1、 第二章 天然地基上的淺基礎淺基礎的定義: 埋入地層深度較淺，施工一般采用敞開挖基坑修筑的基礎 淺基礎在設計計算時可以忽略基礎側面土體對基礎的影響，基礎結構形式和施工方法也較簡單。深基礎埋入地層較深，結構形式和施工方法較淺基礎復雜，在設計計算時需考慮基礎側面土體的影響。天然地基淺基礎的特點:由于埋深淺，結構形式簡單，施工方法簡便，造價也較低，因此是建筑物最常用的基礎類型。第一節 天然地基上淺基礎的類型、構造及適用條件一、淺基礎常用類型及適用條件天然地基淺基礎的分類（根據受力條件及構造）：剛性基礎：基礎在外力（包括基礎自重）作用下，基底的地基反力為，此時基礎的懸出部分（圖2-1b），a-a斷面左

2、端，相當于承受著強度為的均布荷載的懸臂梁，在荷載作用下，a-a斷面將產生彎曲拉應力和剪應力。當基礎圬工具有足夠的截面使材料的容許應力大于由地基反力產生的彎曲拉應力和剪應力時，a-a斷面不會出現裂縫，這時，基礎內不需配置受力鋼筋，這種基礎稱為剛性基礎（圖2-1b）。它是橋梁、涵洞和房屋等建筑物常用的基礎類型。其形式有：剛性擴大基礎（圖2-1b及圖2-2），單獨柱下剛性基礎（圖2-3a、d）、條形基礎（圖2-4）等。柔性基礎：基礎在基底反力作用下，在a-a斷面產生彎曲拉應力和剪應力若超過了基礎圬工的強度極限值，為了防止基礎在a-a斷面開裂甚至斷裂，可將剛性基礎尺寸重新設計，并在基礎中配置足夠數量的

3、鋼筋，這種基礎稱為柔性基礎（圖2-1a）。柔性基礎主要是用鋼筋混凝土澆筑，常見的形式有柱下擴展基礎、條形和十字形基礎（圖2-5）筏板及箱形基礎（圖2-6、圖2-7），其整體性能較好，抗彎剛度較大。圖21 基礎類型剛性基礎常用的材料：主要有混凝土，粗料石和片石。混凝土是修筑基礎最常用的材料，它的優點是強度高、耐久性好，可澆筑成任意形狀的砌體，混凝土強度等級一般不宜小于C15號。對于大體積混凝土基礎，為了節約水泥用量，可摻入不多于砌體體積25%的片石（稱片石混凝土）。剛性基礎的特點：穩定性好、施工簡便、能承受較大的荷載。它的主要缺點是自重大，并且當持力層為軟弱土時，由于擴大基礎面積有一定限制，需要

4、對地基進行處理或加固后才能采用，否則會因所受的荷載壓力超過地基強度而影響建筑物的正常使用。所以對于荷載大或上部結構對沉降差較敏感的建筑物，當持力層的土質較差又較厚時，剛性基礎作為淺基礎是不適宜的。二、淺基礎的構造（一）剛性擴大基礎（圖2-2）圖22 剛性擴大基礎將基礎平面尺寸擴大以滿足地基強度要求，這種剛性基礎又稱剛性擴大基礎，其平面形狀常為矩形，其每邊擴大的尺寸最小為0.20m0.50m，作為剛性基礎，每邊擴大的最大尺寸應受到材料剛性角的限制。當基礎較厚時，可在縱橫兩個剖面上都做成臺階形，以減少基礎自重，節省材料。它是橋涵及其它建筑物常用的基礎形式 （二）單獨和聯合基礎（圖2-3）單獨基礎是

5、立柱式橋墩和房屋建筑常用的基礎形式之一。它的縱橫剖面均可砌筑成臺階式（圖2-3a、b），但柱下單獨基礎用石或磚砌筑時，則在柱子與基礎之間用混凝土墩連接。個別情況下柱下基礎用鋼筋混凝土澆注時，其剖面也可澆筑成錐形（圖2-3c）。 （三）條形基礎（圖2-4）條形基礎分為墻下和柱下條形基礎，墻下條形基礎是擋土墻下或涵洞下常用的基礎形式。其橫剖面可以是矩形或將一側筑成臺階形。如擋土墻很長，為了避免在沿墻長方向因沉降不勻而開裂，可根據土質和地形予以分段，設置沉降縫。有時為了增強橋柱下基礎的承載 圖2-3 單獨和聯合基礎 圖2-4 擋土墻下條形基礎圖2-5 柱下條形基礎能力，將同一排若干個柱子的基礎聯合起

6、來，也就成為柱下條形基礎（圖2-5）。其構造與倒置的T形截面梁相類似，在沿柱子的排列方向的剖面可以是等截面的，也可以如圖那樣在柱位處加腋的。在橋梁基礎中，一般是做成剛性基礎，個別的也可做成柔性基礎。如地基土很軟，基礎在寬度方向需進一步擴大面積，同時又要求基礎具有空間的剛度來調整不均勻沉降時，可在柱下縱、橫兩個方向均設置條形基礎，成為十字型基礎。這是房屋建筑常用的基礎形式，也是一種交叉條形基礎。 （四）筏板和箱形基礎（圖2-6、圖2-7）筏板和箱形基礎都是房屋建筑常用的基礎形式。當立柱或承重墻傳來的荷載較大，地基土質軟弱又不均勻，采用單獨或條形基礎均不能滿足地基承載力或沉降的要求時，可采用筏板式

