ—Ⅰ截面中所产生的弯曲拉力和剪应力不超过基础圬工的强度限值。所以在满足上述要求的条件下，就可得到自墩（台）身边缘处的垂线与基底边缘的连线间的最大夹角αmax，它被称为刚性角。在设计时，应使每个台阶宽度ci与厚度ti保持一定的比例，使其夹角αi≤αmax，此时可认为其为刚性基础，不必对基础进行弯曲拉应力和剪应力的强度验算，在基础上也可不设置受力钢筋。刚性角αmax的数值与基础所用的圬工材料的强度有关。任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计3）基础的剖面尺寸刚性扩大基础的剖面形式一般做成矩形或台阶形。自墩（台）身底边缘至基顶边缘距离c1称为襟边，其作用是扩大基底面积，增大基础承载力，调整基础施工时在平面尺寸上可能发生的误差，满足支立墩（台）身模板的需要。c1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)基础襟边的最小值为20~30cm。当基础较厚（超过1m）时，可将基础的剖面浇砌成台阶形。任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计注意任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计临塑载荷1.持力层是指直接与基底相接触的土层，持力层的承载力验算的目的是保证荷载在基底产生的地基应力不超过持力层的地基承载力容许值，以保证持力层的地基强度不发生破坏。其计算式为式中，pmax为基底最大压应力（kPa）；γR为地基承载力容许值抗力系数；fa为地基承载力容许值（kPa）。1）持力层的强度验算任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计对于公路桥梁，通常基础的横向长度比顺桥向宽度大得多，同时上部结构在横桥向的布置常是对称的，故一般由顺桥向控制基底应力计算。但对通航河流或河流中有漂流物的情况，应计算船舶撞击力或漂流物撞击力在横桥向产生的基底应力，并与顺桥向的基底应力比较，取其大者控制设计。任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计基础底面压应力的确定如图所示，按式（5-3）计算。

（5-3）

基础底面压应力的确定任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计在曲线上的桥梁，除顺桥向引起的力矩Mx外，尚有离心力（横桥向水平力）在横桥向产生的力矩My；当桥面上有活载，考虑横向分布的偏心作用时，偏心竖向力对基底两个方向的中心轴均有偏心距，并产生偏心距Mx=Nex，My=Ney。因此，对于曲线桥，在计算基底应力时应按式（5-4）计算。偏心竖向力作用在任意点任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计软弱下卧层承载力验算任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计2）软弱下卧层承载力的验算当受压层范围内的地基为多层土（主要指地基承载力有差异）组成，且持力层以下有软弱下卧层（容许承载力小于持力层容许承载力的土层）时，应验算软弱下卧层的承载力，验算时先计算软弱下卧层顶面A（在基底形心轴下，见图5-12）的应力（包括自重应力和附加应力）不得大于该处地基土的容许承载力，即任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计当软弱下卧层为压缩性高且较厚的软黏土，或当上部结构对基础沉降有一定要求时，除承载力应满足上述要求外，还应验算包括软弱下卧层的基础沉降量。软弱下卧层的承载力容许值fah+z可以根据《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63—2007）规定的方法算得。验算要求为

pmax≤γR[fa]h+z

（5-6）式中，γR为容许承载力提高系数。任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计控制基底合力偏心距的目的是尽可能使基底应力分布得比较均匀，以免因基底两侧应力相差过大而使基础产生较大的不均匀沉降，使墩、台发生倾斜，影响正常使用。当合力通过基底中心时，可以得到均匀的应力，但这样做非但不经济，往往也是不可能的。所以在设计时，必须控制偏心距e0的值符合《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63—2007）的规定，见表5-1。基底合力偏心距的验算4.任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计作用情况地基条件合力偏心距备

注墩（台）仅受永久作用标准值效应组合非岩石地基桥墩[e0]≤0.1桥台[e0]≤0.75对拱桥、刚构桥墩台，其合力作用点应尽量保持在基底重心附近墩台承受作用标准值效应组合或偶然作用（地震作用除外）标准值效应组合非岩石地基[e0]≤

