1、基 础 工 程,第一章 绪论,第二章 天然地基上的浅基础,第三章 桩基础,第四章 沉井基础,第五章 软弱地基处理,第六章 特殊地基处理,第一章,第一节,第二节,第三节,第四节,第一章 导 论,第二节 基础工程设计和施工所需的原始资料及作用效应组合的计算学科的发展概况,第三节 基础工程设计计算应注意的事项,第四节 基础工程学科发展概况,第一节 概述,第一节 概述,任何建筑物都建造在一定的地层上，建筑物的全部荷载都由它下面的地层来承担。受建筑物影响的那一部分地层称为地基，建筑物与地基接触的部分称为基础。桥梁上部结构为桥跨结构，而下部结构包括桥墩、桥台及其基础 。基础工程包括建筑物的地基与基础的设计
2、与施工。,第一章,第一节,第二节,第三节,第四节,图1-1 桥梁结构各部分立面示意图 1-下部结构；2-基础；3-地基；4-桥台；5-桥墩；6-上部结构,第一章,第一节,第二节,第三节,第四节,地基：承受建筑物荷载应力与应变不能忽略的土层。（有一定深度和范围）,基础：埋入土层一定深度并将荷载传给地基的建筑物下部结构。,第一章,第一节,第二节,第三节,第四节,基底压力,第一章,上部结构、基础、地基示意图,第一节,第二节,第三节,第四节,第一章,天然地基：没有经过人为处理，直接修建。,人工地基：承载力低，高压缩性地基，人工处,理后才能修建。,地基,基础,深基础,第一节,第二节,第三节,第四节,第一
3、章,上部结构、基础、地基间的关系：,上部结构（荷载）、基础（压力）、地基（ 应力、变形 ），三者 间相互制约协同工作。,设计方法：简化设计 将三部分相对独立分开，按静力平衡原则，采用不同的简化假定进行分析计算.,第一节,第二节,第三节,第四节,第一章,地基基础在工程中的重要性,隐蔽工程，处理困难，事故危害大； 工程造价高，占20-25%； 设计上应做方案比较。 比萨斜塔、虎丘塔（地基不均匀沉降）； 加特朗斯康谷仓、巴桩基大厦（地基破坏）； 上海锦江饭店整体下沉、香港宝成大厦失稳。,特点,实例,第一节,第二节,第三节,第四节,第一章,软弱地基 整体破坏,地基土承载力低， 产生强度破坏,第一节,第
4、二节,第三节,第四节,第一章,地基不均匀沉降，建筑倾斜,第一节,第二节,第三节,第四节,第一章,均质软弱地基整体下沉,第一节,第二节,第三节,第四节,第一章,案例一：比萨斜塔,世界著名的比萨斜塔于1173年动工，1370年竣工，塔身高约55m，建成后因地基压缩层产生不均匀沉降，使塔的北侧下沉近1m，南侧下沉近3m，塔身倾斜约5.5，塔顶离开铅垂线的距离已达5.27m，是我国虎丘塔的倾斜值的2.3倍。幸亏该塔使用的大理石材质优良，在塔身严重倾斜的情况下尚未出现裂缝。比萨斜塔建成后曾经数次加固，但效果甚微，每年仍下沉约1mm，倾斜尚未有加速迹象，已成为一座名副其实的危塔。,第一节,第二节,第三节,
5、第四节,第一章,案例一：比萨斜塔,第一节,第二节,第三节,第四节,第一章,加拿大的特朗斯康谷仓建于1913年，谷仓的平面为矩形，长59.44m,宽23.47m，高度为31m，由65个圆柱形筒仓组成，采用钢筋混凝土阀板基础。设计时对地基未作勘察，不了解基底下有厚达15m左右的软粘土层，仅根据对临近建筑的调查判定地基承载力。建成后于当年9月开始均匀地向谷仓内装载谷物，至10月发现谷仓产生大量快速沉降，1小时内的垂直沉降量竟达到30.5cm，在其后的24小时内谷仓倾倒，倾倒后谷仓的西侧下沉达7.32m，东侧则抬高了1.53m，整体倾斜达尽27度。因谷仓整体性很强，筒仓本身完好无损。,案例二：加拿大特
6、朗斯康谷仓,第一节,第二节,第三节,第四节,第一章,案例二：加拿大特朗斯康谷仓,第一节,第二节,第三节,第四节,第一章,案例三：墨西哥城某建筑,第一节,第二节,第三节,第四节,第一章,案例四：日本新泻地震,第一节,第二节,第三节,第四节,第一章,第二节 基础工程设计和施工所需的原始资料,桥梁的地基与基础在设计及施工开始之前，除了应掌握有关全桥的资料，包括上部结构形式、跨径、荷载、墩台结构等及国家颁发的桥梁设计和施工技术规范外，还应注意地质、水文资料的搜集和分析，重视土质和建筑材料的调查与试验。主要应掌握各项地质、水文、地形等资料，资料内容范围可根据桥梁工程规模、重要性及建桥地点工程地质、水文条
7、件的具体情况和设计阶段确定取舍。,第一节,第二节,第三节,第四节,第一章,桥位（包括桥头引道）平面图及拟建上部结构及墩台形式、总体构造及有关设计资料 桥位工程地质勘测报告及桥位地质纵剖面图 地基土质调查试验报告 河流水文调查资料,基础工程设计和施工所需的资料,第一节,第二节,第三节,第四节,第一章,第三节、基础工程设计计算应注意的事项,一、基础工程设计计算的原则,1基础底面的压力小于地基的容许承载力； 2地基及基础的变形值小于建筑物要求的沉降值； 3地基及基础的整体稳定性有足够保证； 4基础本身的强度满足要求。,第一节,第二节,第三节,第四节,地基与基础方案的确定主要取决于地基土层的工程性质与