7、鋼筋混凝土基礎，這樣既擴大了基底面積又增加了基礎的整體性，并避免建筑物局部發生不均勻沉降。筏板基礎在構造上類似于倒置的鋼筋混凝土樓蓋，它可以分為平板式（圖2-6a）和梁板式（圖2-6b）。平板式常用于柱荷載較小而且柱子排列較均勻和間距也較小的情況。為增大基礎剛度，可將基礎做成由鋼筋混凝土頂板、底板及縱橫隔墻組成的箱形基礎（圖2-7），它的剛度遠大于筏板基礎，而且基礎頂板和底板間的空間常可利用作地下室。它適用于地基較軟弱,土層厚，建筑物對不均勻沉降較敏感或荷載較大而基礎建筑面積不太大的高層建筑。 圖2-6 筏板基礎 圖2-7 箱形基礎第二節 剛性擴大基礎施工注意事項：剛性擴大基礎的施工可采用明挖

8、的方法進行基坑開挖，開挖工作應盡量在枯水或少雨季節進行，且不宜間斷。基坑挖至基底設計標高應立即對基底土質及坑底情況進行檢驗，驗收合格后應盡快修筑基礎，不得將基坑暴露過久。基坑可用機械或人工開挖，接近基底設計標高應留30cm高度由人工開挖，以免破壞基底土的結構。基坑開挖過程中要注意排水，基坑尺寸要比基底尺寸每邊大0.5m1.0m，以方便設置排水溝及立模板和砌筑工作。基坑開挖時根據土質及開挖深度對坑壁予以圍護或不圍護，圍護的方式有多種多樣。水中開挖基坑還需先修筑防水圍堰。一、旱地上基坑開挖及圍護 （一）無圍護基坑適用于基坑較淺，地下水位較低或滲水量較少，不影響坑壁穩定時，此時可將坑壁挖成豎直或斜坡

9、形。豎直坑壁只適宜在巖石地基或基坑較淺又無地下水的硬粘土中采用。在一般土質條件下開挖基坑時，應采用放坡開挖的方法。（二）有圍護基坑1板樁墻支護板樁是在基坑開挖前先垂直打入土中至坑底以下一定深度，然后邊挖邊設支撐，開挖基坑過程中始終是在板樁支護下進行。板樁墻分無支撐式（圖2-8a）、支撐式和錨撐式（圖2-8d）。支撐式板樁墻按設置支撐的層數可分為單支撐板樁墻（圖2-8b）和多支撐板樁墻（圖2-8c）。由于板樁墻多應用于較深基坑的開挖，故多支撐板樁墻應用較多。圖 2-82噴射混凝土護壁噴射混凝土護壁，宜用于土質較穩定，滲水量不大，深度小于10m，直徑為6m12m的圓形基坑。對于有流砂或淤泥夾層的土

10、質，也有使用成功的實例。噴射混凝土護壁的基本原理是以高壓空氣為動力，將攪拌均勻的砂、石、水泥和速凝劑干料，由噴射機經輸料管吹送到噴槍，在通過噴槍的瞬間，加入高壓水進行混合，自噴嘴射出，噴射在坑壁，形成環形混凝土護壁結構，以承受土壓力。3混凝土圍圈護壁采用混凝土圍圈護壁時，基坑自上而下分層垂直開挖，開挖一層后隨即灌注一層混凝土壁。為防止已澆筑的圍圈混凝土施工時因失去支承而下墜，頂層混凝土應一次整體澆筑，以下各層均間隔開挖和澆筑，并將上下層混凝土縱向接縫錯開。開挖面應均勻分布對稱施工，及時澆筑混凝土壁支護，每層坑壁無混凝土壁支護總長度應不大于周長的一半。分層高度以垂直開挖面不坍塌為原則，一般頂層高

11、2m左右，以下每層高1m1.5m。混凝土圍圈護壁也是用混凝土環形結構承受土壓力，但其混凝土壁是現場澆筑的普通混凝土，壁厚較噴射混凝土大，一般為15cm30cm，也可按土壓力作用下環形結構計算。噴射混凝土護壁要求有熟練的技術工人和專門設備，對混凝土用料的要求也較嚴，用于超過10m的深基坑尚無成熟經驗，因而有其局限性。混凝土圍圈護壁則適應性較強，可以按一般混凝土施工，基坑深度可達15m20m，除流砂及呈流塑狀態粘土外，可適用于其它各種土類。二、基坑排水基坑如在地下水位以下，隨著基坑的下挖，滲水將不斷涌集基坑，因此施工過程中必須不斷地排水，以保持基坑的干燥，便于基坑挖土和基礎的砌筑與養護。目前常用的

12、基坑排水方法有表面排水和井點法降低地下水位兩種。（一）表面排水法它是在基坑整個開挖過程及基礎砌筑和養護期間，在基坑四周開挖集水溝匯集坑壁及基底的滲水，并引向一個或數個比集水溝挖得更深一些的集水坑，集水溝和集水坑應設在基礎范圍以外，在基坑每次下挖以前，必須先挖溝和坑，集水坑的深度應大于抽水機吸水龍頭的高度，在吸水龍頭上套竹筐圍護，以防土石堵塞龍頭。這種排水方法設備簡單、費用低，一般土質條件下均可采用。但當地基土為飽和粉細砂土等粘聚力較小的細粒土層時，由于抽水會引起流砂現象，造成基坑的破壞和坍塌，因此當基坑為這類土時，應避免采用表面排水法。（二）井點法降低地下水位對粉質土、粉砂類土等如采用表面排水

