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1、第七章 桥梁支座、墩台与基础本章内容本章内容第一节第一节 桥梁支座桥梁支座第二节第二节 桥墩和墩台桥墩和墩台第三节第三节 桥梁基础桥梁基础第三节第三节 桥梁基础桥梁基础A一、基础的作用与要求一、基础的作用与要求基基础础指指桥桥梁梁结结构构物物直直接接与与地地基基接接触触的的部部分分，是是桥桥梁梁下下部部结结构构的的重重要要组组成成部部分分。承承受受基基础础传传来来的的荷荷载载的的那那一一部部分分地地层层（岩岩层层或或土土层层）则则称称为为地地基基。地地基基与与基基础础受受到到各各种种荷荷载载后后，其其本本身身将将产产生生应应力力和和变变形形。为为了了保保证证桥桥梁梁的的正正常常使使用用和和安安
2、全全，地地基基和和基基础础必必须须具具有有足足够够的的强强度度和和稳稳定定性性，变变形形也也应应在在容容许许范范围围之之内内。根根据据地地基基土土的的土土层层变变化化情情况况、上上部部结结构构的的要要求求和和荷荷载载特特点点，桥桥梁梁基基础础可可采采用用各各种类型。种类型。第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第三节第三节第三节第三节 桥梁基础桥梁基础桥梁基础桥梁基础基基础础类类型型的的选选定定主主要要取取决决于于地地质质土土层层的的工工程程性性质质与与水水文文地地质质条条件件、荷荷载载特特性性、桥桥梁梁结结构构型型式式及及使使用要求，以及材料的供应和施工技术等
3、因素。用要求，以及材料的供应和施工技术等因素。选选择择的的原原则则是是：力力争争做做到到使使用用上上安安全全可可靠靠、施施工工上上简简便便可可行行、经经济济上上节节约约合合理理。因因此此，必必要要时时应应作作不不同同方方案案的的比比较较，从从中中得得出出较较为为适适宜宜与与合合理理的的设计和施工方案。设计和施工方案。第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第三节第三节第三节第三节 桥梁基础桥梁基础桥梁基础桥梁基础众众多多工工程程实实例例表表明明，桥桥梁梁的的地地基基与与基基础础的的设设计计与与施施工工质质量量的的好好坏坏，是是关关系系到到整整座座桥桥梁梁质质量量的
4、的根根本本问问题题。因因为为基基础础工工程程是是隐隐蔽蔽工工程程，如如有有缺缺陷陷，较较难难发发现现，也也较较难难弥弥补补或或修修复复，而而这这些些缺缺陷陷往往往往直直接接影影响响整整座座桥桥梁梁的的使使用用甚甚至至安安危危。基基础础工工程程施施工工的的进进度度，经经常常控控制制全全桥桥施施工工进进度度。下下部部工工程程的的造造价价，尤尤其其是是在在复复杂杂地地质质条条件件下下或或深深水水基基础础，通通常常占占全全桥桥相相当当大大的的比比重重。因因此此，从从事事这这项项工工作作必必须须做到精心设计，精心施工，确保万无一失。做到精心设计，精心施工，确保万无一失。第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础
5、桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第三节第三节第三节第三节 桥梁基础桥梁基础桥梁基础桥梁基础桥桥梁梁结结构构是是一一个个整整体体，上上下下部部结结构构和和地地基基是是共共同同工工作作，相相互互影影响响的的。地地基基的的任任何何变变形形都都必必然然引引起起上上下下部部结结构构的的相相应应位位移移，上上下下部部结结构构的的受受力力行行为为也也必必然然关关系系到到地地基基的的强强度度和和稳稳定定条条件件。所所以以，桥桥梁梁基基础础的的设设计计、施施工工都都应应紧紧密密结结合合桥桥梁梁结结构构的的特特点和要求，全面分析，综合考虑。点和要求，全面分析，综合考虑。本本节节简简要要介介绍绍浅浅置置基基础础
6、、桩桩及及管管柱柱基基础础和和沉沉井井基基础。础。第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第三节第三节第三节第三节 桥梁基础桥梁基础桥梁基础桥梁基础二、基础的类型与构造二、基础的类型与构造桥桥梁梁基基础础根根据据埋埋置置深深度度分分为为浅浅置置基基础础和和深深置置基基础础两两类类，它们的施工方法不同，设计计算原理不同。它们的施工方法不同，设计计算原理不同。浅浅置置基基础础是是在在墩墩台台处处直直接接修修建建的的埋埋深深较较浅浅的的基基础础（一一般般小小于于5m）。由由于于浅浅层层土土质质不不良良，有有时时需需把把基基础础埋埋置置于于较较深深的的良良好好地地层层上上
