1、橋梁深基礎工程講義橋梁深基礎工程講義 第一講第一講 面向二十一世紀的深基礎工程面向二十一世紀的深基礎工程 l1深基礎工程的概念設計越來越重要深基礎工程的概念設計越來越重要l 2深基礎工程中存在的主要力學問題深基礎工程中存在的主要力學問題l 土壓力計算土壓力計算 l 土的本構模型土的本構模型 l 時空效應時空效應 l 可靠度理論可靠度理論 l 沉降問題沉降問題 l3深基礎工程中的計算機應用和深基礎工程中的計算機應用和 、集成智能系統、集成智能系統l 4超超長樁基設計與施工的重要變革長樁基設計與施工的重要變革-沉降控制沉降控制l 5地基、基礎、上部結構整體共同作用地基、基礎、上部結構整體共同作用

2、理論的建立和廣泛應理論的建立和廣泛應l 6逆筑法更加完善與廣泛應用逆筑法更加完善與廣泛應用 l 7深基坑支護展望深基坑支護展望l 8深基坑支護展望深基坑支護展望 二十一世紀深基礎工程隨著大跨度橋二十一世紀深基礎工程隨著大跨度橋梁飛速發展而發展。梁飛速發展而發展。 深基礎在橋梁、高層建筑、高塔、筒深基礎在橋梁、高層建筑、高塔、筒倉等建倉等建( (構構) )筑物中得到廣泛應用。深基礎筑物中得到廣泛應用。深基礎的建造技術復雜的建造技術復雜, ,施工風險很大并對施工施工風險很大并對施工設備和技術的依賴性很強。設備和技術的依賴性很強。 如果深基礎工程一旦發生事故如果深基礎工程一旦發生事故, ,往往對往往

3、對環境造成很大的影響和損失環境造成很大的影響和損失, ,事后工作處事后工作處理也很困難。理也很困難。1.1.深基礎工程的概念設計越來越重要深基礎工程的概念設計越來越重要 l 目前,深基礎工程設計與施工出現“事故多、花費多、浪費大”的現象,因此其概念設計越來越重要。l 一定要按照黃熙齡院士提出的設計三原則(地基承載力、變形和結構穩定性要求地基承載力、變形和結構穩定性要求)執行。l 根據約100個深基礎事故的調查表明,由于概念設計和計算有誤的達到25%以上。1 .1深基礎的類型和適用條件深基礎的類型和適用條件l 深基礎的類型常包括箱基礎、樁基礎、樁基礎、樁箱基礎、樁筏基礎樁箱基礎、樁筏基礎,沉箱、

4、沉井沉箱、沉井等。l 深基礎的選型必須根據場地的深基礎的選型必須根據場地的工程地質工程地質、水水文地質文地質和和環境條件環境條件,滿足結構設計的穩定要求。對滿足結構設計的穩定要求。對天然地基承載力較低、建筑物對地基的沉降和結天然地基承載力較低、建筑物對地基的沉降和結構穩定性要求較高時構穩定性要求較高時,要特別重視深基礎的適用條要特別重視深基礎的適用條件件。l 環境對深基礎工程的概念設計和施工有重要的影響和制約。1.2深基礎與上部結構的關系深基礎與上部結構的關系l 深基礎埋深問題深基礎埋深問題l 要認真研究大跨高墩及高層建筑結構的穩定性問題,根據不同條件確定基礎最淺埋深。l 深基礎筏板深基礎筏板

5、(筏基及箱基筏基及箱基)厚度厚度l 要從理論上研究此厚度與上部結構體系的關系,找出其最佳值。l深基礎中樁基深基礎中樁基 l 樁長和最佳樁徑問題。由于持力層的限制,所以最佳樁徑對每個特定工程而言,是很容易找到的。 l沉降與樁數的關系沉降與樁數的關系l 按沉降控制設計樁基,在某一樁長確定后,找到沉降與樁數的關系。如果持力層不受限制,樁的沉降在樁數確定以后,與樁長也有關系。l深基礎與上部結構統一設計理論深基礎與上部結構統一設計理論。2 2深基礎工程中存在的主要力學問題深基礎工程中存在的主要力學問題l 深基礎工程相對上部結構而言,其最大的難題是力學問題,很多問題說不清楚。真是“上天容易入地難”。l 以

6、下提出五個主要的、至今還沒有解決的力學問題。2 .1土壓力計算土壓力計算 l 目前在土壓力的計算中,仍主要采用經典的朗肯與庫侖土壓力理論。這兩種土壓力理論是根據土的極限平衡條件和一些假定條件推導而來的,在實際工程的土壓力計算中發揮了非常重要的作用。l 但但深基礎工程中的土壓力明顯地不同于剛性深基礎工程中的土壓力明顯地不同于剛性擋土墻的土壓力擋土墻的土壓力,一方面土體一般不處在極限平衡一方面土體一般不處在極限平衡狀態狀態,另一方面土的實際情況與經典土壓力理論的另一方面土的實際情況與經典土壓力理論的有關假定相差較遠有關假定相差較遠,影響土壓力的因素更為復雜影響土壓力的因素更為復雜。 l 為了得到更

7、切合實際的土壓力,除了理論研究外,應特別注意進行大量的現場土壓力測試工作、注意區域土壓力的差別,從根本上著手研究土的本構模型以進行數值計算和分析,并且將理論計算和實測土壓力進行對照,以期能得到一個較為合理的半經驗半理論的公式。l 2. 2土的本構模型土的本構模型 l 土的本構模型不僅是土力學的基本問題土的本構模型不僅是土力學的基本問題,而且也而且也是深基礎工程中的一個重要和關鍵的問題。是深基礎工程中的一個重要和關鍵的問題。l 近20年來,各國學者提出了百多個本構模型,但在工程中應用較廣的仍然是線彈性模型、鄧肯-張非線性彈性模型與其它較簡單的和較容易測定參數的模型,l 彈塑性模型雖然在理論上有較