拱桥单向推力墩不受限制，但应符合规范《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63—2007）中表4.4.3规定的抗倾覆稳定系数较破碎~极破碎岩石地基[e0]≤1.2完整、较完整岩石地基[e0]≤1.5表5-1墩（台）基底合力偏心距容许值［e0］任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计基础底面中心的单向合力偏心距e0=M/N。基底承受双向偏心受压的ρ值可按式（5-7）计算。式中符号意义同前，但要注意N和pmin应在同种效应组合情况下求得。

在验算基底偏心距时，应采用计算基底应力相同的最不利效应组合。任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计基础稳定性和地基稳定性的验算5.（1）基础倾覆稳定性验算。基础倾覆或倾斜除了地基的强度和变形原因外，往往发生在承受较大的单向水平推力而其合力作用点又离基础底面的距离较高的结构物上，如挡土墙或高桥台受侧向土压力的作用，大跨度拱桥在施工中墩、台受到不平衡的推力，以及在多孔拱桥中一孔被毁等。理论和实践均证明，基础倾覆稳定性与合力偏心距e0有关。合力偏心距越大，基础抗倾覆的安全储备越小。因此，在设计时，可以用限制合力偏心距的方法来保证基础的倾覆稳定性。1）基础稳定性验算任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计设基底截面重心O至压力最大边的边缘的距离为y（荷载作用在重心轴上的矩形基础y=b/2），外力合力R的偏心距为e0，两者的比值K0可反映基础倾覆稳定性的安全度，K0称为抗倾覆稳定系数，即

（5-8）任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计外力的合力没有作用在形心轴上或基底截面有一个方向为不对称，而合力又没有作用在形心轴上，则基底压力最大一边的边缘线应是外包线，y值应是通过形心O与合力作用点A的连线并延长和外包线相交点至形心的距离。

不同的效应组合，在不同的设计规范中，对抗倾覆稳定系数K0的容许值均有不同的要求，一般的主要效应组合为K0≥1.5，各种附加效应组合为K0≥1.1。任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计基础倾覆稳定性验算任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计

（2）基础滑动稳定性验算。基础在水平推力作用下沿基础底面滑动的可能性，即基础抗滑动安全度的大小，可用基底与土之间的摩擦阻力和水平推力的比值Kc来表示，Kc称为抗滑动稳定系数，即

（5-9）当验算桥台基础的滑动稳定性时，若台前填土保证不受冲刷，则可同时考虑计入与台后土压力方向相反的台前土压力，其数值可按主动或静止土压力进行计算。任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计按式（5-9）求得的Kc值必须大于《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63—2007）规定的设计容许值，一般根据荷载性质，Kc≥1.2。在验算墩（台）抗倾覆和抗滑动的稳定性时，稳定性系数不应小于表5-3的规定。任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计2）地基稳定性验算对位于软土地基上较高的桥台和挡土墙需验算沿滑裂曲面滑动的稳定性，基底下的地基如在不深处有软弱夹层时，在台后土推力的作用下，基础也有可能沿软弱夹层土的层面滑动；在较陡的土质斜坡上的桥台、挡土墙也有滑动的可能。任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计地基稳定性图例任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计以上对地基与基础的验算均应满足设计规定的要求，若达不到要求，则必须采取设计措施。例如，当梁桥桥台后土压力引起的倾覆力矩比较大，基础的抗倾覆稳定性不能满足要求时，可将台身做成不对称的形式，如图所示的后倾形式。基础抗倾覆措施任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计基础沉降的计算6.基础的沉降主要由竖向荷载作用下的土层发生压缩变形引起。沉降量过大将影响结构物的正常使用和安全，应加以限制。在确定一般土质的地基承载力容许值时，已考虑变形因素，所以修建在一般土质条件下的中、小型桥梁的基础只要满足了地基的强度要求，地基（基础）的沉降也就满足要求了。但对于下列情况，则必须验算基础的沉降，使其不大于规定的容许值。任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计（2）修建在地质情况复杂、地层分布不均或强度较小的软黏土地基及湿陷性黄土上的基础。