7、，这这样样的的基基础础称称为为深深基基础础（一一般般埋埋深深大于大于5m）。）。基基础础埋埋置置在在土土层层内内深深度度虽虽较较浅浅，但但在在水水下下部部分分较较深深，如如深深水水中中的的桥桥墩墩基基础础，称称为为深深水水基基础础。浅浅置置基基础础最最为为简简单单，也也最最常常用用；当当需需要要设设置置深深基基础础时时，则则常常采采用用桩桩基基础础或或沉沉井井基基础础，特特殊殊桥桥位位也也可可能能采采用用其其他他大大型型基基础础或或组组合合形形式式。桥梁基础的分类见表桥梁基础的分类见表7.1。第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第三节第三节第三节第三节 桥梁基
8、础桥梁基础桥梁基础桥梁基础第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第三节第三节第三节第三节 桥梁基础桥梁基础桥梁基础桥梁基础浅浅置置基基础础浅浅置置基基础础又又称称刚刚性性扩扩大大基基础础（spread foundation)，也也称称明明挖挖基基础础。其其构构造造参参见见图图7.39。浅浅置置基基础础是是直直接接在在墩墩台台处处开开挖挖基基坑坑修修建建而而成成的的实实体体基基础础，适适合合于于在在岸岸上上或或水水流流冲冲刷刷影影响响不不大大的的浅浅水水处处，且且浅浅表表地地基基承承载载力力合合适适的的地地层层。它构造简单，施工方便，最为常见。它构造简单，施工方便
9、，最为常见。第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第三节第三节第三节第三节 桥梁基础桥梁基础桥梁基础桥梁基础第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第三节第三节第三节第三节 桥梁基础桥梁基础桥梁基础桥梁基础明明挖挖扩扩大大基基础础的的平平面面形形状状常常为为矩矩形形，也也有有其其他他形形式式（视视墩墩台台身身底底面面的的形形状状而而定定）；立立面面形形状状可可为为单单层层或或多多层层台台阶阶扩扩大大形形式式，其其与与地基承载力及下部荷载大小等有关，如图地基承载力及下部荷载大小等有关，如图7.39所示。所示。自自墩墩台台身身底底边边缘
10、缘至至基基顶顶边边缘缘的的距距离离c1以以及及台台阶阶宽宽度度c2、c3称称为为襟襟边边，其其作作用用一一方方面面是是扩扩大大基基底底面面积积增增加加基基础础承承载载力力，另另一一方方面面便便于于对对基基础础施施工工时时在在平平面面尺尺寸寸上上可可能能发发生生的的误误差差进进行行调调整整，同同时时也也为为了了支支立立墩墩台台身身模模板板的的需需要要。襟襟边边的的最最小小值值为为2050cm。基基础础每每层层台台阶阶的的高高度度通通常常为为50100cm，且且一一般般情情况况下下各各层层台阶宜采取相同厚度。台阶宜采取相同厚度。基基础础的的各各级级台台阶阶的的正正交交方方向向的的坡坡线线与与竖竖直
11、直线线所所成成夹夹角角称称为为刚刚性性角角，其其值值不不应应超超过过某某一一限限值值max，以以防防基基础础开开裂裂破破坏坏。max 与与基基础础材材料料有有关关，混混凝凝土土基基础础为为4045，石石砌砌基基础础为为 3035。第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第三节第三节第三节第三节 桥梁基础桥梁基础桥梁基础桥梁基础明明挖挖扩扩大大基基础础的的常常用用材材料料有有混混凝凝土土、片片石石混混凝凝土土、浆浆砌砌片片石石等等。混混凝凝土土标标号号一一般般不不宜宜小小于于C15，浆浆砌砌片片石石一一般用般用M5以上水泥砂浆，以上水泥砂浆，25号以上石料。号以上石
12、料。明明挖挖扩扩大大基基础础的的特特点点是是稳稳定定性性好好、施施工工简简便便、取取材材容容易易、能能承承受受较较大大的的荷荷载载，所所以以只只要要地地基基承承载载力力能能满满足足要要求求，它它是是桥桥梁梁的的首首选选基基础础形形式式。但但其其缺缺点点是是自自重重大大，并并且且在在持持力力层层为为软软弱弱土土时时，由由于于基基础础面面积积不不能能无无限限制制扩扩大大，需需要要对对地地基基进进行行处处理理或或加加固固后后才才能能采采用用。所所以以对对于于荷荷载载较较大大，上上部部结结构构对对沉沉降降变变形形较较为为敏敏感感，持持力力层层的的土土质质较较差差且较厚的情况，不宜采用明挖扩大基础。且较
