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1、精选优质文档-倾情为你奉上基 础 工 程长安大学专心-专注-专业目 录第一章 导 论第一节 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与施工。地基与基础在各种荷载作用下将产生附加应力和变形。为了保证建筑物的正常使用与安全，地基与基础必须具有足够的强度和稳定性，变形也应在允许范围之内。根据地层变化情况、上部结构的要求、荷载特点和施工技术水平，可采用不同类型的地基和基础。地基可分为天然地基与人工地基。未
2、经人工处理就可以满足设计要求的地基称为天然地基。如果天然地层土质过于软弱或存在不良工程地质问题，需要经过人工加固或处理后才能修筑基础，这种地基称为人工地基。基础根据埋置深度分为浅基础和深基础。通常将埋置深度较浅（一般在数米以内），且施工简单的基础称为浅基础；若浅层土质不良，需将基础置于较深的良好土层上，且施工较复杂时称为深基础。基础埋置在土层内深度虽较浅，但在水下部分较深，如深水中桥墩基础，称为深水基础，在设计和施工中有些问题需要作为深基础考虑。桥梁及各种人工构造物常用天然地基上的浅基础。当需设置深基础时常采用桩基础或沉井基础，而我国公路桥梁应用最多的深基础是桩基础。目前我国公路建筑物基础大多
3、采用混凝土或钢筋混凝土结构，少部分用钢结构。在石料丰富的地区，就地取材，也常用石砌基础。只有在特殊情况下（如抢修、建临时便桥）采用木结构。工程实践表明：建筑物地基与基础的设计和施工质量的优劣，对整个建筑物的质量和正常使用起着根本的作用。基础工程是隐蔽工程，如有缺陷，较难发现，也较难弥补和修复，而这些缺陷往往直接影响整个建筑物的使用甚至安全。基础工程的进度，经常控制整个建筑物的施工进度。基础工程的造价，通常在整个建筑物造价中占相当大的比例，尤其是在复杂的地质条件下或深水中修建基础更是如此。因此，对基础工程必须做到精心设计、精心施工。第二节 基础工程设计和施工所需的资料及计算荷载的确定地基与基础的
4、设计方案、计算中有关参数的选用，都需要根据当地的地质条件、水文条件、上部结构型式、荷载特性、材料情况及施工要求等因素全面考虑。施工方案和方法也应该结合设计要求、现场地形、地质条件、施工技术设备、施工季节、气候和水文等情况来研究确定。因此，应在事前通过详细的调查研究，充分掌握必要的、符合实际情况的资料。本节对桥梁基础工程所需资料及计算荷载确定原则作简要介绍。一、基础工程设计和施工需要的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。
5、主要应掌握的地质、水文、地形等资料如表1-1所列，其中各项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、水文条件的具体情况和设计阶段确定取舍。资料取得的方法和具体规定可参阅工程地质、土质学与土力学及桥涵水文等有关教材和手册。 基础工程有关设计和施工需要的地质、水文、地形及现场各种调查资料 表1-1资料种类资料主要内容资 料 用 途1桥位平面图（或桥址地形图）（1）桥位地形（2）桥位附近地貌、地物（3）不良工程地质现象的分布位置（4）桥位与两端路线平面关系（5）桥位与河道平面关系（1）桥位的选择、下部结构位置的研究（2）施工现场的布置（3）地质概况的辅助资料（4）河岸冲刷及水流方向改
6、变的估计（5）墩台、基础防护构造物的布置2桥位工程地质勘测报告及工程地质纵剖面图（1）桥位地质勘测调查资料包括河床地层分层土（岩）类及岩性，层面标高，钻孔位置及钻孔柱状图（2）地质、地史资料的说明（3）不良工程地质现象及特殊地貌的调查勘测资料（1）桥位、下部结构位置的选定（2）地基持力层的选定（3）墩台高度、结构型式的选定（5）墩台、基础防护构造物的布置3地基土质调查试验报告（1）钻孔资料（2）覆盖层及地基土（岩）层状生成分布情况（3）分层土（岩）层状生成分布情况（4）荷载试验报告（5）地下水位调查（1）分析和掌握地基的层状（2）地基持力层及基础埋置深度的研究与确定（3）地基各土层强度及有关计
7、算参数的选定（4）基础类型和构造的确定（5）基础下沉量的计算4河流水文调查报告（1）桥位附近河道纵横断面图（2）有关流速、流量、水位调查资料（3）各种冲刷深度的计算资料（4）通航等级、漂浮物、流冰调查资料（1）确定根据冲刷要求基础的埋置深度（2）桥墩身水平作用力计算（3）施工季节、施工方法的研究5其他调查资料（1）地震（2）建筑材料（3）气象（4）附近桥梁的调查（5）施工调查资料（1）地震记录（2）震害调查（1）确定抗震设计强度（2）抗震设计方法和抗震措施的确定（3）地基土振动液化和岸坡滑移的分析研究（1）就地可采取、供应的建筑材料种类、数量、规格、质量、运距等（2）当地工业加工能力、运输条件