8、水文地质条件、荷载特性、上部结构的结构形式及使用要求，以及材料的供应和施工技术等因素，方案选择的原则是：力求使用上安全可靠、施工技术上简便可行和经济上合理。因此，必要时应作不同方案的比较，从中选出较为适宜与合理的设计方案和施工方案。,第一节,第二节,第三节,第四节,第一章,第一章,二、考虑地基、基础、墩台及上部结构整体作用,建筑物是一个整体，地基、基础、墩台和上部结构是共同工作且相互影响的，地基的任何变形都必定引起基础、墩台和上部结构的变形；不同类型的基础会影响上部结构的受力和工作；上部结构的力学特征也必然对基础的类型与地基的强度、变形和稳定条件提出相应的要求，同时恰当的上部结构、墩台结构型式
9、也具有调整地基基础受力条件，改善位移情况的能力。因此，基础工程应紧密结合上部结构、墩台特性和要求进行；上部结构的设计也应充分考虑地基的特点，把整个结构物作为一个整体，考虑其整体作用和各个组成部分的共同作用。,第一节,第二节,第三节,第四节,第一章,三、基础工程极限状态设计,应用可靠度理论进行工程结构设计是当前国际上一种共同发展的趋势，是工程结构设计领域一次带有根本性的变革。可靠性分析设计又称概率极限状态设计。可靠性含义就是指系统在规定的时间内在规定的条件下完成预定功能的概率。系统不能完成预定功能的概率即是失效概率。这种以统计分析确定的失效概率来度量系统可靠性的方法即为概率极限状态设计方法。,第
10、一节,第二节,第三节,第四节,第一章,结构设计的极限状态一般分为承载力极限状态和正常使用极限状态，承载力极限状态指结构失稳或强度不足，正常使用极限状态指结构变形或局部损坏使其不能满足正常使用和耐久性的情况。地基基础设计中的承载力极限状态不仅包含了地基整体失稳所引起的极限状态，也包含了由于地基土的变形或局部破坏使上部结构发生严重破坏的情况，即地基土的变形也可能是上部结构发生承载力极限状态的原因之一。,第一节,第二节,第三节,第四节,第一章,国外在18世纪产业革命以后，城建、水利、道路建筑规模的扩大促使人们对基础工程的重视与研究，对有关问题开始寻求理论上的解答。此阶段在作为本学科的理论基础的土力学
11、方面，如土压力理论、土的渗透理论等有局部的突破，基础工程也随着工业技术的发展而得到新的发展，如19世纪中叶利用气压沉箱法修建深水基础。本世纪20年代，基础工程有比较系统、比较完整的专著问世，1936年召开第一届国际土力学与基础工程会议后，土力学与基础工程作为一门独立的学科取得不断的发展。上世纪50年代起，现代科学新成就的渗入，使基础工程技术与理论得到更进一步的发展与充实，成为一门较成熟的独立的现代学科。,第四节 基础工程学科,第一节,第二节,第三节,第四节,第一章,我国是一个具有悠久历史的文明古国，我国古代劳动人民在基础工程方面，也早就表现出高超的技艺和创造才能，许多宏伟壮丽的中国古代建筑逾千
12、百年仍留存至今安然无恙的事实就充分说明了这一点。例如，远在1300多年前隋朝时所修建的赵州安济石拱桥，不仅在建筑结构上有独特的技艺，而且在地基基础的处理上也非常合理，该桥桥台座落在较浅的密实粗砂土层上，沉降很小，现反算其基底压力约为500kPa600kPa，与现行的各设计规范中所采用的该土层容许承载力的数值（550kPa）极为接近。在当时就能如此充分利用天然地基的承载力，真令人赞叹不已。在桩基础和地基加固方面，我国自古已有广泛运用，具有悠久的历史。,第一节,第二节,第三节,第四节,第一章,中国古代案例：赵州桥,第一节,第二节,第三节,第四节,第一章,中国古代案例：赵州桥,第一节,第二节,第三节
13、,第四节,第一章,中国古代案例：赵州桥,第一节,第二节,第三节,第四节,第一章,中国古代案例二：河姆渡木桩,第一节,第二节,第三节,第四节,第一章,中国古代案例三：上海龙华古塔,位于上海市龙华公园南侧，直径8.0m，7层，高40.40m.该塔建于北宋（公元997年），距今已有1000多年历史。塔基使用了大量的木桩，值得称道的是建塔者用三合土对木桩进行了很好的隔离防腐处理，木桩因之保存千年而不腐，使龙华古塔至今风光依然。,第一节,第二节,第三节,第四节,第一章,圣母殿,第一节,第二节,第三节,第四节,第一章,中国古代案例四 苏州虎丘塔,第一节,第二节,第三节,第四节,第二章,第一节,第四节,第二
14、章 天然地基上的浅基础,第二节,第三节,第五节,第一节 天然地基上浅基础的类型、构造及适用条件 第二节 刚性扩大基础施工 第三节 板桩墙的计算 第四节 地基承载力的确定 第五节 刚性扩大基础的设计与计算,第二章,第一节,回 顾,天然地基：没有经过人为加固处理的地基,人工地基：需人工加固的软弱地基,浅基础：5m，用一般方法、工艺施工,深基础：(桩基、沉井)，特殊工艺施工,方案组合,天然地基,人工地基,浅基础,深基础,方案选择,造价低 易施工 安全合理 技术先进,第二节,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第一节 天然地基上浅基础的类型、构造和适用条件,浅基础分类,按材料分类 按构造分类 按受
