1、第二章 天然地基上的淺基礎,第二章 天然地基上的淺基礎,定義：通常將埋置深度較淺（一般在數米以內），且施工相對簡單的基礎稱為淺基礎。 特點：施工一般采用敞開挖基坑修筑基礎的方 法，故亦稱為明挖基礎。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。,回 顧,天然地基：沒有經過人為加固處理的地基,人工地基：需人工加固的軟弱地基,淺基礎：埋深較淺，用一般方法、工藝施工,深基礎：(樁基、沉井)，特殊工藝施工,方案組合,天然地基,人工地基,淺基礎,深基礎,方案選擇,造價低 易施工 安全合理 技術先進,回顧 第二章 天然地基上的淺基礎,第一節 天然地基上淺基礎的類型、構造和適用

2、條件,2-1 天然地基上淺基礎的類型、構造和適用條件 第二章 天然地基上的淺基礎,一、淺基礎常用類型及適用條件,天然地基淺基礎根據受力條件及構造可分為剛性基礎（也稱無筋擴展基礎）和鋼筋混凝土擴展基礎兩大類,鋼筋混凝土擴展基礎,剛性基礎,2-1天然地基上淺基礎的類型、構造和適用條件 第二章 天然地基上的淺基礎,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a-a斷面左端，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

3、內不需配置受力鋼筋，這種基礎稱為剛性基礎。它是橋梁、涵洞和房屋等建筑物常用的基礎類型。,剛性基礎的概念,2-1天然地基上淺基礎的類型、構造和適用條件 第二章 天然地基上的淺基礎,形式：剛性擴大基礎，單獨柱下剛性基礎、條形基礎等 。 優點：穩定性好、施工簡便、能承受較大的荷載，所以只要地基強度能滿足要求，它是橋梁和涵洞等結構物首先考慮的基礎形式。 缺點：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。,剛性基礎的特點,2-1天然地基上淺基礎的類型、構造和適用條件 第二章 天然地基上的淺基礎,

4、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鋼筋，這種基礎稱為鋼筋混凝土擴展基礎。,鋼筋混凝土擴展基礎的概念,2-1天然地基上淺基礎的類型、構造和適用條件 第二章 天然地基上的淺基礎,形式：柱下擴展基礎、條形和十字形基礎筏板及箱形基礎。 優點：其整體性能較好，抗彎剛度較大。如筏板和箱形基礎，在外力作用下只產生均勻沉降或整體傾斜，這樣對上部結構產生的附加應力比較小，基本上消除了由于地基沉降不均勻引起的建筑物損壞。所以在土質較差的地基上修建高層建筑物時，采用這種基礎形式

5、是適宜的。 缺點：鋼筋混凝土擴展基礎，特別是箱形基礎，鋼筋和水泥的用量較大，施工技術的要求也較高，所以采用這種基礎形式應與其它基礎方案（如采用樁基礎等）比較后再確定。,鋼筋混凝土擴展基礎的特點,2-1天然地基上淺基礎的類型、構造和適用條件 第二章 天然地基上的淺基礎,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。 有時為了增強橋柱下基礎的承載能力，將同一排若干個柱子的基礎聯合起來，也就成為柱下條形基礎。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

6、成剛性基礎，個別的也可做成柔性基礎。,2-1天然地基上淺基礎的類型、構造和適用條件 第二章 天然地基上的淺基礎,條形基礎,2-1天然地基上淺基礎的類型、構造和適用條件 第二章 天然地基上的淺基礎,擋土墻下條形基礎,柱下條形基礎,由于地基強度一般較墩臺或墻柱圬工的強度低，因而需要將基礎平面尺寸擴大以滿足地基強度要求，這種剛性基礎剛稱剛性擴大基礎。它是橋涵及其它建筑物常用的基礎形式，其平面形狀常為矩形。其每邊擴大的尺寸最小為0.20m0.50m，視土質、基礎厚度、埋置深度和施工方法而定。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。,2-1天然地基上淺基礎的類型、構造和適用條件 第二章