修建在非岩石地基上的拱桥、连续梁桥等超静定结构的基础。当相邻基础下地基土的强度有显著不同或相邻跨度相差悬殊而必须考虑其沉降差时。对于跨线桥、跨线渡槽要保证桥（或槽）下净空高度时。（1）

（3）

（4）任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计

地基土的沉降可根据土的压缩特性指标按压力面积法计算。计算沉降时，传至基础底面的作用效应按正常使用极限状态下作用的长期效应组合。该组合仅为直接施加于结构上的永久作用标准值（不包括混凝土收缩及徐变作用、基础变位作用）和可变作用准永久值（仅指汽车荷载和人群荷载）引起的效应，算得的沉降量（cm）不得超过下列规定。（1）相邻墩（台）间不均匀沉降差值（不包括施工中的沉降）不应使桥面形成大于0.2%的附加纵坡（折角）。（2）外超静定结构桥梁墩（台）间的不均匀沉降差值还应满足结构的受力要求。任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计设计算例

5.1.3设计资料1.（1）上部结构为跨径20m的预应力钢筋混凝土空心板，桥面净宽为净8m+2×0.5m。（2）下部结构为混凝土重力式桥墩。（3）设计荷载等级为公路Ⅱ级，人群荷载为3.5kN/m2。（4）地质资料。任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计设计算例（尺寸单位：cm，标高单位：m）任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计（5）水文资料。设计水位高程为25.00m，常水位高程为19.50m，一般冲刷线高程为18.00m，局部冲刷线高程为17.50m。（6）其他。桥梁处于公路直线段上，无冰冻，风压力为0.5kPa，拟在枯水季节施工。任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计设计桥梁的中墩基础。设计任务2.任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计

从地质条件看，表层黏土的液限指数IL=（w－wp）/（wL－wp）=0.5，土的孔隙比e=0.664，查表3-2用内插法得承载力容许值[fa0]=306kPa，对公路Ⅱ级荷载而言，可作为持力层。考虑黏土IL=0.5<1.0，可视为不透水。常水位仅为0.8m，可采用土围堰明挖法修筑扩大浅基础。因此，初步拟定基础底面设在局部冲刷线以下2.75m处，高程为17.5m-2.75m=14.75m。确定基础的埋深3.任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计基础尺寸的拟定4.选用C25片石混凝土基础。根据荷载和地基承载力情况，初步拟定基础设三层台阶，每层的厚度为75cm，台阶的宽度为50cm，由此算出台阶扩展角α=arctan50cm75cm=34°<40°，符合设计要求。基础顶面尺寸为

a1=628cm+2×50cm=728cm=7.28mb1=148cm+2×50cm=248cm=2.48m基础底面尺寸为

a2=628cm+6×50cm=928cm=9.28mb2=148cm+6×50cm=448cm=4.48m任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计内力计算5.任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计地基强度的验算7.根据地质情况采用《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63—2007）中的方法，先求得持力层的承载力容许值，由式[fa]=[fa0]+k1γ1(b-2)+k2γ2(h-3)+10hw

可知持力层为黏土，查得fa0=306kPa，由IL=0.5查表3-9得k1=0，k2=1.5，故无宽度修正。因为h=18.00m-14.75m=3.25m（从一般冲刷线算起），持力层为塑态黏土，可视为不透水，故应考虑地面水影响，即hw=19.50m-18.00m=1.50m，于是

[fa]=306kPa+1.5×19.8kN/m3×0.25m+10×1.50m=328.4kPa1）持力层的强度任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计合力偏心距的验算6.由合力偏心距e0=M/N对照表5-5中所列的效应组合情况，较易看出最不利的效应组合应为序号1中组合Ⅱ的B情况，其M=2111kN·m为最大，而N=8108kN比序号2中组合Ⅱ的A情况的N值大得多。任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计对于组合Ⅱ来说，承载力容许值抗力系数γR=1.25。按表5-5序号1的组合Ⅱ中的B情况计算，e0=0.26m，ρ=0.747m，e0<ρ，故基底应力为各种效应组合下的基底应力计算结果见表5-6。表列结果中的pmin<[fa]，符合p≤γR