15、力性能分类,单独基础 联合基础 条形基础,第二节,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,按材料分类,砖基础 片石基础 砼及片石砼基础 钢筋砼基础 灰土及三合土基础,第二节,第三节,第四节,第五节,特点：施工一般采用敞开挖基坑修筑基础的方 法，故亦称为明挖基础。设计计算时可以忽略基础侧面土体对基础的影响，基础结构形式和施工方法也较简单。天然地基浅基础由于埋深浅，结构形式简单，施工方法简便，造价也较低，因此是建筑物(最)常用的基础类型。,第二章,第一节,混凝土:是修筑基础最常用的材料，它的优点是强度高、耐久性好，可浇筑成任意形状的砌体，混凝土强度等级一般不宜小于C15号。,片石混凝土:对于大体积
16、混凝土基础，为了节约水泥用量，可掺入不多于砌体体积25%的片石（称片石混凝土）但片石的强度等级不应低于MU25号，也不应低于混凝土的强度等级。,粗料石，要求石料外形大致方整，厚度约20cm30cm,宽度和长度分别为厚度的1.01.5倍和2.54.0倍，石料强度等级不应小于MU25号，砌筑时应错缝，一般采用M5号水泥砂浆。片石常用于小桥涵基础，石料厚度不小于15cm，强度不小于MU25号，一般采用M5号或M2.5号砂浆砌筑。,第二节,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,刚性基础和柔性基础的概念,刚性基础,柔性基础,第二节,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,基础在外力（包括基础自重）作用
17、下，基底的地基反力为，此时基础的悬出部分a-a断面左端，相当于承受着强度为的均布荷载的悬臂梁，在荷载作用下，a-a断面将产生弯曲拉应力和剪应力。当基础圬工具有足够的截面使材料的容许应力大于由地基反力产生的弯曲拉应力和剪应力时，a-a断面不会出现裂缝，这时，基础内不需配置受力钢筋，这种基础称为刚性基础。它是桥梁、涵洞和房屋等建筑物常用的基础类型。,刚性基础的概念,第二节,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,形式：刚性扩大基础，单独柱下刚性基础、条形基础等 。 优点：稳定性好、施工简便、能承受较大的荷载，所以只要地基强度能满足要求，它是桥梁和涵洞等结构物首先考虑的基础形式。缺点：自重大，并且当
18、持力层为软弱土时，由于扩大基础面积有一定限制，需要对地基进行处理或加固后才能采用，否则会因所受的荷载压力超过地基强度而影响建筑物的正常使用。,刚性基础的特点,第二节,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,基础在基底反力作用下，在a-a断面产生弯曲拉应力和剪应力若超过了基础圬工的强度极限值，为了防止基础在a-a断面开裂甚至断裂，可将刚性基础尺寸重新设计，并在基础中配置足够数量的钢筋，这种基础称为柔性基础,柔性基础的概念,第二节,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,形式：柱下扩展基础、条形和十字形基础筏板及箱形基础。优点：其整体性能较好，抗弯刚度较大。如筏板和箱形基础，在外力作用下只产生均匀
19、沉降或整体倾斜，这样对上部结构产生的附加应力比较小，基本上消除了由于地基沉降不均匀引起的建筑物损坏。所以在土质较差的地基上修建高层建筑物时，采用这种基础形式是适宜的。缺点：柔性基础，特别是箱形基础，钢筋和水泥的用量较大，施工技术的要求也较高，所以采用这种基础形式应与其它基础方案（如采用桩基础等）比较后再确定。,柔性基础的特点,第二节,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,由于地基强度一般较墩台或墙柱圬工的强度低，因而需要将基础平面尺寸扩大以满足地基强度要求，这种刚性基础称刚性扩大基础。它是桥涵及其它建筑物常用的基础形式，平面形状常为矩形。每边扩大的尺寸最小为0.20m0.50m，视土质、基础
20、厚度、埋置深度和施工方法而定。作为刚性基础，每边扩大的最大尺寸应受到材料刚性角的限制。,刚性扩大基础,第二节,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,刚性扩大基础,刚性角：基础悬出总长度（包括襟边与台阶宽度之和）按前面刚性 基础的定义，应使悬出部分在基底反力作用下，在a-a截面所产生的 弯曲拉力和剪应力不超过基础圬工的强度限值。所以满足上述要求 时，就可得到自墩台身边缘处的垂线与基底边缘的联线间的最大夹 max，称为刚性角。 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 自重，节省材料。,第二节,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,刚性扩大基础,第二节,第三节,第四节,第五节,