7、天然地基上的淺基礎,剛性擴大基礎,剛性角：基礎懸出總長度（包括襟邊與臺階寬度之和）按前面剛性基礎的定義，應使懸出部分在基底反力作用下，在a-a截面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max，稱為剛性角。 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。,2-1天然地基上淺基礎的類型、構造和適用條件 第二章 天然地基上的淺基礎,2-1天然地基上淺基礎的類型、構造和適用條件 第二章 天然地基上的淺基礎,剛性擴大基礎,開挖: 剛性擴大基礎的施工可采用明挖的方法進行基坑開挖，開挖工作應盡量在

8、枯水或少雨季節進行，且不宜間斷?；油谥粱自O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。,第二節 剛性擴大基礎施工,施工一般要求：,2-2 剛性擴大基礎施工 第二章 天然地基上的淺基礎,圍護：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 當基坑較淺，地

9、下水位較低或滲水量較少，不影響坑壁穩定時，坑壁可不加圍護，此時可將坑壁挖成豎直或斜坡形。豎直坑壁只有在巖石地基或基坑較淺又無地下水的硬粘土中采用。 要求：在一般土質條件下開挖基坑時，應采用放坡開挖的方法，基坑深度在5m以內，施工期較短，地下水在基底以下，且土的濕度接近最佳含水量，土質構造又較均勻時，基坑坡度可參考下表選用。,2-2 剛性擴大基礎施工 第二章 天然地基上的淺基礎,無圍護基坑坑壁坡度,2-2 剛性擴大基礎施工 第二章 天然地基上的淺基礎,（二）有圍護基坑,1、板樁墻支護,概念：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。,材

10、料：木板樁、鋼筋混凝土板樁和鋼板樁三種。,斷面形式：一字形、槽形和Z字形三種。,一字形 槽形 Z字形,2-2 剛性擴大基礎施工 第二章 天然地基上的淺基礎,支撐方式：無支撐式、支撐式和錨撐式 支撐式板樁墻按設置支撐的層數可分為單支撐板樁墻和多支撐板樁墻。,無支撐 單支撐 多支撐 錨撐,2-2 剛性擴大基礎施工 第二章 天然地基上的淺基礎,2、噴射混凝土護壁,概念：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。,適用情況：宜用于土質較穩定，滲水量不大，深度小于

11、10m，直徑為6m12m的圓形基坑。對于有流砂或淤泥夾層的土質，也有使用成功的實例。,2-2 剛性擴大基礎施工 第二章 天然地基上的淺基礎,砼噴射順序： 無水、少量滲水坑壁：可由下向上一環一環進行； 對滲水較大坑壁：噴護應由上向下進行，以防新噴的混凝土被水沖流； 對有集中滲出的股水的基坑：可從無水或水小處開始，逐步向水大處噴護，最后用竹管將集中的股水引出。噴射作業應沿坑周分若干區段進行，區段長度一般不超過6m。 砼材料要求： 噴射混凝土應當早強、速凝、有較高的不透水性，且其干料應能順利通過噴射機。,2-2 剛性擴大基礎施工 第二章 天然地基上的淺基礎,砼噴射厚度： 一般粘性土、砂土和碎卵石類土

12、層，如無滲水，厚度為3cm8cm；如有少量滲水，厚度為5cm10cm；對穩定性較差的土，如淤泥、粉砂等，如無滲水，厚度為10cm15cm；如有少量滲水，厚度為15cm；當有大量滲水時，厚度為15cm20cm。 一次噴射是否能達到規定的厚度，主要取決于混凝土與土之間的粘結力和滲水量大小。如一次噴射達不到規定的厚度，則應在混凝土終凝后再補噴，直至達到規定厚度為止。,2-2 剛性擴大基礎施工 第二章 天然地基上的淺基礎,噴錨支護,2-2 剛性擴大基礎施工 第二章 天然地基上的淺基礎,3、砼圍圈護壁,概念：混凝土圍圈護壁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