13、厚的情况，不宜采用明挖扩大基础。第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第三节第三节第三节第三节 桥梁基础桥梁基础桥梁基础桥梁基础2桩及大型管柱基础桩及大型管柱基础当当墩墩台台所所处处位位置置的的覆覆盖盖层层很很厚厚，适适于于承承载载的的地地基基很很深深，或或同同时时水水深深也也较较大大时时，往往往往需需要要采采用用深深基基础，桩基础就是一种常用的深基础。础，桩基础就是一种常用的深基础。桩桩基基础础由由若若干干根根桩桩和和承承台台两两部部分分组组成成，桩桩在在平平面面排排列列上上可可为为一一排排或或几几排排，所所有有桩桩的的顶顶部部由由承承台台（footing s
14、lab）连连成成一一个个整整体体。在在承承台台上上再再修修筑筑桥桥墩墩或或桥桥台台及及上上部部结结构构，如如图图7.40。桩桩身身可可全全部部或或部部分分埋埋入入地地基基土土中中，当当桩桩身身外外露露在在地地面面上上较较高高时时，在在桩桩之之间间应应加加横横系系梁梁以以加加强强各各桩桩的的横横向联系。向联系。第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第三节第三节第三节第三节 桥梁基础桥梁基础桥梁基础桥梁基础第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第三节第三节第三节第三节 桥梁基础桥梁基础桥梁基础桥梁基础我我国国桥桥梁梁桩桩基基础础大大多
15、多采采用用钢钢筋筋混混凝凝土土桩桩、预预应应力力混混凝凝土土桩桩和和钢钢桩桩，混混凝凝土土标标号号一一般般为为C20C40。混混凝凝土土桩桩的的截截面面形形式式有有圆圆形形、环环形形、方方形形、六六角角形形等等，钢钢桩桩的的截截面面形形式式有有圆圆形形、H形形等等。在在桩桩轴轴方方向向，也也分分竖竖直直桩桩和和斜斜桩桩，后后者者通通常常用用于于拱桥墩台基础。拱桥墩台基础。随随着着桥桥梁梁建建设设的的发发展展和和工工程程技技术术的的进进步步，在在桥桥梁梁工工程程实实践践中中已已形形成成了了各各种种形形式式的的桩桩基基础础，它它们们在在自自身身构构造造和和桩桩土土相相互互作作用用性性能能上上都都具
16、具有有各各自自的的特特点，分别简述如下。点，分别简述如下。第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第三节第三节第三节第三节 桥梁基础桥梁基础桥梁基础桥梁基础(1)按承台位置分类按承台位置分类按按承承台台位位置置的的不不同同，桩桩基基础础可可分分为为高高桩桩承承台台基基础础和和低低桩桩承承台台基基础础（图图7.41）。高高桩桩承承台台的的承承台台底底面面位位于于地地面面（或或冲冲刷刷线线）以以上上，低桩承台的承台底面则位于地面（或冲刷线）以下。低桩承台的承台底面则位于地面（或冲刷线）以下。高高桩桩承承台台的的桩桩身身外外露露部部分分称称为为桩桩的的自自由由长长度度，
17、而而低低桩桩承承台台桩桩的的自自由长度为零。由长度为零。高高桩桩承承台台由由于于承承台台位位置置较较高高或或设设在在施施工工水水位位以以上上，可可减减少少墩墩台台的的材材料料用用量量，避避免免或或减减少少水水下下作作业业，施施工工较较为为方方便便。然然而而由由于于承承台台和和基基桩桩外外露露部部分分无无侧侧边边土土层层来来共共同同承承受受水水平平外外力力，对对基基桩桩受受力力较较为为不不利利，桩桩身身内内力力和和位位移移都都将将大大于于在在同同样样水水平平力力作作用用下下的的低低桩桩承承台台，稳稳定定性性亦亦较较低低桩桩承承台台差差。近近年年来来由由于于大大直直径径钻钻孔孔灌灌筑筑桩桩的的采采
18、用，桩的刚度、强度都较大，因而高桩承台也多有采用。用，桩的刚度、强度都较大，因而高桩承台也多有采用。第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第三节第三节第三节第三节 桥梁基础桥梁基础桥梁基础桥梁基础第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第三节第三节第三节第三节 桥梁基础桥梁基础桥梁基础桥梁基础(2)按施工方法分类按施工方法分类按按施施工工方方法法的的不不同同，桩桩基基础础可可分分为为钻钻（挖挖）孔孔灌灌筑筑桩桩和和沉入桩。沉入桩。灌灌筑筑桩桩是是采采用用就就地地成成孔孔的的方方法法来来完完成成的的一一种种深深基基础础。其其施施工工方
19、方法法是是：先先用用机机械械或或人人工工在在土土中中做做成成桩桩孔孔，然然后后在在孔孔内内放放入入钢钢筋筋笼笼架架，再再灌灌筑筑桩桩身身混混凝凝土土而而形形成成桩桩身身，最最后后在在桩桩顶顶浇浇筑筑承承台台（或或系系梁梁）。其其中中，若若用用钻钻（冲冲）孔孔机机成成孔孔，称称为为钻钻孔孔桩桩(drilled shaft)；若若用用人人工工开开挖挖桩桩孔孔，则则称称为为挖挖孔孔桩桩。灌灌筑筑桩桩的的特特点点是是施施工工设设备备简简单单，操操作作方方便便，适适用用于于各各种种砂砂性性土土、黏黏性性土土，也也适适用用于于碎碎卵卵石石 类类 土土 层层 和和 风风 化化 岩岩 层层。钻钻 孔孔 桩桩
