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1、第三章桥梁桩基础第一节概述一、桥梁的组成及概念基础的分类：基础的分类：浅基础：刚性扩大基础浅基础：刚性扩大基础(材料材料:砖石砖石,素混凝土素混凝土,钢筋混凝土钢筋混凝土)深基础：桩、沉井深基础：桩、沉井(钢筋混凝土钢筋混凝土)浅基础和深基础的区别浅基础和深基础的区别:浅浅基基础础:埋埋深深h小小于于或或等等于于5m,施施工工简简单单,可可以以明明挖挖,计计算算时时不不考考虑虑土土抗抗力力.深基础深基础:埋深埋深h5m,施工较复杂施工较复杂,计算时计算时,要考虑周围土抗力要考虑周围土抗力.埋埋置置深深度度h对对于于有有冲冲刷刷的的河河流流，是是从从最最大大冲冲刷刷线线至至基基础础底底面面的的距
2、距离；离；对于无冲刷河流，是从河底或地面至基础底面的距离。对于无冲刷河流，是从河底或地面至基础底面的距离。地基的分类：人工地基地基的分类：人工地基需要经过人工加固或处理的地基；需要经过人工加固或处理的地基；天然地基天然地基可直接放置基础的地基。可直接放置基础的地基。桥梁桩基础的概念：组成：承台桥梁桩基础的概念：组成：承台+基桩基桩作用：将上部结构传来的力传入地基中。作用：将上部结构传来的力传入地基中。二、桩的适用条件二、桩的适用条件1.荷载较大，地基上部土层软弱，适宜荷载较大，地基上部土层软弱，适宜的持力层较深。的持力层较深。2、河床冲刷大，采用浅基础施工困难或、河床冲刷大，采用浅基础施工困难
3、或不够安全。不够安全。3、结构对不均匀沉降敏感时。、结构对不均匀沉降敏感时。4、施工水位过高，避免水下施工。、施工水位过高，避免水下施工。5、地震区。、地震区。第二节第二节桩基的类型和构造桩基的类型和构造一、一、按受力条件分：按受力条件分：1.摩擦桩和柱桩：摩擦桩和柱桩：摩擦桩：桩穿过并支撑于各可压缩土层中，主要依靠桩侧摩阻力摩擦桩：桩穿过并支撑于各可压缩土层中，主要依靠桩侧摩阻力支承荷载。支承荷载。柱桩：桩穿过土层，支撑在岩石等非压缩土层中，主要依靠桩底柱桩：桩穿过土层，支撑在岩石等非压缩土层中，主要依靠桩底支承力荷载，忽略桩侧摩阻力。支承力荷载，忽略桩侧摩阻力。2.竖直桩和斜桩竖直桩和斜桩
4、;竖直桩：常用于承受垂直力。竖直桩：常用于承受垂直力。斜桩：为了承受较大水平力，一般用于拱桥桥台斜桩：为了承受较大水平力，一般用于拱桥桥台。3.高承台桩：台底位于地面（或冲刷线）以上，圬工少，施工方高承台桩：台底位于地面（或冲刷线）以上，圬工少，施工方便。便。低承台桩：台底位于地面（或冲刷线）以下，圬工多，稳定性低承台桩：台底位于地面（或冲刷线）以下，圬工多，稳定性好。好。二、按施工方法分：钻孔灌注桩二、按施工方法分：钻孔灌注桩打入桩打入桩静力压桩静力压桩沉管灌注桩沉管灌注桩爆扩桩爆扩桩管柱桩管柱桩三、桩基础的构造三、桩基础的构造钢筋组成和作用。钢筋组成和作用。摩擦桩：分段配筋；摩擦桩：分段配
5、筋；柱桩：全长均匀配筋。柱桩：全长均匀配筋。桩与承台连接时，应成喇叭形，并放置桩与承台连接时，应成喇叭形，并放置钢筋网在顶端。钢筋网在顶端。第三节第三节钻孔灌注桩的施工钻孔灌注桩的施工施工特点施工特点：简单、方便。：简单、方便。适用于适用于：各种砂性土、粘性土、碎卵石：各种砂性土、粘性土、碎卵石类土、岩层。类土、岩层。慎用：慎用：在有淤泥，可能有流砂或有承压在有淤泥，可能有流砂或有承压水的土质地点。水的土质地点。施工顺序：施工顺序：1.准备场地：三通一平准备场地：三通一平浅水施工：筑岛围堰浅水施工：筑岛围堰深水施工：搭支架、搭便桥，安装深水施工：搭支架、搭便桥，安装水中平台、用浮船。水中平台、
6、用浮船。2.埋护筒：埋护筒：种类：木、钢、混凝土种类：木、钢、混凝土作用：作用：1）固定桩位，做钻孔导向；）固定桩位，做钻孔导向；2）保护孔口，防止坍塌；）保护孔口，防止坍塌；3）隔离地面水，保持水头差。）隔离地面水，保持水头差。埋护筒要求：埋护筒要求：1）平面位置应埋设正确；）平面位置应埋设正确；2）筒顶标高应高出地下水位和施工最高水位）筒顶标高应高出地下水位和施工最高水位1.52.0m。3）筒底应低于施工最低水位）筒底应低于施工最低水位0.10.3m4)护筒四周应夯填密实的粘土，埋在稳定土层中。护筒四周应夯填密实的粘土，埋在稳定土层中。3.制备泥浆：制备泥浆：作用：作用：1）产生较大的悬浮