13、大，一般為15cm30cm，也可按土壓力作用下環形結構計算。,適用情況：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。,2-2 剛性擴大基礎施工 第二章 天然地基上的淺基礎,施工方法：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2m左右，

14、以下每層高1m1.5m。 圍圈混凝土一般采用C15早強混凝土。為使基坑開挖和支護工作連續不間斷地進行，一般在圍圈混凝土抗壓強度到達2500kPa強度時，即可拆除摸板，承受土壓力。,2-2 剛性擴大基礎施工 第二章 天然地基上的淺基礎,4、其他方法,在軟弱土層中的較深基坑以深層攪拌樁、粉體噴射攪拌樁、旋噴樁等，按密排或格框形布置成連續墻以形成支檔結構代替板樁墻等，多用于市政工程、工業與民用建筑工程，橋梁工程也有使用成功的報道。 在一些基礎工程施工中，對局部坑壁的圍護也常因地制宜就地取材采用多種靈活的圍護方法，在淺基坑中，當地下水影響不大時，也可使用木檔板支撐（路橋施工除在特定條件下，現較少采用）

15、。,2-2 剛性擴大基礎施工 第二章 天然地基上的淺基礎,適用情況：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。 常用方法：表面排水法井點法降低地下水位。,二、基坑排水,2-2 剛性擴大基礎施工 第二章 天然地基上的淺基礎,（一）表面排水法,概念：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

16、護，以防土石堵塞龍頭。 適用情況：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。,2-2 剛性擴大基礎施工 第二章 天然地基上的淺基礎,（二）井點法降低地下水位,輕型井點降水布置圖,2-2 剛性擴大基礎施工 第二章 天然地基上的淺基礎,（二）井點法降低地下水位,概念：即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 。,2-2 剛性擴大基礎施工 第二章 天然地基上的

17、淺基礎,類型：分為輕型井點、噴射井點、電滲井點和深井泵井點等，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。,特點：井管范圍內的地下水不從基坑的四周邊緣和底面流出，而是以相反的方向流向井管，因而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還有一定的壓密作用。,適用情況：適用于滲透系數為（0.180）m/d的砂土。對于滲透系數小于0.1m/d的淤泥、軟粘土等則效果較差，需要采用電滲井點排水或其它方法。,2-2 剛性擴大基礎施工 第二章 天然地基上的淺基礎,圍堰的概念：是一種臨時擋水結構，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

18、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 ：有土圍堰、草（麻）袋圍堰、鋼板樁圍堰、雙壁鋼圍堰和地下連續墻圍堰等 。,三、水中開挖基坑時的圍堰工程,2-2 剛性擴大基礎施工 第二章 天然地基上的淺基礎,（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（尺寸單位：m） 草袋圍堰（尺寸單位：m）,2-1天然地基上淺基礎的類型、構造和適用條件 第二章 天然地基上的淺基礎,（二）地下連續墻圍堰,地下連續墻是

19、近幾十年來伴隨著鉆孔灌注樁施工技術在地下工程和基礎工程施工中發展起來的一項新技術，它既可是結構物基礎的一部分，也可在修筑施工中起圍堰支護基坑的作用，目前已在修建橋梁基礎中得到應用。關于地下連續墻的介紹詳見第四章。,2-1天然地基上淺基礎的類型、構造和適用條件 第二章 天然地基上的淺基礎,第三節 板樁墻的計算,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上涌，避免滲水過大或形成流砂而影響基坑開挖。根據基坑深度和水深，一般可采用無支撐、單支撐和多支撐板樁墻。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

20、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。,2-3 板樁墻的計算 第二章 天然地基上的淺基礎,板樁墻計算內容應包括： 板樁墻側向壓力計算； 確定板樁插入土中深度的計算，以確保板樁墻有足夠的穩定性； 計算板樁墻截面內力，驗算板樁墻材料強度，確定板樁截面尺寸； 板樁支撐（錨撐）的計算； 基坑穩定性驗算； 水下混凝土封底計算。,2-3 板樁墻的計算 第二章 天然地基上的淺基礎,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。,由于它大多是臨時結構物，因此