8、大的優越性,但在工程實踐中仍采用不多。土的本構模型研究是前瞻性、基礎性的研究,它涉及計算的準確性、實用性和經濟性,對深基礎工程具有重要的意義,今后應當繼續研究比較簡單而又實用的計算方法和模型,并且可以和土的三相結構理論結合起來進行研究。2 .3時空效應時空效應l 軟土地基中的深基礎工程存在著較明顯的軟土地基中的深基礎工程存在著較明顯的時空效應時空效應.l 即深基礎工程的穩定、變形與深基礎施即深基礎工程的穩定、變形與深基礎施工過程中每個步驟的空間幾何尺寸和某些工過程中每個步驟的空間幾何尺寸和某些施工環節的暴露時間等施工環節的暴露時間等施工參數施工參數, ,有著明顯有著明顯時間空間概念及相關性。時

9、間空間概念及相關性。l 在深基礎工程中考慮時空效應在深基礎工程中考慮時空效應, ,主要是為了改善主要是為了改善深基礎工程的設計施工方法深基礎工程的設計施工方法, ,制定科學、經濟、合制定科學、經濟、合理的施工工藝理的施工工藝, ,達到深基礎工程穩定和控制變形的達到深基礎工程穩定和控制變形的目的。目的。l 時間效應時間效應和和空間效應空間效應往往互相聯系往往互相聯系,共同作用于共同作用于深基礎工程。目前對時空效應還沒有較完整的理深基礎工程。目前對時空效應還沒有較完整的理論計算論計算,一般采用有限元法來分析一般采用有限元法來分析,但只能做一定但只能做一定程度的理論探討程度的理論探討,實際應用時還按

10、工程經驗進行某實際應用時還按工程經驗進行某些估算和判斷。些估算和判斷。l 這些估算和判斷結果對施工工藝、施工過程也這些估算和判斷結果對施工工藝、施工過程也具有十分重要的作用。避免了不少事故的發生具有十分重要的作用。避免了不少事故的發生, ,有有明顯的經濟效益明顯的經濟效益。2. 4可靠度理論可靠度理論l 由于深基礎工程本身的不確定性和復雜由于深基礎工程本身的不確定性和復雜性性, ,決定了它的風險較大決定了它的風險較大, ,前面也提到在深基前面也提到在深基礎工程的分析計算中礎工程的分析計算中, ,計算模型、參數和土計算模型、參數和土壓力荷載等不確定的因素很多壓力荷載等不確定的因素很多。l 通過運

11、用以概率論和數理統計學為基礎通過運用以概率論和數理統計學為基礎的可靠性理論，在確保深基礎工程安全的的可靠性理論，在確保深基礎工程安全的前提下前提下,所有深基礎工程還必須追求合理的所有深基礎工程還必須追求合理的造價。造價。l還由于深基礎工程中包含了多個相互聯系、相互作用的部分,破壞模式也多種多樣,而破壞的后果又往往很嚴重,因此應當進行全面系統的分析,既要分析深基礎整體的可靠度,又要分析單個構件的可靠度;既要分析方案的安全度,又要分析方案的經濟成本,從多個方案中選出對減小風險最經濟的方案。2 .5沉降問題沉降問題l 深基礎工程中沉降和差異沉降是一個重要的問題。l 目前對于地基的沉降計算目前對于地基

12、的沉降計算,常將地基土視做常將地基土視做純粹彈性材料純粹彈性材料,按經典彈性理論計算地基中按經典彈性理論計算地基中的應力分布的應力分布,用單向固結儀測定土的彈性模用單向固結儀測定土的彈性模量后量后,再按分層總和法計算沉降。再按分層總和法計算沉降。 由于以上假定與地基土的實際情況不完全相符由于以上假定與地基土的實際情況不完全相符, ,且試驗參數也與原狀土有所不同且試驗參數也與原狀土有所不同, ,因此沉降的計算因此沉降的計算結果同實測結果往往差別較大結果同實測結果往往差別較大。 l 所以現行“規范規范”中規定了一個經驗修中規定了一個經驗修正系數正系數, ,顯然這只能作為一種粗略的估算顯然這只能作為

13、一種粗略的估算。深基礎工程的沉降涉及的因素更多深基礎工程的沉降涉及的因素更多, ,計算更計算更加復雜加復雜, ,而要求計算的準確度更高而要求計算的準確度更高, ,應該說應該說, ,高高層建筑深基礎沉降計算問題還遠沒有解決。層建筑深基礎沉降計算問題還遠沒有解決。l為了提高深基礎工程沉降計算的準確性為了提高深基礎工程沉降計算的準確性, ,目目前應對深基礎工程的地基沉降進行大量和前應對深基礎工程的地基沉降進行大量和長期的觀測工作長期的觀測工作, ,積累實測資料積累實測資料, ,并將實測值并將實測值與計算值進行對比分析與計算值進行對比分析, ,從而找到適合本地從而找到適合本地區沉降計算的經驗方法。區沉