20、的的 直直 径径 一一 般般 为为0.83.0m，其其长长度度可可由由几几米米至至百百米米。挖挖孔孔桩桩的的直直径径不不宜宜小小于于1.2m，长长度度不不宜宜大大于于20m，以以便便于于人人工工挖挖土。土。第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第三节第三节第三节第三节 桥梁基础桥梁基础桥梁基础桥梁基础钻钻孔孔灌灌筑筑桩桩常常用用设设备备为为冲冲击击型型钻钻机机或或旋旋转转式式钻钻机机。前前者者采采用用卷卷扬扬机机带带动动重重力力式式冲冲击击钻钻头头，往往复复吊吊起起和和落落下下，冲冲击击成成孔孔；后后者者由由钻钻机机机机身身、钻钻杆杆和和钻钻头头（配配备备不不同
21、同形形式式，以以对对付付不不同同地地层层）组组成成，其其钻钻孔孔速速度度比比冲冲击击型型钻钻机机要要快快得多。得多。在在成成孔孔过过程程中中，需需要要向向孔孔内内灌灌入入一一种种特特制制的的泥泥浆浆（由由一一种种特特殊殊的的膨膨胀胀土土加加化化学学制制剂剂用用水水调调制制而而成成），其其能能起起到到保保护护钻钻好好的的孔孔壁壁不不致致坍坍塌塌的的作作用用。为为排排除除坍坍孔孔的的危危险险，还还可可采采用用套套管管法法施施工工桩桩基基础础。该该方方法法适适于于施施工工深深度度不不大大于于40m的的情情况况。其其特特点点是是：采采用用一一套套常常备备式式钢钢套套管管，用用重重锤锤式式抓抓斗斗在在套
22、套管管内内抓抓土土，同同时时在在地地面面上上用用一一套套特特殊殊设设备备不不断断晃晃动动套套管管，使使其其随随之之下下沉沉。在在套套管管达达到到设设计计高高程程后后，即即可可清清基基并并进进行行后后续续工工序序。在在灌灌筑筑混混凝凝土土的的过过程程中，仍需不断地向上晃动套管，并逐节拔除。中，仍需不断地向上晃动套管，并逐节拔除。第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第三节第三节第三节第三节 桥梁基础桥梁基础桥梁基础桥梁基础沉沉人人桩桩（driven Pile）是是通通过过汽汽锤锤（或或柴柴油油锤锤）或或振振动动打打桩桩机机等等方方法法将将各各种种预预先先制制好好的
23、的桩桩（主主要要是是钢钢筋筋混混凝凝土土实实心心桩桩或或管管桩桩，也也有有钢钢桩桩或或木木桩桩）沉沉入入或或打打入入地地基基中中所所需需深深度度。这这种种施施工工方方法法适适用用于于桩桩径径较较小小(一一般般直直径径在在0.61.5m)，地地基基土土质质为为砂砂性性土土、塑塑性性上上、粉粉土土、细细砂砂以以及及松松散散的的不不含大卵石或漂石的碎卵石类土的情况。含大卵石或漂石的碎卵石类土的情况。第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第三节第三节第三节第三节 桥梁基础桥梁基础桥梁基础桥梁基础(3)按基础传力方式分类按基础传力方式分类按基础的传力方式，桩基础可分为柱桩
24、与摩擦桩。按基础的传力方式，桩基础可分为柱桩与摩擦桩。柱柱桩桩是是将将桩桩尖尖通通过过软软弱弱的的覆覆盖盖层层以以后后再再嵌嵌人人坚坚硬硬的的岩岩面面，荷荷载载由由桩桩尖尖直直接接传传到到基基岩岩中中，桩桩像像柱柱子子一一样样受受力力（图图7.42(a)）。）。摩摩擦擦桩桩是是当当基基岩岩埋埋藏藏很很深深，桩桩尖尖不不可可能能达达到到时时，荷荷载载通通过过位位于于覆覆盖盖层层中中的的桩桩壁壁与与土土壤壤间间的的摩摩阻阻力力和和桩桩的的端端部部的的支承力共同承受的桩基础，见图支承力共同承受的桩基础，见图7.42(b)。柱柱桩桩承承载载力力较较大大，较较安安全全可可靠靠，基基础础沉沉降降也也小小，
25、但但若若岩岩层层埋埋置置很很深深，就就需需要要采采用用摩摩擦擦桩桩。由由于于柱柱桩桩和和摩摩擦擦桩桩在在土土中中的的工工作作条条件件不不同同，它它们们与与土土共共同同作作用用的的特特点点也也就就不不一一样样，因因此此在在设设计计计计算算时时所所采采用用的的方方法法和和有有关关参参数数也也不不一样。一样。第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第三节第三节第三节第三节 桥梁基础桥梁基础桥梁基础桥梁基础第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第三节第三节第三节第三节 桥梁基础桥梁基础桥梁基础桥梁基础桩桩基基础础内内基基桩桩的的布布置置应应
