2018一建《公路工程》教材：桥梁基础分类和受力特点
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1B413012桥梁基础分类和受力特点
桥梁基础按施工方法可分为扩大基础、桩基础、沉井、地下连续墙等，下面分别介绍各类基础的分类及受力特点。
一、扩大基础
所谓扩大基础，是将墩(台)及上部结构传来的荷载由其直接传递至较浅的支承地 基的一种基础形式，一般采用明挖基坑的方法进行施工，故又称为明挖扩大基础或浅基础。
扩大基础按其施工方法分为机械开挖基坑浇筑法、人工开挖基坑浇筑法、土石围堪开挖基坑浇筑法、板桩围堪开挖基坑浇筑法。
扩大基础按其材料性能特点可分为配筋与不配筋的条形基础和单独基础。元筋扩大基础常用的有混凝土基础、片石混凝土基础等，不配筋基础的材料都具有较好的抗压性，但抗拉、抗剪强度不高，设计时必须保证发生在基础内的拉应力和剪应力不超过相应的材料强度设计值。钢筋混凝土扩大基础的抗弯和抗剪性能良好，可在竖向荷载较大、地基承载力不高以及承受水平力和力矩荷载下使用。
扩大基础是由地基反力承担全部上部荷载，将上部荷载通过基础分散至基础底面，使之满足地基承载力和变形的要求。扩大基础主要承受压应力，一般用抗压性能好，抗弯拉、抗剪性能较差的材料(如混凝土、毛石、三合土等)建造，适用
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于地基承载力较好的各类土层，根据土质情况分别采用铁铺、十字铺、挖掘机、爆破等设备与方法开挖。
扩大基础在埋置深度和构造尺寸确定以后，应先根据最不利而且有可能情况下的荷载组合，计算出基底的应力，然后进行基础的合力偏心距、稳定性以及地基的强度(包括持力层、弱下卧层的强度)的验算，需要时还应进行地基变形的验算。
二、桩基础
桩基础是深人土层的柱形结构，其作用是将作用于桩顶以上的结构物传来的荷载传到较深的地基持力层中去。当荷载较大或桩数量较多时需在桩顶设承台将所有基桩连接成一个整体共同承担上部结构的荷载。
桩是垂直或微斜埋置于土中的受力杆件，它的横截面尺寸比长度小得多，其所承受的荷载由桩侧土的摩阻力及桩端地层的反力共同承担。
1.桩的分类
(1)按桩的使用功能分类
①竖向抗压桩:主要承受竖向下压荷载(简称竖向荷载)的桩，应进行竖向承载力 计算，必要时还需计算桩基沉降，验算软弱下卧层的承载力以及负摩阻力产生的下拉荷载。
②竖向抗拔桩:主要承受竖向上拔荷载的桩，应进行桩身强度和抗裂计算以及抗拔承载力验算。
③水平受荷桩:主要承受水平荷载的桩，应进行桩身强度和抗裂验算以及水平承载力和位移验算。
④复合受荷桩:承受竖向、水平荷载均较大的桩，应按竖向抗压(或抗拔)桩及水平受荷桩的要求进行验算。
(2)按桩承载性能分类
①摩擦桩:当软土层很厚，桩端达不到坚硬土层或岩层上时，则桩顶的极限荷载主要靠桩身与周围土层之间的摩擦力来支承，桩尖处土层反力很小，可忽略不计。 ②端承桩:桩穿过软弱土层，桩端支承在坚硬土层或岩层上时，则桩顶极限荷载主要靠桩尖处坚硬岩土层提供的反力来支承，桩侧摩擦力很小，可以忽略不计。 ③摩擦端承桩:桩顶的极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担，但主要由桩端阻力承受。
④端承摩擦桩:桩顶的极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担，但主要由桩阻力承受。
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(3)按桩身材料分类 可分为木桩，混凝土桩，制桩，组合桩等。
(4)按桩径大小分类
①小桩:桩径d~250mm
②中等直径桩250mm③大直径桩:桩径d≥800mm。因为桩径大且桩端还可以扩大，因此，单桩承载力较高。此类桩除大直径钢管桩外，多数为钻、冲、挖孔灌注桩，近年来的发展较快，应用范围逐渐增大，并可实现柱下单桩的结构形式。(5)按施工方法分类
可分为沉桩、钻孔灌注桩、挖孔桩，其中沉桩又分为锤击沉桩法、振动沉桩法、射水沉桩法、静力压桩法。
