1、 第二章 天然地基上的浅基础第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础 定义：通常将埋置深度较浅（一般在数米以内），且施工相对简单的基础称为浅基础。特点：施工一般采用敞开挖基坑修筑基础的方 法，故亦称为明挖基础。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。第二章 天然地基上的浅基础回 顾 天然地基：没有经过人为加固处理的地基 人工地基：需人工加固的软弱地基 浅基础：埋深较浅，用一般方法、工艺施工 深基础：(桩基、沉井)，特殊工艺施工方案组合天然地基人工地基浅基础深基础方案选择造价低 易施工 安全合理 技术先进 回顾 第二章
2、 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础第一节 天然地基上浅基础的类型、构造和适用条件2-1 天然地基上浅基础的类型、构造和适用条件 第二章 天然地基上的浅基础一、浅基础常用类型及适用条件 天然地基浅基础根据受力条件及构造可分为刚性基础（也称无筋扩展基础）和钢筋混凝土扩展基础两大类 第二章 天然地基上的浅基础钢筋混凝土扩展基础刚性基础2-1天然地基上浅基础的类型、构造和适用条件 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础 基础在外力（包括基础自重）作用下，基底的地基反基础在外力（包括基础自重）作用下，基底的地基反力为力为，此时基础的悬出部分，此时基础的悬出部分a-aa-a断
3、面左端，相当于承受断面左端，相当于承受着强度为的均布荷载的着强度为的均布荷载的悬臂梁悬臂梁，在荷载作用下，在荷载作用下，a-aa-a断面断面将产生将产生弯曲拉应力和剪应力弯曲拉应力和剪应力。当基础圬工具有足够的截面。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，应力时，a-aa-a断面不会出现裂缝，这时，基础内不需断面不会出现裂缝，这时，基础内不需配置配置受力钢筋受力钢筋，这种基础称为刚性基础。它是桥梁、涵洞和房，这种基础称为刚性基础。它是桥梁、涵洞和房屋等建筑物常用的基础类型。屋等建筑物常用的基础类型。刚性
4、基础的概念2-1天然地基上浅基础的类型、构造和适用条件 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础 形式：形式：刚性扩大基础，单独柱下刚性基础、条形基础等刚性扩大基础，单独柱下刚性基础、条形基础等 。优点：优点：稳定性好、稳定性好、施工简便施工简便、能承受较大的荷载，所以只、能承受较大的荷载，所以只要地基强度能满足要求，它是桥梁和涵洞等结构物首先考要地基强度能满足要求，它是桥梁和涵洞等结构物首先考虑的基础形式。虑的基础形式。缺点：缺点：自重大，并且当持力层为软弱土时，由于扩大基础自重大，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，面积有一
5、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响建筑物的正否则会因所受的荷载压力超过地基强度而影响建筑物的正常使用。常使用。刚性基础的特点2-1天然地基上浅基础的类型、构造和适用条件 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础 基础在基底反力作用下，在基础在基底反力作用下，在a-aa-a断面产生弯曲拉应力和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-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
6、够数量的钢筋，这种基础称为钢筋混凝土扩展基础中配置足够数量的钢筋，这种基础称为钢筋混凝土扩展基础。础。钢筋混凝土扩展基础的概念2-1天然地基上浅基础的类型、构造和适用条件 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础l形式形式：柱下扩展基础、条形和十字形基础筏板及箱形基础。柱下扩展基础、条形和十字形基础筏板及箱形基础。l优点优点：其整体性能较好，抗弯刚度较大。如筏板和箱形基其整体性能较好，抗弯刚度较大。如筏板和箱形基础，在外力作用下只产生均匀沉降或整体倾斜，这样对上部础，在外力作用下只产生均匀沉降或整体倾斜，这样对上部结构产生的附加应力比较小，基本上消除了由于地基沉降不结构产生的附加
7、应力比较小，基本上消除了由于地基沉降不均匀引起的建筑物损坏。所以在土质较差的地基上修建高层均匀引起的建筑物损坏。所以在土质较差的地基上修建高层建筑物时，采用这种基础形式是适宜的。建筑物时，采用这种基础形式是适宜的。l缺点缺点：钢筋混凝土扩展基础，特别是箱形基础，钢筋和水钢筋混凝土扩展基础，特别是箱形基础，钢筋和水泥的用量较大，施工技术的要求也较高，所以采用这种基础泥的用量较大，施工技术的要求也较高，所以采用这种基础形式应与其它基础方案（如采用桩基础等）比较后再确定。形式应与其它基础方案（如采用桩基础等）比较后再确定。钢筋混凝土扩展基础的特点2-1天然地基上浅基础的类型、构造和适用条件 第二章
8、天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础 条形基础分为墙下和柱下条形基础，墙下条形基础是挡土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。一侧筑成台阶形。有时为了增强桥柱下基础的承载能力，将同一排若干个柱有时为了增强桥柱下基础的承载能力，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。其构造与倒子的基础联合起来，也就成为柱下条形基础。其构造与倒置的置的T T形截面梁相类似，在沿柱子的排列方向的剖面可以形截面梁相类似，在沿柱子的排列方向的剖面可以是等截面的，也可以