26、根根据据荷荷载载大大小小、地地基基土土质质、基基桩桩承载力等决定。承载力等决定。采采用用大大直直径径钻钻孔孔灌灌筑筑桩桩的的公公路路中中小小跨跨度度的的桥桥梁梁常常用用单单排排式式（横横向向），在在大大型型桥桥梁梁基基础础中中，或或桩桩承承受受的的水水平平力力较较大时，则采用多排式。大时，则采用多排式。如如图图7.43所所示示，(a)为为行行列列式式，(b)为为梅梅花花式式。考考虑虑桩桩与与桩桩侧侧土土的的共共同同工工作作条条件件和和施施工工条条件件的的需需要要，桩桩与与桩桩间间的的中中心心距距不不得得小小于于桩桩径径的的某某一一倍倍数数，一一般般为为2.02.5倍倍桩桩径径，参参见见桥桥规规
27、的的规规定定。此此外外，为为避避免免承承台台边边缘缘距距桩桩身身过过近近而而发发生生破破裂裂，边边桩桩外外侧侧到到承承台台边边缘缘的的距距离离，亦亦不不能太小，一般要求不小于能太小，一般要求不小于0.30.5倍桩径。倍桩径。第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第三节第三节第三节第三节 桥梁基础桥梁基础桥梁基础桥梁基础桩桩基基础础承承台台的的平平面面尺尺寸寸和和形形状状，应应根根据据其其上上部部墩墩台台身身底底面面尺尺寸寸和和形形状状及及其其桩桩的的平平面面布布置置而而定定，一一般采用矩形和圆端形。般采用矩形和圆端形。承承台台厚厚度度应应保保证证承承台台有有足足
28、够够的的强强度度和和刚刚度度。一一般般采采用用钢钢筋筋混混凝凝土土刚刚性性承承台台，承承台台厚厚度度一一般般不不宜宜小小于于1.5m，混混凝凝土土标标号号不不低低于于C15。承承台台底底部部需需布布置置一一层层钢钢筋筋网网，确确保保承承台台受受力力均均匀匀，避避免免在在桩桩顶荷载作用下开裂或破碎。顶荷载作用下开裂或破碎。承承台台与与桩桩之之间间的的连连接接，靠靠将将桩桩顶顶主主筋筋伸伸入入承承台台来来实实现现，桩桩身身一一般般亦亦需需伸伸入入承承台台1520cm，如如图图7.44所示。所示。第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第三节第三节第三节第三节 桥梁基础
29、桥梁基础桥梁基础桥梁基础第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第三节第三节第三节第三节 桥梁基础桥梁基础桥梁基础桥梁基础总总之之，桩桩基基础础是是深深基基础础方方案案的的首首选选形形式式，它它耗耗用用材材料料少少，施施工工简简便便，适适应应性性强强。但但当当上上层层软软弱弱土土层层很很厚厚，桩桩底底不不能能达达到到坚坚实实土土层层时时，就就需需使使用用较较多多、较较长长的的桩桩来来传传递递荷荷载载，这这时时桩桩基基础础的的稳稳定定性性稍稍差差，沉沉降降量量也也较较大大；当当覆覆盖盖层层很很薄薄时时，桩桩的的稳稳定性也可能会存在问题。定性也可能会存在问题。第七章第
30、七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第三节第三节第三节第三节 桥梁基础桥梁基础桥梁基础桥梁基础管管柱柱基基础础（tubular column foundation）是是一一种种大大直直径径桩桩基基础础，适适用用于于深深水水、有有潮潮汐汐影影响响以以及及岩岩面面起起伏伏不不平平的的河河床床。它它是是将将预预制制的的大大直直径径（直直径径1.55.8m，壁壁厚厚1014cm）钢钢筋筋混混凝凝土土或或预预应应力力混混凝凝土土管管柱柱，用用大大型型的的振振动动沉沉桩桩锤锤沿沿导导向向结结构构将将桩桩竖竖向向振振动动下下沉沉到到基基岩岩，然然后后以以管管壁壁作作护护筒筒，用用冲
31、冲击击式式钻钻机机进进行行凿凿岩岩钻钻孔孔，再再吊吊入入钢钢筋筋笼笼架架并并灌灌筑筑混混凝凝土土，将将管管柱柱与与基基岩岩牢牢固固连连接接。管管柱柱施施工工需需要要有有振振动动沉沉桩桩锤锤、凿凿岩岩机机、起起重重设设备备等等大大型型机机具具，动动力力要要求求也也高高，一一般般用用于于大大型型桥桥梁梁基础（见图基础（见图7.45）。）。第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第三节第三节第三节第三节 桥梁基础桥梁基础桥梁基础桥梁基础第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第三节第三节第三节第三节 桥梁基础桥梁基础桥梁基础桥梁基础3沉井及