14、降計算的經驗方法。國內外在這方面的實國內外在這方面的實測資料都不多。測資料都不多。3 深基礎工程中的計算機應用和深基礎工程中的計算機應用和、集成智能系統、集成智能系統l 采用國際上普遍接受的力學原理、充分考慮土的采用國際上普遍接受的力學原理、充分考慮土的非線性和固結特性非線性和固結特性,將地基基礎和上部結構視為一將地基基礎和上部結構視為一個整體個整體,按整體共同作用進行分析按整體共同作用進行分析,并一體化完成并一體化完成從分析計算到繪制施工圖的工作。從分析計算到繪制施工圖的工作。l 在深基礎工程系統的開發過程中在深基礎工程系統的開發過程中,還應遵循還應遵循理論研究、數值分析和現場工程實測相結合

15、的技理論研究、數值分析和現場工程實測相結合的技術原則。此外術原則。此外,系統和系統必須有完系統和系統必須有完善的前后處理功能、方便易用的圖形用戶界面和善的前后處理功能、方便易用的圖形用戶界面和良好的在線文檔使用說明系統。良好的在線文檔使用說明系統。4超長樁基設計與施工的重要變革超長樁基設計與施工的重要變革-沉降控制沉降控制l 目前樁基礎的設計目前樁基礎的設計( (包括相關規范包括相關規范) )是按承載力是按承載力( (強強度度) )考慮的考慮的, ,即認為所有的上部結構荷載都由樁承即認為所有的上部結構荷載都由樁承擔擔, ,樁間土幾乎不承擔荷載樁間土幾乎不承擔荷載, ,并根據這一原則來設并根據這

16、一原則來設計計算樁的數量和布樁。計計算樁的數量和布樁。l 但近年來的許多研究表明但近年來的許多研究表明, ,對于群樁基礎對于群樁基礎,為了為了建立豎向剛度較大的樁土混合地基所需要建立豎向剛度較大的樁土混合地基所需要的樁數并不多的樁數并不多,即按沉降控制設計的樁數比即按沉降控制設計的樁數比目前按承載力控制設計的樁數要少目前按承載力控制設計的樁數要少,一般可一般可減少減少10%以上以上。l此外此外, ,在軟土地基中很多工程所處天然地基在軟土地基中很多工程所處天然地基的強度能滿足設計荷載要求的強度能滿足設計荷載要求, ,但地基的沉降但地基的沉降過大過大, ,對于這種情形對于這種情形, ,樁可視為減少

17、沉降的措樁可視為減少沉降的措施和構件。由于在沉降控制設計中施和構件。由于在沉降控制設計中, ,考慮了考慮了樁與樁間土的共同作用樁與樁間土的共同作用, ,可以比按承載力控可以比按承載力控制的設計較顯著地減少樁數。制的設計較顯著地減少樁數。 l 近年來在國內設計和施工了一些超長樁基工程項目近年來在國內設計和施工了一些超長樁基工程項目, ,均取得了成功。均取得了成功。5地基、基礎、上部結構整體共同作用理地基、基礎、上部結構整體共同作用理論的建立和廣泛應用論的建立和廣泛應用l 上部結構與地基基礎整體共同作用是把上部結構、上部結構與地基基礎整體共同作用是把上部結構、基礎、地基基礎、地基(若有樁基礎則包括

18、樁若有樁基礎則包括樁)作為一個整體作為一個整體進行計算分析進行計算分析,強調滿足上部結構、基礎、地基在強調滿足上部結構、基礎、地基在相互接觸處的位移協調條件相互接觸處的位移協調條件。l 通過工程實踐發現通過工程實踐發現,用常規設計方法設計的上部結用常規設計方法設計的上部結構構,其設計內力值與實測內力值有很大的差距其設計內力值與實測內力值有很大的差距,在在底層梁柱和邊跨梁柱中的差距尤為明顯底層梁柱和邊跨梁柱中的差距尤為明顯,而基礎的而基礎的設計內力值則比實測內力值偏大較多設計內力值則比實測內力值偏大較多。l 目前地基目前地基 基礎基礎 上部結構整體共同作用理論上部結構整體共同作用理論(以下以下簡

19、稱為整體共同作用理論簡稱為整體共同作用理論)還處在局部研究還處在局部研究,個別個別經驗的階段經驗的階段,還未形成一個比較成熟的理論體系還未形成一個比較成熟的理論體系,在實踐中還未被廣泛地應用在實踐中還未被廣泛地應用,很多研究結論還未納很多研究結論還未納入規范入規范。l 由于整體共同作用通常都是三維空間問題由于整體共同作用通常都是三維空間問題,計算計算量相當大量相當大,加上地基土的物理力學性質與鋼筋、混加上地基土的物理力學性質與鋼筋、混凝土等材料的物理力學性質有很大的差別、且難凝土等材料的物理力學性質有很大的差別、且難以研究以研究,所以共同作用的分析難度很大所以共同作用的分析難度很大,相當復雜相

20、當復雜繁瑣。繁瑣。同時也還沒有類似于上部結構的、同時也還沒有類似于上部結構的、那樣比較成熟實、那樣比較成熟實用的分析軟件用的分析軟件。6.逆筑法更加完善與廣泛應用逆筑法更加完善與廣泛應用 l深基礎工程的傳統施工方法是先向下開挖深基礎工程的傳統施工方法是先向下開挖基坑、待開挖至設計標高后基坑、待開挖至設計標高后,澆筑鋼筋混凝澆筑鋼筋混凝土底板、再自下而上逐層施工各層地下室土底板、再自下而上逐層施工各層地下室結構和上部結構。結構和上部結構。l 這種傳統的施工方法存在許多問題這種傳統的施工方法存在許多問題,如深基礎工程如深基礎工程的施工時間很長、基坑支護結構的設置困難很大、的施工時間很長、基坑支護結

