POWEPOINT適用于商務主題及相關(guān)類別演示土力學與地基基礎學習項目5天然地基上的淺基礎任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計任務5.2天然地基上的淺基礎施工案例引入廣州方舟花園B棟公寓辦公樓為23層主樓帶2層裙房，主體高度為84.70m，計算高度達117.60m。該工程的裙樓房間采用無縫設計，并進行了結(jié)構(gòu)重心和基礎形心大偏心距的調(diào)整，在高層筏板懸挑裙房下采用鋪焦砟的方法解決了主樓與裙樓之間不設沉降縫的問題。該建筑采用了整片基礎，很好地解決了地基土質(zhì)差、承載能力小的問題。整片基礎包括筏板基礎和箱形基礎。當建筑物上部荷載較大，或地基土質(zhì)很差，承載能力較小，采用獨立基礎或井格基礎不能滿足要求時，可采用筏板基礎。箱形基礎是一種剛度很大的整體基礎，它由鋼筋混凝土頂板、底板和縱（橫）墻組成。學習項目5天然地基上的淺基礎案例引入廣州方舟花園B棟公寓辦公樓沙盤及筏板基礎施工如圖5-1所示。學習項目5天然地基上的淺基礎項目導讀建筑物的基礎通常是建造在天然地基上的，其特點是地基土保持自然形成的結(jié)構(gòu)和特性。當天然地基土層較軟弱或性質(zhì)特殊（如濕陷性黃土、膨脹土等）時，可采用不同的方法對上部地基土進行加固處理，從而形成人工地基（土的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)已經(jīng)不是天然狀態(tài)）。天然地基上的基礎，按埋置深度可分為淺基礎和深基礎。淺基礎將上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載向相對較淺的土層中傳遞，深基礎則將荷載向深部土層中傳遞。若建筑場地的淺層土質(zhì)不能滿足建筑物對地基的承載力和變形的要求，則應選用人工地基上的淺基礎或深基礎。地基基礎方案通常優(yōu)先選擇天然地基上的淺基礎，因為這類基礎具有技術(shù)簡單、施工方便、用料省、價格低和施工工期短等特點。學習項目5天然地基上的淺基礎任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計學習目標了解淺基礎的含義、類型和適用條件。認知剛性擴大基礎的設計與計算的主要內(nèi)容。掌握剛性擴大基礎的尺寸擬定與驗算的過程。掌握基礎埋置深度的影響因素。掌握天然地基上剛性淺基礎的設計。（1）保證地基在防止地基土體整體性破壞方面具有足夠的安全度。（2）控制地基的變形量，使之不超過建筑物地基的變形量容許值，以免引起建筑物的損壞或正常使用。（3）對于基礎結(jié)構(gòu)，除應能適應上部結(jié)構(gòu)、滿足地基承載力和變形要求外，還應滿足其強度、剛度和耐久性的要求。

地基基礎設計必須滿足以下三個基本原則或條件。任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計剛性基礎不需配置受力鋼筋。它是橋梁、涵洞和房屋等建筑物常用的基礎類型。其形式通常有剛性擴大基礎、單獨柱下剛性基礎和條形基礎等。剛性擴大基礎任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計單獨柱下剛性基礎剛性條形基礎任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計淺基礎的類型

5.1.1淺基礎的分類1.剛性基礎通常由磚、石、素混凝土、灰土和三合土等材料建造。這些材料具有較高的抗壓性能，但抗拉和抗剪強度不高。因此，設計剛性基礎時應控制基礎的外伸寬度與基礎高度的比值在某一限定范圍內(nèi)，以保證基礎內(nèi)的拉應力和剪應力不超過材料強度的容許值。剛性基礎的相對高度一般都較大，幾乎不發(fā)生彎曲變形，如圖所示。剛性基礎任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計剛性基礎的特點是穩(wěn)定性好，施工簡便，能承受較大的荷載。其主要缺點是自重大，并且當持力層為軟弱土層時，由于擴大基礎面積有一定的限制，需要對地基進行處理或加固后才能采用，否則會因所承受的荷載超過地基強度而影響建筑物的正常使用。因此，對于荷載較大或上部結(jié)構(gòu)對沉降差較敏感的建筑物，當持力層的土質(zhì)較差且土較厚時，把剛性基礎作為淺基礎是不適宜的。任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計2）柔性基礎柔性基礎由鋼筋混凝土材料建造。當剛性基礎的尺寸不能同時滿足地基承載力和基礎埋深的要求時，應采用柔性基礎（鋼筋混凝土基礎）。