21、第二章,第一节,砼与片石砼基础：强度、耐久性和抗冻性均较好，适于荷载大及地下水位以下结构。掺入片石要求：占体积2030%，尺寸300mm 。,单独基础,第二节,第三节,第四节,第二章,第一节,条形基础分为墙下和柱下条形基础，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。有时为了增强桥柱下基础的承载能力，将同一排若干个柱子的基础联合起来，也就成为柱下条形基础。其构造与倒置的T形截面梁相类似，在沿柱子的排列方向的剖面可以是等截面的，也可以如图那样在柱位处加腋的。在桥梁基础中，一般是做成刚性基础，个别的也可做成柔性基础。,条形基础,第二节,第三节,第四节,第五节
22、,第二章,第一节,条形基础,挡土墙下条形基础,柱下条形基础,第二节,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,联合基础柱下十字交叉基础,第二节,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,联合基础筏形基础（板式与梁板式）,第二节,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,联合基础箱形基础,第二节,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,开挖： 刚性扩大基础的施工可采用明挖的方法进行基坑开挖，开挖工作应尽量在枯水或少雨季节进行，且不宜间断。基坑挖至基底设计标高应立即对基底土质及坑底情况进行检验，验收合格后应尽快修筑基础，不得将基坑暴露过久。基坑可用机械或人工开挖，接近基底设计标高应留30cm高度
23、由人工开挖，以免破坏基底土的结构。基坑开挖过程中要注意排水，基坑尺寸要比基底尺寸每边大0.5m1.0m，以方便设置排水沟及立模板和砌筑工作。 围护：基坑开挖时根据土质及开挖深度对坑壁予以围护或不围护，围护的方式有多种多样。水中开挖基坑还需先修筑防水围堰。,第二节 刚性扩大基础施工,施工一般要求：,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,一、旱地上基坑开挖及围护,（一）无围护基坑当基坑较浅，地下水位较低或渗水量较少，不影响坑壁稳定时，坑壁可不加围护，此时可将坑壁挖成竖直或斜坡形。竖直坑壁只有在岩石地基或基坑较浅又无地下水的硬粘土中采用。要求：在一般土质条件下开挖基坑时，应采用放坡开挖的方
24、法，基坑深度在5m以内，施工期较短，地下水在基底以下，且土的湿度接近最佳含水量，土质构造又较均匀时，基坑坡度可参考下表选用。,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,无围护基坑坑壁坡度,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,无围护基坑,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,（二）有围护基坑,1、板桩墙支护,概念：在基坑开挖前先垂直打入土中至坑底以下一定深度，然后边挖边设支撑，开挖基坑过程中始终是在板桩支护下进行。,材料：木板桩、钢筋混凝土板桩和钢板桩三种。,断面形式：一字形、槽形和Z字形三种。,一字形 槽形 Z字形,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,支
25、撑方式：无支撑式、支撑式和锚撑式 。支撑式板桩墙按设置支撑的层数可分为单支撑板桩墙和多支撑板桩墙。,无支撑 单支撑 多支撑 锚撑,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,钢板桩,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,施打钢板桩,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,基坑支撑,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,基坑远景,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,钢板桩,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,基坑支撑,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,基坑支撑,第三节,第四节,第