8、有关资料（3）工程用水调查（1）下部结构采用材料种类的确定（2）就地供应材料的计算和计划安排（1）当地气象台有关气温变化、降水量、风向风力等记录资料（2）实地调查采访记录（1）气温变化的确定（2）基础埋置深度的确定（3）风压的确定（4）施工季节和方法的确定（1）附近桥梁结构型式、设计书、图纸、现状（2）地质、地基土（岩）性质（3）河道变动、冲刷、淤泥情况（4）营运情况及墩台变形情况（1）掌握架桥地点地质、地基土情况（2）基础埋置深度的参考（3）河道冲刷和改道情况的参考（1）施工方法及施工适宜季节的确定（2）工程用地的布置（3）工程材料、设备供应、运输方案的拟定（4）工程动力及临时设备的规划（5
9、）施工临时结构的规划二、计算荷载的确定在桥梁墩台上的永久荷载（恒载）包括结构物的自重、土重及土的自重产生的侧向压力、水的浮力、预应力结构中的预应力、超静定结构中因混凝土收缩徐变和基础变位而产生的影响力；基本可变荷载（活载）有汽车荷载、汽车冲击力、离心力、汽车引起的土侧压力、人群荷载、平板挂车或履带车荷载引起的土侧压力；其他可变荷载有风力、汽车制动力、流水压力、冰压力、支座摩阻力，在超静定结构中尚需考虑温度变化的影响力；偶然荷载有船只或漂流物撞击力，施工荷载和地震力。这些荷载通过基础传给地基。按照各种荷载的特性及出现的机率不同，在设计计算时，应根据可能同时出现的作用荷载进行组合，荷载组合的种类，
10、在桥梁通用规范里有具体规定。按照各种荷载特性及出现的机率不同，在设计计算时应考虑各种可能出现的荷载组合，一般有以下几种：组合 由恒载中的一种或几种，与一种或几种活载（平板挂车或履带车除外）相组合，如该组合中不包括混凝土收缩、徐变及水的浮力引起的影响力时，习惯上也称为主要组合；组合 由恒载中的一种或几种，与活载中的一种或几种（平板挂车或履带车除外）及其他可变荷载的一种或几种相组合；组合 由平板挂车或履带车与结构自重、预应力、土重及土侧压力中的一种或几种相结合；组合 由活载（平板挂车或履带车除外）的一种或几种与恒载的一种或几种与偶然荷载中的船只或漂流物撞击力相组合；组合 施工阶段验算荷载组合，包括
11、可能出现的施工荷载如结构重、脚手架、材料机具、人群、风力和拱桥单向推力等；组合 由地震力与结构重、预应力、土重及土侧压力中的一种或几种组合。组合、习惯上也称为附加组合。为保证地基与基础满足在强度稳定性和变形方面的要求，应根据建筑物所在地区的各种条件和结构特性，按其可能出现的最不利荷载组合情况进行验算。所谓“最不利荷载组合”，就是指组合起来的荷载，应产生相应的最大力学效能，例如用容许应力法设计时产生的最大应力；滑动稳定验算时产生最小滑动安全系数等。因此不同的验算内容将由不同的最不利荷载组合控制设计，应分别考虑。一般说来，不经过计算是较难判断哪一种荷载组合最为不利，必须用分析的方法，对各种可能的最
12、不利荷载组合进行计算后，才能得到最后的结论。由于活载（车辆荷载）的排列位置在纵横方向都是可变的，它将影响着各支座传递给墩台及基础的支座反力的分配数值，以及台后由车辆荷载引起的土侧压力大小等，因此车辆荷载的排列位置往往对确定最不利荷载组合起着支配作用，对于不同验算项目（强度、偏心距及稳定性等），可能各有其相应的最不利荷载组合，应分别进行验算。此外，许多可变荷载其作用方向在水平投影面上常可以分解为纵桥向和横桥向，因此一般也需按此两个方向进行地基与基础的计算，并考虑其最不利荷载组合，比较出最不利者来控制设计。桥梁的地基与基础大多数情况下为纵桥向控制设计，但对于有较大横桥向水平力（风力、船只撞击力和水
13、压力等）作用时，也需进行横桥向计算，可能为横桥向控制设计。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基础工程设计计算的目的是设计一个安全、经济和可行的地基及基础，以保证结构物的安全和正常使用。因此，基础工程设计计算的基本原则是：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。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
14、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，地基和基础的不均匀沉降对于超静定的上部结构影响较大，因为较小的基础沉降差就能引起上部结构产生较大的内力。同时恰当的上部结构、墩台结构型式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。全面分析建筑物整体和各组成部分的设计可行性、安全和经济性；把强度、变形和稳定紧密地与现场条件、施工条件结合起来，全面分析，综合考虑。三、基础工程极限状态设计应用可靠度理论进行工程结
15、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。在20世纪80年代，我国在建筑结构工程领域开始逐步全面引入概率极限状态设计原则，1984年颁布的国家标准建筑结构设计统一标准（GBJ68-84）采用了概率极限状态设计方法，以分项系数描述的设计表达式代替原来的用总安全系数描述的设计表达式。根据统一标准的规定，一批结构设计规范都作了相应的修订，如公路钢筋