13、極易引起流砂現象，影響基坑穩定，此時可采用井點法降低地下水位排水。根據使用設備的不同，主要有輕型井點、噴射井點、電滲井點和深井泵井點等多種類型，可根據土的滲透系數，要求降低水位的深度及工程特點選用。輕型井點降水是在基坑開挖前預先在基坑四周打入（或沉入）若干根井管，井管下端1.5m左右為濾管，上面鉆有若干直徑約2mm的濾孔，外面用過濾層包扎起來。各個井管用集水管連接并抽水。由于使井管兩側一定范圍內的水位逐漸下降，各井管相互影響形成了一個連續的疏干區。在整個施工過程中保持不斷抽水，以保證在基坑開挖和基礎砌筑的整個過程中基坑始終保持著無水狀態。該法可以避免發生流砂和邊坡坍塌現象，且由于流水壓力對土層

14、還有一定的壓密作用。三、水中基坑開挖時的圍堰工程圍堰的定義：在水中修筑橋梁基礎時，開挖基坑前需在基坑周圍先修筑一道防水圍堰，把圍堰內水排干后，再開挖基坑修筑基礎。如排水較因難，也可在圍堰內進行水下挖土，挖至預定標高后先灌注水下封底混凝土，然后再抽干水繼續修筑基礎。在圍堰內不但可以修筑淺基礎，也可以修筑樁基礎等。圍堰的種類：土圍堰、草（麻）袋圍堰、鋼板樁圍堰、雙壁鋼圍堰和地下連續墻圍堰等。對圍堰的要求：1圍堰頂面標高應高出施工期間中可能出現的最高水位0.5m以上，有風浪時應適當加高。2修筑圍堰將壓縮河道斷面，使流速增大引起沖刷，或堵塞河道影響通航，因此要求河道斷面壓縮一般不超過流水斷面積的30%

15、。對兩邊河岸河堤或下游建筑物有可能造成危害時，必須征得有關單位同意并采取有效防護措施。3圍堰內尺寸應滿足基礎施工要求，留有適當工作面積，由基坑邊緣至堰腳距離一般不少于1m。4圍堰結構應能承受施工期間產生的土壓力、水壓力以及其他可能發生的荷載，滿足強度和穩定要求。圍堰應具有良好的防滲性能。（一）土圍堰和草袋圍堰在水深較淺（2m以內），流速緩慢，河床滲水較小的河流中修筑基礎可采用土圍堰或草袋圍堰。土圍堰用粘性土填筑，無粘性土時，也可用砂土類填筑，但須加寬堰身以加大滲流長度，砂土顆粒越大堰身越要加厚。圍堰斷面應根據使用土質條件，滲水程度及水壓力作用下的穩定確定。若堰外流速較大時，可在外側用草袋柴排防

16、護。圖2-9 圍囹法打鋼板樁此外，還可以用竹籠片石圍堰和木籠片石圍堰做水中圍堰，其結構由內外二層裝片石的竹（木）籠中間填粘土心墻組成。粘土心墻厚度不應小于2m。為避免片石籠對基坑頂部壓力過大，并為必要時變更基坑邊坡留有余地，片石籠圍堰內側一般應距基坑頂緣3m以上。（二）鋼板樁圍堰當水較深時，可采用鋼板樁圍堰。修建水中橋梁基礎常使用單層鋼板樁圍堰，其支撐（一般為萬能桿件構架，也采用浮箱拼裝）和導向（由槽鋼組成內外導環）系統的框架結構稱“圍囹”或“圍籠”（圖2-9）。（三）雙壁鋼圍堰在深水中修建橋梁基礎還可以采用雙壁鋼圍堰。雙壁鋼圍堰一般做成圓形結構，它本身實際上是個浮式鋼沉井。井壁鋼殼是由有加勁

17、肋的內外壁板和若干層水平鋼桁架組成，中空的井壁提供的浮力可使圍堰在水中自浮，使雙壁鋼圍堰在漂浮狀態下分層接高下沉。在兩壁之間設數道豎向隔艙板將圓形井壁等分為若干個互不連通的密封隔艙，利用向隔艙不等高灌水來控制雙壁圍堰下沉及調整下沉時的傾斜。井壁底部設置刃腳以利切土下沉。如需將圍堰穿過覆蓋層下沉到巖層而巖面高差又較大時，可做成高低刃腳密貼巖面。雙壁圍堰內外壁板間距一般為1.2m1.4m，這就使圍堰剛度很大，圍堰內無需設支撐系統。第三節 板樁墻的計算在基坑開挖時坑壁常用板樁予以支撐，板樁也用作水中橋梁墩臺施工時的圍堰結構。板樁墻的作用是擋住基坑四周的土體，防止土體下滑和防止水從坑壁周圍滲入或從坑底

18、上涌，避免滲水過大或形成流砂而影響基坑開挖。它主要承受土壓力和水壓力，因此，板樁墻本身也是擋土墻，但又非一般剛性擋墻，它在承受水平壓力時是彈性變形較大的柔性結構，它的受力條件與板樁墻的支撐方式、支撐的構造、板樁和支撐的施工方法以及板樁入土深度密切相關，需要進行專門的設計計算。一、側向壓力計算作用于板樁墻的外力主要來自坑壁土壓力和水壓力，或坑頂其它荷載（如挖、運土機械等）所引起的側向壓力。板樁墻土壓力計算比較復雜，由于它大多是臨時結構物，因此常采用比較粗略的近似計算，即不考慮板樁墻的實際變形，仍沿用古典土壓力理論計算作用于板樁墻上的土壓力。一般用朗金理論來計算不同深度z處每延米寬度內的主、被動土