7、液压力，防止塌孔；）产生较大的悬浮液压力，防止塌孔；2）在孔壁表面形成胶泥层，有护壁作用；）在孔壁表面形成胶泥层，有护壁作用；3）泥浆比重大泥浆比重大，具有浮渣作用，利于钻渣的排出。，具有浮渣作用，利于钻渣的排出。4.安装钻机或钻架。安装钻机或钻架。5.钻孔：钻孔：方法：方法：1）旋转钻）旋转钻2）冲击钻）冲击钻3）冲抓钻）冲抓钻注意事项：注意事项：1）保持水头差）保持水头差2）注意速度）注意速度3）一气呵成）一气呵成4）加强检查）加强检查6.清孔：目的：除去孔底钻渣、泥浆，清孔：目的：除去孔底钻渣、泥浆，保证质量。保证质量。方法：方法：1）换浆清孔）换浆清孔2）掏渣清孔）掏渣清孔3)抽浆清孔
8、抽浆清孔7.下钢筋笼下钢筋笼8.灌注水下混凝土灌注水下混凝土采用直升导管法：采用直升导管法：关键：导管不能到底部；关键：导管不能到底部；浇注前放置隔水栓；浇注前放置隔水栓；及时上提，防止断桩。及时上提，防止断桩。第一斗混凝土的用量；第一斗混凝土的用量；第一次灌注第一次灌注11.5m深。深。对混凝土要求：对混凝土要求：1）应有必要的流动性，坍落度）应有必要的流动性，坍落度1820cm；2）混凝土搅拌均匀，防止离析；）混凝土搅拌均匀，防止离析；3）一气呵成，防止中断；）一气呵成，防止中断；4）保证导管埋入混凝土一定深度。）保证导管埋入混凝土一定深度。第九步：桩头处理第九步：桩头处理*钻孔灌注桩常见
9、事故及处理钻孔灌注桩常见事故及处理1.坍孔坍孔2.漏浆漏浆3.卡钻或掉钻头卡钻或掉钻头4.浮笼浮笼5.断桩断桩第四节第四节单桩承载力单桩承载力一、单桩轴向荷载传递机理和特点：一、单桩轴向荷载传递机理和特点：竖向承载力竖向承载力=桩侧摩阻力桩侧摩阻力+桩底处土的支承力桩底处土的支承力1）对于摩擦桩：）对于摩擦桩：在竖向荷载作用下，摩阻力先出现，逐步增在竖向荷载作用下，摩阻力先出现，逐步增大，直至达到极限，而后桩底反力开始出现，大，直至达到极限，而后桩底反力开始出现，并达到最大。并达到最大。2）对于柱桩，桩底承载力发挥充分，摩阻力）对于柱桩，桩底承载力发挥充分，摩阻力很小。很小。3)粘性土打入桩：
10、摩阻力沿入土深度呈抛物粘性土打入桩：摩阻力沿入土深度呈抛物线型分配，力约等于中等强度粘土在不排水线型分配，力约等于中等强度粘土在不排水时抗剪强度。时抗剪强度。4）砂性土打入桩：）砂性土打入桩：入土深度在（入土深度在（1020)d内，摩阻力直线增长；内，摩阻力直线增长；入土深度超过（入土深度超过（1020)d，摩阻力近乎均匀或，摩阻力近乎均匀或逐渐减少。逐渐减少。5）钻孔灌注桩：侧向压力在施工中解除）钻孔灌注桩：侧向压力在施工中解除现象，摩阻力分布均匀。现象，摩阻力分布均匀。6）长期荷载作用下，桩身总摩阻会减小，）长期荷载作用下，桩身总摩阻会减小，而桩端总阻力增加。而桩端总阻力增加。7）相同土层
11、中，长桩发挥的摩阻力大于）相同土层中，长桩发挥的摩阻力大于短桩。短桩。二、轴向荷载下桩的破坏模式二、轴向荷载下桩的破坏模式1）桩身的纵向挠曲破坏（岩石地基）；）桩身的纵向挠曲破坏（岩石地基）；2）桩端土发生整体剪切破坏（穿过软弱）桩端土发生整体剪切破坏（穿过软弱土层、支承在强度较高的硬土层上的摩土层、支承在强度较高的硬土层上的摩擦桩）；擦桩）；3）刺入式破坏（入土深度大的桩）。）刺入式破坏（入土深度大的桩）。三、单桩轴向容许承载力的确定三、单桩轴向容许承载力的确定（一）静载试验法（一）静载试验法（二）桥梁规范法：（二）桥梁规范法：假定：假定：1.桩承载力桩承载力=侧摩阻力侧摩阻力+桩尖支承力桩
12、尖支承力2.灌注桩侧摩阻力、桩底力均匀分布灌注桩侧摩阻力、桩底力均匀分布钻孔灌注桩：钻孔灌注桩：U-桩身周长，按成孔直径计算，桩身周长，按成孔直径计算，旋转钻，按钻头直径增大旋转钻，按钻头直径增大3050cm。Ap-桩底截面积。桩底截面积。h-桩底埋置深度。桩底埋置深度。四、桩的负摩阻力问题四、桩的负摩阻力问题1948年由太沙基首先提出：年由太沙基首先提出：负摩阻力的产生：桩周土的沉降量大于负摩阻力的产生：桩周土的沉降量大于桩沉降量。桩沉降量。产生高度：中性点到地面产生高度：中性点到地面中性点的位置：通过计算确定，估计值中性点的位置：通过计算确定，估计值为为h1=0.77h20.80h2产生原