32、沉箱基础沉井及沉箱基础沉沉井井（open caisson）基基础础是是一一种种历历史史悠悠久久的的施施工工方方法法，适适用用于于地地基基表表层层较较差差而而深深部部较较好好的的地地层层，既既可可以以用用在在陆陆地地上上，也也可可以用在较深的水中。以用在较深的水中。所所谓谓沉沉井井基基础础，就就是是用用一一个个事事先先筑筑好好的的充充当当基基础础的的混混凝凝土土井井筒筒，一一边边挖挖土土，一一边边靠靠其其自自身身重重力力不不断断下下沉沉直直至至设设计计高高程程的的方方法法来来完完成的。成的。基基本本施施工工工工序序是是：首首先先在在地地面面（若若在在浅浅水水中中则则人人工工筑筑岛岛）上上做做成成
33、钢钢筋筋混混凝凝士士沉沉井井底底节节，底底节节足足部部的的内内侧侧井井壁壁做做成成由由内内向向外外斜斜的的“刃刃脚脚”；然然后后用用机机械械或或人人工工力力一一法法挖挖掘掘与与清清除除井井底底土土壤壤，使使之之不不断断下下沉沉，沉沉井井底底节节以以上上随随之之逐逐节节接接高高；沉沉并并下下沉沉到到设设计计高高程程后后，再再以以混混凝凝土土封封底底，并并建建筑筑沉沉井井顶顶盖盖，沉沉井井基基础础便便告告完完成成。最最后后再再在在其其上上修修建建墩墩身身。沉沉井井基基础础的的施施工工步步骤骤如如图图7.46所所示示。下下沉沉时时，为为了了减减少少沉沉井井侧侧壁壁和和上上壤壤之之间间的的摩摩阻阻力力
34、，可可以以采采用用泥泥浆浆护护套套、空空气幕或塑料布膜衬壁等方法。气幕或塑料布膜衬壁等方法。第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第三节第三节第三节第三节 桥梁基础桥梁基础桥梁基础桥梁基础第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第三节第三节第三节第三节 桥梁基础桥梁基础桥梁基础桥梁基础沉沉井井基基础础是是桥桥梁梁工工程程中中一一种种较较常常见见的的基基础础形形式式。我我国国南南京京长长江江大大桥桥1号号墩墩就就是是采采用用的的钢钢筋筋混混凝凝土土沉沉井井基基础础。江江阴阴 长长 江江 大大 桥桥 北北 锚锚 碇碇 的的 沉沉 井井
35、基基 础础 的的 平平 面面 尺尺 寸寸 达达69m51m。沉沉井井的的优优点点是是埋埋置置深深度度可可以以很很大大，整整体体性性强强，稳稳定定性性好好，能能承承受受较较大大的的垂垂直直荷荷载载和和水水平平荷荷载载；沉沉井井既既是是基基础础，又又是是施施工工时时的的挡挡土土和和挡挡水水围围堰堰（cofferdam）结结构构物物，施施工工工工艺艺也也不不复复杂杂。其其不不足足是是工工期期较较长长；对对细细砂砂及及粉粉砂砂类类上上在在井井内内抽抽水水易易发发生生流流砂砂现现象象，造造成成沉沉井井倾倾斜斜；沉沉井井下下沉沉过过程程中中遇遇到到大大孤孤石石、树树干干或或井井底底岩岩层层表表面面倾倾斜斜
36、过过大大，均会给施工带来一定困难。均会给施工带来一定困难。第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第三节第三节第三节第三节 桥梁基础桥梁基础桥梁基础桥梁基础按按下下沉沉方方式式，沉沉井井基基础础可可分分为为就就地地建建造造下下沉沉的的沉沉井和浮运就位下沉的沉井。井和浮运就位下沉的沉井。按按建建筑筑材材料料，沉沉井井基基础础可可分分为为混混凝凝土土沉沉井井，钢钢筋筋混凝土沉井等。混凝土沉井等。桥桥梁梁上上常常用用的的是是钢钢筋筋混混凝凝土土沉沉并并，它它的的抗抗拉拉及及抗抗压能力较好，下沉深度可以很大，可达几十米。压能力较好，下沉深度可以很大，可达几十米。当当下下沉
37、沉深深度度不不大大时时，沉沉井井壁壁大大部部分分用用混混凝凝土土，下下部（刃脚）用钢筋混凝土。部（刃脚）用钢筋混凝土。第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第三节第三节第三节第三节 桥梁基础桥梁基础桥梁基础桥梁基础沉沉井井依依外外观观形形状状的的分分类类，在在平平面面上上可可分分为为圆圆形形、矩矩形形及及圆圆端端沉沉井井（图图7.47）等等。圆圆形形沉沉井井（图图7.47(c)、(d)）受受力力好好，适适用用于于河河水水主主流流方方向向易易变变的的河河流流；矩矩形形沉沉井井制制作作方方便便，但但四四角角处处的的土土不不易易挖挖除除；圆圆端端形形沉沉井井（图（图7
38、.47(a)）兼有前两类的特点。）兼有前两类的特点。沉沉井井基基础础的的平平面面形形状状常常取取决决于于墩墩（台台）底底部部的的形形状状。对对矩矩形形墩墩或或圆圆端端形形墩墩，可可采采用用相相应应形形状状的的矩矩形形和和圆圆端端形形沉沉井井。采采用用矩矩形形沉沉井井（图图7.47(b)）时时为为了了保保证证下下沉沉的的稳稳定定性性，沉沉井井的的长长边边和和短短边边之之比比不不宜宜大大于于3。当当墩墩的的长长度和宽度较为接近时，可采用圆形沉井或方沉井。度和宽度较为接近时，可采用圆形沉井或方沉井。第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第三节第三节第三节第三节 桥梁基