21、構的設置困難很大、支護結構的材料和人工的浪費支護結構的材料和人工的浪費;支護結構水平側移支護結構水平側移并引起的地面沉降、基坑施工過程中降水引起的并引起的地面沉降、基坑施工過程中降水引起的地面沉降及其對周圍環境的影響等等。地面沉降及其對周圍環境的影響等等。 l 為了改善和克服傳統施工方法的這些弊病,一種新的深基礎施工方法 逆筑法在國內外得到廣泛應用。運用逆筑法,可明顯縮短深基礎工程施工的總工期、減小基坑的變形和相鄰建筑物的沉降、使底板設計更加合理、節省支護結構的支撐費用,降低工程造價,尤其是保障了深基礎工程的施工安全。l 我國應用逆筑法建造了若干工程取得成功,但還缺乏專門為逆筑法開發的系統和計

22、算機輔助施工用的系統。l 逆筑法應用的廣泛程度和深度也有差距。逆筑法最大的困難是挖土、出土問題,我國已找到了一些實用的方法。逆筑法中更需要研究整體共同作用理論,如差異沉降控制問題等。7.深基坑支護展望深基坑支護展望 l常見的深基坑支護結構有樁錨常見的深基坑支護結構有樁錨(撐撐)、墻錨、墻錨(撐撐)、土釘墻、重力式墻、水泥土墻、放坡、土釘墻、重力式墻、水泥土墻、放坡開挖等簡單型式開挖等簡單型式,也可由簡單型式組成復合也可由簡單型式組成復合結構結構,如由土釘墻和樁錨組成的復合擋土結如由土釘墻和樁錨組成的復合擋土結構構。 l 深基坑的穩定性深基坑的穩定性,支護結構的內力和變形、支護結構的內力和變形、

23、基坑周邊地層的位移及其對周圍建筑物和基坑周邊地層的位移及其對周圍建筑物和地下管線等的影響地下管線等的影響,目前還不能進行準確的目前還不能進行準確的計算分析。所以近年來連續介質有限元法計算分析。所以近年來連續介質有限元法也得到了較廣泛的應用。也得到了較廣泛的應用。 l 由于受土本構關系研究的影響由于受土本構關系研究的影響,盡管用平盡管用平面有限元法面有限元法,空間有限元法等連續介質有限空間有限元法等連續介質有限元法和接觸面單元從理論上講有很大的優元法和接觸面單元從理論上講有很大的優越性越性,可以得到基坑周邊土體的應力場、位可以得到基坑周邊土體的應力場、位移場的分布移場的分布,但其理論計算值與基坑

24、的實測但其理論計算值與基坑的實測值有較大值有較大的差距,尤其是基坑底部的隆起量。l l為了更好地反映工程實際,深基坑支護應把土與支護結構做為一個整體,按共同作用的計算理論進行分析計算,計算中還應考慮到土的應力路徑、土的各向異性,軟土的流變性、原狀土的擾動等因素,結合現代有限元理論和計算機技術的新成就,盡快建立起較合理的計算模型和方法并開發相應的系統進行推廣。l 8.深基礎工程設備和技術創新問題深基礎工程設備和技術創新問題l深基礎工程對設備和技術的依賴性很大深基礎工程對設備和技術的依賴性很大, ,同同時這些專用設備和技術投資大時這些專用設備和技術投資大, ,對其工程實對其工程實施和發展又有重要制

25、約作用。因此施和發展又有重要制約作用。因此, ,設備和設備和技術創新對深基礎工程的發展起著決定性技術創新對深基礎工程的發展起著決定性的作用的作用。 l我國的地下連續墻設備、超長錨桿機和樁基檢測設備同國外相比還有相當的差距。這里應特別指出,我國深基礎工程的施工技術、施工方法同國外先進水平相比,相差并不很大(主要受設備限制),有的已經達到國際先進水平。l目前中國的深基礎工程總體水平與發達國家相比,仍有相當的差距,特別是專用設備和測試技術。l我國在土的本構關系、按沉降控制設計法、土的本構關系、按沉降控制設計法、變剛度法、時空效應、半逆筑法、基坑支變剛度法、時空效應、半逆筑法、基坑支護、護、“共同作用

26、共同作用”、樁端壓漿、擠擴竹節、樁端壓漿、擠擴竹節樁、鉆孔壓漿樁、地基處理等樁、鉆孔壓漿樁、地基處理等方面取得了很好的效果,在國內外產生了良好影響。l21世紀,我國必然要修建大量的高層和超高層建筑。這將為深基礎工程的發展帶來難得的機遇和巨大的挑戰,也為逐步解決上述問題提供了客觀條件。第二講第二講 橋梁深基礎發展概述橋梁深基礎發展概述1、橋梁深基礎的發展狀況、橋梁深基礎的發展狀況l1.11.1我國橋梁深基礎我國橋梁深基礎發展中幾個階段發展中幾個階段l 第一階段為大力發展管樁及混凝土樁基礎第一階段為大力發展管樁及混凝土樁基礎。 50年代修建武漢長江大橋的需要,首創管樁基礎,自此管樁直徑由1.5發展