鋼筋混凝土是一種性能良好的基礎材料，其強度高、耐久性好、抗凍性理想。為防止基礎的彎曲破壞，需在基礎底面配置一定數(shù)量的受力鋼筋來承受拉應力或彎矩。這種基礎不受剛性角的限制，基礎的高度僅由其材料的抗剪（沖切）強度確定，可設計成扁平狀，如圖5-6所示。這樣可在基礎面積相同的情況下降低基礎高度。任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計扁平狀基礎任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計柱下條形基礎任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計柔性筏板基礎柔性箱形基礎任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計柔性基礎常在基頂豎向荷載較大且承受水平力和力矩荷載，以及地基承載力較低或地基不均勻等情況下采用。柔性基礎的常見形式主要有柱下擴展基礎、柱下條形基礎、十字形基礎、筏板基礎和箱形基礎等。柔性基礎的整體性能較好，具有較高的抗彎和抗剪能力。任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計淺基礎的構(gòu)造2.1）剛性擴大基礎將基礎平面尺寸擴大以滿足地基強度要求的剛性基礎稱為剛性擴大基礎。剛性擴大基礎的平面形狀為矩形，其每邊擴大的尺寸最小為0.20~0.50m。作為剛性基礎，每邊擴大的最大尺寸會受到材料剛性角的限制。當基礎較厚時，可在縱橫兩個剖面上都做成臺階形，以減少基礎的自重，節(jié)省材料。任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計2）單獨基礎單獨基礎是立柱式橋墩和房屋建筑常用的基礎形式之一，它的縱橫剖面均可砌筑成臺階式，但若柱下單獨基礎用石或磚砌筑時，則需在柱子與基礎之間用混凝土墩連接。個別情況下，當柱下基礎用鋼筋混凝土澆筑時，其剖面也可澆筑成錐形。任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計3）條形基礎條形基礎分為墻下條形基礎和柱下條形基礎。墻下條形基礎是擋土墻下或涵洞下常用的基礎形式。其橫剖面可以是矩形或?qū)⒁粋?cè)筑成臺階形。若擋土墻很長，為了避免基礎在沿墻長方向因沉降不均而開裂，可根據(jù)土質(zhì)和地形予以分段，設置沉降縫。有時為了增強橋柱下基礎的承載能力，可將同一排上若干個柱子的基礎聯(lián)合起來組成柱下條形基礎。柱下條形基礎的構(gòu)造與倒置的T形截面梁相似，沿柱子的排列方向的剖面可以是等截面的，也可以在柱位處加腋。橋梁基礎一般為剛性基礎，個別的也可做成柔性基礎。任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計4）筏板基礎和箱形基礎當立柱或承重墻傳來的荷載較大，地基土質(zhì)軟弱又不均勻，采用單獨基礎或條形基礎均不能滿足地基承載力或沉降的要求時，可采用筏板式鋼筋混凝土基礎，該基礎既可以擴大基底面積又可以增強基礎的整體性，并可避免建筑物局部發(fā)生不均勻沉降。筏板基礎在構(gòu)造上類似于倒置的鋼筋混凝土樓蓋，它可以分為平板式和梁板式。其中，平板式常用于柱荷載較小、柱子排列較均勻、間距較小的情況。任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計為增大基礎剛度，可將基礎做成由鋼筋混凝土頂板、底板及縱（橫）隔墻組成的箱形基礎。箱形基礎的剛度遠大于筏板基礎，而且基礎頂板和底板間的空間常可用作地下室。箱形基礎適用于地基較軟弱、土層厚，建筑物對不均勻沉降較敏感或荷載較大而基礎建筑面積不太大的高層建筑。任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計淺基礎的設計