21、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、被動土壓力強度pa、pp(kPa)：,2-3 板樁墻的計算 第二章 天然地基上的淺基礎,（2-3）,朗金理論計算不同深度z處每延米寬度內的主、被動土壓力強度pa、pp(kPa)：,2-3 板樁墻的計算 第二章 天然地基上的淺基礎,對于黏性土，式（2-3）中的內摩擦角用等代內摩擦角e代入，其值可參照表2-2取用。,2-3 板樁墻的計算 第二章 天然地基上的淺基礎,等代內摩擦角值e 表2-2,如有地下水或地面水時，還應根據土的透水性質和施工方法來考慮

22、計算靜水壓力對板樁的作用。 當土層為透水性土時，則在計算土壓力時，土重取浮重度，并考慮全部靜水壓力； 當水下土層為不透水的粘性土層，且打板樁時不會使打樁后的土松動而使水進入土中時，計算土壓力不考慮水的浮力取飽和重度，而土面以上水深作為均布的超載作用考慮。,2-3 板樁墻的計算 第二章 天然地基上的淺基礎,二、懸臂式板樁墻的計算,圖2-14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。,圖2-14 懸臂式板樁墻的計算,2-3 板樁墻的計算 第二章 天然地基上的淺基礎,一般近似地假定土壓力的分布圖形如圖2-14所示：墻身前側是被動土壓力（bcd），其合

23、力為 ,并考慮有一定的安全系數K（一般取K=2）；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%。,2-3 板樁墻的計算 第二章 天然地基上的淺基礎,例題2-1 計算圖2-15所示懸臂式板樁墻需要的入土深度t及樁身最大彎矩值。,圖2-15 例題2-1圖,已知樁周土為砂礫， kN/m3，基坑開挖深度h=1.8m。安全系數K=2。,2-3 板樁墻的計算 第二章 天然地基上的淺基礎,解：1）入土深度求解： 當 時， 朗金主

24、動土壓力系數 朗金被動土壓力系數 。,2-3 板樁墻的計算 第二章 天然地基上的淺基礎,若令板樁入土深度為t，取1延米長的板樁墻，計算墻上作用力對樁端b點的力矩平衡條件 得：,推出：,？,2-3 板樁墻的計算 第二章 天然地基上的淺基礎,將數字代入上式得：,解得：,板樁的實際入土深度較計算值增加20%，則可求得板樁的總長度L為：,2-3 板樁墻的計算 第二章 天然地基上的淺基礎,若板樁的最大彎矩截面在基坑底深度 處，該截面的剪力應等于零，即,推出：,？,2）最大彎矩值求解,2-3 板樁墻的計算 第二章 天然地基上的淺基礎,將數字代入上式得：,解得,可求得每延米板樁墻的最大彎矩 為：,=21.9

25、9kNm,2-3 板樁墻的計算 第二章 天然地基上的淺基礎,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2-16所示。,圖2-16 單支撐板樁墻的計算,2-3 板樁墻的計算 第二章 天然地基上的淺基礎,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2-16a。這類板樁埋入土中較淺，樁板下端允許產生自由轉動；第二種是固定端支承，如圖

26、2-17。若板樁下端埋入土中較深，可以認為板樁下端在土中嵌固。,2-3 板樁墻的計算 第二章 天然地基上的淺基礎,1板樁下端簡支支承時的土壓力分布（圖2-16a）,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2-16b），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2-16c所示，并以Mmax值設計板樁的厚度。,2-3 板樁墻的計算

27、 第二章 天然地基上的淺基礎,2板樁下端固定支承時的土壓力分布（圖2-17）,2-3 板樁墻的計算 第二章 天然地基上的淺基礎,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。在右圖中給出了板樁受力后的撓曲形狀，在板樁下部有一撓曲