39、础桥梁基础桥梁基础桥梁基础沉沉井井竖竖直直剖剖面面外外形形主主要要有有竖竖直直式式、倾倾斜斜式式及及阶阶梯梯式式（图图7.48）等。）等。采采用用形形式式主主要要视视沉沉井井需需要要通通过过的的土土层层性性质质和和下下沉沉深深度度而而定定。外外壁壁竖竖直直形形式式的的沉沉井井，在在下下沉沉过过程程中中不不易易倾倾斜斜，井井壁壁接接长长较较简简单单，模模板板可可重重复复使使用用，故故当当土土质质较较松松软软、沉沉井井下下沉沉深深度度不不大大时时，可可以以采采用用这这种种形形式式。倾倾斜斜式式及及阶阶梯梯式式井井壁壁可可以以减减少少土土与与井井壁壁的的摩摩阻阻力力，其其缺缺点点是是施施工工较较复复
40、杂杂，消消耗耗模模板板多多，同同时时沉沉井井下下沉沉过过程程中中容容易易发发生生倾倾斜斜，故故在在土土质质较较密密实实、沉沉井井下下沉沉深深度度大大、要要求求在在不不太太增增加加沉沉井井本本身身重重量量的的情情况况下下，可可采采用用这这类类沉沉井井。倾倾斜斜式式的的沉沉井井井井壁壁坡坡度度般般为为1/401/20，阶阶梯梯形形井井壁壁的的台台阶阶宽宽度度约为约为100200mm。第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第三节第三节第三节第三节 桥梁基础桥梁基础桥梁基础桥梁基础第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第三节第三节第三节第
41、三节 桥梁基础桥梁基础桥梁基础桥梁基础沉沉井井基基础础虽虽有有多多种种形形式式，但但构构造造基基本本相相同同。它它由由刃刃脚脚、并并壁壁、隔隔墙墙、井井孔孔、凹凹槽槽、射射水水管管和和探探测测管管、封封底底、顶顶盖（或承台）以及环箍等组成，如图盖（或承台）以及环箍等组成，如图7.49所示。所示。刃脚位于井壁的下端，其作用是切割土层。刃脚位于井壁的下端，其作用是切割土层。井井壁壁是是沉沉井井的的外外壳壳，在在下下沉沉过过程程中中起起防防水水挡挡土土作作用用；当当沉至设计位置后，井壁则成为基础的组成部分。沉至设计位置后，井壁则成为基础的组成部分。设设置置凹凹槽槽是是为为了了满满足足传传递递封封底底
42、混混凝凝土土底底的的基基底底反反力力至至井井壁，并增强封底混凝土和井壁的连接。壁，并增强封底混凝土和井壁的连接。顶盖用于承托其上部的墩台身，一般为钢筋混凝土。顶盖用于承托其上部的墩台身，一般为钢筋混凝土。第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第三节第三节第三节第三节 桥梁基础桥梁基础桥梁基础桥梁基础第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第三节第三节第三节第三节 桥梁基础桥梁基础桥梁基础桥梁基础历历史史上上，气气压压沉沉箱箱（caisson）是是最最早早采采用用的的大大型型深深水水基基础础。它它类类似似于于沉沉井井，其其不不同同之之
43、处处是是在在沉沉井井刃刃脚脚以以上上适适当当高高度度处处设设置置一一层层密密封封的的顶顶盖盖板板。顶顶盖盖板板以以下下为为工工作作室室，以以上上构构造造与与沉沉井井类类似似。顶顶盖盖板板中中开开有有空空洞洞，安安置置升升降降井井筒筒伸伸出出水水面面，井井筒筒上上端端为为气气闸闸。压压缩缩空空气气经经气气闸闸和和井井筒筒输输入入工工作作室室，当当压压力力相相当当于于刃刃脚脚处处水水头头时时，工工作作室室内内积积水水被被排排出出，施施工工人人员员就就可可以以进进入入工工作作室室，在在气气压压（23个个大大气气压压，视视沉沉箱箱下下沉沉深深度度而而定定）下下进进行行挖挖土土。挖挖出出的的土土通通过过
44、井井筒筒提提升升，经经气气闸闸运运出出。这这样样，沉沉箱箱就就可可以以利利用用其其自自重重下下沉沉到到设设计计标标高高。沉沉箱箱的的主主要要缺缺点点是是对对施施工人员的身体有害（易得沉箱病），工效很低。工人员的身体有害（易得沉箱病），工效很低。第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第三节第三节第三节第三节 桥梁基础桥梁基础桥梁基础桥梁基础4复式基础复式基础复复式式基基础础（complex foundation）指指由由一一些些常常见见基础通过组合而形成的深水基础结构。基础通过组合而形成的深水基础结构。例例如如沉沉井井加加管管柱柱基基础础（可可用用于于水水下下软软