19、壓力強度pa、pp(kPa)： （2-1） （2-2）二、懸臂式板樁墻的計算圖2-10所示的懸臂式板樁墻，因板樁不設支撐，故墻身位移較大，通常可用于擋土高度不大的臨時性支撐結構。懸臂式板樁墻的破壞一般是板樁繞樁底端b點以上的某點o轉動。這樣在轉動點o以上的墻身前側以及o點以下的墻身后側，將產生被動抵抗力，在相應的另一側產生主動土壓力。由于精確地確定土壓力的分布規律困難，一般近似地假定土壓力的分布圖形如圖2-17所示：墻身前側是被動土壓力（bcd），其合力為,并考慮有一定的安全系數K（一般取K=2）； 圖2-10懸臂式板樁墻的計算在墻身后方為主動土壓力（abe），合力為。另外在樁下端還作用有被動

20、土壓力，由于的作用位置不易確定，計算時假定作用在樁端b點。考慮到的實際作用位置應在樁端以上一段距離，因此，在最后求得板樁的入土深度t后，再適當增加1020%。三、單支撐（錨碇式）板樁墻的計算當基坑開挖高度較大時，不能采用懸臂式板樁墻，此時可在板樁頂部附近設置支撐或錨碇拉桿，成為單支撐板樁墻，如圖2-19所示。圖2-11 單支撐板樁墻的計算單支撐板樁墻的計算，可以把它作為有兩個支承點的豎直梁。一個支點是板樁上端的支撐桿或錨碇拉桿；另一個是板樁下端埋入基坑底下的土。下端的支承情況又與板樁埋入土中的深度大小有關，一般分為兩種支承情況；第一種是簡支支承，如圖2-11a。這類板樁埋入土中較淺，樁板下端允

21、許產生自由轉動；第二種是固定端支承，如圖2-12a。若板樁下端埋入土中較深，可以認為板樁下端在土中嵌固。1板樁下端簡支支承時的土壓力分布（圖2-11a）板樁墻受力后撓曲變形，上下兩個支承點均允許自由轉動，墻后側產生主動土壓力EA。由于板樁下端允許自由轉動，故墻后下端不產生被動土壓力。墻前側由于板樁向前擠壓故產生被動土壓力EP。由于板樁下端入土較淺，板樁墻的穩定安全度，可以用墻前被動土壓力EP除以安全系數K保證。此種情況下的板樁墻受力圖式如同簡支梁（圖2-19b），按照板樁上所受土壓力計算出的每延米板樁跨間的彎矩如圖2-19c所示，并以Mmax值設計板樁的厚度。2板樁下端固定支承時的土壓力分布（

22、圖2-12）板樁下端入土較深時，板樁下端在土中嵌固，板樁墻后側除主動土壓力EA外，在板樁下端嵌固點下還產生被動土壓力EP2。假定EP2作用在樁底b點處。與懸臂式板樁墻計算相同，板樁的入土深度可按計算值適當增加1020%。板樁墻的前側作用被動土壓力EP1。由于板樁入土較深，板樁墻的穩定性安全度由樁的入土深度保證，故被動土壓力EP1不再考慮安全系數。由于板樁下端的嵌固點位置不知道，因此，不能用靜力平衡條件直接求解板樁的入土深度t。在圖2-12中給出了板樁受力后的撓曲形狀， 圖2-12 下端為固定支承時的單支撐板樁計算 在板樁下部有一撓曲反彎點c，在c點以上板樁有最大正彎矩，c點以下產生最大負彎矩，

23、撓曲反彎點c相當于彎矩零點，彎矩分布圖如圖2-12所示。確定反彎點c的位置后，已知c點的彎矩等于零，則將板樁分成ac和cb兩段，根據平衡條件可求得板樁的入土深度t。 四、多支撐板樁墻計算當坑底在地面或水面以下很深時，為了減少板樁的彎矩可以設置多層支撐。支撐的層數及位置要根據土質、坑深、支撐結構桿件的材料強度，以及施工要求等因素擬定。板樁支撐的層數和支撐間距布置一般采用以下兩種方法設置：1等彎矩布置：當板樁強度已定，即板樁作為常備設備使用時，可按支撐之間最大彎矩相等的原則設置。2等反力布置：當把支撐作為常備構件使用時，甚至要求各層支撐的斷面都相等時，可把各層支撐的反力設計成相等。支撐系按在軸向力

24、作用下的壓桿計算，若支撐長度很大時，應考慮支撐自重產生的彎矩影響。從施工角度出發，支撐間距不應小于2.5m。圖2-13 多支撐板樁墻的位移及土壓力分布多支撐板樁上的土壓力分布形式與板樁墻位移情況有關，由于多支撐板樁墻的施工程序往往是先打好板樁，然后隨挖土隨支撐，因而板樁下端在土壓力作用下容易向內傾斜，如圖2-13中虛線所示。這種位移與擋土墻繞墻頂轉動的情況相似，但墻后土體達不到主動極限平衡狀態，土壓力不能按庫侖或朗金理論計算。根據試驗結果證明這時土壓力呈中間大、上下小的拋物線形狀分布，其變化在靜止土壓力與主動土壓力之間，如圖2-13所示。太沙基和佩克根據實測及模型試驗結果，提出作用在板樁墻上的