26、五节,第二章,第一节,第二节,基坑支撑,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,基坑支撑,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,2、喷射砼护壁,概念：以高压空气为动力，将搅拌均匀的砂、石、水泥和速凝剂干料，由喷射机经输料管吹送到喷枪，在通过喷枪的瞬间，加入高压水进行混合，自喷嘴射出，喷射在坑壁，形成环形混凝土护壁结构，以承受土压力。,适用情况：宜用于土质较稳定，渗水量不大，深度小于10m，直径为6m12m的圆形基坑。对于有流砂或淤泥夹层的土质，也有使用成功的实例。,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,砼喷射顺序：无水、少量渗水坑壁：可由下向上一环一环进行；对渗水较
27、大坑壁：喷护应由上向下进行，以防新喷的混凝土被水冲流；对有集中渗出的股水的基坑：可从无水或水小处开始，逐步向水大处喷护，最后用竹管将集中的股水引出。喷射作业应沿坑周分若干区段进行，区段长度一般不超过6m。 砼材料要求：喷射混凝土应当早强、速凝、有较高的不透水性，且其干料应能顺利通过喷射机。,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,砼喷射厚度：一般粘性土、砂土和碎卵石类土层，如无渗水，厚度为3cm8cm；如有少量渗水，厚度为5cm10cm；对稳定性较差的土，如淤泥、粉砂等，如无渗水，厚度为10cm15cm；如有少量渗水，厚度为15cm；当有大量渗水时，厚度为15cm20cm。一次喷射是否
28、能达到规定的厚度，主要取决于混凝土与土之间的粘结力和渗水量大小。如一次喷射达不到规定的厚度，则应在混凝土终凝后再补喷，直至达到规定厚度为止。,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,喷锚支护,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,喷混支护,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,挂网喷混支护,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,挂网喷混支护,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,挂网喷混支护,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,喷混支护,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,3、砼围圈护壁,概念：混凝土围圈护壁是用混凝土环形
29、结构承受土压力，但其混凝土壁是现场浇筑的普通混凝土，壁厚较喷射混凝土大，一般为15cm30cm，也可按土压力作用下环形结构计算。,适用情况：混凝土围圈护壁则适应性较强，可以按一般混凝土施工，基坑深度可达15m20m，除流砂及呈流塑状态粘土外，可适用于其它各种土类。,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,施工方法：基坑自上而下分层垂直开挖，开挖一层后随即灌注一层混凝土壁。为防止已浇筑的围圈混凝土施工时因失去支承而下坠，顶层混凝土应一次整体浇筑，以下各层均间隔开挖和浇筑，并将上下层混凝土纵向接缝错开。开挖面应均匀分布对称施工，及时浇筑混凝土壁支护，每层坑壁无混凝土壁支护总长度应不大于周长
30、的一半。分层高度以垂直开挖面不坍塌为原则，一般顶层高2m左右，以下每层高1m1.5m。 围圈混凝土一般采用C15早强混凝土。为使基坑开挖和支护工作连续不间断地进行，一般在围圈混凝土抗压强度到达2500kPa强度时，即可拆除摸板，承受土压力。,第三节,第四节,第二章,第一节,第二节,砼围圈护壁,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,砼围圈支护,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,4、其他方法,在软弱土层中的较深基坑以深层搅拌桩、粉体喷射搅拌桩、旋喷桩等，按密排或格框形布置成连续墙以形成支档结构代替板桩墙等，多用于市政工程、工业与民用建筑工程，桥梁工程也有使用成功的报道。在一
31、些基础工程施工中，对局部坑壁的围护也常因地制宜就地取材采用多种灵活的围护方法，在浅基坑中，当地下水影响不大时，也可使用木档板支撑（路桥施工除在特定条件下，现较少采用）。,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,粉喷桩支护,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,适用情况：基坑如在地下水位以下，随着基坑的下挖，渗水将不断涌集基坑，因此施工过程中必须不断地排水，以保持基坑的干燥，便于基坑挖土和基础的砌筑与养护。常用方法：表面排水法井点法降低地下水位,二、基坑排水,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,（一）表面排水法,概念：基坑如在地下水位以下，随着基坑的下挖，渗水将不断