13、因：产生原因：1）可压缩软粘土层、新填土在自重作用）可压缩软粘土层、新填土在自重作用下固结。下固结。2）大面积地面荷载使桩周土被压密。）大面积地面荷载使桩周土被压密。3）地下水位下降引起。）地下水位下降引起。4）桥头高填土及路堤荷载）桥头高填土及路堤荷载5）湿陷性黄土地基，由于地基浸水而沉。）湿陷性黄土地基，由于地基浸水而沉。负摩阻力强度负摩阻力强度：f=1/2*ququ为软弱土层的无侧限抗压强度。为软弱土层的无侧限抗压强度。或或f=rhktg则则极限摩阻力：极限摩阻力：Nf=f*Anf其中，其中，Anf为负为负摩阻区摩阻区桩桩身表面身表面积积；*考考虑桩虑桩的的负负摩阻力，摩阻力，桩桩的容的
14、容许许承承载载力公式力公式要要发发生生变变化。化。后果：后果：1）桩桩基下沉量增加；基下沉量增加；2）基）基础础不均匀沉降。不均匀沉降。措施：措施：桩桩身涂身涂沥沥青、油漆，可减少青、油漆，可减少负负摩阻力。摩阻力。五、单桩横向容许承载力的确定五、单桩横向容许承载力的确定一、桩在横向荷载作用下的工作性能一、桩在横向荷载作用下的工作性能第二节第二节桥梁桩基内力和位移的计桥梁桩基内力和位移的计算算一、基本概念一、基本概念1土土的的弹弹性性抗抗力力：桩桩在在各各种种荷荷载载的的作作用用下下，会会发发生生位位移移和和转转角角，其其中中，水水平平位位移移及及转转角角会会挤挤压压桩桩侧侧土土体体，桩桩侧侧
15、土土必必然然对对桩桩产生一横向土抗力，称为土的弹性抗力。产生一横向土抗力，称为土的弹性抗力。式中：横向土抗力（KN/m2）；C地基系数（KN/m3）；Xz深度z处桩的横向位移（m）。对C的确定方法（图-1）：a）“m”法b）“K”法c）“C值”法d）“C”法上述四种方法均假定地基符合文克尔弹性地基。上述四种方法均假定地基符合文克尔弹性地基。目前，公桥基规广泛采用目前，公桥基规广泛采用“m”法。即法。即C=mz，其中，其中，m地基土比例系数，可查规范中相关表格。地基土比例系数，可查规范中相关表格。2单桩、单排桩与多排桩单桩、单排桩与多排桩1）单单桩桩、单单排排桩桩：是是指指在在与与水水平平外外力
16、力H作作用用面面相相垂垂直直的的平平面上，由单根或多根桩组成的。如图面上，由单根或多根桩组成的。如图-2中中a），），b）。）。若若作作用用承承台台底底面面中中心心的的荷荷载载为为N、H、M，各各单单根根桩桩顶顶承承受受的力：（如图的力：（如图-3）N在承台横桥向无偏心，可均摊，即：在承台横桥向无偏心，可均摊，即：N在在承承台台横横桥桥向向有有偏偏心心e，偏偏心心弯弯矩矩Mx=Ne，则则每每根根桩桩竖竖向向力可按偏心受压构件计算：力可按偏心受压构件计算：3计算宽度计算宽度是是指指桩桩在在水水平平外外力力的的作作用用下下，桩桩侧侧土土受受到到影影响响的的宽宽度度并并不不等等于于桩桩的的直直径径，
17、而而是是大大于于桩桩径径。即即为为桩桩在在实实际际工工作作条条件件下下的计算宽度的计算宽度b1。b1=KfK0Kb（或（或d）2）多多排排桩桩：是是指指水水平平外外力力H作作用用平平面面上上（即即行行车车方方向向），由由一一根根以以上上的的桩桩组组成成。如如图图-2中中c）。各各根根桩桩的受力需采用结构力学方法的受力需采用结构力学方法9见后面）。见后面）。b（或或d）与与外外力力H作作用用方方向向相相垂垂直直平平面面上上桩的宽度（或直径）；桩的宽度（或直径）；Kf形状换算系数。（可查表）。形状换算系数。（可查表）。K0受力换算系数。受力换算系数。K桩间相互影响系数。桩间相互影响系数。4刚性桩与
18、弹性桩刚性桩与弹性桩刚刚性性桩桩：桩桩的的入入土土深深度度；其其中中，为为变变形形系系数，数，弹性桩：桩的入土深度弹性桩：桩的入土深度。二、二、“m”法弹性单排桩内力和位移的计算法弹性单排桩内力和位移的计算（一一）基基本本假假定定：桩桩侧侧土土为为弹弹性性地地基基土土，应应力力与与位位移移呈正比；忽略桩土间的粘着力和摩阻力；弹性桩。呈正比；忽略桩土间的粘着力和摩阻力；弹性桩。（二）计算公式：（二）计算公式：当桩的支承条件及入土深度符合一定要求，可得地面当桩的支承条件及入土深度符合一定要求，可得地面以下任意深度处的内力和位移：以下任意深度处的内力和位移：若已知桩顶与地面平齐，地面处水平力若已知桩
19、顶与地面平齐，地面处水平力Q0，弯，弯矩矩M0，则，则1对于的摩擦桩、的柱承桩：（3-1）（3-2）（3-3）（3-4）2对于的嵌岩桩：（3-5）（3-6）（3-7）（3-8）上式中的及为无量纲系数，均为和的函数，规范已将其制成表格供查用。三、最大弯矩位置的确定三、最大弯矩位置的确定1可通过绘制各深度可通过绘制各深度Z处的弯矩处的弯矩M曲线图，从图中求得。曲线图，从图中求得。2可通过解析法求得最大值。最大弯矩处，剪力为可通过解析法求得最大值。最大弯矩处，剪力为0。可。可通过通过QZ公式反求公式反求Z值。值。四、桩顶位移的计算公式四、桩顶位移的计算公式桩桩位位于于地地面面或或最最大大冲冲刷刷线线