[

fa]的要求，故持力层强度足够。任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计2）软弱下卧层的强度下卧层为亚黏土，由IL=29.6%-19.8%/34.7%-19.8%=0.658，e=0.867，查表3-2，内插得[fa0]=194kPa，小于持力层[fa0]=273kPa，故为软弱下卧层。由IL>0.5，查表3-9得k1=0，k2=1.5，又因为持力层不透水，可计入水深修正，故软弱下卧层的承载力容许值为任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计下卧层顶面的应力ph+z=γ1(h+z)+α(p－γ2h)。式中，h应从河底算起，h=18.70m-14.75m=3.95m；(h+z)和h范围内均为黏土，计算时采用天然重度，故γ1=γ2=19.8kN/m3。因z/b=2.25/4.48=0.5<1，故取p=(pmax+pmin)/2。任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计对于组合Ⅰ中的A情况，p=(pmax+pmin)/2=224.5kPa，由a/b=9.28m/4.48m=2.07，查表1-4，利用角点法经内插得α=4αc=0.801，故pz=19.8kN/m3×(3.95m+2.25m)+0.801×(224.5kPa-19.8kN/m3×3.95m)=239.9kPa。因pz<[fa]h+z，故符合要求。对于组合Ⅱ中的A情况，p=(pmax+pmin)/2=225kPa，ph+z=19.8kN/m3×(3.95m+2.25m)+0.801×(225kPa-19.8kN/m3×3.95m)=240.3kPa。因pz<γRf<[fa]h+z，故符合要求。任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计2）抗滑稳定性由

，且黏土的IL=0.5，属于软塑状态，查表5-2得μ=0.25，Kc的计算结果见表5-8，满足要求。任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计地基稳定性8.

K0=y/e0。式中，y=b/2=2.24m，e0=M/N，取不利效应组合，K0的计算结果见表5-7，符合要求。1）抗倾覆稳定性任务5.1天然地基上浅基础的类型与设计任务5.2天然地基上的浅基础施工学习目标了解旱地浅基础的施工方法。了解水中浅基础的施工方法。了解浅基础施工的注意事项。了解各种围堰的适用条件和施工要点。天然地基上浅基础的施工一般采用明挖法，即直接从地面向下开挖基坑至基础底面设计高程，然后在基坑中修筑基础。任务5.2天然地基上的浅基础施工旱地浅基础施工5.2.1基础定位放样就是根据设计的墩（台）基础的位置和尺寸,将其在施工现场的地面上标定下来，包括基础和基坑的平面位置及基础各部分高程的定位。放样的顺序是：首先定出桥梁中线和基础底面形心点的定位桩，其次根据桥涵的设计交角标出基础的轴线，最后详细确定各基础的基坑尺寸和开挖边线。基础定位放样地基定位放样1.任务5.2天然地基上的浅基础施工于定位桩随着基坑的开挖，必将被挖出，因此还必须在基坑位置以外不受施工影响的地方钉立定位桩，以备在施工中能随时检查基坑和基础的位置是否正确，而基坑外围通常可用龙门板固定或在地面上用石灰线标出。为便于掌握开挖高程，若附近没有水准点，在施工现场必须专门设置临时水准点。基坑放样任务5.2天然地基上的浅基础施工基坑地面的形状必须与基础的底面形状相适应，对于像U形基础那样有凹形底面的基础，为了施工方便，常将基坑的底面形状简化为矩形。基坑的大小应满足基础施工的要求，对渗水的土质基坑一般按基底的平面尺寸每边增宽0.5~1.0m，以便在基底外设排水沟集水坑和基础模板。对于无水且土质密实的基坑，若不设基础模板，则可按基底的平面尺寸开挖。基坑采用什么断面，是否设坑壁围护结构，应视土的类别和形状、基坑暴露时间、开挖基坑期间的气候、地下水位、土的透水性及建筑场地大小等因素而定。基坑开挖与坑壁围护结构的设置2.任务5.2天然地基上的浅基础施工1）不设围护的基坑不设围护的基坑适用于基坑较浅、地下水位较低或渗水量较少、不影响坑壁稳定的情况。此时可将坑壁挖成竖直或斜坡形。竖直坑壁只适宜在岩石地基或基坑较浅又无地下水的硬黏土中采用。在一般土质条件下开挖基坑时应采用放坡开挖的方法，该方法施工比较简单。在基坑深度不超过5m、地基土质湿度正常、开挖暴露时间不超过15d的情况下，可参照表5-9选定坑壁坡度，表中1∶n表示当斜坡竖直尺寸为1时对应的水平尺寸为n。任务5.2天然地基上的浅基础施工任务5.2天然地基上的浅基础施工为了保证坑壁边坡的稳定，当基坑深度大于5m时，可将坑壁坡度适当放缓或增设宽度为0.5~1.0m的平台。坑顶周围必要时应挖排水沟，以防地面水流入坑内冲刷坑壁。当坑壁顶有动载时，顶缘与动载之间至少应留1m的护道。基坑坑壁边坡任务5.2天然地基上的浅基础施工对于无地下水的黏性土地基，当基坑高度不大于由式（5-10）计算出的数值时，允许采用竖直坑壁。