32、涌集基坑，因此施工过程中必须不断地排水，以保持基坑的干燥，便于基坑挖土和基础的砌筑与养护。适用情况：一般土质条件下均可采用。但当地基土为饱和粉细砂土等粘聚力较小的细粒土层时，由于抽水会引起流砂现象，造成基坑的破坏和坍塌，因此当基坑为这类土时，应避免采用表面排水法。,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,（二）井点法降低地下水位,概念：即在基坑开挖前预先在基坑四周打入（或沉入）若干根井管，井管下端1.5m左右为滤管，上面钻有若干直径约2mm的滤孔，外面用过滤层包扎起来。各个井管用集水管连接并抽水 。,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,类型：分为轻型井点、喷射井点、电渗井点
33、和深井泵井点等，可根据土的渗透系数，要求降低水位的深度及工程特点选用。,特点：井管范围内的地下水不从基坑的四周边缘和底面流出，而是以相反的方向流向井管，因而可以避免发生流砂和边坡坍塌现象，且由于流水压力对土层还有一定的压密作用。,适用情况：适用于渗透系数为（0.180）m/d的砂土。对于渗透系数小于0.1m/d的淤泥、软粘土等则效果较差，需要采用电渗井点排水或其它方法。,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,围堰的概念：是一种临时挡水结构，在水中修筑桥梁基础时，开挖基坑前需在基坑周围先修筑
34、一道防水围堰，把围堰内水排干后，再开挖基坑修筑基础。如排水较因难，也可在围堰内进行水下挖土，挖至预定标高后先灌注水下封底混凝土，然后再抽干水继续修筑基础。在围堰内不但可以修筑浅基础，也可以修筑桩基础等。围堰的种类 ：有土围堰、草（麻）袋围堰、钢板桩围堰、双壁钢围堰和地下连续墙围堰等,三、水中开挖基坑时的围堰工程,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,各种围堰都应符合以下要求1围堰顶面标高应高出施工期间中可能出现的最高水位0.5m以上，有风浪时应适当加高。2要求河道断面压缩一般不超过流水断面积的30%。对两边河岸河堤或下游建筑物有可能造成危害时，必须征得有关单位同意并采取有效防护措施。
35、3围堰内尺寸应满足基础施工要求，留有适当工作面积，由基坑边缘至堰脚距离一般不少于1m。4围堰结构应能承受施工期间产生的土压力、水压力以及其他可能发生的荷载，满足强度和稳定要求。围堰应具有良好的防渗性能。,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,（一）土围堰和草袋围堰,在水深较浅（2m以内），流速缓慢，河床渗水较小的河流中修筑基础可采用土围堰或草袋围堰。,土围堰 草袋围堰,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,当水较深时，可采用钢板桩围堰。修建水中桥梁基础常使用单层钢板桩围堰，其支撑（一般为万能杆件构架，也采用浮箱拼装）和导向（由槽钢组成内外导环）系统的框架结构称“围囹”或“围
36、笼”。,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,施工工艺流程：,适用情况：钢板桩围堰一般适用于河床为砂土、碎石土和半干硬性粘土，并可嵌入风化岩层。围堰内抽水深度最大可达20cm左右。,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,槽型钢板桩,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,钢板桩围堰挡水,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,双壁钢围堰一般做成圆形结构，它本身实际上是个
37、浮式钢沉井。井壁钢壳是由有加劲肋的内外壁板和若干层水平钢桁架组成，中空的井壁提供的浮力可使围堰在水中自浮，使双壁钢围堰在漂浮状态下分层接高下沉。在两壁之间设数道竖向隔舱板将圆形井壁等分为若干个互不连通的密封隔舱，利用向隔舱不等高灌水来控制双壁围堰下沉及调整下沉时的倾斜。井壁底部设置刃脚以利切土下沉。如需将围堰穿过覆盖层下沉到岩层而岩面高差又较大时，可做成如图2-15所示高低刃脚密贴岩面。双壁围堰内外壁板间距一般为1.2m1.4m，这就使围堰刚度很大，围堰内无需设支撑系统。,（三）双壁钢围堰,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,构造：,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,