20、以以上上l0，桩桩顶顶自自由由，作作用用外外力力Q及及M，则则桩桩顶顶的的位位移移包包括括：地地面面处处水水平平位位移移x0，地地面面处处转转角角0所所引引起起的的桩桩顶顶位位移移0 l0，桩桩露露出出地地面面段段作作为为悬悬臂臂梁梁由由Q和和M引引起起的的桩顶水平位移桩顶水平位移XQ，XM，即，即其中,M0=Q l0+M，Q0=Q，当当桩桩柱柱露露出出地地面面部部分分为为变变截截面面（如如右右图图4），上上部部截截面面抗抗弯弯刚刚度度为为E1I1，（直直径径为为d1，高高度度为为h1），下下部部截截面面抗抗弯弯刚刚度度为为EI，（直径为（直径为d，高度为，高度为h2），设），设n=E1I1/
21、EI，则：，则：五、单桩或单排桩的计算步骤：五、单桩或单排桩的计算步骤：1计算各桩顶承受的荷载计算各桩顶承受的荷载Pi、Qi、Mi；2确确定定桩桩在在最最大大冲冲刷刷线线下下的的入入土土深深度度：一一般般可可根根据据持持力力层层位位置置，荷荷载载大大小小，施施工工条条件件等等初初步步确确定定，通通过过验验算算再再予予以以修修改改；在在地地基基土土较较单单一一，桩桩底底端端位位置置不不宜宜根根据据土土质质判判断断时时，可可根根据据单单桩桩容许承载力公式计算桩长；容许承载力公式计算桩长；单单桩桩容容许许承承载载力力公公式式，若若设设桩桩埋埋入入最最大大冲冲刷刷线线以以 下下 深深 度度 为为 h，
22、一一 般般 冲冲 刷刷 线线 以以 下下 深深 度度 为为 h3，为为一一根根桩桩受受到到的的全全部部垂垂直直荷荷载载（包包含含最最大大冲冲刷刷线以下桩重的一半），（线以下桩重的一半），（KN），则，），则，3验算单桩轴向承载力；验算单桩轴向承载力；4确定桩的计算宽度确定桩的计算宽度b1；5计算桩的变形系数计算桩的变形系数a值；值；6计算地面处桩截面的作用力计算地面处桩截面的作用力Q0，M0，并验算桩在地面或最大冲刷线的横向位移并验算桩在地面或最大冲刷线的横向位移x0不大于不大于6mm，然后求算桩身各截面的内，然后求算桩身各截面的内力，进行桩身配筋，桩身截面强度和稳定力，进行桩身配筋，桩身截面
23、强度和稳定性验算；性验算；7计算桩顶位移和墩台顶位移，并计算桩顶位移和墩台顶位移，并进行验算；要求：小于或等于进行验算；要求：小于或等于cm。对于多层土，首先假定持力层，。对于多层土，首先假定持力层，初步得到桩长初步得到桩长h，然后代入上式，验，然后代入上式，验算桩的承载力是否大于荷载，然后，算桩的承载力是否大于荷载，然后，再进行调整，使得桩长的设计即经再进行调整，使得桩长的设计即经济又合理。济又合理。算例：算例：单排桩基础算例单排桩基础算例(双柱式桥墩钻孔灌注桩基础双柱式桥墩钻孔灌注桩基础)(一一)设计资料设计资料1地质与水文资料地质与水文资料地基土为密实细砂夹砾石，地基土地基土为密实细砂夹
24、砾石，地基土比例系数比例系数m1000OkNm4；地基土的极限摩阻力地基土的极限摩阻力70kPa；地基土内摩擦角地基土内摩擦角400，内聚力，内聚力c0；地基土容许承载力地基土容许承载力400kPa；土容重土容重1180kNm3(已考虑浮力已考虑浮力)；地面标高为地面标高为33534m，常水位标高为，常水位标高为33900m，最大冲刷线标高为，最大冲刷线标高为33060m，一般冲刷线标高也为，一般冲刷线标高也为33534m；2桩、墩尺寸与材料桩、墩尺寸与材料墩墩帽帽顶顶标标高高为为34688m，桩桩顶顶标标高高为为339。00m，墩墩柱柱顶顶标标高高为为34531m；墩柱直径墩柱直径150m，
25、桩直径，桩直径165m，成孔直径，成孔直径1。80m。桩身混凝土用桩身混凝土用20号，其受压弹性模量号，其受压弹性模量Eh26104MPa3荷载情况荷载情况桥桥墩墩为为单单排排双双柱柱式式，桥桥面面宽宽7m，设设计计荷荷载载汽汽车车一一15级级，挂挂一一80每一根桩承受荷载为每一根桩承受荷载为:两跨恒载反力两跨恒载反力Nl137600kN盖梁自重反力盖梁自重反力N225650kN系梁自重反力系梁自重反力N37640kN一根墩柱一根墩柱(直径直径15m)自重自重N427900kN桩每延米的自重（已扣除浮力）；两跨活载反力，一跨活载反力，M=120。90KN。桩基础选用冲抓钻孔灌注桩基础，为摩擦桩