5.1.2基礎埋置深度的確定1.1）地基的地質(zhì)條件對于覆蓋土層較?。òL化巖層）的巖石地基，一般應先清除其覆蓋土和風化層，然后將基礎直接修建在新鮮巖面上。如果巖石的風化層很厚，難以全部清除時，基礎在風化層中的埋置深度應根據(jù)其風化程度、沖刷深度及相應的容許承載力來確定。當巖層表面傾斜時，不得將基礎的一部分置于巖層中，而另一部分置于土層中，以防基礎因不均勻沉降而發(fā)生傾斜甚至斷裂。在陡峭山坡上修建橋臺時，還應注意巖體的穩(wěn)定性。任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計當基礎埋置在非巖石地基中時，若受壓層范圍內(nèi)為均質(zhì)土，則基礎的埋置深度除應滿足沖刷、凍脹等要求外，還應根據(jù)荷載大小由地基土的承載能力和沉降特性來確定（同時考慮基礎需要的最小埋深）。當?shù)刭|(zhì)條件較復雜（如地層為多層土組成）或?qū)Υ笾行蜆蛄杭捌渌ㄖ锘A持力層進行選定時，應通過較詳細的計算或方案比較來確定。任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計2）河流的沖刷程度在有水流的河床上修建基礎時，要考慮洪水對基礎下地基土的沖刷作用，洪水水流越急，流量越大，洪水的沖刷就越厲害。整個河床面被洪水沖刷后要下降，這種現(xiàn)象稱為一般沖刷，被沖下去的深度稱為一般沖刷深度。同時，由于橋墩的阻水作用使洪水在橋墩四周沖出一個深坑，這種現(xiàn)象稱為局部沖刷。因此，在有沖刷的河流中，為了防止橋梁墩臺基礎四周和基底下的土層被水流掏空沖走，基礎必須埋置在設計洪水的最大沖刷線以下不小于1m處，特別是對于山區(qū)和丘陵地區(qū)的河流，更應考慮季節(jié)性洪水的沖刷作用。任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計3）當?shù)氐膬鼋Y(jié)深度在寒冷地區(qū)，應考慮由于季節(jié)性的冰凍和融化對地基土產(chǎn)生的凍脹影響。對于凍脹性土，若土溫在較長時間內(nèi)保持在凍結(jié)溫度以下，則水分會從未凍結(jié)土層不斷地向凍結(jié)區(qū)遷移，引起地基的凍脹和隆起，使基礎遭受損壞。為了保證建筑物不受地基土季節(jié)性凍脹的影響，除要求地基土為非凍脹性土外，還要求基礎底面埋置在天然最大凍結(jié)線以下一定深度。任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計4）上部結(jié)構(gòu)形式上部結(jié)構(gòu)形式的不同對基礎產(chǎn)生的位移要求也不同。對中（?。┛缍群喼Я簶騺碚f，這項因素對確定基礎的埋置深度影響不大；但對于超靜定結(jié)構(gòu)，即使基礎發(fā)生較小的不均勻沉降，也會使內(nèi)力產(chǎn)生一定的變化。例如，對于拱橋橋臺，為了減小可能產(chǎn)生的水平位移和沉降差值，有時需將基礎設置在埋藏較深的堅實土層上。任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計5）當?shù)氐牡匦螚l件當墩臺、擋土墻等結(jié)構(gòu)位于較陡的土坡上時，確定基礎埋深時還應考慮土坡連同結(jié)構(gòu)物基礎一起滑動的穩(wěn)定性。由于在確定地基承載力容許值時，一般是按地面為水平的情況考慮的，因此當?shù)鼗鶠閮A斜土坡時，應結(jié)合實際情況予以適當折減并采取相應的措施。若基礎位于較陡的巖體上，則可將基礎做成臺階式，但要注意巖體的穩(wěn)定性。任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計6）保證持力層穩(wěn)定所需的最小埋置深度地表土在溫度和濕度的影響下會產(chǎn)生一定的風化作用，其性質(zhì)是不穩(wěn)定的。加上人類和動物的活動及植物的生長作用也會破壞地表土層的結(jié)構(gòu)，影響其強度和穩(wěn)定，所以地表土不宜作為持力層。為了保證地基和基礎的穩(wěn)定，基礎的埋置深度（除巖石地基外）應在天然地面或無沖刷河底以下不小于1m。任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計除此以外，在確定基礎埋置深度時，還應考慮相鄰建筑物的影響，若新建建筑物的基礎比原有建筑物的基礎深，則施工挖土時有可能影響原有基礎的穩(wěn)定。施工技術(shù)條件（施工設備、排水條件、支撐要求等）及經(jīng)濟分析等對基礎埋深也有一定的影響，因此這些因素也應被考慮。任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計擬定剛性擴大基礎的尺寸時，主要是根據(jù)基礎埋置深度確定基礎的厚度、基礎的平面尺寸和基礎的剖面尺寸。所擬定的基礎尺寸應是在可能的最不利效應組合的條件下能保證基礎本身有足夠的結(jié)構(gòu)強度，并使地基與基礎的承載力和穩(wěn)定性均能滿足設計要求，并且是經(jīng)濟合理的。剛性擴大基礎尺寸的擬定2.任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計1）基礎的厚度任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計2）基礎的平面尺寸基礎的平面形式一般應根據(jù)墩（臺）身的底面形狀確定，基礎的平面形狀常用矩形?；A底面的長、寬尺寸與高度有如下關(guān)系式中，l為墩（臺）身底截面的長度（m）；d為墩（臺）身底截面的寬度（m）；H為基礎的高度（m）；α為墩（臺）身底截面邊緣至基礎邊緣線與垂線間的夾角（°）。任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計剛性擴大基礎的剖面圖、平面圖任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計基礎懸出總長度（襟邊與臺階寬度之和）應使懸出部分在基底反力的作用下，在Ⅰ—Ⅰ截面中所產(chǎn)生的彎曲拉力和剪應力不超過基礎圬工的強度限值。所以在滿足上述要求的條件下，就可得到自墩（臺）身邊緣處的垂線與基底邊緣的連線間的最大夾角αmax，它被稱為剛性角。在設計時，應使每個臺階寬度ci與厚度ti保持一定的比例，使其夾角αi≤αmax，此時可認為其為剛性基礎，不必對基礎進行彎曲拉應力和剪應力的強度驗算，在基礎上也可不設置受力鋼筋。剛性角αmax的數(shù)值與基礎所用的圬工材料的強度有關(guān)。任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計3）基礎的剖面尺寸剛性擴大基礎的剖面形式一般做成矩形或臺階形。自墩（臺）身底邊緣至基頂邊緣距離c1稱為襟邊，其作用是擴大基底面積，增大基礎承載力，調(diào)整基礎施工時在平面尺寸上可能發(fā)生的誤差，滿足支立墩（臺）身模板的需要。c1值應視基底面積的要求、基礎厚度及施工方法而定。橋梁墩(臺)基礎襟邊的最小值為20~30cm。當基礎較厚（超過1m）時，可將基礎的剖面澆砌成臺階形。任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計注意任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計臨塑載荷1.持力層是指直接與基底相接觸的土層，持力層的承載力驗算的目的是保證荷載在基底產(chǎn)生的地基應力不超過持力層的地基承載力容許值，以保證持力層的地基強度不發(fā)生破壞。其計算式為式中，pmax為基底最大壓應力（kPa）；γR為地基承載力容許值抗力系數(shù)；fa為地基承載力容許值（kPa）。1）持力層的強度驗算任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計對于公路橋梁，通?；A的橫向長度比順橋向?qū)挾却蟮枚?，同時上部結(jié)構(gòu)在橫橋向的布置常是對稱的，故一般由順橋向控制基底應力計算。但對通航河流或河流中有漂流物的情況，應計算船舶撞擊力或漂流物撞擊力在橫橋向產(chǎn)生的基底應力，并與順橋向的基底應力比較，取其大者控制設計。任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計基礎底面壓應力的確定如圖所示，按式（5-3）計算。