9、如图那样在柱位处加腋的。在桥梁基是等截面的，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。础中，一般是做成刚性基础，个别的也可做成柔性基础。2-1天然地基上浅基础的类型、构造和适用条件 第二章 天然地基上的浅基础条形基础 第二章 天然地基上的浅基础2-1天然地基上浅基础的类型、构造和适用条件 第二章 天然地基上的浅基础挡土墙下条形基础柱下条形基础 第二章 天然地基上的浅基础 由于地基强度一般较墩台或墙柱圬工的强度低，因而由于地基强度一般较墩台或墙柱圬工的强度低，因而需要将基础平面尺寸扩大以满足地基强度要求，这种刚性需要将基础平面尺寸扩大以满足地基强度要
10、求，这种刚性基础刚称刚性扩大基础。基础刚称刚性扩大基础。它是桥涵及其它建筑物常用的基它是桥涵及其它建筑物常用的基础形式础形式，其平面形状常为矩形。其每边扩大的尺寸最小为，其平面形状常为矩形。其每边扩大的尺寸最小为0.20m0.20m0.50m0.50m，视土质、基础厚度、埋置深度和施工方法，视土质、基础厚度、埋置深度和施工方法而定。作为刚性基础，每边扩大的最大尺寸应受到材料而定。作为刚性基础，每边扩大的最大尺寸应受到材料刚刚性角性角的限制。的限制。2-1天然地基上浅基础的类型、构造和适用条件 第二章 天然地基上的浅基础刚性扩大基础 第二章 天然地基上的浅基础 刚性角：刚性角：基础悬出总长度（包
11、括襟边与台阶宽度之和）基础悬出总长度（包括襟边与台阶宽度之和）按前面刚性基础的定义，应使悬出部分在基底反力作用下，按前面刚性基础的定义，应使悬出部分在基底反力作用下，在在a-aa-a截面所产生的弯曲拉力和剪应力不超过基础圬工的强截面所产生的弯曲拉力和剪应力不超过基础圬工的强度限值。所以满足上述要求时，就可得到自墩台身边缘处度限值。所以满足上述要求时，就可得到自墩台身边缘处的垂线与基底边缘的联线间的最大夹的垂线与基底边缘的联线间的最大夹 max，称为刚性角。，称为刚性角。当基础较厚时，可在纵横两个剖面上都做成台阶形，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。以减少基
12、础自重，节省材料。2-1天然地基上浅基础的类型、构造和适用条件 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础2-1天然地基上浅基础的类型、构造和适用条件 第二章 天然地基上的浅基础刚性扩大基础 第二章 天然地基上的浅基础 开挖开挖:刚性扩大基础的施工可采用明挖的方法进行基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。基坑挖至基底设计标高应立即对基底土质及坑底情间断。基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，不得将基坑暴况进行检验，验收合格后应尽快
13、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露过久。基坑可用机械或人工开挖，接近基底设计标高应留留30cm30cm高度由人工开挖，以免破坏基底土的结构。基坑开高度由人工开挖，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挖过程中要注意排水，基坑尺寸要比基底尺寸每边大0.5m0.5m1.0m1.0m，以方便设置排水沟及立模板和砌筑工作。，以方便设置排水沟及立模板和砌筑工作。第二节 刚性扩大基础施工施工一般要求：2-2 刚性扩大基础施工 第二章 天然地基上的浅基础 围护：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
14、。水中开挖基坑还需先修筑防水围堰。第二章 天然地基上的浅基础一、旱地上基坑开挖及围护（一）无围护基坑 当基坑较浅，地下水位较低或渗水量较少，不影响坑当基坑较浅，地下水位较低或渗水量较少，不影响坑壁稳定时，坑壁可不加围护，此时可将坑壁挖成竖直或斜壁稳定时，坑壁可不加围护，此时可将坑壁挖成竖直或斜坡形。竖直坑壁只有在岩石地基或基坑较浅又无地下水的坡形。竖直坑壁只有在岩石地基或基坑较浅又无地下水的硬粘土中采用。硬粘土中采用。要求：要求：在一般土质条件下开挖基坑时，应采用在一般土质条件下开挖基坑时，应采用放坡放坡开开挖的方法，基坑深度在挖的方法，基坑深度在5m5m以内，施工期较短，地下水在基以内，施工
15、期较短，地下水在基底以下，且土的湿度接近底以下，且土的湿度接近最佳含水量最佳含水量，土质构造又较，土质构造又较均匀均匀时，基坑坡度可参考下表选用。时，基坑坡度可参考下表选用。2-2 刚性扩大基础施工 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础无围护基坑坑壁坡度 2-2 刚性扩大基础施工 第二章 天然地基上的浅基础坑坑 壁壁 土土 类类 坑坑 壁壁 坡坡 度度基基 坑坑 顶顶 缘缘 无无 荷荷 载载基基 坑坑 顶顶 缘缘 有有 静静 载载基基 坑坑 顶顶 缘缘 有有 动动 载载砂砂 土土111111.2511.2511.511.5碎碎 石石 土土10.7510.75111111.25