28、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，撓曲反彎點c相當于彎矩零點，彎矩分布圖如圖2-17所示。,太沙基給出了在均勻砂土中，當土表面無超載，墻后地下水位較低時，反彎點c的深度y值與土的內摩擦角間的近似關系： 20 30 40 y 0.25h 0.08h -0.007h 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.,2-3 板樁墻的計算 第二章 天然地基上的淺基礎,例題2-2 計算圖2-18所示錨碇式板樁墻的入土深度t，錨碇拉桿拉力T，以及板樁的最大彎矩值。,已知板樁下端為自由支承，土的性質如圖2-18所示?；?/p>

29、坑開挖深度h=8m，錨桿位置在地面下d=1m，錨桿設置間距a=2.5m。,2-3 板樁墻的計算 第二章 天然地基上的淺基礎,解 :當=30時，朗金主動土壓力系數 朗金被動土壓力系數 ，則,根據錨碇點0的力矩平衡條件，得：,?,2-3 板樁墻的計算 第二章 天然地基上的淺基礎,將 代入上式：,解得,由平衡 條件，得錨桿拉力T為：,=363.7kN,板樁的最大彎矩計算方法與懸臂式板樁相同，可參見例題2-1。,2-3 板樁墻的計算 第二章 天然地基上的淺基礎,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

30、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。,2-3 板樁墻的計算 第二章 天然地基上的淺基礎,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

31、力與主動土壓力之間，如圖2-20所示。,圖2-20 多支撐板樁墻的位移及土壓力分布,2-3 板樁墻的計算 第二章 天然地基上的淺基礎,太沙基和佩克（Terzaghi and Peck, 1948,1967,1969）根據實測及模型試驗結果，提出作用在板樁墻上的土壓力分布經驗圖形（圖2-21）。,圖2-21 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H6cu；e）粘土H4Cu,2-3 板樁墻的計算 第二章 天然地基上的淺基礎,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。其計算方法可參見例題2-4。,2-3 板樁墻的計算 第二

32、章 天然地基上的淺基礎,（一）坑底流砂驗算,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。 原則：板樁有足夠的入土深度以增大滲流長度，減少向上動水力。,五、基坑穩定性驗算,2-3 板樁墻的計算 第二章 天然地基上的淺基礎,由于基坑內抽水后引起的水頭差h 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的，故可要求此動水力不超過土的有效重度b，則不產生流砂的安全條件為,式中：K安全系數，取2.0； i水力梯度， ； w水的重度。,基坑抽水后水頭差引起的滲流,由此可計算確定板樁要求的入土深度t。,2-3 板樁墻的計算 第二章 天然地基上的

33、淺基礎,（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。,2-3 板樁墻的計算 第二章 天然地基上的淺基礎,則滑動力矩為：,穩定力矩為：,式中：Su滑動面上不排水抗剪強度，如土為飽和軟粘土，則=0，Su = Cu。M與Md之比即為安全系數K，如基坑處地層土質均勻，則安全系數為,式中 以弧度表示。,2-3 板樁墻的計算 第二章 天然地基上的淺基礎,（三）封底混凝土厚度計算,鋼板樁圍堰需進行水下封底混凝土后在圍堰

34、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。,在靜水壓力作用下： 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，,因此：封底混凝土應有足夠的厚度，以確保圍堰安全 。,2-3 板樁墻的計算 第二章 天然地基上的淺基礎,考慮浮力的封底層厚度計算：,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，因此在計算時為偏安全考慮，僅計入封底混凝土自重。,2-3 板樁墻的計算 第二章 天然地基上的淺基礎,式中： 考慮未計算樁土間摩阻力和圍堰自重 的修正系數，小于1

35、，具體數值由經驗確定； w 水的重度，取10kN/m3; c 混凝土重度，取23kN/m3; h 封底混凝土頂面處水頭高度（m）。,2-3 板樁墻的計算 第二章 天然地基上的淺基礎,考慮強度的封底層厚度計算：,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 ：,式中：W封底層每米寬斷面的截面模量（m3）； l 圍堰寬度（m）； 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10