27、到3. 0、3 .6、5 .8;由普通鋼筋混凝土發展到預應力鋼筋混凝土。l 第二階段為大力發展沉井和鉆孔樁基礎第二階段為大力發展沉井和鉆孔樁基礎。 60年代因修建南京長江大橋的需要,由于施工水深達30 .5、覆蓋層厚度達54 .87,發展了重型沉井、深水浮運鋼筋混凝土沉井和鋼沉井;又因成昆線的建設,開始較大規模發展鉆孔樁基礎。l第三階段為大力發展復合基礎第三階段為大力發展復合基礎 從20世紀70年代修建九江長江大橋開始,首創了雙壁鋼箱圍堰鉆孔樁復合基礎; 20世紀80年代,在修建茅嶺江鐵路大橋時采用了平臺式套箱圍堰;在修建肇慶西江大橋時，除了采用鉆孔樁、沉井及鋼管樁基礎外,還采用了雙承臺鋼管樁

28、基礎。從上面的發展階段來看,到了20世紀90年代,我國深水流急和軟弱覆蓋層基礎的施工和技術水平已進入世界先進行列。根據40多個國內外深水和軟弱河床的橋梁深基礎的資料,在深水及軟弱河床上修建的深基礎形式可以大體分為如下5類。l1) 樁基礎分為預制打入樁、管樁和鉆孔樁基礎。l2) 沉井基礎有重型沉井、深水浮運鋼筋混凝土沉井、氣壓沉井和鋼沉井等。l3) 樁基復合基礎為雙壁鋼箱圍堰加樁基的復合基礎。l4) 筑島基礎法,島內采用地下連續墻或沉井等。l5) 采用其它圍堰形式的天然地基上重力式擴大基礎。以下分別就國內外在這幾類橋梁基礎形式上的具體使用工程實例進行較為詳細的分析。深基礎尤其是大跨徑橋梁的深水基

29、礎深基礎尤其是大跨徑橋梁的深水基礎，往往，往往需要解決施工技術上的許多難點，也往往是控制需要解決施工技術上的許多難點，也往往是控制整個橋梁工程進度的關鍵工程，其費用也占橋梁整個橋梁工程進度的關鍵工程，其費用也占橋梁造價相當大的比重。造價相當大的比重。 深水基礎：大直徑鋼管樁、大直徑混凝土灌注深水基礎：大直徑鋼管樁、大直徑混凝土灌注樁和空心樁、復合基礎均得到較廣泛的采用，地樁和空心樁、復合基礎均得到較廣泛的采用，地下連續墻已在橋梁基礎中采用，超大的沉井也已下連續墻已在橋梁基礎中采用，超大的沉井也已經出現并順利設置或下沉經出現并順利設置或下沉。這一切都標志著，橋梁這一切都標志著，橋梁基礎工程技術已

30、取得了很大的發展基礎工程技術已取得了很大的發展。下面按基礎的主要類型進行介紹。下面按基礎的主要類型進行介紹。 1.21.2、大直徑鋼管樁、混凝土管柱、大直徑鋼管樁、混凝土管柱 l大直徑鋼管樁用作摩擦樁，經歷兩個階段：初期一般在管內澆筑混凝土，以防止鋼管的銹蝕。這樣做也會帶來一些不利影響：需在管內取土，而對提高樁的承載能力作用不大；增大了樁的剛度，在地震時使樁頂受力增大；增加了施工難度與造價。 l l 以后逐漸傾向于管內不填混凝土，由于管內土存以后逐漸傾向于管內不填混凝土，由于管內土存在閉塞效應，因此鋼管樁的承載能力比鋼管外壁在閉塞效應，因此鋼管樁的承載能力比鋼管外壁土壤摩阻力要增大不少。而閉塞

31、效應的機理目前土壤摩阻力要增大不少。而閉塞效應的機理目前還不很清楚，因此往往通過靜載試驗來確定其承還不很清楚，因此往往通過靜載試驗來確定其承載力。載力。具體實例如，日本跨徑具體實例如，日本跨徑240m240m的濱名大橋每主墩采用的濱名大橋每主墩采用4949根直徑根直徑1.6m1.6m鋼管樁，組成水上承臺。鋼管樁，組成水上承臺。 l 在沖刷深、復蓋層較薄時，往往將鋼管樁沉至巖在沖刷深、復蓋層較薄時，往往將鋼管樁沉至巖面鉆孔嵌巖，成為管柱基礎。這時往往用混凝土面鉆孔嵌巖，成為管柱基礎。這時往往用混凝土填實。填實。如日本主跨為如日本主跨為220m220m及及185m185m的內海大橋，水中四個深水墩

32、均采用直的內海大橋，水中四個深水墩均采用直徑徑2m2m的鋼管柱基礎的鋼管柱基礎 武漢長江大橋；1.21.2大直徑鉆孔灌注樁大直徑鉆孔灌注樁 l大直徑灌注樁具有承載力大、剛度大、施工快、大直徑灌注樁具有承載力大、剛度大、施工快、造價省的優點造價省的優點。國外很多采用直徑國外很多采用直徑24m的大直徑的大直徑鉆孔樁；而且往往采用擴孔方法，直徑可達鉆孔樁；而且往往采用擴孔方法，直徑可達34m，而在日本橫濱港橫斷大橋而在日本橫濱港橫斷大橋-跨徑跨徑460m的鋼斜拉橋的的鋼斜拉橋的基礎中，將多柱基礎嵌巖擴孔至直徑基礎中，將多柱基礎嵌巖擴孔至直徑10m，是目前，是目前世界最大的嵌巖直徑世界最大的嵌巖直徑。