16、混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTJ023-85）也采用了以分项系数描述的设计表达式。1999年6月建设部批准颁布了推荐性国家标准公路工程可靠度设计统一标准，2001年11月建设部又颁发了新的国家标准建筑结构可靠度设计统一标准（GB50068-2001）。然而，我国现行的地基基础设计规范，除个别的已采用概率极限状态设计方法（如1995年7月颁布的建筑桩基技术规范JGJ94-94）外，桥涵地基基础设计规范等均还未采用极限状态设计，这就产生了地基基础设计与上部结构设计在荷载计算，材料强度，结构安全度等不协调的情况。由于地基土是在漫长的地质年代中形成的，是大自然的产物，其性质十分复杂，不仅不同地
17、点的土性可以差别很大，即使同一地点，同一土层的土，其性质也随位置发生变化。所以地基土具有比任何人工材料大得多的变异性，它的复杂性质不仅难以人为控制，而且要清楚地认识它也很不容易。在进行地基可靠性研究的过程中，取样、代表性样品选择、试验、成果整理分析等各个环节都有可能带来一系列的不确定性，增加测试数据的变异性，从而影响到最终分析结果。地基土因位置不同引起的固有可变性，样品测值与真实土性值之间的差异性，以及有限数量所造成误差等，就构成了地基土材料特性变异的主要来源。这种变异性比一般人工材料的变异性大。因此，地基可靠性分析的精度，在很大程度上取决于土性参数统计分析的精度。如何恰当地对地基土性参数进行
18、概率统计分析，是基础工程最重要的问题。基础工程极限状态设计与结构极限状态设计相比还具有物理和几何方面的特点。地基是一个半无限体，与板梁柱组成的结构体系完全不同。在结构工程中，可靠性研究的第一步先解决单构件的可靠度问题，目前列入规范的亦仅仅是这一步，至于结构体系的系统可靠度分析还处在研究阶段，还没有成熟到可以用于设计标准的程度。地基设计与结构设计不同的地方在于无论是地基稳定和强度问题或者是变形问题，求解的都是整个地基的综合响应。地基的可靠性研究无法区分构件与体系，从一开始就必须考虑半无限体的连续介质，或至少是一个大范围连续体。显然，这样的验算不论是从计算模型还是涉及的参数方面都比单构件的可靠性分
19、析复杂的多。在结构设计时，所验算的截面尺寸与材料试样尺寸之比并不很大。但在地基问题中却不然，地基受力影响范围的体积与土样体积之比非常大。这就引起了两方面的问题，一是小尺寸的试件如何代表实际工程的性状，二是由于地基的范围大，决定地基性状的因素不仅是一点土的特性，而是取决于一定空间范围内平均土层特性，这是结构工程与基础工程在可靠度分析方面的最基本的区别所在。我国基础工程可靠度研究始于20世纪80年代初，虽然起步较晚，但发展很快，研究涉及的课题范围较广，有些课题的研究成果，已达国际先进水平。但由于研究对象的复杂性，基础工程的可靠度研究落后于上部结构可靠度的研究，而且要将基础工程可靠度研究成果纳入设计
20、规范，进入实用阶段，还需要做大量的工作。国外有些国家已建立了地基按半经验半概率的分项系数极限状态标准。在我国，随着结构设计使用了极限状态设计方法，在地基设计中采用极限状态设计工作也已提到议事日程上了。第四节 基础工程学科发展概况基础工程与其他技术学科一样，是人类在长期的生产实践中不断发展起来的，在世界各文明古国数千年前的建筑活动中，就有很多关于基础工程的工艺技术成就，但由于当时受社会生产力和技术条件的限制，在相当长的时期内发展很缓慢，仅停留在经验积累的感性认识阶段。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
21、作为本学科的理论基础的土力学方面，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。本世纪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。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，。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
22、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。由于我国封建社会历时漫长，且近百余年遭受帝国主义侵略和压迫，再加上当时国内统治阶级的腐败，本学科和其他科学技术一样，长期陷于停滞状况，落后于同时代的工业发达国家。中华人民共和国成立后，在中国共产党的英明领导下，社会主义大规模的经济建设事业飞速发展，促进了本学科在我国的迅速发展，并取得了辉煌的成就。国外近年来基础工程科学技术发展也较快，一些国家采用了概率极限状态设计方法。将高强