38、双壁围堰钻孔基础,目前采用双壁钢围堰修建的大型桥梁深水基础，大都将基础放在岩盘上用钻孔嵌岩后，在孔内安放钢筋笼灌注混凝土与岩盘牢牢结合在一起，故称这种方法修筑的基础为“双壁围堰钻孔基础”。,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,田螺大桥双壁钢围堰成功下水,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,田螺大桥双壁钢围堰成功下水,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,第三节,第三节 板桩墙的计算,板桩墙的作用是挡住基坑四周的土体，防
39、止土体下滑和防止水从坑壁周围渗入或从坑底上涌，避免渗水过大或形成流砂而影响基坑开挖。根据基坑深度和水深，一般可采用无支撑、单支撑和多支撑板桩墙。它主要承受土压力和水压力，因此，板桩墙本身也是挡土墙，但又非一般刚性挡墙，它在承受水平压力时是弹性变形较大的柔性结构，它的受力条件与板桩墙的支撑方式、支撑的构造、板桩和支撑的施工方法以及板桩入土深度密切相关，需要进行专门的设计计算。,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,板桩墙计算内容应包括：板桩墙侧向压力计算；确定板桩插入土中深度的计算，以确保板桩墙有足够的稳定性；计算板桩墙截面内力，验算板桩墙材料强度，确定板桩截面尺寸；板桩支撑（锚撑）的计算；基
40、坑稳定性验算；水下混凝土封底计算。,第三节,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,第三节,一、侧向压力计算,作用于板桩墙的外力主要来自坑壁土压力和水压力，或坑顶其它荷载（如挖、运土机械等）所引起的侧向压力。,由于它大多是临时结构物，因此常采用比较粗略的近似计算，即不考虑板桩墙的实际变形，仍沿用古典土压力理论计算作用于板桩墙上的土压力。一般用朗金理论来计算不同深度z处每延米宽度内的主、被动土压力强度pa、pp(kPa)：,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,第三节,（2-3）,朗金理论计算不同深度z处每延米宽度内的主、被动土压力强度pa、pp(kPa)：,第四节,第五节,第二章,第一节,第
41、二节,第三节,如有地下水或地面水时，还应根据土的透水性质和施工方法来考虑计算静水压力对板桩的作用。当土层为透水性土时，则在计算土压力时，土重取浮重度，并考虑全部静水压力；当水下土层为不透水的粘性土层，且打板桩时不会使打桩后的土松动而使水进入土中时，计算土压力不考虑水的浮力取饱和重度，而土面以上水深作为均布的超载作用考虑。,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,第三节,二、悬臂式板桩墙的计算,图2-17所示的悬臂式板桩墙，因板桩不设支撑，故墙身位移较大，通常可用于挡土 高度不大的临时性支撑结构。,图2-17 悬臂式板桩墙的计算,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,第三节,一般近似地假定土压
42、力的分布图形如图2-17所示：墙身前侧是被动土压力（bcd），其合力为 ,并考虑有一定的安全系数K（一般取K=2）；在墙身后方为主动土压力（abe），合力为 。另外在桩下端还作用有 被动土压力 ，由于的作用位置 不易确定，计算时假定作用在桩端b 点。考虑到的实际作用位置应在桩 端以上一段距离，因此，在最后求得板桩的入土深度t后，再适当增加1020%。,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,第三节,例题2-1 计算图2-18所示悬臂式板桩墙需要的入土深度t及桩身最大弯矩值。已知桩周土为砂砾， kN/m3，基坑开挖深度h=1.8m。安全系数K=2。,图2-18 例题2-1图,解：1）入土深度求解
43、：当 时， 朗金主动土压力系数 ，朗金被动土压力系数,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,第三节,若令板桩入土深度为t，取1延米长的板桩墙，计算墙上作用力对桩端b点的力矩平衡条件 得：,推出：,？,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,第三节,将数字代入上式得：,解得：,板桩的实际入土深度较计算值增加20%，则可求得板桩的总长度L为：,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,第三节,若板桩的最大弯矩截面在基坑底深度 处，该截面的剪力应等于零，即,推出：,？,2）最大弯矩值求解,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,第三节,例题2-1 计算图2-18所示悬臂式板桩墙需要的入土深度t及桩身