33、 l在連續結構、尤其是連拱或連續斜拉橋設計中，在連續結構、尤其是連拱或連續斜拉橋設計中，剛度起關鍵作用，以減少下部構造的水平位移，減剛度起關鍵作用，以減少下部構造的水平位移，減少由此引起的附加內力少由此引起的附加內力。這時樁基水平向承載力不這時樁基水平向承載力不控制設計，而是剛度控制設計，大直徑灌注樁具有控制設計，而是剛度控制設計，大直徑灌注樁具有非常明顯的優勢。非常明顯的優勢。 實例實例 日本橫濱港橫斷大橋日本橫濱港橫斷大橋460米斜拉橋主塔基礎嵌米斜拉橋主塔基礎嵌巖擴孔到巖擴孔到10米；米； 南京長江二橋主塔基礎為雙壁鋼圍堰加大直徑南京長江二橋主塔基礎為雙壁鋼圍堰加大直徑鉆孔灌注樁，圍堰直

34、徑鉆孔灌注樁，圍堰直徑36米，內設米，內設21根直徑根直徑3米米的樁，樁長平均的樁，樁長平均130米。米。錢塘江二橋施工，基礎采用鉆孔灌注樁，采用BRM型反循環系列鉆機施工，位于強涌潮河段施工是其特點，施工涌潮高達1.96m，潮壓強度32kPa 1.3雙壁鋼圍堰鉆孔灌注樁基礎l這種樁基礎形式在我國應用較多這種樁基礎形式在我國應用較多, ,一方面雙一方面雙壁鋼圍堰可以用于樁基施工用的臨時圍護壁鋼圍堰可以用于樁基施工用的臨時圍護結構結構, ,便于基礎的施工便于基礎的施工; ;另一方面另一方面, ,該結構在該結構在基礎施工完后可以用做永久防碰撞設施基礎施工完后可以用做永久防碰撞設施, ,起起到保護橋

35、基礎的作用。到保護橋基礎的作用。主橋墩采用28m直徑雙壁鋼圍堰加16根直徑3m鉆孔灌注樁基礎，具有較高的防船舶撞擊能力 1.41.4、地下連續墻、沉井、地下連續墻、沉井l 沉井基礎承載能力大，剛度大，可以適用沉井基礎承載能力大，剛度大，可以適用于深水，但體積龐大，隨著樁基的廣泛采于深水，但體積龐大，隨著樁基的廣泛采用用,沉井的應用范圍有所減少。不過在特大沉井的應用范圍有所減少。不過在特大跨徑的橋梁中，沉井仍為主要基礎型式之跨徑的橋梁中，沉井仍為主要基礎型式之一。一。 ll 在大跨徑橋梁的深水基礎中，底節多采用浮式鋼在大跨徑橋梁的深水基礎中，底節多采用浮式鋼殼沉井，用雙壁空心結構，浮運至墩位，灌

36、水落殼沉井，用雙壁空心結構，浮運至墩位，灌水落床，再澆筑混凝土，接高下沉，直至設計標高。床，再澆筑混凝土，接高下沉，直至設計標高。日本明石海峽大橋，最大施工水深日本明石海峽大橋，最大施工水深60m，兩主塔，兩主塔分別采用直徑分別采用直徑80m和和78m、高、高70m和和67m的浮式的浮式鋼殼沉井，壁厚鋼殼沉井，壁厚12m，分為，分為16個艙，是目前規模個艙，是目前規模最大的橋梁沉井基礎。其特點是設置沉井，用大最大的橋梁沉井基礎。其特點是設置沉井，用大型抓斗挖泥船開挖至海底支承地基，整平巖基，型抓斗挖泥船開挖至海底支承地基，整平巖基，再用切削機磨平，然后設置沉井，在其周圍拋石再用切削機磨平，然后

37、設置沉井，在其周圍拋石進行沖刷防護，最后沉井內進行水下混凝土施工。進行沖刷防護，最后沉井內進行水下混凝土施工。日本瀨戶大橋也用同樣方法施工。日本瀨戶大橋也用同樣方法施工。 明石海峽大橋（主跨1991米懸索橋）沉井澆筑封底混凝土a) 明石海峽大橋施工水深60米，兩主塔基礎分別為直徑80米和78米、高70米和67米鋼殼沉井，壁厚12米，每個沉井分16個艙；2.5、其它復合基礎、其它復合基礎l 將樁或管柱與沉井組合的一種深水基礎。沉井將樁或管柱與沉井組合的一種深水基礎。沉井下到一定深度下到一定深度,封底，然后鉆孔，將沉井內的封底，然后鉆孔，將沉井內的樁嵌巖，沉井封底與樁或柱共同受力。樁嵌巖，沉井封底

38、與樁或柱共同受力。 l 其優點是：其優點是： l i)可以降低承臺的高度?？梢越档统信_的高度。 l ii)可提供樁的施工場地。可提供樁的施工場地。 l iii)適應性強適應性強,尤其適應在巖面標高差異很大以尤其適應在巖面標高差異很大以及落差較大的河流。及落差較大的河流。 l iv)沉井可作防撞設施，保護樁及墩身。沉井可作防撞設施，保護樁及墩身。 l 日本跨徑日本跨徑420m的公鐵兩用斜拉橋的公鐵兩用斜拉橋-柜石島柜石島橋橋3#墩巖面傾斜，水深近墩巖面傾斜，水深近20m，采用，采用462930.5m鋼殼設置沉井與鋼殼設置沉井與16根根4m直徑直徑的灌注樁組合的復合基礎。的灌注樁組合的復合基礎。

39、正在建設的蘇通大橋主四號墩3設計計算理論的發展設計計算理論的發展設計水平l允許應力法l極限狀態法l可靠度理論l 設計計算理論的發展體現在如下幾個方面的轉變設計計算理論的發展體現在如下幾個方面的轉變：l3.1由手算向電算轉變由手算向電算轉變l 該過程已全面完成。橋梁結構分析常用軟件有：該過程已全面完成。橋梁結構分析常用軟件有：3.1.1專用軟件l a) 國產軟件舉例國產軟件舉例：l BSAS for Windows (西南交大)l ASCB for Windows (西南交大)l 橋梁博士(同濟大學)l QJX(中交公規院)l PRBP(大橋局)l b) 國外軟件舉例：l LUSAS Bridg