45、弱弱覆覆盖盖层层很很厚厚的的情情况况）、沉沉井井加加钻钻挖挖桩桩基基础础（当当土土层层中中含含有有大大颗颗粒粒的的卵卵石石，沉沉井井不不易易穿穿透透时时，可可先先将将沉沉井井下下沉沉到到最最大大可可能能深深度度，然然后后在在井井壁壁的的预预留留孔孔内内，钻钻挖挖成成桩桩，直直至至持持力力深深层层）、双双壁壁钢钢围围堰堰加加钻钻孔孔灌灌筑筑桩桩基基础础（钢钢围围堰堰逐逐段段接接高高下下沉沉，在在水水中中形形成成工工作作空空间间，然然后后钻钻孔孔）等等。图图7.50所所示示为为我我国国九九江江大大桥桥正正桥桥基基础础中中采采用用的的双双壁壁钢钢围围堰堰加加钻钻孔孔灌灌筑筑桩桩基础形式。基础形式。第
46、七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第三节第三节第三节第三节 桥梁基础桥梁基础桥梁基础桥梁基础第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第三节第三节第三节第三节 桥梁基础桥梁基础桥梁基础桥梁基础锁锁口口钢钢管管（板板）桩桩是是指指由由焊焊接接钢钢管管（板板）相相互互扣扣接接形形成成的的桩桩壁壁，其其可可用用于于港港口口内内壁壁或或防防波波堤堤，也也用用于于建建筑筑基基础础工工程程或或桥桥梁梁基基础础。见见图图7.51，钢钢管管（板板）之之间间的的扣扣接接方方式式多多样样，可可在在水水中中形形成成环环形形或或矩矩形形空空问问，抽抽干干该
47、该空空间间内的水，就可着手基础施工。内的水，就可着手基础施工。施工完成后，还可通过水下切割，回收一部分桩壁材料。施工完成后，还可通过水下切割，回收一部分桩壁材料。这这种种辅辅助助基基础础施施工工的的主主要要特特点点有有：设设计计经经济济合合理理，对对水水平平和和垂垂直直荷荷载载的的支支撑撑强强度度高高，适适用用大大部部分分地地基基情情况况，容容易调整桩壁高度，易于施工和缩短工期，阻水效果好等。易调整桩壁高度，易于施工和缩短工期，阻水效果好等。第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第三节第三节第三节第三节 桥梁基础桥梁基础桥梁基础桥梁基础第七章第七章 桥梁支座、墩
48、台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第三节第三节第三节第三节 桥梁基础桥梁基础桥梁基础桥梁基础A三、明挖扩大基础的设计与计算三、明挖扩大基础的设计与计算基基础础的的设设计计与与计计算算方方法法与与基基础础形形式式有有很很大大关关系系，浅浅置置基基础础与与深深基基础础的的计计算算原原理理明明显显不不同同，深深基基础础的的计计算算一一般般较较复杂。复杂。以以下下仅仅介介绍绍明明挖挖扩扩大大基基础础的的设设计计计计算算方方法法。明明挖挖扩扩大大基基础础的的设设计计过过程程是是，首首先先确确定定基基础础的的埋埋置置深深度度；其其次次拟拟订订基基础础尺尺寸寸，包包括括基基础础厚厚度度、平平面面尺
49、尺寸寸和和立立面面分分层层尺尺寸寸；然后进行然后进行地基和基础各项验算。地基和基础各项验算。基基础础的的验验算算内内容容包包括括地地基基强强度度验验算算，基基底底合合力力偏偏心心距距验验算算，基基础础的的整整体体稳稳定定性性（倾倾覆覆、滑滑动动）验验算算。对对超超静静定定桥桥梁梁结结构构，还还应应进进行行地地基基沉沉降降景景，相相邻邻基基础础沉沉降降差差，地地基不均匀沉降等验算。基不均匀沉降等验算。验算所用荷载应取最不利荷载组合值。验算所用荷载应取最不利荷载组合值。第七章第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁支座、墩台与基础桥梁工程桥梁工程第三节第三节第三节第三节 桥梁基础桥梁基础桥梁基础桥梁基础1
50、基础埋置深度的确定基础埋置深度的确定确确定定基基础础的的埋埋置置深深度度是是基基础础设设计计中中的的重重要要步步骤骤，它它涉涉及及结结构构物物建建成后的牢固、稳定及正常使用问题。成后的牢固、稳定及正常使用问题。在在确确定定基基础础的的埋埋置置深深度度时时，必必须须考考虑虑把把基基础础设设置置在在变变形形小小而而强强度度又又较较高高的的持持力力层层上上，以以保保证证地地基基强强度度满满足足要要求求，而而且且不不致致产产生生过过大的沉降或沉降差。大的沉降或沉降差。此此外外还还要要使使基基础础有有足足够够的的埋埋置置深深度度，以以保保证证基基础础的的稳稳定定性性，确确保保基础的安全。基础的安全。确确