44、最大弯矩值。已知桩周土为砂砾， kN/m3，基坑开挖深度h=1.8m。安全系数K=2。图2-18 例题2-1图,解：1）入土深度求解： 当 时， 朗金主动土压力系数 ，朗金被动土压力系数 。,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,第三节,若令板桩入土深度为t，取1延米长的板桩墙，计算墙上作用力对桩端b点的力矩平衡条件 得：,推出：,？,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,第三节,将数字代入上式得：,解得：,板桩的实际入土深度较计算值增加20%，则可求得板桩的总长度L为：,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,第三节,若板桩的最大弯矩截面在基坑底深度 处，该截面的剪力应等于零， 即,推出
45、：,？,2）最大弯矩值求解,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,第三节,将数字代入上式得：,解得:,可求得每延米板桩墙的最大弯矩 为：,=21.6kNm,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,第三节,三、单支撑（锚碇式）板桩墙的计算,当基坑开挖高度较大时，不能采用悬臂式板桩墙，此时可在板桩顶部附近设置支撑或锚碇拉杆，成为单支撑板桩墙，如图2-19所示。,图2-19 单支撑板桩墙的计算,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,第三节,单支撑板桩墙的计算，可以把它作为有两个支承点的竖直梁。一个支点是板桩上端的支撑杆或锚碇拉杆；另一个是板桩下端埋入基坑底下的土。下端的支承情况又与板桩埋入土中的
46、深度大小有关，一般分为两种支承情况；第一种是简支支承，如图2-19a。这类板桩埋入土中较浅，桩板下端允许产生自由转动；第二种是固定端支承，如图2-20a。若板桩下端埋入土中较深，可以认为板桩下端在土中嵌固。,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,第三节,1板桩下端简支支承时的土压力分布（图2-19a）,板桩墙受力后挠曲变形，上下两个支承点均允许自由转动，墙后侧产生主动土压力EA。由于板桩下端允许自由转动，故墙后下端不产生被动土压力。墙前侧由于板桩向前挤压故产生被动土压力EP。由于板桩下端入土较浅，板桩墙的稳定安全度，可以用墙前被动土压力EP除以安全系数K保证。此种情况下的板桩墙受力图式如同简
47、支梁（图2-19b），按照板 桩上所受土压力计算出 的每延米板桩跨间的弯 矩如图2-19c所示，并以 Mmax值设计板桩的厚度。,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,第三节,2板桩下端固定支承时的土压力分布（图2-20）,板桩下端入土较深时，板桩下端在土中嵌固，板桩墙后侧除主动土压力EA外，在板桩下端嵌固点下还产生被动土压力EP2。假定EP2作用在桩底b点处。与悬臂式板桩墙计算相同，板桩的入土深度可按计算值适当增加1020%。板桩墙的前侧作用被动土压力EP1。由于板桩入土较深，板桩墙的稳定性安全度由桩的入土深度保证，故被动土压力EP1不再考虑安全系数。由于板桩下端的嵌固点位置不知道，因此，
48、不 能用静力平衡条件直接求解板桩的入土深 度t。在图2-20中给出了板桩受力后的挠曲 形状，在板桩下部有一挠曲反弯点c，在c 点以上板桩有最大正弯矩，c点以下产生 最大负弯矩，挠曲反弯点c相当于弯矩零点，弯矩分布图如图2-20所示。,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,第三节,例题2-2 计算图2-21所示锚碇式板桩墙的入土深度t，锚碇拉杆拉力T，以及板桩的最大弯矩值。已知板桩下端为自由支承，土的性质如图2-21所示。基坑开挖深度h=8m，锚杆位置在地面下d=1m，锚杆设置间距a=2.5m。,解: 当=30时，朗金主动土压力系数 朗金被动土压力系数 ，则,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,第三节,根据锚碇点0的力矩平衡条件，得：,?,将 代入上式：,解得,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,第三节,由平衡 条件，得锚杆拉力T为：,=367.5kN,板桩的最大弯矩计算方法与悬臂式板桩相同，可参见例题2-1。,第四节,第五节,第二章,第一节,第二节,第三节,四、多支撑板桩墙计算,当坑底在地面或水面以下很深时，为了减少板桩的弯矩可以设置多层支撑。支撑的层数及位置要根据土质、坑深、支撑结构杆件的材料强度，以及施工要求等因素拟定。板桩支撑的层数和支撑间距布置一般采用以下两种方法设置：,