36、0200kPa。,可解得封底砼厚度,注意,封底混凝土灌注時厚度宜比計算值超過0.250.50m,以便在抽水后將頂層浮漿、軟弱層鑿除，以保證質量。,第四節 地基承載力容許值的確定,地基承載力容許值的確定一般有以下三種方法： 1根據現場荷載試驗的p-s曲線； 2按地基承載力理論公式計算； 3按現行規范提供的經驗公式計算。,常用,2-4 地基承載力容許值的確定 第二章 天然地基上的淺基礎,按現行規范提供的經驗公式計算,背景介紹： 規范：公路橋涵地基與基礎設計規范（JTJD63-2007） 公路橋涵地基與基礎設計規范（JTJ024-85）采用地基承載力表給公路工程設計人員提供了很大幫助，隨著設計水平的

37、提高，設計中應盡可能采用載荷試驗或其他原位測試取得地基承載力，但是由于橋涵基礎所處環境特殊，在很多地點可能無法進行現場測試，可查公路橋涵地基與基礎設計規范（JTG D632007）地基承載力表。,2-4 地基承載力容許值的確定 第二章 天然地基上的淺基礎,步驟和方法 ：,一確定地基巖土的名稱 對于一般地基土，通常根據塑性指數、粒徑、工程地質特性等分為六類，即巖石、碎石土、砂土、粉土、黏性土和特殊性巖土 。 具體分類方法參照規范：公路橋涵地基與基礎設計規范（JTJD63-2007）。,2-4 地基承載力容許值的確定 第二章 天然地基上的淺基礎,二地基巖土工程特性指標確定 土的工程特性指標包括抗剪

38、強度指標、壓縮性指標、動力觸探錘擊數、靜力觸探探頭阻力、載荷試驗承載力以及其他特性指標。 地基土工程特性指標的代表值應分別為標準值、平均值及容許值。強度指標應取標準值；壓縮性指標應取平均值；承載力指標應取容許值。,三地基承載力容許值確定,地基承載力的驗算，應以修正后的地基承載力容許值fa控制。該值系在地基原位測試或公路橋涵地基與基礎設計規范（JTG D632007）給出的各類巖土承載力基本容許值fa0的基礎上，經修正后而得。 地基承載力基本容許值應首先考慮由載荷試驗或其他原位測試取得，其值不應大于地基極限承載力的1/2；對中小橋、涵洞，當受現場條件限制，或載荷試驗和原位測試確有困難時，也可按照

39、公路橋涵地基與基礎設計規范（JTG D632007）第3.3.3條有關規定采用。 地基承載力基本容許值尚應根據基底埋深、基礎寬度及地基土的類別按照公路橋涵地基與基礎設計規范（JTG D632007）第3.3.4條規定進行修正。,2-4 地基承載力容許值的確定 第二章 天然地基上的淺基礎,一般巖石地基可根據強度等級、節理按表2-17確定承載力基本容許值fa0。對于復雜的巖層（如溶洞、斷層、軟弱夾層、易溶巖石、軟化巖石等）應按各項因素綜合確定。 巖石地基承載力基本容許值fa0 表2-17,（1）地基承載力基本容許值的確定,2-4 地基承載力容許值的確定 第二章 天然地基上的淺基礎,碎石土地基可根據

40、其類別和密實程度按表2-18確定承載力基本容許值fa0。 碎石土地基承載力基本容許值fa0 表2-18,2-4 地基承載力容許值的確定 第二章 天然地基上的淺基礎,注：（1）由硬質巖組成，填充砂土者取高值；由軟質巖組成，填充黏性土 者取低值； （2）半膠結的碎石土，可按密實的同類土的fa0值提高10%30； （3）松散的碎石土在天然河床中很少遇見，需特別注意鑒定； （4）漂石、塊石的fa0值，可參照卵石、碎石適當提高。,砂土地基可根據土的密實度和水位情況按表219確定承載力基本容許值fa0。 砂土地基承載力基本容許值fa0 表219,2-4 地基承載力容許值的確定 第二章 天然地基上的淺基礎,