25、土壓力分布經驗圖形圖2-14 多支撐板樁墻上土壓力的分布圖形a）板樁支撐；b）松砂；c）密砂；d）粘土gH6cu；e）粘土gH4Cu多支撐板樁墻計算時，也可假定板樁在支撐之間為簡支支承，由此計算板樁彎矩及支撐作用力。圖2-15 基坑抽水后水頭差引起的滲流五、基坑穩定性驗算 （一）坑底流砂驗算 圖2-16 板樁支護的軟土滑動面假設若坑底土為粉砂、細砂等時，在基坑內抽水可能引起流砂的危險。一般可采用簡化計算方法進行驗算。其原則是板樁有足夠的入土深度以增大滲流長度，減少向上動水力。由于基坑內抽水后引起的水頭差h¢(圖2-15)造成的滲流，其最短滲流途徑為在流程t中水對土粒動水力應是垂直向上

26、的，故可要求此動水力不超過土的有效重度gb，則不產生流砂的安全條件為 （2-3）式中：K安全系數，取2.0；i水力梯度，;gw水的重度。由此可計算確定板樁要求的入土深度t。 （二）坑底隆起驗算開挖較深的軟土基坑時，在坑壁土體自重和坑頂荷載作用下，坑底軟土可能受擠在坑底發生隆起現象。常用簡化方法驗算，即假定地基破壞時會發生如圖2-16所示滑動面，其滑動面圓心在最底層支撐點A處，半徑為x，垂直面上的抗滑阻力不予考慮，則滑動力矩為 （2-4）穩定力矩為 < （2-5）式中：Su滑動面上不排水抗剪強度，如土為飽和軟粘土，則j=0，Su = Cu。Mg與Md之比即為安全系數K，如基坑處地層土質均勻

27、，則安全系數為式中以弧度表示。六、封底混凝土厚度計算圖2-17 封底混凝土最小厚度有時鋼板樁圍堰需進行水下封底混凝土后在圍堰內抽水修筑基礎和墩身，在抽干水后封底混凝土底面因圍堰內外水頭差而受到向上的靜水壓力，若板樁圍堰和封底混凝土之間的粘結作用不致被靜水壓力破壞，則封底混凝土及圍堰有可能被水浮起，或者封底混凝土產生向上撓曲而折裂，因而封底混凝土應有足夠的厚度，以確保圍堰安全。作用在封底層的浮力是由封底混凝土和圍堰自重，以及板樁和土的摩阻力來平衡的。當板樁打入基底以下深度不大時，平衡浮力主要靠封底混凝土自重，若封底混凝土最小厚度為x，如圖2-17，則： (2-6)式中：m考慮未計算樁土間摩阻力和

28、圍堰自重的修正系數，小于1，具體數值由經驗確定；gw水的重度，取10kN/m3;gc混凝土重度，取23kN/m3;h封底混凝土頂面處水頭高度（m）。如板樁打入基坑下較深，板樁與土之間摩阻力較大，加上封底層及圍堰自重整個圍堰不會被水浮起，此時封底層厚度應由其強度確定。現一般按容許應力法并簡化計算，假定封底層為一簡支單向板，其頂面在靜水壓力作用下產生彎曲拉應力：經整理得 (2-7)由此可解得封底混凝土層厚x式中：W封底層每米寬斷面的截面模量（m3）；l 圍堰寬度（m）；s水下混凝土容許彎曲應力，考慮水下混凝土表層質量較差、養護時間短等因素，不宜取值過高，一般用100200kPa。封底混凝土灌注時厚

29、度宜比計算值超過0.250.50m,以便在抽水后將頂層浮漿、軟弱層鑿除，以保證質量。當需要進一步計算封底混凝土層厚度時可參照教材第五章沉井基礎式（5-54）進行。第四節 地基容許承載力的確定地基容許承載力的確定一般有以下四種方法：1在土質基本相同的條件下，參照鄰近建筑物地基容許承載力；2根據現場荷載試驗的p-s曲線；3按地基承載力理論公式計算；4按現行規范提供的經驗公式計算。按照我國公路橋涵地基與基礎設計規范（JTJ024-85）（以下簡稱為公橋基規）提供的經驗公式和數據來確定地基容許承載力的步驟和方法如下：1確定土的分類名稱2確定土的狀態3確定土的容許承載力當基礎最小邊寬超過2m或基礎埋深超

30、過3m，且h/b4時，上述一般地基上（除凍土和巖石外）的容許承載力s可按下式計算： (2-8)式中：s0當基礎最小邊寬b2m，埋置深度h3m的地基土容許承載力（kPa），可直接從規范查取。 b基礎驗算剖面底面最小邊寬(或直徑)（m），當b<2m時，取b=2m計；當b>10m時，按10m計算； h基礎底面的埋置深度(m)，對于受水流沖刷的基礎，由一般沖刷線算起；不受水流沖刷的基礎，由天然地面算起，位于挖方內的基礎，由開挖后地面算起；當h<3m時，取h=3m；g1基底下持力層土的天然重度(kN/m3)，如持力層在水面以下且為透水性土時，應取用浮重度；g2基底以上土的重度（如為多層