26、。（二）桩长计算由于地基土单一，用经验公式确定。设桩埋入最大冲刷线以下深度为h，一般冲刷线以下深度为h3，则，Nh为一根桩受到的全部竖直荷载（KN），最大冲刷线以下（入土深度）桩重的一半作为外荷载计。公式右端项代入公式得h=10。09m，取h=10。50m四、四、“m”法计算弹性多排桩基桩法计算弹性多排桩基桩内力和位移计算内力和位移计算1计算假定：顺桥向桩多于一排；承计算假定：顺桥向桩多于一排；承台与桩头连接为刚性的；外力作用平面台与桩头连接为刚性的；外力作用平面内的桩作为一平面框架，用结构力学方内的桩作为一平面框架，用结构力学方法计算各桩上的作用力。法计算各桩上的作用力。2计算公式的推导过程
27、：计算公式的推导过程：如图，承台变位，如图，承台变位，取取XOZ坐标轴，坐标轴，在外荷载在外荷载V、H、M作用下，作用下，O点变位：点变位：水平位移水平位移竖向位移竖向位移转角转角1）任一排（）任一排（i）桩顶变位（）桩顶变位（XOZ坐标系下）：坐标系下）：（Xi为第为第i排桩桩顶至承台中心的距离）排桩桩顶至承台中心的距离）2）任一排（）任一排（i）桩顶变位（沿桩轴向与）桩顶变位（沿桩轴向与横轴向的变位）：横轴向的变位）：横轴向：横轴向：轴向：轴向：3）荷载与位移的关系）荷载与位移的关系用用位位移移法法求求解解超超静静定定结结构构的的内内力力。根根据据力力和和位位移移的的关关系系，当当承承台台
28、中中心心点点O产产生生变变位位时时，第第i根根桩桩桩桩顶顶引起的轴向力引起的轴向力Pi、横轴向力、横轴向力Qi、弯矩、弯矩Mi值为：值为：其其中中，令令：当当第第i根根桩桩桩桩顶顶处处仅仅产产生生单单位位轴轴向向位位移移时，在桩顶引起的轴向力为时，在桩顶引起的轴向力为；当当第第i根根桩桩桩桩顶顶处处仅仅产产生生单单位位横横轴轴向向位位移移时时，在桩顶引起的横轴向力为在桩顶引起的横轴向力为当当第第i根根桩桩桩桩顶顶处处仅仅产产生生单单位位横横轴轴向向位位移移时时，在在桩桩顶顶引引起起的的弯弯矩矩为为；或或当当第第i根根桩桩桩桩顶顶处处产产生生单位转角时，在桩顶引起的横轴向力为单位转角时，在桩顶引
29、起的横轴向力为；当当第第i根根桩桩桩桩顶顶处处仅仅产产生生单单位位转转角角时时，在在桩桩顶顶引起的弯矩为引起的弯矩为xi为第为第i排桩桩顶至承台中心的水平距离排桩桩顶至承台中心的水平距离.ai为第为第i根桩桩轴线与竖直线夹角即倾斜角根桩桩轴线与竖直线夹角即倾斜角.3群群桩桩作作用用：对对于于摩摩擦擦桩桩组组成成的的群群桩桩基基础础，当当桩桩的的中中心心距距6d时时，在在竖竖向向荷荷载载作作用用下下，由由于于桩桩侧侧摩摩阻阻力力的的扩扩散散作作用用，使使桩桩底底处处的的压压力力分分布布范范围围要要比比桩桩身身截截面面积积大大得得多多，使使群群桩桩中中各各桩桩传传到到桩桩底底处处的的应应力力有有可
30、可能能叠叠加加，使使群群桩桩桩桩底底处处地地基基土土受受到到的的压压力力及及沉沉降降比比单单桩桩大大。承承载载力力方方面面，使使得得群群桩桩基基础础的的承承载载力力要要小小于于各各单单桩桩承承载载力力之之和和。此此现现象象对对于于柱柱桩桩或或桩桩距距大大于于6d的的摩摩擦擦桩桩不不存在。存在。六、桩基础的总体设计：六、桩基础的总体设计：1承承台台底底面面标标高高的的确确定定：根根据据受受力力、桩桩的的刚刚度度和和地形、地质、水流、施工等条件确定。地形、地质、水流、施工等条件确定。高高承承台台桩桩：一一般般用用于于常常年年有有水水、冲冲刷刷较较深深或或水水位位较较高高、施施工工排排水水困困难难的
31、的水水流流中中。施施工工方方便便，但但稳稳定定性较差。性较差。低低承承台台：稳稳定定性性较较好好，但但施施工工太太困困难难，可可用用于于季季节节性性河河流流、冲冲刷刷小小的的河河流流或或岸岸滩滩上上墩墩台台及及旱旱地地上上其其他结构物基础。他结构物基础。2摩擦桩和柱桩的考虑：二者不可用于同摩擦桩和柱桩的考虑：二者不可用于同一基础中；也不能采用不同材料、不同直径一基础中；也不能采用不同材料、不同直径和长度相差过大的桩。当基岩埋深较浅时，和长度相差过大的桩。当基岩埋深较浅时，宜采用柱桩，或嵌入基岩一定深度成为嵌岩宜采用柱桩，或嵌入基岩一定深度成为嵌岩桩。桩。嵌入深度：圆形截面桩：嵌入深度：圆形截面