（5-10）式中，K为安全系数，一般取1.25；γ为坑壁土的重度（kN/m3）；q为坑顶护坡道上的均布荷载（kPa）；c、φ分别为坑壁土的黏聚力（kPa）和内摩擦角（°）。基坑土方采用人工开挖或机械开挖，也可两者配合。挖土机械有吊车抓泥斗、挖掘机等，可视具体条件选用。任务5.2天然地基上的浅基础施工（1）挡板支撑。这种围护结构适用于开发面积不大、深度较浅的基坑，挡板的厚度为4~6cm，可直立或横放，用横枋或竖枋加横撑木支撑。为便于挖基运土，上、下支撑应设在同一垂直面内。基坑围护结构作为加固坑壁的临时性措施，有以下几种。2）有维护基坑任务5.2天然地基上的浅基础施工

（2）钢板结合支撑。当基坑深度在3m以上或宽度较大难以安装支撑时，可沿基坑周围每隔1~1.5m打入一根型钢（工字钢或钢轨）至基坑底面以下1~1.5m，并用钢拉杆把型钢上端锚固于锚桩上，随着基坑下挖设置挡板和横木，并在型钢与横木之间用木楔塞紧。钢板结合支撑任务5.2天然地基上的浅基础施工竖直挡板支撑水平挡板支撑任务5.2天然地基上的浅基础施工（3）板桩支撑当基坑平面尺寸较大且深度较深时，尤其是当基坑底面在地下水位以下超过1m，且涌水量较大不宜用挡板支撑时，可先在基坑四周沉入木板桩、钢板桩或钢筋混凝土板桩，然后开挖基坑。这种板桩支撑既能挡土又能隔水。任务5.2天然地基上的浅基础施工木板桩钢板桩的断面任务5.2天然地基上的浅基础施工板桩支撑不同于挡板支撑的工作特点是先打板桩入土，当桩尖深入到基坑以下一定深度时，才开始开挖基坑。这样就能保证坑壁不会在挖土过程中坍塌。若基坑较深，待基坑挖至一定深度后，还可以在板桩上部加设横向支撑，以增强板桩的稳定性。若基坑不太深，顶部可不设支撑。任务5.2天然地基上的浅基础施工钢板桩的施工如图所示，先沿基坑边外侧打入导桩，然后在导桩上用螺栓安装两条水平导框（用来固定桩的位置），板桩插在导框之间，按一定顺序和方向逐根将钢板桩沉入土中。导桩的入土深度视基坑深度而定，桩端至少沉入基坑底面以下2~4m，钢板桩应采用同种类型，并进行锁口试验和检查。任务5.2天然地基上的浅基础施工钢板桩的施工任务5.2天然地基上的浅基础施工（4）混凝土护壁混凝土护壁是用于深度较大的各种土质圆形基坑。施工时先在基坑口设置预制或就地浇制的混凝土护筒，护筒顶端应高出地面10~20cm，护筒的长度为1~2m，护筒的厚度视基坑直径大小和土质情况而定，一般为10~40cm；护筒以下的坑壁采用喷射或现浇混凝土的方法，一般是随挖随护，直至坑底。任务5.2天然地基上的浅基础施工在开挖基坑的过程中，如遇地下水，一般要不断地将渗入基坑中的水排出，边排水边向下开挖。基坑排水的目的是保证开挖基坑作业在无水或少水的情况下进行，同时也有利于基础的砌筑与养护。基坑排水3.任务5.2天然地基上的浅基础施工1）集水坑排水