31、土時用換算重度）(kN/m3)，如持力層在水面以下且為不透水性土時，不論基底以上土的透水性質如何，應一律采用飽和重度，如持力層為透水性土時，應一律采用浮重度；K1、K2按持力層土類確定在基礎寬度和深度方面的修正系數。 式（2-9）第二項是基礎在驗算剖面底面寬大于2m時地基容許承載力的修正提高值。式（2-9）第三項是基礎埋深超過3m時地基容許承載力的提高值。當計算荷載為公路橋涵設計通用規范（JTJ021-89）中組合、時，且地基容許承載力不小于150kPa的地基，地基容許承載力可以參照公橋基規提高25%。當受到地震力作用時，應按公路工程抗震設計規范的規定確定。第五節 剛性擴大基礎的設計與計算剛性

32、擴大基礎的設計與計算的主要內容：基礎埋置深度的確定；剛性擴大基礎尺寸的擬定；地基承載力驗算；基底合力偏心距驗算；基礎穩定性和地基穩定性驗算；基礎沉降驗算。一、基礎埋置深度的確定 在確定基礎埋置深度時，必須考慮把基礎設置在變形較小，而強度又比較大的持力層上，以保證地基強度滿足要求，而且不致產生過大的沉降或沉降差。此外還要使基礎有足夠的埋置深度，以保證基礎的穩定性，確保基礎的安全。確定基礎的埋置深度時，必須綜合考慮以下各種因素的作用。（一）地基的地質條件覆蓋土層較薄（包括風化巖層）的巖石地基，一般應清除覆蓋土和風化層后，將基礎直接修建在新鮮巖面上；如巖石的風化層很厚，難以全部清除時，基礎放在風化層

33、中的埋置深度應根據其風化程度、沖刷深度及相應的容許承載力來確定。如巖層表面傾斜時，不得將基礎的一部分置于巖層上，而另一部分則置于土層上，以防基礎因不均勻沉降而發生傾斜甚至斷裂。在陡峭山坡上修建橋臺時，還應注意巖體的穩定性。當基礎埋置在非巖石地基上，如受壓層范圍內為均質土，基礎埋置深度除滿足沖刷、凍脹等要求外，可根據荷載大小，由地基土的承載能力和沉降特性來確定（同時考慮基礎需要的最小埋深）。當地質條件較復雜如地層為多層土組成等或對大中型橋梁及其它建筑物基礎持力層的選定，應通過較詳細計算或方案比較后確定。（二）河流的沖刷深度在有水流的河床上修建基礎時，要考慮洪水對基礎下地基土的沖刷作用，洪水水流越

34、急，流量越大，洪水的沖刷越大，整個河床面被洪水沖刷后要下降，這叫一般沖刷，被沖下去的深度叫一般沖刷深度。同時由于橋墩的阻水作用，使洪水在橋墩四周沖出一個深坑，這叫局部沖刷。因此，在有沖刷的河流中，為了防止橋梁墩、臺基礎四周和基底下土層被水流掏空沖走以致倒塌，基礎必須埋置在設計洪水的最大沖刷線以下不小于1m。特別是在山區和丘陵地區的河流，更應注意考慮季節性洪水的沖刷作用。 （三）當地的凍結深度 在寒冷地區，應該考慮由于季節性的冰凍和融化對地基土引起的凍脹影響。對于凍脹性土，如土溫在較長時間內保持在凍結溫度以下，水分能從未凍結土層不斷地向凍結區遷移，引起地基的凍脹和隆起，這些都可能使基礎遭受損壞。

35、為了保證建筑物不受地基土季節性凍脹的影響，除地基為非凍脹性土外，基礎底面應埋置在天然最大凍結線以下一定深度。（四）上部結構型式上部結構的型式不同，對基礎產生的位移要求也不同。對中、小跨度簡支梁橋來說，這項因素對確定基礎的埋置深度影響不大。但對超靜定結構即使基礎發生較小的不均勻沉降也會使內力產生一定變化。例如對拱橋橋臺，為了減少可能產生的水平位移和沉降差值，有時需將基礎設置在埋藏較深的堅實土層上。（五）當地的地形條件當墩臺、擋土墻等結構位于較陡的土坡上，在確定基礎埋深時，還應考慮土坡連同結構物基礎一起滑動的穩定性。由于在確定地基容許承載力時，一般是按地面為水平的情況下確定的，因而當地基為傾斜土坡

36、時，應結合實際情況，予以適當折減并采取以下措施。若基礎位于較陡的巖體上，可將基礎做成臺階形，但要注意巖體的穩定性。 （六）保證持力層穩定所需的最小埋置深度 地表土在溫度和濕度的影響下，會產生一定的風化作用，其性質是不穩定的。加上人類和動物的活動以及植物的生長作用，也會破壞地表土層的結構，影響其強度和穩定，所以一般地表土不宜作為持力層。為了保證地基和基礎的穩定性，基礎的埋置深度（除巖石地基外）應在天然地面或無沖刷河底以下不小于1m。除此以外，在確定基礎埋置深度時，還應考慮相鄰建筑物的影響，如新建筑物基礎比原有建筑物基礎深，則施工挖土有可能影響原有基礎的穩定。施工技術條件（施工設備、排水條件、支撐