（5-3）

基礎底面壓應力的確定任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計在曲線上的橋梁，除順橋向引起的力矩Mx外，尚有離心力（橫橋向水平力）在橫橋向產(chǎn)生的力矩My；當橋面上有活載，考慮橫向分布的偏心作用時，偏心豎向力對基底兩個方向的中心軸均有偏心距，并產(chǎn)生偏心距Mx=Nex，My=Ney。因此，對于曲線橋，在計算基底應力時應按式（5-4）計算。偏心豎向力作用在任意點任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計軟弱下臥層承載力驗算任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計2）軟弱下臥層承載力的驗算當受壓層范圍內(nèi)的地基為多層土（主要指地基承載力有差異）組成，且持力層以下有軟弱下臥層（容許承載力小于持力層容許承載力的土層）時，應驗算軟弱下臥層的承載力，驗算時先計算軟弱下臥層頂面A（在基底形心軸下，見圖5-12）的應力（包括自重應力和附加應力）不得大于該處地基土的容許承載力，即任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計當軟弱下臥層為壓縮性高且較厚的軟黏土，或當上部結(jié)構(gòu)對基礎沉降有一定要求時，除承載力應滿足上述要求外，還應驗算包括軟弱下臥層的基礎沉降量。軟弱下臥層的承載力容許值fah+z可以根據(jù)《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范》（JTGD63—2007）規(guī)定的方法算得。驗算要求為

pmax≤γR[fa]h+z

（5-6）式中，γR為容許承載力提高系數(shù)。任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計控制基底合力偏心距的目的是盡可能使基底應力分布得比較均勻，以免因基底兩側(cè)應力相差過大而使基礎產(chǎn)生較大的不均勻沉降，使墩、臺發(fā)生傾斜，影響正常使用。當合力通過基底中心時，可以得到均勻的應力，但這樣做非但不經(jīng)濟，往往也是不可能的。所以在設計時，必須控制偏心距e0的值符合《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范》（JTGD63—2007）的規(guī)定，見表5-1。基底合力偏心距的驗算4.任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計作用情況地基條件合力偏心距備

注墩（臺）僅受永久作用標準值效應組合非巖石地基橋墩[e0]≤0.1橋臺[e0]≤0.75對拱橋、剛構(gòu)橋墩臺，其合力作用點應盡量保持在基底重心附近墩臺承受作用標準值效應組合或偶然作用（地震作用除外）標準值效應組合非巖石地基[e0]≤

拱橋單向推力墩不受限制，但應符合規(guī)范《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范》（JTGD63—2007）中表4.4.3規(guī)定的抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)較破碎~極破碎巖石地基[e0]≤1.2完整、較完整巖石地基[e0]≤1.5表5-1墩（臺）基底合力偏心距容許值［e0］任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計基礎底面中心的單向合力偏心距e0=M/N?；壮惺茈p向偏心受壓的ρ值可按式（5-7）計算。式中符號意義同前，但要注意N和pmin應在同種效應組合情況下求得。

在驗算基底偏心距時，應采用計算基底應力相同的最不利效應組合。任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計基礎穩(wěn)定性和地基穩(wěn)定性的驗算5.（1）基礎傾覆穩(wěn)定性驗算?；A傾覆或傾斜除了地基的強度和變形原因外，往往發(fā)生在承受較大的單向水平推力而其合力作用點又離基礎底面的距離較高的結(jié)構(gòu)物上，如擋土墻或高橋臺受側(cè)向土壓力的作用，大跨度拱橋在施工中墩、臺受到不平衡的推力，以及在多孔拱橋中一孔被毀等。理論和實踐均證明，基礎傾覆穩(wěn)定性與合力偏心距e0有關(guān)。合力偏心距越大，基礎抗傾覆的安全儲備越小。因此，在設計時，可以用限制合力偏心距的方法來保證基礎的傾覆穩(wěn)定性。1）基礎穩(wěn)定性驗算任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計設基底截面重心O至壓力最大邊的邊緣的距離為y（荷載作用在重心軸上的矩形基礎y=b/2），外力合力R的偏心距為e0，兩者的比值K0可反映基礎傾覆穩(wěn)定性的安全度，K0稱為抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)，即

（5-8）任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計外力的合力沒有作用在形心軸上或基底截面有一個方向為不對稱，而合力又沒有作用在形心軸上，則基底壓力最大一邊的邊緣線應是外包線，y值應是通過形心O與合力作用點A的連線并延長和外包線相交點至形心的距離。

不同的效應組合，在不同的設計規(guī)范中，對抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)K0的容許值均有不同的要求，一般的主要效應組合為K0≥1.5，各種附加效應組合為K0≥1.1。任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計基礎傾覆穩(wěn)定性驗算任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計

（2）基礎滑動穩(wěn)定性驗算?；A在水平推力作用下沿基礎底面滑動的可能性，即基礎抗滑動安全度的大小，可用基底與土之間的摩擦阻力和水平推力的比值Kc來表示，Kc稱為抗滑動穩(wěn)定系數(shù)，即

（5-9）當驗算橋臺基礎的滑動穩(wěn)定性時，若臺前填土保證不受沖刷，則可同時考慮計入與臺后土壓力方向相反的臺前土壓力，其數(shù)值可按主動或靜止土壓力進行計算。任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計按式（5-9）求得的Kc值必須大于《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范》（JTGD63—2007）規(guī)定的設計容許值，一般根據(jù)荷載性質(zhì)，Kc≥1.2。在驗算墩（臺）抗傾覆和抗滑動的穩(wěn)定性時，穩(wěn)定性系數(shù)不應小于表5-3的規(guī)定。任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計2）地基穩(wěn)定性驗算對位于軟土地基上較高的橋臺和擋土墻需驗算沿滑裂曲面滑動的穩(wěn)定性，基底下的地基如在不深處有軟弱夾層時，在臺后土推力的作用下，基礎也有可能沿軟弱夾層土的層面滑動；在較陡的土質(zhì)斜坡上的橋臺、擋土墻也有滑動的可能。任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計地基穩(wěn)定性圖例任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計以上對地基與基礎的驗算均應滿足設計規(guī)定的要求，若達不到要求，則必須采取設計措施。例如，當梁橋橋臺后土壓力引起的傾覆力矩比較大，基礎的抗傾覆穩(wěn)定性不能滿足要求時，可將臺身做成不對稱的形式，如圖所示的后傾形式?；A抗傾覆措施任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計基礎沉降的計算6.基礎的沉降主要由豎向荷載作用下的土層發(fā)生壓縮變形引起。沉降量過大將影響結(jié)構(gòu)物的正常使用和安全，應加以限制。在確定一般土質(zhì)的地基承載力容許值時，已考慮變形因素，所以修建在一般土質(zhì)條件下的中、小型橋梁的基礎只要滿足了地基的強度要求，地基（基礎）的沉降也就滿足要求了。但對于下列情況，則必須驗算基礎的沉降，使其不大于規(guī)定的容許值。任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計（2）修建在地質(zhì)情況復雜、地層分布不均或強度較小的軟黏土地基及濕陷性黃土上的基礎。