16、11.25粉粉 土土10.6710.6710.7510.751111黏黏 性性 土土10.3310.3310.510.510.7510.75极极 软软 岩岩10.2510.2510.3310.3310.6710.67软软 质质 岩岩101010.110.110.2510.25硬硬 质质 岩岩101010101010 第二章 天然地基上的浅基础（二）有围护基坑1、板桩墙支护 概念：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。材料：木板桩、钢筋混凝土板桩和钢板桩三种。断面形式：一字形、槽形和Z字形三种。一字形 槽形 Z字形2-2 刚性扩大基
17、础施工 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础支撑方式：无支撑式、支撑式和锚撑式 支撑式板桩墙按设置支撑的层数可分为单支撑板桩墙和多支撑板桩墙。无支撑 单支撑 多支撑 锚撑2-2 刚性扩大基础施工 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础2、喷射混凝土护壁 概念：以高压空气为动力，将搅拌均匀的砂、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。适用情况：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
18、功的实例。2-2 刚性扩大基础施工 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础 砼喷射顺序：无水、少量渗水坑壁：可由下向上一环一环进行；对渗水较大坑壁：喷护应由上向下进行，以防新喷的混凝土被水冲流；对有集中渗出的股水的基坑：可从无水或水小处开始，逐步向水大处喷护，最后用竹管将集中的股水引出。喷射作业应沿坑周分若干区段进行，区段长度一般不超过6m。砼材料要求：喷射混凝土应当早强、速凝、有较高的不透水性，且其干料应能顺利通过喷射机。2-2 刚性扩大基础施工 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础砼喷射厚度：一般粘性土、砂土和碎卵石类土层，如无渗水，厚度为3cm8cm；如
19、有少量渗水，厚度为5cm10cm；对稳定性较差的土，如淤泥、粉砂等，如无渗水，厚度为10cm15cm；如有少量渗水，厚度为15cm；当有大量渗水时，厚度为15cm20cm。一次喷射是否能达到规定的厚度，主要取决于混凝土与土之间的粘结力和渗水量大小。如一次喷射达不到规定的厚度，则应在混凝土终凝后再补喷，直至达到规定厚度为止。2-2 刚性扩大基础施工 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础喷锚支护2-2 刚性扩大基础施工 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础3、砼围圈护壁 概念：混凝土围圈护壁是用混凝土环形结构承受土压力，但其混凝土壁是现场浇筑的普通混凝土，壁厚较
20、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。适用情况：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。2-2 刚性扩大基础施工 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础 施工方法：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
21、不坍塌为原则，一般顶层高2m左右，以下每层高1m1.5m。围圈混凝土一般采用C15早强混凝土。为使基坑开挖和支护工作连续不间断地进行，一般在围圈混凝土抗压强度到达2500kPa强度时，即可拆除摸板，承受土压力。2-2 刚性扩大基础施工 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础4、其他方法 在软弱土层中的较深基坑以深层搅拌桩、粉体喷射搅拌桩、旋喷桩等，按密排或格框形布置成连续墙以形成支档结构代替板桩墙等，多用于市政工程、工业与民用建筑工程，桥梁工程也有使用成功的报道。在一些基础工程施工中，对局部坑壁的围护也常因地制宜就地取材采用多种灵活的围护方法，在浅基坑中，当地下水影响不大时，也
22、可使用木档板支撑（路桥施工除在特定条件下，现较少采用）。2-2 刚性扩大基础施工 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础u适用情况：适用情况：基坑如在地下水位以下，随着基坑的下挖，渗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。保持基坑的干燥，便于基坑挖土和基础的砌筑与养护。u常用方法：常用方法：表面排水法井点法降低地下水位。表面排水法井点法降低地下水位。二、基坑排水 2-2 刚性扩大基础施工 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基
23、上的浅基础（一）表面排水法 概念：在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。适用情况：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。2-2 刚性扩大基础施工 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础（二）井点法降低地下水位轻型井点