41、粉土地基可根據土的天然孔隙比e和天然含水量w（%）按表220確定承載力基本容許值fa0。 粉土地基承載力基本容許值fa0 表220,2-4 地基承載力容許值的確定 第二章 天然地基上的淺基礎,老黏性土地基可根據壓縮模量Es按表221確定承載力基本容許值fa0。 老黏性土地基承載力基本容許值fa0 表221,2-4 地基承載力容許值的確定 第二章 天然地基上的淺基礎,注：當老黏性土Es10MPa時，承載力基本容許值fa0按一般黏性土 （表2-22）確定。,一般黏性土可根據液性指數IL和天然孔隙比e按表222確定地基承載力基本容許值fa0。 一般黏性土地基承載力基本容許值fa0 表222,2-4

42、地基承載力容許值的確定 第二章 天然地基上的淺基礎,注：（1）土中含有粒徑大于2mm的顆粒質量超過總質量30以上者，fa0可適 當提高； （2）當e0.5時，取e=0.5；當IL0時，取IL0。此外，超過表列范圍的 一般黏性土， 。,新近沉積黏性土地基可根據液性指數IL和天然孔隙比e按表223確定承載力基本容許值fa0。 新近沉積黏性土地基承載力基本容許值fa0 表223,2-4 地基承載力容許值的確定 第二章 天然地基上的淺基礎,2-4 地基承載力容許值的確定 第二章 天然地基上的淺基礎,（2）地基承載力容許值的確定,地基承載力容許值fa按式 (29)確定。當基礎位于水中不透水地層上時，fa

43、按平均常水位至一般沖刷線的水深每米再增大10kPa。,(29),式中：fa地基承載力容許值（kPa）； B基礎底面的最小邊寬（m），當b2m時，取b=2m；當b10m 時，取b=10m； h基底埋置深度（m），自天然地面起算，有水流沖刷時自一般沖刷 線起算；當h3m時，取h=3m；當h/b4時，取h=4b； k1、k2基底寬度、深度修正系數，根據基底持力層土的類別按表224確 定； 1基底持力層土的天然重度(kN/m3)。若持力層在水面以下且為透水 者，應取浮重度； 2基底以上土層的加權平均重度(kN/m3)，換算時若持力層在水面以 下，且不透水時，不論基底以上土的透水性質如何，一律取飽和重

44、度；當透水時，水中部分土層則應取浮重度。,地基土承載力寬度、深度修正系數k1、k2 表224,2-4 地基承載力容許值的確定 第二章 天然地基上的淺基礎,注：(1)對于稍密和松散狀態的砂、碎石土， k1、k2值可采用表列中密值的50； (2)強風化和全風化的巖石，可參照所風化成的相應土類取值；其他狀態下 的巖石不修正。,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。但是若地基土為粘土（包括黃土）時，受壓后其后期沉降量較大，基礎愈寬，沉降也愈大，這對建筑物正常使用是不利的，加上在制定承載力基本容許值時，已適當考慮了基礎寬度的影響，故對粘性土和粉土的地基容許承載力不

45、再考慮寬度修正，這樣可以保證基礎不致產生過大的沉降。對于砂土和碎石土地基，沉降在施工期間已大部分完成，所以受壓后的后期沉降比較小，在基礎寬度加大后，地基承載力有顯著提高，故必須予以修正。由于基礎過寬會增加沉降的不利因素，所以基礎寬度超過10m者，仍按10m予以修正提高。,2-4 地基承載力容許值的確定 第二章 天然地基上的淺基礎,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。這主要考慮到隨著基礎埋深的增加，基礎底面以上土的自重也隨著增大，這對阻止基底下地基土在荷載作用下的擠出是有利的。根據國內外試驗資料的分析，當h/b4時，地基承載力隨深度成直線比例增長，當410時，地基承載力

46、幾乎為一常數，因此為了安全起見，只有當h/b4時地基容許承載力才予以提高。,2-4 地基承載力容許值的確定 第二章 天然地基上的淺基礎,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,2-5 剛性擴大基礎的設計與計算 第二章 天然地基上的淺基礎,第五節 剛性擴大基礎的設計與計算,一、基礎埋置深度的確定,將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，且不致產生過大的沉降或沉降差。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。必須綜合考慮地基的地質和地形條件