修建在非巖石地基上的拱橋、連續(xù)梁橋等超靜定結(jié)構(gòu)的基礎。當相鄰基礎下地基土的強度有顯著不同或相鄰跨度相差懸殊而必須考慮其沉降差時。對于跨線橋、跨線渡槽要保證橋（或槽）下凈空高度時。（1）

（3）

（4）任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計

地基土的沉降可根據(jù)土的壓縮特性指標按壓力面積法計算。計算沉降時，傳至基礎底面的作用效應按正常使用極限狀態(tài)下作用的長期效應組合。該組合僅為直接施加于結(jié)構(gòu)上的永久作用標準值（不包括混凝土收縮及徐變作用、基礎變位作用）和可變作用準永久值（僅指汽車荷載和人群荷載）引起的效應，算得的沉降量（cm）不得超過下列規(guī)定。（1）相鄰墩（臺）間不均勻沉降差值（不包括施工中的沉降）不應使橋面形成大于0.2%的附加縱坡（折角）。（2）外超靜定結(jié)構(gòu)橋梁墩（臺）間的不均勻沉降差值還應滿足結(jié)構(gòu)的受力要求。任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計設計算例

5.1.3設計資料1.（1）上部結(jié)構(gòu)為跨徑20m的預應力鋼筋混凝土空心板，橋面凈寬為凈8m+2×0.5m。（2）下部結(jié)構(gòu)為混凝土重力式橋墩。（3）設計荷載等級為公路Ⅱ級，人群荷載為3.5kN/m2。（4）地質(zhì)資料。任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計設計算例（尺寸單位：cm，標高單位：m）任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計（5）水文資料。設計水位高程為25.00m，常水位高程為19.50m，一般沖刷線高程為18.00m，局部沖刷線高程為17.50m。（6）其他。橋梁處于公路直線段上，無冰凍，風壓力為0.5kPa，擬在枯水季節(jié)施工。任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計設計橋梁的中墩基礎。設計任務2.任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計

從地質(zhì)條件看，表層黏土的液限指數(shù)IL=（w－wp）/（wL－wp）=0.5，土的孔隙比e=0.664，查表3-2用內(nèi)插法得承載力容許值[fa0]=306kPa，對公路Ⅱ級荷載而言，可作為持力層?？紤]黏土IL=0.5<1.0，可視為不透水。常水位僅為0.8m，可采用土圍堰明挖法修筑擴大淺基礎。因此，初步擬定基礎底面設在局部沖刷線以下2.75m處，高程為17.5m-2.75m=14.75m。確定基礎的埋深3.任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計基礎尺寸的擬定4.選用C25片石混凝土基礎。根據(jù)荷載和地基承載力情況，初步擬定基礎設三層臺階，每層的厚度為75cm，臺階的寬度為50cm，由此算出臺階擴展角α=arctan50cm75cm=34°<40°，符合設計要求?；A頂面尺寸為

a1=628cm+2×50cm=728cm=7.28mb1=148cm+2×50cm=248cm=2.48m基礎底面尺寸為

a2=628cm+6×50cm=928cm=9.28mb2=148cm+6×50cm=448cm=4.48m任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計內(nèi)力計算5.任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計地基強度的驗算7.根據(jù)地質(zhì)情況采用《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范》（JTGD63—2007）中的方法，先求得持力層的承載力容許值，由式[fa]=[fa0]+k1γ1(b-2)+k2γ2(h-3)+10hw

可知持力層為黏土，查得fa0=306kPa，由IL=0.5查表3-9得k1=0，k2=1.5，故無寬度修正。因為h=18.00m-14.75m=3.25m（從一般沖刷線算起），持力層為塑態(tài)黏土，可視為不透水，故應考慮地面水影響，即hw=19.50m-18.00m=1.50m，于是

[fa]=306kPa+1.5×19.8kN/m3×0.25m+10×1.50m=328.4kPa1）持力層的強度任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計合力偏心距的驗算6.由合力偏心距e0=M/N對照表5-5中所列的效應組合情況，較易看出最不利的效應組合應為序號1中組合Ⅱ的B情況，其M=2111kN·m為最大，而N=8108kN比序號2中組合Ⅱ的A情況的N值大得多。任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計對于組合Ⅱ來說，承載力容許值抗力系數(shù)γR=1.25。按表5-5序號1的組合Ⅱ中的B情況計算，e0=0.26m，ρ=0.747m，e0<ρ，故基底應力為各種效應組合下的基底應力計算結(jié)果見表5-6。表列結(jié)果中的pmin<[fa]，符合p≤γR

