桥梁基础分类和受力特点

桥梁基础分类和受力特点

按施工方法分类：扩大基础、桩基础、管柱、沉井、地下连续墙等

一、 扩大基础

1. 概念：

 扩大基础是将墩（台)及上部结构传来的荷载由其直接传递至较浅的支承地基的一种基础形式

 一般采用明挖基坑的方法施工，故又称明挖扩大基础或浅基础

2. 适用：

 地基承载力较好的各类土层 3. 力学特点：

 由地基反力承担全部荷载,将上部荷载通过基础分散到基础底面，使之满足地基承载力和变形的要求

 扩大基础主要承受压应力

4. 材料:

 一般用抗压性能好，抗弯拉、抗剪性能较差的材料(如：砼、毛石、三合土等)

 视情况采用铁镐、十字镐、挖掘机、爆破等设备和方法开挖

5. 分类:

 按施工分:机械开挖基坑浇筑法、人工开挖基坑浇筑法、土石围堰开挖基坑浇筑法、板桩围堰开挖基坑浇筑法

 按材料特点性能分:配筋与不配筋的条形基础、单独基础

6. 各类基础特点：

（1） 无筋扩大基础：

 常用的有砼基础、片石砼基础等

 材料具有较好的抗压性,但抗拉、抗剪强度不高

 设计时必须保证发生在基础内的拉应力、剪应力不超过相应的材料强度设计值

（2） 钢筋砼扩大基础：

 抗弯和抗剪性能良好

 可在竖向荷载较大、地基承载力不高、承受水平力和力矩荷载下使用

7. 设计:

 确定埋置深度和构造尺寸

 根据最不利情况下的荷载组合，计算基底应力

 然后验算基础合力偏心距、稳定性、地基强度

 需要时验算地基变形

二、 桩基础

1. 概念：

 桩基础是深入土层的柱形结构

 其作用是将作用于桩顶以上的结构物传来的荷载传到较深的地基持力层中

2. 力学特点:

 所承受的荷载由装测土的摩阻力和桩端地层的反力共同承担

 当荷载较大或桩数量较多时需在桩顶设承台将所有桩基连接成整体共同承担上部结构的荷载

3. 分类 （1） 按桩的使用功能分类

① 竖向抗压桩：

 主要承受竖向向下荷载

 计算竖向承载力和桩基沉降

 验算软弱下卧层的承载力以及负摩阻力产生的下拉荷载

② 竖向抗拔桩：

 主要承受竖向上拔荷载

 计算桩身强度和抗裂

 验算抗拔承载力

③ 水平受荷桩:

 主要承受水平荷载

 计算桩身强度和抗裂

 验算水平荷载和位移 ④ 复合受荷桩:

 承受竖向、水平荷载均较大的桩

 按竖向抗压（抗拔）桩及水平受荷桩进行验收

（2） 按桩承载性能分类

① 摩擦桩：

 软土层很厚，桩端达不到坚硬土层或岩层

 桩顶的极限荷载主要靠桩身与周围土层的摩擦力来支承  桩尖土层反力很小，可忽略不计

② 端承桩：

 桩穿过软弱土层，桩端支承在坚硬土层或岩层上

 桩顶极限荷载主要靠桩尖坚硬岩土层提供的反力来支承

 桩侧摩擦力很小，可以忽略不计

③ 摩擦端承桩：

 桩顶的极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担

 主要由桩端阻力承受

④ 端承摩擦桩:

 桩顶的极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担

 主要由桩侧阻力承担

（3） 按桩身材料分类:

 木桩、砼桩、钢桩、组合桩

（4） 按桩径大小分类：

① 小桩：桩径d≤25cm

② 中等直径桩：桩径25cm＜d＜80cm

③ 大直径桩：桩径d≥80cm

 因桩径大且桩端还可以扩大，单桩承载力较高

 除大直径管桩外,多为钻、冲、挖孔灌注桩  可实现柱下单桩的结构型式

（5） 按施工方法分类：

① 沉桩：

 锤击沉桩法：

适用：松散、中密砂土、粘性土

桩锤：坠锤、单动气锤、双动气锤、柴油机锤、液压锤(根据具体土质选用）

 振动沉桩法：

适用：砂土、硬塑及软塑的粘性土、中密及较松的碎石土

 射水沉桩法：

适用：密实砂土、碎石土的土层,用捶击法或振动法沉桩有困难时采用射水法配合进行  静力压桩法：

适用：标准贯入度N＜20的软粘土

设备：特制的液压机、机力千斤顶、卷扬机

 钻孔埋置桩：

适用：粘性土、砂土、碎石土中埋置大量的大直径圆桩

工艺:钻孔后，将预制的钢筋砼圆形有底空心桩埋入,并在桩周压注水泥砂浆固结而成

② 钻孔灌注桩：

 适用：粘性土、砂土、砾卵石、碎石、岩石等各种土层

③ 挖孔灌注桩：

 适用：无地下水或少量地下水，且较密实的土层或风化岩层

 注意:如空气污染物超标，必须采用通风措施

4. 桩基础的受力计算

（1） 桩基计算的规定：

 承台底面以上的竖直荷载假定全部由桩基承受  桥台土压力可按填土前的原地面起算。当桩基上部位于内摩擦角＜20°的软土中时，应验算该层土施加于桩基的水平力所产生的挠曲