40、e(英國LUSAS)l MIDAS(韓國MIDAS)l BDAS(丹麥COWI)l RM2000(奧地利TDV) 3.1.2通用軟件舉例通用軟件舉例lANSYSlNASTRANlSAPlADINA3.2計算由高度簡化向全面仿真轉變計算由高度簡化向全面仿真轉變該過程正在進行，并不斷深化。3.2.1空間上的仿真空間上的仿真能夠模擬結構的很多細節構造。3.2.2 時間上的仿真時間上的仿真 能夠模擬整個施工過程，包括各個施工工序，如澆筑混凝土、移動掛籃、張拉預應力等等。3.3由線性向非線性轉變由線性向非線性轉變 該過程正在進行，并不斷深化該過程正在進行，并不斷深化包括如下非線性問題：包括如下非線性問題

41、：幾何非線性：幾何非線性： 大位移；大位移； 大轉動；大轉動； 大變形；大變形； 基基-土接觸問題。土接觸問題。材料非線性：材料非線性： 金屬材料；金屬材料； 混凝土材料混凝土材料； 巖土材料非線性巖土材料非線性。包括如下動力問題：地震的影響風振的作用基礎與土相互作用的動力分析土動力學問題3.4 由靜力向動力轉變由靜力向動力轉變該過程正在進行，并不斷深化。*靜載模型試驗 * 全橋模型試驗* 實橋基礎靜載測試*基礎動力試驗 * 風洞模型試驗 * 振動臺模型試驗 * 實橋基礎動載試驗該過程正在進行，并不斷深化。3.5 由小尺度模型試驗向原位大尺度試驗轉變由小尺度模型試驗向原位大尺度試驗轉變l勘測設

42、計全面數字化、一體化；勘測設計全面數字化、一體化；l國內外正在開發勘測設計一體化系統，目國內外正在開發勘測設計一體化系統，目前尚不夠完善前尚不夠完善3.6由分離的環節向勘測設計一體化轉變由分離的環節向勘測設計一體化轉變該過程剛剛開始，離實用還有一段距離。圖3 多多羅大橋風洞試驗圖4 萬縣長江大橋(主跨420米拱橋)拱肋1:10模型試驗圖5 安慶長江大橋斜拉索錨固區1:1模型試驗4施工技術的發展施工技術的發展1）大噸位起重機 2）大噸位架橋機、造橋機3）大直徑鉆孔機 4）大噸位打樁機、船北盤江鐵路橋 大貝爾特東橋的主梁浮運提升大貝爾特東橋的主梁浮運提升 主纜的張拉室及錨固端構造 萬縣長江大橋鋼管

43、混凝土勁性骨架1）大型鋼箱梁和鋼橋塔制造2）大型鋼桿件制造3）大型鋼管（箱）拱肋制造4）混凝土構件的高精度制造3.2大型構件的高精度制造技術大型構件的高精度制造技術3.3施工控制技術施工控制技術施工全過程實時控制施工全過程實時控制： 1）測試各個施工階段的位移、變形、應力、溫度場、荷載等參數； 2）比較測試值與理論預測值，對誤差進行參數識別； 3）修正計算參數和模型，預測下一施工階段的標高、線型、索力等，以此指導下一階段施工。l4.1 橋梁的健康監測技術橋梁的健康監測技術l 監測指標：位移，內力，頻率，振型，溫度，荷載，交通流量等；l監測儀器設備：l GPS，連通管，全站儀，測傾儀；l 光纖傳

44、感器，振弦傳感器，磁通傳感器；l 加速度傳感器，速度傳感器；l 動態電子稱重系統；l 數據自動采集系統，無線發射系統。4運營管理與維護的發展運營管理與維護的發展 數據處理系統： 監測數據的分析、篩選、分類、存檔、查詢、統計等。 損傷識別與狀態評估系統： 動態識別技術； 靜態識別技術； 綜合識別技術。l 先進的檢測儀器l a）雙頻帶紅外熱像系統；l b）地面透視雷達（GPR）；l c）相干激光雷達；l d）變異感應塑性（TRIP）鋼傳感器；l e）新型超聲波與磁分析儀；l f）疲勞裂紋熱像探測儀；l g）焊接裂紋新型渦流探測儀；l h）磁通式預應力鋼束探測儀。5 既有橋梁的評估與檢測技術既有橋梁

45、的評估與檢測技術 a）層次分析法； b）生命周期方法； c）專家系統方法； d）基于模態分析的參數識別法； e）人工神經網絡方法 橋梁老化、腐蝕及損傷評估理論橋梁老化、腐蝕及損傷評估理論歐洲橋梁管理系統歐洲橋梁管理系統Brime簡介：簡介：英國、法國、德國、西班牙、挪威以及斯洛汶尼亞六國科學家參加研究；英國、法國、德國、西班牙、挪威以及斯洛汶尼亞六國科學家參加研究；由由7個項目組組成：個項目組組成： 1）歐美對現有橋梁狀況的檢查和評估方法；）歐美對現有橋梁狀況的檢查和評估方法； 2）公路橋梁結構承載能力的評價方法；）公路橋梁結構承載能力的評價方法； 3）材料老化對結構物影響的量化分析）材料老化