①沉桩:锤击沉桩法一般适用于松散、中密砂土、粘性土，桩锤有坠锤、单动汽锤、双动汽锤、柴油机锤、液压锤等，可根据土质情况选用适用的桩锤;振动沉桩法一般适用于砂土，硬塑及软塑的粘性土和中密及较松的碎石土;射水沉桩法适用在密实砂土，碎石土的土层中，用锤击法或振动法沉桩有困难时，可用射水法配合进行;静力压桩法在标准贯人度N<20的软粘土中，可用特制的液压机或机力千斤顶或卷扬机等设备沉人各种类型的桩;钻孔埋置桩为钻孔后，将预制的钢筋混凝土圆形有底空心桩埋人，并在桩周月水泥砂浆固结而成，适用于在粘性土、砂土、碎石土中埋置大量的大直径圆桩。
②钻孔灌注桩适用于粘性土、砂土、砾卵石、碎石、岩石等各类土层。 ③挖孔灌注桩适用于无地下水或少量地下水，且较密实的土层或风化岩层，如空气污染物超标，必须采取通风措施。
2.桩基础的受力计算
基桩的计算，可按下列规定进行:
(1)承台底面以上的竖直荷载假定全部由基桩承受;
(2)桥台土压力可按填土前的原地面起算。当基桩上部位于内摩擦角小于20。的软土中时，应验算桩因该层土施加于基桩的水平力所产生的挠曲;
(3)在一般情况下，桩基不需进行抗倾覆和抗滑动的验算;但在特殊情况下，应验算桩基向前移动或被剪断的可能性。
(4)在软土层较厚，持力层较好的地基中，桩基计算应考虑路基填土荷载或地下水位下降所引起的负摩阻力的影响。
钻(挖)孔灌注摩擦桩单桩轴向受压容许承载力[p]可按下列方法计算: [p]=1/2 (Ulr+AσR)
式中 [p]一一单桩轴向受压容许承载力 CkN) ;
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U一一桩的周长 Cm) ，按成孔直径计算，当无试验资料时，成孔直径可按下列规定采用:旋转钻按钻头直径增大 3~5cm; 冲击钻按钻头直径增大5~10cm; 冲抓钻按钻头直径增大1O~20cm;
l一一桩在局部冲刷线以下的有效长度 Cm) ; A一一桩底横截面面积 (㎡)，用设计直径(钻头直径)计算;但当采用换、法施工(即成孔后，钻头在孔底继续旋转换浆)时，则按成孔直径计算; τp一一桩壁土的平均极限摩阻力 CkPa) ，可按下式计算:
三、沉井
沉井基础是一种断面和刚度均比桩要大得多的井筒状结构，是依靠在井内挖土，借助井体自重及其他辅助措施而逐步下沉至预定设计标高，最终形成的一种结构深基础形式。
沉井基础施工时占地面积小，坑壁不需设临时支撑和防水围堪或板桩围护，与大开挖相比较，挖土量少，对邻近建筑物的影响比较小，操作简便，元需特殊的专业设备。
当桥梁结构上部荷载较大，而表层地基土的容许承载力不足，但在一定深度下有好的持力层，扩大基础开挖工作量大，施工围堪支撑有困难，或采用桩基础受水文地质条件时，此时采用沉井基础与其他深基础相比，经济上较为合理。 沉井是桥梁墩台常用的一种深基础形式，有较大的承载面积，可以穿过不同深度覆盖层，将基底放置在承载力较大的土层或岩面上，能承受较大的上部荷载。 沉井基础刚度大，有较大的横向抗力，抗振性能可靠，尤其适用于竖向和横向承载力大的深基础。
沉井基础按其制造情况可分为就地浇筑下沉沉井、浮式沉井;按其横截面形状分为圆形、矩形、椭圆形、圆端形、多边形及多孔井字形沉井等;按其竖向剖面形状可分为柱形、锥形、阶梯形沉井等;按材料可分为混凝土、钢筋混凝土、钢、砖、石、木沉井等。
四、地下连续墙
地下连续墙是采用膨润土泥浆护壁，用专用设备开挖出一条具有一定宽度与深度的沟槽，在槽内设置钢筋笼，采用导管法在泥浆中浇筑混凝土，筑成一单元墙段，依次顺序施工，以某种接头方法连接成的一道连续的地下钢筋混凝土墙。
地下连续墙具有多功能性，可适用于各种用途，通常可作为基坑开挖时防渗、挡土，或挡水围堪，或邻近建筑物基础的支护，或直接作为承受上部荷载的基础结构。地下连续墙可用于除岩溶和地下承压水很高处的其他各类土层中施工。 地下挡土墙墙体刚度大，主要承受竖向和侧向荷载，通常既要作为永久性结构的一部分，又要作为地下工程施工过程中的防护结构，因此，设计时应计算在施工
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期间及使用各个阶段.各种支承条件下的墙体内力。作用在墙体上的荷载，除自重外，主要有水压力、土压力、地震力以及上部荷载，施工荷载等。
地下连续墙分类如下:
按成墙方式可分为桩排式、壁板式、组合式; 按墙的用途可分为临时挡土墙、用作主体结构一部分兼作临时挡土墙的地下连续墙、用作多边形基础兼作墙体的地下连续墙;
按挖槽方式大致可分为抓斗式、冲击式、回转式。
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