23、度预应力混凝土应用于基础工程，基础结构向薄壁、空心、大直径发展，采用的管柱直径达6m，沉井直径达80m（水深60m）并以大口径磨削机对基岩进行处理，在水深流速较大处采用水上自升式平台进行沉桩（管柱）施工等。基础工程既是一项古老的工程技术又是一门年轻的应用科学，发展至今在设计理论和施工技术及测试工作中都存在不少有待进一步完善解决的问题，随着祖国现代化建设，大型和重型建筑物的发展将对基础工程提出更高的要求，我国基础工程科学技术可着重开展以下工作：开展地基的强度、变形特性的基本理论研究;进一步开展各类基础型式设计理论和施工方法的研究第二章 天然地基上的浅基础浅基础的定义: 埋入地层深度较浅，施工一般
24、采用敞开挖基坑修筑的基础 浅基础在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。深基础埋入地层较深，结构形式和施工方法较浅基础复杂，在设计计算时需考虑基础侧面土体的影响。天然地基浅基础的特点: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。第一节 天然地基上浅基础的类型、构造及适用条件一、浅基础常用类型及适用条件天然地基浅基础的分类（根据受力条件及构造）：刚性基础：基础在外力（包括基础自重）作用下，基底的地基反力为，此时基础的悬出部分（图2-1b），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
25、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（图2-1b）。它是桥梁、涵洞和房屋等建筑物常用的基础类型。其形式有：刚性扩大基础（图2-1b及图2-2），单独柱下刚性基础（图2-3a、d）、条形基础（图2-4）等。柔性基础：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（图2-1a）。柔性基础主要是用钢筋混凝土浇
26、筑，常见的形式有柱下扩展基础、条形和十字形基础（图2-5）筏板及箱形基础（图2-6、图2-7），其整体性能较好，抗弯刚度较大。图21 基础类型刚性基础常用的材料：主要有混凝土，粗料石和片石。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。对于大体积混凝土基础，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）。刚性基础的特点：稳定性好、施工简便、能承受较大的荷载。它的主要缺点是自重大，并且当持力层为软弱土时，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
27、响建筑物的正常使用。所以对于荷载大或上部结构对沉降差较敏感的建筑物，当持力层的土质较差又较厚时，刚性基础作为浅基础是不适宜的。二、浅基础的构造（一）刚性扩大基础（图2-2）图22 刚性扩大基础将基础平面尺寸扩大以满足地基强度要求，这种刚性基础又称刚性扩大基础，其平面形状常为矩形，其每边扩大的尺寸最小为0.20m0.50m，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。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。它是桥涵及其它建筑物常用的基础形式 （二）单独和联合基础（图2-3）单独基础是立柱式桥墩和房屋建筑常用的基础形式之一。它的纵横剖面均可砌筑成台阶式（
28、图2-3a、b），但柱下单独基础用石或砖砌筑时，则在柱子与基础之间用混凝土墩连接。个别情况下柱下基础用钢筋混凝土浇注时，其剖面也可浇筑成锥形（图2-3c）。 （三）条形基础（图2-4）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。如挡土墙很长，为了避免在沿墙长方向因沉降不匀而开裂，可根据土质和地形予以分段，设置沉降缝。有时为了增强桥柱下基础的承载 图2-3 单独和联合基础 图2-4 挡土墙下条形基础图2-5 柱下条形基础能力，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（图2-5）。其构造与倒置的T形截面梁相类似，
29、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。如地基土很软，基础在宽度方向需进一步扩大面积，同时又要求基础具有空间的刚度来调整不均匀沉降时，可在柱下纵、横两个方向均设置条形基础，成为十字型基础。这是房屋建筑常用的基础形式，也是一种交叉条形基础。 （四）筏板和箱形基础（图2-6、图2-7）筏板和箱形基础都是房屋建筑常用的基础形式。当立柱或承重墙传来的荷载较大，地基土质软弱又不均匀，采用单独或条形基础均不能满足地基承载力或沉降的要求时，可采用筏板式钢筋混凝土基础，这样既扩大了基底面积又增加了基础的整体性，并避免建筑物