[

fa]的要求，故持力層強度足夠。任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計2）軟弱下臥層的強度下臥層為亞黏土，由IL=29.6%-19.8%/34.7%-19.8%=0.658，e=0.867，查表3-2，內(nèi)插得[fa0]=194kPa，小于持力層[fa0]=273kPa，故為軟弱下臥層。由IL>0.5，查表3-9得k1=0，k2=1.5，又因為持力層不透水，可計入水深修正，故軟弱下臥層的承載力容許值為任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計下臥層頂面的應力ph+z=γ1(h+z)+α(p－γ2h)。式中，h應從河底算起，h=18.70m-14.75m=3.95m；(h+z)和h范圍內(nèi)均為黏土，計算時采用天然重度，故γ1=γ2=19.8kN/m3。因z/b=2.25/4.48=0.5<1，故取p=(pmax+pmin)/2。任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計對于組合Ⅰ中的A情況，p=(pmax+pmin)/2=224.5kPa，由a/b=9.28m/4.48m=2.07，查表1-4，利用角點法經(jīng)內(nèi)插得α=4αc=0.801，故pz=19.8kN/m3×(3.95m+2.25m)+0.801×(224.5kPa-19.8kN/m3×3.95m)=239.9kPa。因pz<[fa]h+z，故符合要求。對于組合Ⅱ中的A情況，p=(pmax+pmin)/2=225kPa，ph+z=19.8kN/m3×(3.95m+2.25m)+0.801×(225kPa-19.8kN/m3×3.95m)=240.3kPa。因pz<γRf<[fa]h+z，故符合要求。任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計2）抗滑穩(wěn)定性由

，且黏土的IL=0.5，屬于軟塑狀態(tài)，查表5-2得μ=0.25，Kc的計算結(jié)果見表5-8，滿足要求。任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計地基穩(wěn)定性8.

K0=y/e0。式中，y=b/2=2.24m，e0=M/N，取不利效應組合，K0的計算結(jié)果見表5-7，符合要求。1）抗傾覆穩(wěn)定性任務5.1天然地基上淺基礎的類型與設計任務5.2天然地基上的淺基礎施工學習目標了解旱地淺基礎的施工方法。了解水中淺基礎的施工方法。了解淺基礎施工的注意事項。了解各種圍堰的適用條件和施工要點。天然地基上淺基礎的施工一般采用明挖法，即直接從地面向下開挖基坑至基礎底面設計高程，然后在基坑中修筑基礎。任務5.2天然地基上的淺基礎施工旱地淺基礎施工5.2.1基礎定位放樣就是根據(jù)設計的墩（臺）基礎的位置和尺寸,將其在施工現(xiàn)場的地面上標定下來，包括基礎和基坑的平面位置及基礎各部分高程的定位。放樣的順序是：首先定出橋梁中線和基礎底面形心點的定位樁，其次根據(jù)橋涵的設計交角標出基礎的軸線，最后詳細確定各基礎的基坑尺寸和開挖邊線。基礎定位放樣地基定位放樣1.任務5.2天然地基上的淺基礎施工于定位樁隨著基坑的開挖，必將被挖出，因此還必須在基坑位置以外不受施工影響的地方釘立定位樁，以備在施工中能隨時檢查基坑和基礎的位置是否正確，而基坑外圍通?？捎谬堥T板固定或在地面上用石灰線標出。為便于掌握開挖高程，若附近沒有水準點，在施工現(xiàn)場必須專門設置臨時水準點?；臃艠尤蝿?.2天然地基上的淺基礎施工基坑地面的形狀必須與基礎的底面形狀相適應，對于像U形基礎那樣有凹形底面的基礎，為了施工方便，常將基坑的底面形狀簡化為矩形?；拥拇笮獫M足基礎施工的要求，對滲水的土質(zhì)基坑一般按基底的平面尺寸每邊增寬0.5~1.0m，以便在基底外設排水溝集水坑和基礎模板。對于無水且土質(zhì)密實的基坑，若不設基礎模板，則可按基底的平面尺寸開挖?；硬捎檬裁磾嗝?，是否設坑壁圍護結(jié)構(gòu)，應視土的類別和形狀、基坑暴露時間、開挖基坑期間的氣候、地下水位、土的透水性及建筑場地大小等因素而定?；娱_挖與坑壁圍護結(jié)構(gòu)的設置2.任務5.2天然地基上的淺基礎施工1）不設圍護的基坑不設圍護的基坑適用于基坑較淺、地下水位較低或滲水量較少、不影響坑壁穩(wěn)定的情況。此時可將坑壁挖成豎直或斜坡形。豎直坑壁只適宜在巖石地基或基坑較淺又無地下水的硬黏土中采用。在一般土質(zhì)條件下開挖基坑時應采用放坡開挖的方法，該方法施工比較簡單。在基坑深度不超過5m、地基土質(zhì)濕度正常、開挖暴露時間不超過15d的情況下，可參照表5-9選定坑壁坡度，表中1∶n表示當斜坡豎直尺寸為1時對應的水平尺寸為n。任務5.2天然地基上的淺基礎施工任務5.2天然地基上的淺基礎施工為了保證坑壁邊坡的穩(wěn)定，當基坑深度大于5m時，可將坑壁坡度適當放緩或增設寬度為0.5~1.0m的平臺?？禹斨車匾獣r應挖排水溝，以防地面水流入坑內(nèi)沖刷坑壁。當坑壁頂有動載時，頂緣與動載之間至少應留1m的護道?；涌颖谶吰氯蝿?.2天然地基上的淺基礎施工對于無地下水的黏性土地基，當基坑高度不大于由式（5-10）計算出的數(shù)值時，允許采用豎直坑壁。

（5-10）式中，K為安全系數(shù)，一般取1.25；γ為坑壁土的重度（kN/m3）；q為坑頂護坡道上的均布荷載（kPa）；c、φ分別為坑壁土的黏聚力（kPa）和內(nèi)摩擦角（°）?；油练讲捎萌斯ら_挖或機械開挖，也可兩者配合。挖土機械有吊車抓泥斗、挖掘機等，可視具體條件選用。任務5.2天然地基上的淺基礎施工（1）擋板支撐。這種圍護結(jié)構(gòu)適用于開發(fā)面積不大、深度較淺的基坑，擋板的厚度為4~6cm，可直立或橫放，用橫枋或豎枋加橫撐木支撐。為便于挖基運土，上、下支撐應設在同一垂直面內(nèi)?；訃o結(jié)構(gòu)作為加固坑壁的臨時性措施，有以下幾種。2）有維護基坑任務5.2天然地基上的淺基礎施工