32、桩：最小不小于最小不小于0.5米。米。3单排桩和多排桩的考虑：单排桩和多排桩的考虑：单排桩：能较好地配合柱式墩台结构，可节省单排桩：能较好地配合柱式墩台结构，可节省圬工，减小作用在桩基的竖向荷载。适于桥跨圬工，减小作用在桩基的竖向荷载。适于桥跨不大，桥高较矮时。有时单桩配单柱。不大，桥高较矮时。有时单桩配单柱。多排桩：稳定性好，抗弯刚度较大，能承受大多排桩：稳定性好，抗弯刚度较大，能承受大的水平荷载，一般用于较高的桥台、拱桥桥台、的水平荷载，一般用于较高的桥台、拱桥桥台、制动墩和单向水平推力墩。制动墩和单向水平推力墩。4桩长、桩径的拟定桩长、桩径的拟定桩长的确定首先在于选择强度较好的持桩长的确
33、定首先在于选择强度较好的持力层，避免将桩底落在软土层上或离软力层，避免将桩底落在软土层上或离软弱下卧层太近。摩擦桩经过多层土时，弱下卧层太近。摩擦桩经过多层土时，要经过试算比较，合理确定桩长。要经过试算比较，合理确定桩长。5确定桩的根数及平面布置确定桩的根数及平面布置桩的根数桩的根数n估算：估算：式式中中：N作作用用在在承承台台底底面面上上的的竖竖向向荷荷载载（KN）；）；P单桩容许承载力（单桩容许承载力（KN）；）；考考虑虑偏偏心心荷荷载载时时各各桩桩受受力力不不均均而而适适当当增加的经验系数，可取增加的经验系数，可取=1.11.2。桩的间距：钻（挖）孔灌注桩的摩擦桩中心距桩的间距：钻（挖）
34、孔灌注桩的摩擦桩中心距不小于不小于2.5倍成孔直径，柱桩中心距不小于倍成孔直径，柱桩中心距不小于2.0倍的成孔直径，桩的中心距最大不超过倍的成孔直径，桩的中心距最大不超过56倍倍桩径。打入桩的中心距不应小于桩径的桩径。打入桩的中心距不应小于桩径的3.0倍。倍。为了避免承台边缘距桩身过近而破裂，边桩外为了避免承台边缘距桩身过近而破裂，边桩外侧至承台边缘的距离，对于桩径小于或等于侧至承台边缘的距离，对于桩径小于或等于1.0米的桩不应小于米的桩不应小于0.5倍桩径，且不小于倍桩径，且不小于0.25m；对于桩径大于对于桩径大于1.0m的桩不应小于的桩不应小于0.3倍桩径并不倍桩径并不小于小于0.5m。
35、桩的平面布置：可根据受力情况选用单排或多桩的平面布置：可根据受力情况选用单排或多排桩桩基。多排桩的排列形式有行列式和梅花排桩桩基。多排桩的排列形式有行列式和梅花式。式。第四章第四章沉井基础沉井基础第一节第一节概述概述一、沉井的基本概念一、沉井的基本概念沉沉井井是是一一座座上上无无顶顶下下无无底底，四四周周有有壁壁井井筒筒状状的的结结构构物物，它它的的施施工工过过程程是是在在井井内内挖挖土土，依依靠靠自自身身重重力力克克服服井井壁壁摩摩阻阻力力下下沉沉至至设设计计标标高高，然然后后经经过过混混凝凝土土封封底并填塞井孔，成为墩台或其他结构的基础。底并填塞井孔，成为墩台或其他结构的基础。沉沉井井的的
36、特特点点：埋埋深深可可以以很很大大；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荷荷载载。在在施施工工时时，可可作作为为挡挡土土和和挡挡水水围围堰堰结结构构物物。除除此此之之外外，沉沉井井也也常常用用于于矿矿用用结结构、地下油库等。构、地下油库等。沉井与大开挖方法相比，占地面积小，沉井与大开挖方法相比，占地面积小，可大量减少土方量，操作简便节约投可大量减少土方量，操作简便节约投资。特别是在建筑物稠密的市区，采用资。特别是在建筑物稠密的市区，采用沉井可以避免周围土方。沉井可以避免周围土方。的坍陷，并保证周围建筑物的安全，也的坍陷，并保证周围建筑物的安全，也无需使用临时支护措施和挡
37、上结构。常无需使用临时支护措施和挡上结构。常用于地下泵房、水池、桥墩、各类地下用于地下泵房、水池、桥墩、各类地下厂房、大型设备基础、高层或超高层建厂房、大型设备基础、高层或超高层建筑物的基础，以及盾构隧道和顶管施工筑物的基础，以及盾构隧道和顶管施工中的工作室。目前沉井下沉深度已超过中的工作室。目前沉井下沉深度已超过100m100m。沉井基础的缺点是：施工期较长；对细沉井基础的缺点是：施工期较长；对细砂及粉砂类土在井内抽水易发生流砂现砂及粉砂类土在井内抽水易发生流砂现象，造成沉井倾斜；沉井下沉过程中遇象，造成沉井倾斜；沉井下沉过程中遇到的大孤石、树干或井底岩层表面倾斜到的大孤石、树干或井底岩层表