30、局部发生不均匀沉降。筏板基础在构造上类似于倒置的钢筋混凝土楼盖，它可以分为平板式（图2-6a）和梁板式（图2-6b）。平板式常用于柱荷载较小而且柱子排列较均匀和间距也较小的情况。为增大基础刚度，可将基础做成由钢筋混凝土顶板、底板及纵横隔墙组成的箱形基础（图2-7），它的刚度远大于筏板基础，而且基础顶板和底板间的空间常可利用作地下室。它适用于地基较软弱,土层厚，建筑物对不均匀沉降较敏感或荷载较大而基础建筑面积不太大的高层建筑。 图2-6 筏板基础 图2-7 箱形基础第二节 刚性扩大基础施工注意事项：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
31、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。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。一、旱地上基坑开挖及围护 （一）无围护基坑适用于基坑较浅，地下水位较低或渗水量较少，不影响坑壁稳定时，此时可将坑壁挖成竖直或斜坡形。竖直坑壁只适宜在岩石地基或基坑较浅又无地下水的硬粘土中采用。在一般
32、土质条件下开挖基坑时，应采用放坡开挖的方法。（二）有围护基坑1板桩墙支护板桩是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。板桩墙分无支撑式（图2-8a）、支撑式和锚撑式（图2-8d）。支撑式板桩墙按设置支撑的层数可分为单支撑板桩墙（图2-8b）和多支撑板桩墙（图2-8c）。由于板桩墙多应用于较深基坑的开挖，故多支撑板桩墙应用较多。图 2-82喷射混凝土护壁喷射混凝土护壁，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。喷射混凝土护壁的基本原理是以高压空气为动力，将
33、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。3混凝土围圈护壁采用混凝土围圈护壁时，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。混凝土围圈护壁也是用混凝土环形结构承
34、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。喷射混凝土护壁要求有熟练的技术工人和专门设备，对混凝土用料的要求也较严，用于超过10m的深基坑尚无成熟经验，因而有其局限性。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。二、基坑排水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。目前常用的基坑排水方法有表面排水和井点法降低地下水位两种。（一）表面排水法它是在
35、基坑整个开挖过程及基础砌筑和养护期间，在基坑四周开挖集水沟汇集坑壁及基底的渗水，并引向一个或数个比集水沟挖得更深一些的集水坑，集水沟和集水坑应设在基础范围以外，在基坑每次下挖以前，必须先挖沟和坑，集水坑的深度应大于抽水机吸水龙头的高度，在吸水龙头上套竹筐围护，以防土石堵塞龙头。这种排水方法设备简单、费用低，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。（二）井点法降低地下水位对粉质土、粉砂类土等如采用表面排水极易引起流砂现象，影响基坑稳定，此时可采用井点法降低地下水位排水。根据
36、使用设备的不同，主要有轻型井点、喷射井点、电渗井点和深井泵井点等多种类型，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。轻型井点降水是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。由于使井管两侧一定范围内的水位逐渐下降，各井管相互影响形成了一个连续的疏干区。在整个施工过程中保持不断抽水，以保证在基坑开挖和基础砌筑的整个过程中基坑始终保持着无水状态。该法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。三、水中基坑开挖时的围堰工程围堰的定义：在水中修筑
37、桥梁基础时，开挖基坑前需在基坑周围先修筑一道防水围堰，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：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。对围堰的要求：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修筑围堰将压缩河道断面，使流速增大引起冲刷，或堵塞河道影响通航，因此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