集水坑排水又称为表面排水。该排水方法是在基坑边角处设集水坑，以汇集渗入基坑中的水，然后用机械将水排走。由于排水机械的排水能力要大于基坑的涌水量，因此，施工前必须对基坑的涌水量进行估算，以便拟定排水措施，配置足够的排水设备。任务5.2天然地基上的浅基础施工（1）涌水量的估算涌水量与基坑内外的水头差、基坑坑壁围护结构的种类及基坑的渗水面积等因素有关。估算涌水量的方法有两种：一种是通过抽水试验，另一种是利用经验公式。前一种方法是在工地的试坑或钻孔中进行直接的抽水试验，其结果比较可靠，但试验比较烦琐。后一种方法比较简便，但估算结果的准确性不高。任务5.2天然地基上的浅基础施工对于有板桩围护的基坑的涌水量可按式（5-12）进行估算。

Q=KuHq

（5-12）有板桩围护的基坑涌水量估算图示任务5.2天然地基上的浅基础施工经验公式可反映出土的透水性、基坑渗水面积、坑壁的围护形式等因素对涌水量的影响。对于敞坡基坑或水中设围堰的基坑，涌水量可用式（5-11）估算。

Q=q1F1+q2F2

（5-11）敞坡基坑涌水量的估算图示任务5.2天然地基上的浅基础施工（2）排水机械的采用采用哪种排水机械，应视涌水量大小和当地具体条件而定。当涌水量很小时，可采用人工抽水或小型水泵排水；当涌水量较大时，一般用电动或内燃机发动的离心式抽水机，要求水泵的总排水能力为（1.5~2.0）Q

，这是因为在排水过程中，机械有可能发生故障，应有备用的水泵。当具有1.5Q的排水能力时，应有三台以上的水泵；当具有2Q的排水能力时，应有两台以上的水泵。抽水机应根据基坑深度、水深及水泵吸程大小，分别装在坑顶、坑中护坡或脚手架上。当坑深大于吸程加扬程时，应用多台水泵串联或高压水泵。任务5.2天然地基上的浅基础施工（3）集水沟与集水坑为使渗入基坑的水顺利汇集到集水坑中，一般应在基坑底部周边开挖集水沟，随着基坑的挖深，集水沟的底应始终低于基坑底面0.3~0.5m，集水坑的底面则应始终低于基坑底面0.8~1.0m。集水坑中的水深应能淹没抽水机的吸水龙头，坑壁用竹（荆）筐围护，并用麻袋包住吸水龙头，以防龙头被泥沙堵塞。任务5.2天然地基上的浅基础施工井管四周用沙砾填充，井管下部有滤管，滤管上布满直径为2cm的滤孔，外面用纤维织物包扎以防止水中的细土粒堵塞进水孔，影响正常排水。井点排水时，水位的降低值与井点系统的总抽水量有关。正式抽水前，应先试抽水一段时间，以检查抽水机与整个井管系统的接头是否良好。井管的构造任务5.2天然地基上的浅基础施工井点排水法适用于旱地上土质为透水性较大的粉砂、细砂和亚砂土地基，它能有效地防止用表面排水法时可能发生的流沙现象。2）井点排水井点排水任务5.2天然地基上的浅基础施工（1）当降低成层土中的地下水位时，应尽可能将滤管的管底设在透水性较好的土层中。（2）在水位降低的范围内应设置水位观测口，其数量视工程情况而定。（3）对整个井点系统应加强检查和维护，保证不间断抽水。（4）应考虑到水位降低区域内的建筑物可能产生的附加沉降，并做好沉降观测，必要时应采取防护措施。井点排水时，应注意下列事项。任务5.2天然地基上的浅基础施工基底检测与处理4.基坑挖好后，必须按规定检查基坑是否符合设计要求。检查内容如下。（1）基坑底面的平面位置、尺寸和高程是否与原设计相符。（2）直观地检查地基土质与设计资料是否相符，如不相符，应取样做土质分析试验；同时由施工单位及时会同设计、监理等有关单位共同研究办法，并加以实施。（3）在地质特别复杂且土质不良，属下列情况之一时，应进行载荷试验，对大（中）桥应同时做土工试验，以便同载荷试验进行校核。1）基底检测任务5.2天然地基上的浅基础施工