（2）鋼板結(jié)合支撐。當基坑深度在3m以上或?qū)挾容^大難以安裝支撐時，可沿基坑周圍每隔1~1.5m打入一根型鋼（工字鋼或鋼軌）至基坑底面以下1~1.5m，并用鋼拉桿把型鋼上端錨固于錨樁上，隨著基坑下挖設置擋板和橫木，并在型鋼與橫木之間用木楔塞緊。鋼板結(jié)合支撐任務5.2天然地基上的淺基礎施工豎直擋板支撐水平擋板支撐任務5.2天然地基上的淺基礎施工（3）板樁支撐當基坑平面尺寸較大且深度較深時，尤其是當基坑底面在地下水位以下超過1m，且涌水量較大不宜用擋板支撐時，可先在基坑四周沉入木板樁、鋼板樁或鋼筋混凝土板樁，然后開挖基坑。這種板樁支撐既能擋土又能隔水。任務5.2天然地基上的淺基礎施工木板樁鋼板樁的斷面任務5.2天然地基上的淺基礎施工板樁支撐不同于擋板支撐的工作特點是先打板樁入土，當樁尖深入到基坑以下一定深度時，才開始開挖基坑。這樣就能保證坑壁不會在挖土過程中坍塌。若基坑較深，待基坑挖至一定深度后，還可以在板樁上部加設橫向支撐，以增強板樁的穩(wěn)定性。若基坑不太深，頂部可不設支撐。任務5.2天然地基上的淺基礎施工鋼板樁的施工如圖所示，先沿基坑邊外側(cè)打入導樁，然后在導樁上用螺栓安裝兩條水平導框（用來固定樁的位置），板樁插在導框之間，按一定順序和方向逐根將鋼板樁沉入土中。導樁的入土深度視基坑深度而定，樁端至少沉入基坑底面以下2~4m，鋼板樁應采用同種類型，并進行鎖口試驗和檢查。任務5.2天然地基上的淺基礎施工鋼板樁的施工任務5.2天然地基上的淺基礎施工（4）混凝土護壁混凝土護壁是用于深度較大的各種土質(zhì)圓形基坑。施工時先在基坑口設置預制或就地澆制的混凝土護筒，護筒頂端應高出地面10~20cm，護筒的長度為1~2m，護筒的厚度視基坑直徑大小和土質(zhì)情況而定，一般為10~40cm；護筒以下的坑壁采用噴射或現(xiàn)澆混凝土的方法，一般是隨挖隨護，直至坑底。任務5.2天然地基上的淺基礎施工在開挖基坑的過程中，如遇地下水，一般要不斷地將滲入基坑中的水排出，邊排水邊向下開挖。基坑排水的目的是保證開挖基坑作業(yè)在無水或少水的情況下進行，同時也有利于基礎的砌筑與養(yǎng)護?；优潘?.任務5.2天然地基上的淺基礎施工1）集水坑排水

集水坑排水又稱為表面排水。該排水方法是在基坑邊角處設集水坑，以匯集滲入基坑中的水，然后用機械將水排走。由于排水機械的排水能力要大于基坑的涌水量，因此，施工前必須對基坑的涌水量進行估算，以便擬定排水措施，配置足夠的排水設備。任務5.2天然地基上的淺基礎施工（1）涌水量的估算涌水量與基坑內(nèi)外的水頭差、基坑坑壁圍護結(jié)構(gòu)的種類及基坑的滲水面積等因素有關(guān)。估算涌水量的方法有兩種：一種是通過抽水試驗，另一種是利用經(jīng)驗公式。前一種方法是在工地的試坑或鉆孔中進行直接的抽水試驗，其結(jié)果比較可靠，但試驗比較煩瑣。后一種方法比較簡便，但估算結(jié)果的準確性不高。任務5.2天然地基上的淺基礎施工對于有板樁圍護的基坑的涌水量可按式（5-12）進行估算。

Q=KuHq

（5-12）有板樁圍護的基坑涌水量估算圖示任務5.2天然地基上的淺基礎施工經(jīng)驗公式可反映出土的透水性、基坑滲水面積、坑壁的圍護形式等因素對涌水量的影響。對于敞坡基坑或水中設圍堰的基坑，涌水量可用式（5-11）估算。

Q=q1F1+q2F2

（5-11）敞坡基坑涌水量的估算圖示任務5.2天然地基上的淺基礎施工（2）排水機械的采用采用哪種排水機械，應視涌水量大小和當?shù)鼐唧w條件而定。當涌水量很小時，可采用人工抽水或小型水泵排水；當涌水量較大時，一般用電動或內(nèi)燃機發(fā)動的離心式抽水機，要求水泵的總排水能力為（1.5~2.0）Q