38、取有效防护措施。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。（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。土围堰用粘性土填筑，无粘性土时，也可用砂土类填筑，但须加宽堰身以加大渗流长度，砂土颗粒越大堰身越要加厚。围堰断面应根据使用土质条件，渗水程度及水压力作用下的稳定确定。若堰外流速较大时，可在外侧用草袋柴排防护。图2-9 围囹法打钢板桩此外，还可以用竹笼片石围堰和木笼片石围堰做
39、水中围堰，其结构由内外二层装片石的竹（木）笼中间填粘土心墙组成。粘土心墙厚度不应小于2m。为避免片石笼对基坑顶部压力过大，并为必要时变更基坑边坡留有余地，片石笼围堰内侧一般应距基坑顶缘3m以上。（二）钢板桩围堰当水较深时，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“围笼”（图2-9）。（三）双壁钢围堰在深水中修建桥梁基础还可以采用双壁钢围堰。双壁钢围堰一般做成圆形结构，它本身实际上是个浮式钢沉井。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
40、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。第三节 板桩墙的计算在基坑开挖时坑壁常用板桩予以支撑，板桩也用作水中桥梁墩台施工时的围堰结构。板桩墙的作用是挡住基坑四周的土体，防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。它主要承受土压力和水压力，
41、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。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。板桩墙土压力计算比较复杂，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)： （2-1） （2-2）二、悬臂式板桩墙
42、的计算图2-10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。悬臂式板桩墙的破坏一般是板桩绕桩底端b点以上的某点o转动。这样在转动点o以上的墙身前侧以及o点以下的墙身后侧，将产生被动抵抗力，在相应的另一侧产生主动土压力。由于精确地确定土压力的分布规律困难，一般近似地假定土压力的分布图形如图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
43、，因此，在最后求得板桩的入土深度t后，再适当增加1020%。 图2-10悬臂式板桩墙的计算三、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2-11 单支撑板桩墙的计算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2-11a。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2-12a。若板桩下端埋入土
44、中较深，可以认为板桩下端在土中嵌固。1板桩下端简支支承时的土压力分布（图2-11a）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。2板桩下端固定支承时的土压力分布（图2-12）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
45、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，不能用静力平衡条件直接求解板桩的入土深度t。在图2-12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2-12所示。确定反弯点c的位置后，已知c点的弯矩等于零，则将板桩分成a
46、c和cb两段，根据平衡条件可求得板桩的入土深度t。图2-12 下端为固定支承时的单支撑板桩计算四、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：1等弯矩布置：当板桩强度已定，即板桩作为常备设备使用时，可按支撑之间最大弯矩相等的原则设置。2等反力布置：当把支撑作为常备构件使用时，甚至要求各层支撑的断面都相等时，可把各层支撑的反力设计成相等。支撑系按在轴向力作用下的压杆计算，若支撑长度很大时，应考虑支撑自重产生的弯矩影响。从施工角度出发，支撑间距不应小于2.5m。图2-13 多支撑板桩墙的位移及土压力分布多支撑板桩上的土压力分布形式与板桩墙位移情况有关，由于多支撑板桩墙的施工程序往往是先打好板桩，然后随挖土随支撑，因而板桩下端在土压力作用下容易向内倾斜，如图2-13中虚线所示。这种位移与挡土墙绕墙顶转动的情况相似，但墙后土体达不到主动极限平衡状态，土压力不能按库仑或朗金理论计算。根据试验结果证明这时土压力呈中间大、上下小的抛物线形状分布，其变化在静止土压力与主动土压