37、要求等）及經濟分析等對基礎埋深也有一定影響，這些因素也應考慮。上述影響基礎埋深的因素不僅適用于天然地基上的淺基礎，有些因素也適用于其它類型的基礎（如沉井基礎）。二、剛性擴大基礎尺寸的擬定主要根據基礎埋置深度確定基礎平面尺寸和基礎分層厚度。所擬定的基礎尺寸，應是在可能的最不利荷載組合的條件下，能保證基礎本身有足夠的結構強度，并能使地基與基礎的承載力和穩定性均能滿足規定要求，并且是經濟合理的。基礎厚度：應根據墩、臺身結構形式，荷載大小，選用的基礎材料等因素來確定。基底標高應按基礎埋深的要求確定。水中基礎頂面一般不高于最低水位，在季節性流水的河流或旱地上的橋梁墩、臺基礎，則不宜高出地面，以防碰損。這

38、樣，基礎厚度可按上述要求所確定的基礎底面和頂面標高求得。在一般情況下，大、中橋墩、臺混凝土基礎厚度在1.02.0m左右。基礎平面尺寸：基礎平面形式一般應考慮墩、臺身底面的形狀而確定，基礎平面形狀常用矩形。基礎底面長寬尺寸與高度有如下的關系式。 式中：l墩、臺身底截面長度(m)；d墩、臺身底截面寬度(m)；H基礎高度(m)；a墩、臺身底截面邊緣至基礎邊緣線與垂線間的夾角。 基礎剖面尺寸：剛性擴大基礎的剖面形式一般做成矩形或臺階形，如圖2-18所示。自墩、臺身底邊緣至基頂邊緣距離c1稱襟邊，其作用一方面是擴大基底面積增加基礎承載力，同時也便于調整基礎施工時在平面尺寸上可能發生的誤差，也為了支立墩、

39、臺身模板的需要。其值應視基底面積的要求、基礎厚度及施工方法而定。橋梁墩臺基礎襟邊最小值為20cm30cm。圖2-18 剛性擴大基礎剖面、平面圖基礎較厚（超過1m以上）時，可將基礎的剖面澆砌成臺階形，如圖2-18所示。基礎懸出總長度（包括襟邊與臺階寬度之和），應使懸出部分在基底反力作用下，在a-a截面（圖2-18b）所產生的彎曲拉力和剪應力不超過基礎圬工的強度限值。所以滿足上述要求時，就可得到自墩臺身邊緣處的垂線與基底邊緣的聯線間的最大夾角amax，稱為剛性角。在設計時，應使每個臺階寬度ci與厚度ti保持在一定比例內，使其夾角aiamax，這時可認為屬剛性基礎，不必對基礎進行彎曲拉應力和剪應力的

40、強度驗算，在基礎中也可不設置受力鋼筋。剛性角amax的數值是與基礎所用的圬工材料強度有關。基礎每層臺階高度ti，通常為0.50m1.00m，在一般情況下各層臺階宜采用相同厚度。三、地基承載力驗算地基承載力驗算包括持力層強度驗算，軟弱下臥層驗算和地基容許承載力的確定。 （一）持力層強度驗算持力層是指直接與基底相接觸的土層，持力層承載力驗算要求荷載在基底產生的地基應力不超過持力層的地基容許承載力。其計算式為： （2-9）式中：基底應力（kPa）；N基底以上豎向荷載（kN）；A基底面積（m2）；M作用于墩、臺上各外力對基底形心軸之力矩，其中Ti為水平力，hi為水平作用點至基底的距離，Pi為豎向力，e

41、i為豎向力Pi作用點至基底形心的偏心距，eo為合力偏心距；W基底截面模量（m3），對矩形基礎，為基底核心半徑；基底處持力層地基容許承載力（kPa）。對公路橋梁，通常基礎橫向長度比順橋向寬度大的多，同時上部結構在橫橋向布置常是對稱的，故一般由順橋向控制基底應力計算。但對通航河流或河流中有漂流物時，應計算船舶撞擊力或漂流物撞擊力在橫橋向產生的基底應力，并與順橋向基底應力比較，取其大者控制設計。在曲線上的橋梁，除順橋向引起的力矩Mx外，尚有離心力（橫橋向水平力）在橫橋向產生的力矩My；若橋面上活載考慮橫向分布的偏心作用時，則偏心豎向力對基底兩個方向中心軸均有偏心距（圖2-19），并產生偏心距Mx =

42、N·ex，My =N·ey。故對于曲線橋，計算基底應力時，應按下式計算： （2-10）式中：分別為外力對基底順橋向中心軸和橫橋向中心軸之力矩；分別為基底對x、y軸之截面模量。對式（2-9）和式（2-10）中的N值及M（或Mx、My）值，應按能產生最大豎向Nmax的最不利荷載組合與此相對應的M值，和能產生最大力矩Mmax時的最不利荷載組合與此相對應的N值，分別進行基底應力計算，取其大者控制設計。（二）軟弱下臥層承載力驗算當受壓層范圍內地基為多層土（主要指地基承載力有差異而言）組成，且持力層以下有軟弱下臥層（指容許承載力小于持力層容許承載力的土層），這時還應驗算軟弱下臥層的承載