①强烈风化岩石。②松砂（Dr<0.33）地基。③软黏性土（IL>1.0）。④e>0.7的亚黏土，e>1.0的亚黏土及e>1.1的黏土。

⑤含大量有机质的砂或黏土。⑥含大量杂质的填筑土（如瓦片、碎砖等）。（4）检查完毕后应办理检验签证手续，并将其作为竣工验收资料的一部分存入工程档案中，以备查阅。任务5.2天然地基上的浅基础施工（1）岩层地基。岩层基底的处理应符合下列规定。①对于风化岩层，应清除风化层和松碎石，在挖至设计高程并满足地基承载力要求后，尽快进行封闭，防止其继续风化。②在未风化的平整岩层上进行基础施工前，应先将淤泥、苔藓及松动的石块清除干净，并凿出新鲜岩面，再从岩面继续下凿25cm，使基础嵌入岩层。③若岩层倾斜，则应将岩层面凿平或凿成多级台阶，使承重面与重力线相垂直，以免滑动。2）基底处理任务5.2天然地基上的浅基础施工（2）砂类土或碎石类土地基

①对于强度和稳定性满足设计要求的砂类土或碎石类土基底，应整平夯实承重面，在砌筑基础前铺一层约2cm厚的水泥砂浆。②当坑底渗水不能彻底排干时，应先将水引至基础外的排水沟，然后再在其上进行基础施工。③在水稳定性较好的土质中，可先在基底上铺一层25~30cm厚的片石或碎石，然后再在其上浇筑基础，以免影响基础圬工的质量。任务5.2天然地基上的浅基础施工

（3）黏性土地基。修整基坑底面时准许铲平（不得用回填土夯实的方法处理），修整好后，应于最短时间内砌筑基础，不得暴露和浸水过久。（4）软硬不均匀地基。对软硬不均匀地基，应挖出土质较软的部分，使基础全部支承在硬土层上。（5）软弱地基。对软弱地基，可按具体情况采取人工加固措施。任务5.2天然地基上的浅基础施工基础的浇筑、养生和基坑回填5.基础的浇筑一般都在排水条件下进行，只有当渗水量很大、排水很困难时，才采用水下灌注混凝土的方法。排水砌筑时，应防止水浸圬工。此外，还应注意以下几点。（1）在砌筑石砌基础的过程中应使石块的大面朝下，外圈石块及所有砌体均必须坐浆饱满，石块要求丁顺相间，以加强石块之间的连接，每层应保持基本水平。（2）圬工在终凝后才允许浸水，不浸水部分仍需养生。（3）基础浇砌完成后，应检查其质量和各部分尺寸是否符合设计要求，如无问题，即可选用土质较好的土回填基坑，回填土要分层夯实，层厚约为30cm。任务5.2天然地基上的浅基础施工水中浅基础施工5.2.2任务5.2天然地基上的浅基础施工围堰的一般规定1.（1）堰顶高度以高出施工期间可