47、、河流的沖刷程度、當地的凍結深度、上部結構形式以及保證持力層穩定所需的最小埋深和施工技術條件、造價等因素。,2-5 剛性擴大基礎的設計與計算 第二章 天然地基上的淺基礎,2-5 剛性擴大基礎的設計與計算 第二章 天然地基上的淺基礎,剛性擴大基礎,沉井基礎,樁基礎,地基的地質條件,巖石地基:覆蓋土層較薄時，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。在陡峭山坡上修建橋臺時，還應注意巖體的穩定性。 非巖

48、石地基: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。,2-5 剛性擴大基礎的設計與計算 第二章 天然地基上的淺基礎,河流的沖刷深度,沖刷的基本概念: 洪水沖刷后，整個河床面要下降，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。,2-5 剛性擴大基礎的設計與計算 第二章 天然地基上的淺基礎,河流的沖刷作用,2-5 剛性

49、擴大基礎的設計與計算 第二章 天然地基上的淺基礎,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。,2-5 剛性擴大基礎的設計與計算 第二章 天然地基上的淺基礎,基礎在設計洪水沖刷總深度以下的最小埋置深度不應是一個定值，它與河床地層的抗沖刷能力、計算設計流量的可靠性、選用計算沖刷深度的方法、橋梁的重要性和破壞后修復的難易程度等因素有關。因此，對于非巖石河床橋梁墩臺基礎的基底在設計洪水沖刷總深度以下的最小埋置深度 ，參照下表采用。,2-5 剛性擴大基礎

50、的設計與計算 第二章 天然地基上的淺基礎,當地的凍結深度,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。公橋基規規定，當上部結構為超靜定結構時，基底應埋置在最深凍結線以下不小于0.25m；對靜定結構的基礎，一般也按此要求，但在凍結較深地區，為了減少基礎埋深，有些類別的凍土經計算后也可將基底置于最大凍結線以上。,2-5 剛性擴大基礎的設計與計算 第二章 天然地基上的淺基礎,上部結構型式,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。,當地的地形條件,當

51、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。,2-5 剛性擴大基礎的設計與計算 第二章 天然地基上的淺基礎,當地基為傾斜土坡時，應結合實際情況，對地基容許承載力適當折減。,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。,2-5 剛性擴大基礎的設計與計算 第二章 天然地基上的淺基礎,保證持力層穩定所需的最小埋置深度,地表土的性質是不穩定的。人類和動物的活動以及植物的生長作用，也會影響其強度和穩定，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。

52、 在確定基礎埋置深度時，還應考慮相鄰建筑物的影響.,2-5 剛性擴大基礎的設計與計算 第二章 天然地基上的淺基礎,現舉一簡例來說明如何較合理地確定基礎埋置深度和選擇持力層。,剛性擴大基礎,沉井基礎,樁基礎,2-5 剛性擴大基礎的設計與計算 第二章 天然地基上的淺基礎,二、剛性擴大基礎尺寸的擬定,基礎厚度 基礎平面尺寸 基礎剖面尺寸,2-5 剛性擴大基礎的設計與計算 第二章 天然地基上的淺基礎,剛性擴大基礎立面、平面圖,2-5 剛性擴大基礎的設計與計算 第二章 天然地基上的淺基礎,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

53、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。,2-5 剛性擴大基礎的設計與計算 第二章 天然地基上的淺基礎,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?；A底面長寬尺寸與高度有如下的關系式：,2-5 剛性擴大基礎的設計與計算 第二章 天然地基上的淺基礎,三、地基承載力驗算,持力層承載力驗算 軟弱下臥層承載力驗算,2-5 剛性擴大基礎的設計與計算 第二章 天然地基上的淺基礎,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。基底應力分布公式如下 (由于淺基礎埋置深度小，在計算中可不計基