38、面倾斜过大，均会给施工带来一定困难。过大，均会给施工带来一定困难。根据经济合理和施工上可能的原则，通根据经济合理和施工上可能的原则，通常在下列情况，考虑采用沉井基础：常在下列情况，考虑采用沉井基础：上部荷载较大，结构对基础的变位上部荷载较大，结构对基础的变位敏感，敏感，而表层地基土的容许承载力不足，而表层地基土的容许承载力不足，做扩大基础开挖工作量大，以及支撑困做扩大基础开挖工作量大，以及支撑困难，但在一定深度下有好的持力层，采难，但在一定深度下有好的持力层，采用沉井基础与其它深基础相比较，经济用沉井基础与其它深基础相比较，经济上较为合理时；上较为合理时；在山区河流中，虽然浅层土质较好，在山区
39、河流中，虽然浅层土质较好，但冲刷大，或河中有较大卵石不便桩基但冲刷大，或河中有较大卵石不便桩基础施工时；础施工时；岩层表面较平坦且覆盖层薄，但河岩层表面较平坦且覆盖层薄，但河水较深，采用扩大基础施工围堰有困难水较深，采用扩大基础施工围堰有困难时。时。第二节第二节沉井的类型和构造沉井的类型和构造一、沉井的分类一、沉井的分类（一）沉井按下沉方式可分为：（一）沉井按下沉方式可分为：1就就地地制制造造下下沉沉的的沉沉井井这这种种沉沉井井是是在在基基础础设设计计的的位位置置上上制制造造，然然后后挖挖土土靠靠沉沉井井自自重重下下沉沉。如如基基础础位位置置在水中，需先在水中筑岛，再在岛上筑井下沉。在水中，需
40、先在水中筑岛，再在岛上筑井下沉。2浮浮运运沉沉井井在在深深水水地地区区，筑筑岛岛有有困困难难或或不不经经济济，或或有有碍碍通通航航，或或河河流流流流速速大大，可可在在岸岸边边制制筑筑沉沉井井拖拖运运到设计位置下沉，这类沉井叫浮运沉井。到设计位置下沉，这类沉井叫浮运沉井。（二）沉井也可按使用的材料进行分类。（二）沉井也可按使用的材料进行分类。有混凝土、钢筋混凝土、砖石和木沉井有混凝土、钢筋混凝土、砖石和木沉井等：等：1混凝土沉井：混凝土沉井：混凝土的特点是抗压混凝土的特点是抗压强度高，抗拉能力低，因此这种沉井宜强度高，抗拉能力低，因此这种沉井宜做成圆形，并适用于下沉深度不大（做成圆形，并适用于下
41、沉深度不大（47m）的软土层中。）的软土层中。2钢筋混凝土沉井这种沉井的抗拉及抗钢筋混凝土沉井这种沉井的抗拉及抗压能力较好，下沉深度可以很大（达数十压能力较好，下沉深度可以很大（达数十米以上）。当下沉深度不很大时，沉井壁米以上）。当下沉深度不很大时，沉井壁大部用混凝土，下部（刃脚）用钢筋混凝大部用混凝土，下部（刃脚）用钢筋混凝土的沉井，在桥梁工程中得到较广泛的应土的沉井，在桥梁工程中得到较广泛的应用。钢筋混凝土沉井可以就地制造下沉，用。钢筋混凝土沉井可以就地制造下沉，也可以在岸边制成空心薄壁浮运沉井。也可以在岸边制成空心薄壁浮运沉井。3竹筋混凝土沉井竹筋混凝土沉井沉井在下沉过程中沉井在下沉过程
42、中受力较大因而需设置钢筋，一旦完工后，受力较大因而需设置钢筋，一旦完工后，它就不承受多大的拉力，因此，在南方它就不承受多大的拉力，因此，在南方产竹地区，可以采用耐久性差但抗拉力产竹地区，可以采用耐久性差但抗拉力好的竹筋代替钢筋，我国南昌赣江大桥好的竹筋代替钢筋，我国南昌赣江大桥等曾用这种沉井。在沉井分节接头处及等曾用这种沉井。在沉井分节接头处及刃脚内仍用钢筋。刃脚内仍用钢筋。4钢沉井钢沉井用钢材制造沉井其强度高、用钢材制造沉井其强度高、重量轻、易于拼装，宜于做浮运沉井，重量轻、易于拼装，宜于做浮运沉井，但用钢量大，国内较少采用。但用钢量大，国内较少采用。5砖石沉井砖石沉井,木沉井木沉井这两种均
43、是这两种均是就地取材制作的沉井，现很少采用。就地取材制作的沉井，现很少采用。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单单孔孔或或多多孔孔的的圆圆形形、矩矩形形、圆圆端端沉沉井井及及网网格格形形（图图4-1）等等。圆圆形形沉沉井井受受力力好好，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，河河流流水水流流也也不不顺顺。圆圆端端形形沉沉井井兼兼有有两两者者的的优优点点也也在在一一定定程程度度上上兼兼有有两两者者的的缺缺点点，是是土土木木工工程程中中常用的基础类形。常用的基础类形。沉
44、井平面形式沉井平面形式 二、沉井的构造二、沉井的构造沉井的构造一般由以下各部组成：沉井的构造一般由以下各部组成：1 1井壁井壁 井壁是沉井在下沉过程中承受水、土压力，井壁是沉井在下沉过程中承受水、土压力，足够的自重克服井壁摩阻力，由钢筋混凝土浇足够的自重克服井壁摩阻力，由钢筋混凝土浇制而成。有等厚度的直壁式和阶梯式两种。可制而成。有等厚度的直壁式和阶梯式两种。可一次浇成或分段浇筑，接头处可用电灯连接。一次浇成或分段浇筑，接头处可用电灯连接。井壁的厚度较大，一般为井壁的厚度较大，一般为o o41412m2m之间。它之间。它由克服摩阻力所需的自重、施工荷载和永久荷由克服摩阻力所需的自重、施工荷载和