，這是因為在排水過程中，機械有可能發(fā)生故障，應有備用的水泵。當具有1.5Q的排水能力時，應有三臺以上的水泵；當具有2Q的排水能力時，應有兩臺以上的水泵。抽水機應根據(jù)基坑深度、水深及水泵吸程大小，分別裝在坑頂、坑中護坡或腳手架上。當坑深大于吸程加揚程時，應用多臺水泵串聯(lián)或高壓水泵。任務5.2天然地基上的淺基礎施工（3）集水溝與集水坑為使?jié)B入基坑的水順利匯集到集水坑中，一般應在基坑底部周邊開挖集水溝，隨著基坑的挖深，集水溝的底應始終低于基坑底面0.3~0.5m，集水坑的底面則應始終低于基坑底面0.8~1.0m。集水坑中的水深應能淹沒抽水機的吸水龍頭，坑壁用竹（荊）筐圍護，并用麻袋包住吸水龍頭，以防龍頭被泥沙堵塞。任務5.2天然地基上的淺基礎施工井管四周用沙礫填充，井管下部有濾管，濾管上布滿直徑為2cm的濾孔，外面用纖維織物包扎以防止水中的細土粒堵塞進水孔，影響正常排水。井點排水時，水位的降低值與井點系統(tǒng)的總抽水量有關(guān)。正式抽水前，應先試抽水一段時間，以檢查抽水機與整個井管系統(tǒng)的接頭是否良好。井管的構(gòu)造任務5.2天然地基上的淺基礎施工井點排水法適用于旱地上土質(zhì)為透水性較大的粉砂、細砂和亞砂土地基，它能有效地防止用表面排水法時可能發(fā)生的流沙現(xiàn)象。2）井點排水井點排水任務5.2天然地基上的淺基礎施工（1）當降低成層土中的地下水位時，應盡可能將濾管的管底設在透水性較好的土層中。（2）在水位降低的范圍內(nèi)應設置水位觀測口，其數(shù)量視工程情況而定。（3）對整個井點系統(tǒng)應加強檢查和維護，保證不間斷抽水。（4）應考慮到水位降低區(qū)域內(nèi)的建筑物可能產(chǎn)生的附加沉降，并做好沉降觀測，必要時應采取防護措施。井點排水時，應注意下列事項。任務5.2天然地基上的淺基礎施工基底檢測與處理4.基坑挖好后，必須按規(guī)定檢查基坑是否符合設計要求。檢查內(nèi)容如下。（1）基坑底面的平面位置、尺寸和高程是否與原設計相符。（2）直觀地檢查地基土質(zhì)與設計資料是否相符，如不相符，應取樣做土質(zhì)分析試驗；同時由施工單位及時會同設計、監(jiān)理等有關(guān)單位共同研究辦法，并加以實施。（3）在地質(zhì)特別復雜且土質(zhì)不良，屬下列情況之一時，應進行載荷試驗，對大（中）橋應同時做土工試驗，以便同載荷試驗進行校核。1）基底檢測任務5.2天然地基上的淺基礎施工

①強烈風化巖石。②松砂（Dr<0.33）地基。③軟黏性土（IL>1.0）。④e>0.7的亞黏土，e>1.0的亞黏土及e>1.1的黏土。

⑤含大量有機質(zhì)的砂或黏土。⑥含大量雜質(zhì)的填筑土（如瓦片、碎磚等）。（4）檢查完畢后應辦理檢驗簽證手續(xù)，并將其作為竣工驗收資料的一部分存入工程檔案中，以備查閱。任務5.2天然地基上的淺基礎施工（1）巖層地基。巖層基底的處理應符合下列規(guī)定。①對于風化巖層，應清除風化層和松碎石，在挖至設計高程并滿足地基承載力要求后，盡快進行封閉，防止其繼續(xù)風化。②在未風化的平整巖層上進行基礎施工前，應先將淤泥、苔蘚及松動的石塊清除干凈，并鑿出新鮮巖面，再從巖面繼續(xù)下鑿25cm，使基礎嵌入巖層。③若巖層傾斜，則應將巖層面鑿平或鑿成多級臺階，使承重面與重力線相垂直，以免滑動。2）基底處理任務5.2天然地基上的淺基礎施工（2）砂類土或碎石類土地基

①對于強度和穩(wěn)定性滿足設計要求的砂類土或碎石類土基底，應整平夯實承重面，在砌筑基礎前鋪一層約2cm厚的水泥砂漿。②當坑底滲水不能徹底排干時，應先將水引至基礎外的排水溝，然后再在其上進行基礎施工。③在水穩(wěn)定性較好的土質(zhì)中，可先在基底上鋪一層25~30cm厚的片石或碎石，然后再在其上澆筑基礎，以免影響基礎圬工的質(zhì)量。任務5.2天然地基上的淺基礎施工

（3）黏性土地基。修整基坑底面時準許鏟平（不得用回填土夯實的方法處理），修整好后，應于最短時間內(nèi)砌筑基礎，不得暴露和浸水過久。（4）軟硬不均勻地基。對軟硬不均勻地基，應挖出土質(zhì)較軟的部分，使基礎全部支承在硬土層上。（5）軟弱地基。對軟弱地基，可按具體情況采取人工加固措施。任務5.2天然地基上的淺基礎施工基礎的澆筑、養(yǎng)生和基坑回填5.基礎的澆筑一般都在排水條件下進行，只有當滲水量很大、排水很困難時，才采用水下灌注混凝土的方法。排水砌筑時，應防止水浸圬工。此外，還應注意以下幾點。（1）在砌筑石砌基礎的過程中應使石塊的大面朝下，外圈石塊及所有砌體均必須坐漿飽滿，石塊要求丁順相間，以加強石塊之間的連接，每層應保持基本水平。（2）圬工在終凝后才允許浸水，不浸水部分仍需養(yǎng)生。（3）基礎澆砌完成后，應檢查其質(zhì)量和各部分尺寸是否符合設計要求，如無問題，即可選用土質(zhì)較好的土回填基坑，回填土要分層夯實，層厚約為30cm。任務5.2天然地基上的淺基礎施工水中淺基礎施工5.2.2任務5.2天然地基上的淺基礎施工圍堰的一般規(guī)定1.（1）堰頂高度以高出施工期間可