43、力，驗算時先計算軟弱下臥層頂面A（在基底形心軸下）的應力（包括自重應力及附加力）不得大于該處地基土的容許承載力（圖2-20）。即 （2-11）式中：相應于深度(h+z)以內土的換算重度（kN/m3）；深度h范圍內土層的換算重度（kN/m3）；h 基底埋深（m）；z 從基底到軟弱土層頂面的距離（m）；基底中心下土中附加應力系數，可按土力學教材或規范提供系數表查用；由計算荷載產生的基底壓應力（kPa），當基底壓應力為不均勻分布且z/b（或z/d）>1時，為基底平均壓應力，當z/b（或z/d）1時，按基底應力圖形采用距最大應力邊b/3b/4處的壓應力（其中b為矩形基礎的短邊寬度，d為圓形基礎直

44、徑）；軟下臥層頂面處的容許承載力（kPa），可按式（2-8）計算。 圖2-19 偏心豎直力作用在任意點 圖2-20 軟弱下臥層承載力驗算當軟弱下臥層為壓縮性高而且較厚的軟粘土，或當上部結構對基礎沉降有一定要求時，除承載力應滿足上述要求外，還應驗算包括軟弱下臥層的基礎沉降量。四、基底合力偏心距驗算控制基底合力偏心距的目的是盡可能使基底應力分布比較均勻，以免基底兩側應力相差過大，使基礎產生較大的不均勻沉降，使墩、臺發生傾斜，影響正常使用。若使合力通過基底中心，雖然可得均勻的應力，但這樣做非但不經濟，往往也是不可能的，所以在設計時，根據有關設計規范的規定，按以下原則掌握。對于非巖石地基：以不出現拉應

45、力為原則：當墩、臺僅受恒載作用時，基底合力偏心距e0應分別不大于基底核心半徑的0.1倍（橋墩）和0.75倍（橋臺）；當墩、臺受荷載組合、時，由于一般是短時的，因此對基底偏心距的要求可以放寬，一般只要求基底偏心距e0不超過核心半徑即可。對于修建在巖石地基上的基礎：可以允許出現拉應力，根據巖石的強度，合力偏心距e0最大可為基底核心半徑的1.21.5倍，以保證必要的安全儲備（具體規定可參閱有關橋涵設計規范）。當外力合力作用點不在基底二個對稱軸中任一對稱軸上，或當基底截面為不對稱時，可直接按下式求e0與的比值，使其滿足規定的要求： （2-12）式中符號意義同前，但要注意N和應在同一種荷載組合情況下求得

46、。在驗算基底偏心距時，應采用計算基底應力相同的最不利荷載組合。五、基礎穩定性和地基穩定性驗算基礎穩定性驗算包括基礎傾覆穩定性驗算和基礎滑動穩定性驗算。此外，對某些土質條件下的橋臺、擋土墻還要驗算地基的穩定性，以防橋臺、擋土墻下地基的滑動。 （一）基礎穩定性驗算圖2-21 基礎傾覆穩定性計算1基礎傾覆穩定性驗算基礎傾覆或傾斜除了地基的強度和變形原因外，往往發生在承受較大的單向水平推力而其合力作用點又離基礎底面的距離較高的結構物上，如擋土墻或高橋臺受側向土壓力作用，大跨度拱橋在施工中墩、臺受到不平衡的推力，以及在多孔拱橋中一孔被毀等，此時在單向恒載推力作用下，均可能引起墩、臺連同基礎的傾覆和傾斜。

47、理論和實踐證明，基礎傾覆穩定性與合力的偏心距有關。合力偏心距愈大，則基礎抗傾覆的安全儲備愈小，如圖2-21所示，因此，在設計時，可以用限制合力偏心距e0來保證基礎的傾覆穩定性。設基底截面重心至壓力最大一邊的邊緣的距離為y（荷載作用在重心軸上的矩形基礎），見圖2-21，外力合力偏心距e0，則兩者的比值可反映基礎傾覆穩定性的安全度，稱為抗傾覆穩定系數。即 （2-13）式中： 其中：Pi各豎直分為；ei相應于各豎直分力Pi作用點至基礎底面形心軸的距離；Ti各水平分力；hi相應于各水平分力作用點至基底的距離。如外力合力不作用在形心軸上（如圖2-21b）或基底截面有一個方向為不對稱，而合力又不作用在形心

48、軸上（圖2-21c），基底壓力最大一邊的邊緣線應是外包線，如圖2-21b、c中的I-I線，y值應是通過形心與合力作用點的連線并延長與外包線相交點至形心的距離。不同的荷載組合，在不同的設計規范中，對抗傾覆穩定系數K0的容許值均有不同要求，一般對主要荷載組合K01.5，在各種附加荷載組合時，K01.11.3。2基礎滑動穩定性驗算基礎在水平推力作用下沿基礎底面滑動的可能性即基礎抗滑動安全度的大小，可用基底與土之間的摩擦阻力和水平推力的比值Kc來表示，Kc稱為抗滑動穩定系數。即 （2-14）式中：基礎底面（圬工材料）與地基之間的摩擦系數；符號意義同前。驗算橋臺基礎的滑動穩定性時，如臺前填土保證不受沖刷，可同時考慮計入與臺后土壓力方向相反的臺前土壓力，其數值可按主動或靜止土壓力進行計算。按式（2-14）求得的抗滑動穩定系數Kc值，必須大于規范規定的設計容許值，一般根據荷載性質，K01.21.3。修建在非巖石地基上的拱橋橋臺基礎，在拱的水平推力和力矩作用下，基礎可能向路堤方向滑移或轉動，此項水平位移和轉動還與臺后土抗力的大小有關。（二）地基穩定性驗算位于軟土地基上較高的橋臺需驗算橋臺沿滑裂曲面滑動