45、永久荷载确定。载确定。2 2刃脚刃脚 为便于将沉井切入土中，并防止土为便于将沉井切入土中，并防止土层中的障碍物在沉井下沉过程中损坏井层中的障碍物在沉井下沉过程中损坏井壁，井壁刃脚底部作成刀刃状，如图壁，井壁刃脚底部作成刀刃状，如图所示。刃脚的踏面宽度一般为所示。刃脚的踏面宽度一般为200200一一300300豪米，内侧的倾角为豪米，内侧的倾角为4040一一6060度。度。刀脚示意刀脚示意 3 3内隔墙内隔墙 为增加沉井下沉时的整体刚度减少井壁为增加沉井下沉时的整体刚度减少井壁的跨径改善井壁受力条件，将沉井分隔成多的跨径改善井壁受力条件，将沉井分隔成多个取土井后挖土和下沉较为均衡而设置。内隔个取
46、土井后挖土和下沉较为均衡而设置。内隔墙的设置给下沉出土带来某些困难，但便于控墙的设置给下沉出土带来某些困难，但便于控制下沉速度、封底以及纠偏。内隔墙的底面一制下沉速度、封底以及纠偏。内隔墙的底面一船比井壁刃脚高出船比井壁刃脚高出50l00cm50l00cm，隔墙厚度约为，隔墙厚度约为50cm50cm，隔墙下部应设，隔墙下部应设80cm120cm80cm120cm的过人孔。的过人孔。4 4封底封底 当沉井下沉至设计标高后，将井底清理整当沉井下沉至设计标高后，将井底清理整平后进行封底。封底可分为干作业和水中作平后进行封底。封底可分为干作业和水中作业浇灌混凝土封底两种。一般是先在刃脚高度业浇灌混凝土
47、封底两种。一般是先在刃脚高度部分用素混凝土于以封堵，待达到设计强度部分用素混凝土于以封堵，待达到设计强度后，在其上井壁有凹槽的高度浇筑钢筋混凝土后，在其上井壁有凹槽的高度浇筑钢筋混凝土底板。底板。4 43 3 沉井施工沉井施工()()施工准备施工准备 1 1地质勘测地质勘测 在沉并施工地点进行钻孔，了解土的力学在沉并施工地点进行钻孔，了解土的力学指标、地层构造、分层情况、摩阻力、地下指标、地层构造、分层情况、摩阻力、地下水情况及地下障碍物情况等。同时还应查清和水情况及地下障碍物情况等。同时还应查清和排除地面及地面以下米以内的障碍物，包排除地面及地面以下米以内的障碍物，包括：地下管道、电缆线、树
48、根及房屋构筑物等。括：地下管道、电缆线、树根及房屋构筑物等。2 2制定施工方案制定施工方案 根据工程结构持点、地质水文情况、根据工程结构持点、地质水文情况、施工设备条件、技术的可能性，选用排施工设备条件、技术的可能性，选用排水下沉还是不排水下沉，编制切实可行水下沉还是不排水下沉，编制切实可行的施工方案。如果采用排水下沉，要考的施工方案。如果采用排水下沉，要考虑排水设备，再根据土质情况确定采用虑排水设备，再根据土质情况确定采用并点降水还是井内集水坑抽水。并点降水还是井内集水坑抽水。3 3、测量控制和沉降观测、测量控制和沉降观测 先按沉井平面设置测量控制网，然先按沉井平面设置测量控制网，然后进行抄
49、平放线，并布置水准基点和沉后进行抄平放线，并布置水准基点和沉降观测点。对在既有建筑物附近下沉的降观测点。对在既有建筑物附近下沉的沉井，应在既有建筑物上设沉降观测点，沉井，应在既有建筑物上设沉降观测点，进行定期的沉降观测。进行定期的沉降观测。4 4平整场地和修建临时设施平整场地和修建临时设施 对施工场地进行平整处理，达到设对施工场地进行平整处理，达到设计标高按施工图进行平面布置。施工计标高按施工图进行平面布置。施工现场设置临时仓库、钢筋车间、简易试现场设置临时仓库、钢筋车间、简易试验室和办公室，修筑临时排水沟、截水验室和办公室，修筑临时排水沟、截水沟以及安装施工设备、水电线路并试水沟以及安装施工
50、设备、水电线路并试水电。电。(二二)沉并的制作沉并的制作 1 1支模和架设钢筋支模和架设钢筋 (1)(1)刃脚的支设，可根据沉并的重量、施刃脚的支设，可根据沉并的重量、施工荷载和地基承载力情况采用垫架法和半工荷载和地基承载力情况采用垫架法和半垫架法，也可用砖垫座和土底模。对较大较重垫架法，也可用砖垫座和土底模。对较大较重的沉井，在较软弱地基上制作时，为防止造的沉井，在较软弱地基上制作时，为防止造成地基下沉刃脚裂缝，常采用垫架法或半垫架成地基下沉刃脚裂缝，常采用垫架法或半垫架法；对直径或边长在法；对直径或边长在8 8米以内的较轻沉井，当米以内的较轻沉井，当土质较好时可采用砖垫座；对重量较轻的小型