 一般情况下，桩基不需进行抗倾覆和抗滑动的验算；特殊情况下，验算桩基向前移动或被剪断的可能性

 软土层较厚,持力层较好的地基中，桩基计算应考虑路基填土荷载或地下水位下降引起的负摩阻力的影响

（2） 钻（挖）孔灌注摩擦桩单桩轴向受压容许承载力［P］的计算：

 公式：［P］=1/2（Ulτp+AσR)

 [P]—-单桩轴向受压容许承载力（kn）

 U——桩的周长（m）,按成孔直径算，无资料时，成孔直径的计算规定:旋转钻按钻头直径增大3—5cm；冲击钻按钻头直径增大5-10cm；冲抓钻按钻头直径增大10-20cm

 l—-桩在局部冲刷线以下的有效长度（m)

 A——桩的横截面面积，用设计直径（钻头直径）计算；当采用换浆法施工，则按成孔直径计算

 τp——桩壁平均极限摩阻力（kPa)

11niiipll

n-土层层数 li-承台底面或局部冲刷线以下各土层的厚度（m）

τi—与li对应的各土层与桩壁的极限摩阻力（kPa）

 σR——桩尖处土的极限承载力（kPa)

σR =2m0λ[σ0]+k2γ2（h—3）

[σ0]—桩尖处土的容许承载力（kPa）

h—桩尖的埋置深度（m）,对于有冲刷的基础，埋置深度一般由冲刷线起算；对于无冲刷的桩基，埋深由天然地面线或实际开挖后的地面线起算，h的计算值≤40m，大于40m的按40m计算或按试验确定其承载力

k2—地面土容许承载力随深度的修正系数

γ2—桩尖以上土的重度(kN/m³）

λ-修正系数

m0—清底系数

（3） 支承在基岩上或嵌入基岩内的钻(挖）孔桩、沉桩和管柱的单桩轴向受压容许承载力［P]的计算：

 [P]=（c1A+c2Uh)Ra  [P］-—单桩轴向受压容许承载力（kN)

 Ra——天然湿度的岩石单轴极限抗压强度（kPa），试件直径7-10cm,试件高度=试件直径

 h——桩嵌入基岩深度（m），不包括风化层

 U—-桩嵌入基岩部分的横截面周长（m），对钻孔桩和管柱按设计直径计算

 A-—桩底横截面面积（㎡)，对钻孔桩和管柱按设计直径计算

 c1，c2—-根据清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的系数

三、 管柱

1. 概念:  由管柱群和钢筋砼承台组成的基础结构

 也有由单根大型管柱构成基础的

2. 力学特点:

 管柱是一种深基础,埋入土层一定深度

 柱底尽可能落在坚实土层或锚固于岩层中

 作用在承台上的全部荷载，通过管柱传递到深层的密实土或岩层上

 设计计算同桩基础

3. 适用：

 桥址处地质水文条件十分复杂(如大型的深水或海中基础)，特别是深水岩面不平、流速大或潮汐影响等自然条件下，不宜修建其他类型基础

 岩层、紧密粘土等各类紧密土质的基底，并能穿过溶洞、孤石支承在紧密的土层或新鲜岩面上

4. 不适用：

 因施工方法和工艺复杂，需要机械设备较多,一般较少采用

 由严重地质缺陷的地区(如断层挤压破碎带或严重的松散区域

5. 分类：

（1） 按材料分类：

 钢筋砼管柱、预应力砼管柱、钢管柱 （2） 按地基土的支承情况分：

 支承式管柱基础：管柱穿过土层落于基岩上或嵌入基岩中,柱的支承力主要来自于桩端岩层的阻力

 摩擦式或支承及摩擦式管柱基础:管柱下端未达基岩，柱的支承力同时来自于柱侧土的摩阻力和柱端土的阻力

四、 沉井

1. 概念:

 一种断面和刚度均比桩要大得多的井筒状结构

 依靠井内挖土，借助井体自重及其他辅助措施而逐步下沉至预定设计标高

 最终形成的一种结构深基础形式

2. 受力特点：

 桥梁墩台常用的一种深基础型式

 有较大的承载面积，可以穿过不同深度覆盖层

 将基底置于承载力较大的土层或岩面上，能承受较大的上部荷载

 沉井基础刚度大，有较大的横向抗力，抗振性能可靠

3. 适用:

 桥梁结构上部荷载较大，表层地基土容许承载力不足，但一定深度下有好的持力层

 扩大基础开挖工作量大，施工围堰支撑困难

 采用桩基础受水文地质条件限制

 采用沉井基础与其他深基础相比,经济上较为合理

 竖向和横向承载力大的深基础

4. 优点：

 施工时占地面积小

 坑壁不需设置临时支撑和防水围堰或板桩围护

 与大开挖相比，挖土量少，对邻近建筑物影响小，操作简便，无需特殊专业设备

5. 分类：

 按制造情况分：就地浇筑下沉沉井、浮式沉井

 按横断面形状分：圆形、矩形、椭圆形、圆端形、多边形、多孔十字形

 按竖向剖面分：柱形、锥形、阶梯形

 按材料分：砼、钢筋砼、钢、砖、石、木