46、對結構物影響的量化分析 4）對老化速率的評估預測；）對老化速率的評估預測； 5）橋梁成本分析方法；）橋梁成本分析方法； 6）選擇最佳養護方案；）選擇最佳養護方案； 7）橋梁管理系統）橋梁管理系統。 管理與維護的數字化、綜合化管理與維護的數字化、綜合化l 我國的地下連續墻設備、超長錨桿機和樁基檢測我國的地下連續墻設備、超長錨桿機和樁基檢測設備同國外相比還有相當的差距設備同國外相比還有相當的差距,還需作相當的努還需作相當的努力力,還需付出相當的勞動。這里應特別指出還需付出相當的勞動。這里應特別指出,我國我國深基礎工程的施工技術、施工方法同國外先進水深基礎工程的施工技術、施工方法同國外先進水平相比平

47、相比,相差并不很大相差并不很大(主要受設備限制主要受設備限制),有的已經有的已經達到國際先進水平。達到國際先進水平。l 目前中國的深基礎工程總體水平與發達國家相比目前中國的深基礎工程總體水平與發達國家相比,仍有相當的差距仍有相當的差距,特別是專用設備和測試技術。特別是專用設備和測試技術。l 但是我國在土的本構關系、按沉降控制設計法、但是我國在土的本構關系、按沉降控制設計法、變剛度法、時空效應、半逆筑法、基坑支護、變剛度法、時空效應、半逆筑法、基坑支護、“共同作用共同作用”、樁端壓漿、擠擴竹節樁、鉆孔壓、樁端壓漿、擠擴竹節樁、鉆孔壓漿樁、地基處理等方面取得了很好的效果漿樁、地基處理等方面取得了很

48、好的效果,在國內在國內外產生了良好影響。外產生了良好影響。 圖片名稱：金門大橋 圖片描述： 主纜與貓道 圖片名稱：金門大橋 圖片描述： 金門大橋全橋為金黃色，與水、天相互映襯，渾然一體，非常漂亮。其主梁采用鋼桁梁，結構也顯得極為輕巧。 圖片名稱：金門大橋遠景 圖片描述： 結構的線形非常優美。 圖片名稱：金門大橋仰視圖 圖片名稱：金門大橋索夾 圖片描述： 懸索橋索夾的構造。 圖片名稱：大貝爾特東橋夜景（施工中） 圖片描述： 主纜、橋塔、引橋及錨碇的施工已完成。 圖片名稱：大貝爾特東橋遠景 圖片描述： 主纜、橋塔、引橋及錨碇的施工已完成。 圖片名稱：施工中的大貝爾特東橋 圖片描述： 圖片名稱：大貝

49、爾特東橋的主梁浮運提升 圖片描述： 引橋主梁的浮運提升施工，主梁為鋼箱梁。 圖片名稱：大貝爾特東橋主梁橫截面 ： 圖片名稱：大貝爾特東橋錨碇 圖片描述： 懸索橋錨塊的施工。 圖片名稱：大貝爾特東橋 圖片描述： 懸索橋引橋的主梁施工。 圖片名稱：大貝爾特東橋側景 圖片描述： 全橋竣工通車。 圖片名稱：高海岸橋 圖片描述： 橋面系施工 圖片名稱：高海岸橋 圖片描述： 主纜與索夾 圖片名稱：高海岸橋 圖片描述： 主跨主梁已吊裝就位，尚未合攏。 圖片名稱：高海岸橋 圖片描述： 施工中的橋塔 圖片名稱：高海岸橋 圖片描述： 橋塔處零號塊的吊裝。 圖片名稱：高海岸橋夜景 圖片名稱：高海岸橋 圖片描述： 懸

50、索橋的主纜施工。 圖片名稱：高海岸橋的貓道 圖片描述： 懸索橋的主纜施工用貓道。 圖片名稱：高海岸橋 圖片描述： 供人上下橋塔的爬行輔助小車。 圖片名稱：高海岸橋 圖片描述： 主纜外包防護層的施工。 圖片名稱：高海岸橋 圖片描述： 橋面鋪裝施工。 圖片名稱：高海岸橋 圖片描述： 建筑工人正在貓道上進行主纜的施工。 圖片名稱：高海岸橋 圖片描述： 主纜的橫截面尺寸。 圖片名稱：高海岸橋 圖片描述： 主纜的張拉室及錨固端構造。 圖片名稱：高海岸橋 圖片描述： 主纜的錨固示意,展鞍主要起偏轉和分散纜索的作用。 圖片名稱：高海岸橋 圖片描述： 引橋的主梁施工。 圖片名稱：高海岸橋 圖片描述： 圖片名稱：高海岸橋 圖片描述： 帶加勁肋的橋面板的預制。 圖片名稱：高海岸橋 圖片描述： 纜索的張拉。 圖片名稱：高海岸橋 圖片描述： 主纜外包防護層施工 圖片名稱：高海岸橋 圖片描述： 穿索施工。 圖片名稱：高海岸橋 圖片描述： 為了保護懸索橋主纜，用鋼絲加以纏繞捆緊的作業，稱為韁絲。 圖片名稱：高海岸橋 圖片描述： 索鞍的構造。 圖片名稱：高海岸橋 圖片描述： 鋼箱梁的對接。 圖片名稱：高海岸橋 圖片名稱：高海岸橋夜景 圖片描述： 懸索橋處于橋塔和邊跨主梁的施工中。 圖片名稱：高海岸橋 圖片描述： 主纜施工 圖片名稱：高海岸橋 圖片描述： 主纜施工 圖片名稱：高海岸橋 圖片描述：