24、降水布置图2-2 刚性扩大基础施工 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础（二）井点法降低地下水位 概念：概念：即在基坑开挖前预先在基坑四周打入（或即在基坑开挖前预先在基坑四周打入（或沉入）若干根井管，井管下端沉入）若干根井管，井管下端1.5m1.5m左右为滤管，上面左右为滤管，上面钻有若干直径约钻有若干直径约2mm2mm的滤孔，外面用过滤层包扎起来。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各个井管用集水管连接并抽水 。2-2 刚性扩大基础施工 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础 类型：分为轻型井点、喷射井点、电渗井点和深井泵井点等，可根据土
25、的渗透系数，要求降低水位的深度及工程特点选用。特点：井管范围内的地下水不从基坑的四周边缘和底面流出，而是以相反的方向流向井管，因而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。适用情况：适用于渗透系数为（0.180）m/d的砂土。对于渗透系数小于0.1m/d的淤泥、软粘土等则效果较差，需要采用电渗井点排水或其它方法。2-2 刚性扩大基础施工 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础 围堰的概念围堰的概念：是一种临时挡水结构，在水中修筑桥梁：是一种临时挡水结构，在水中修筑桥梁基础时，开挖基坑前需在基坑周围先修筑一道防水围堰，基础时，开挖基坑前需在基坑周围先
26、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，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。可以修筑浅基础，也可以修筑桩基础等。围堰的种类围堰的种类 ：有土围堰、草（麻）袋围堰、钢板桩围：有土围堰、草（麻）袋围堰、钢板桩围堰、双壁钢围堰和地下连续墙围堰等堰、双壁钢围堰和地下连续墙围堰等 。三、水中开挖基坑时的围堰工程 2-2 刚性扩
27、大基础施工 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础（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（尺寸单位：m）草袋围堰（尺寸单位：m）2-1天然地基上浅基础的类型、构造和适用条件 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础（二）地下连续墙围堰 地下连续墙是近几十年来伴随着钻孔灌注桩施工技术在地下工程和基础工程施工中发展起来的一项新技术，它既可是结构物基础的一部分，也可在修筑施工中起围堰支护基坑的作用，目前已在修建桥梁基础中得到应用。关于地下连续墙的介绍详见第四章。2-1天然地基上浅基础的类型、构
28、造和适用条件 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础第三节 板桩墙的计算 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。根据基坑深度和水深，一般可采用无支撑、单支撑和多支撑板桩墙。它主要承受土压力和水压力，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。2-3 板桩墙的计算 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础 板桩墙计算内容应包括
29、：板桩墙侧向压力计算；确定板桩插入土中深度的计算，以确保板桩墙有足够的稳定性；计算板桩墙截面内力，验算板桩墙材料强度，确定板桩截面尺寸；板桩支撑（锚撑）的计算；基坑稳定性验算；水下混凝土封底计算。2-3 板桩墙的计算 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础一、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。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)
30、：2-3 板桩墙的计算 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础aazKzp245tan2ppzKzp245tan2（2-3）朗金理论计算不同深度z处每延米宽度内的主、被动土压力强度pa、pp(kPa)：2-3 板桩墙的计算 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础 对于黏性土，式（2-3）中的内摩擦角用等代内摩擦角e代入，其值可参照表2-2取用。2-3 板桩墙的计算 第二章 天然地基上的浅基础 土土 的的 潮潮 湿程度湿程度土的类别土的类别0 0Sr0.50.5(稍湿稍湿)0.50.5Sr0.80.8（很湿）（很湿）0.80.8Sr11（饱和）（饱和）黏性土黏性土
31、404045453030353520202525等代内摩擦角值e 表2-2 第二章 天然地基上的浅基础 如有地下水或地面水时，还应根据土的透水性质和施工方法来考虑计算静水压力对板桩的作用。当土层为透水性土时，则在计算土压力时，土重取浮重度，并考虑全部静水压力；当水下土层为不透水的粘性土层，且打板桩时不会使打桩后的土松动而使水进入土中时，计算土压力不考虑水的浮力取饱和重度，而土面以上水深作为均布的超载作用考虑。2-3 板桩墙的计算 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础二、悬臂式板桩墙的计算 图2-14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
32、时性支撑结构。图2-14 悬臂式板桩墙的计算 2-3 板桩墙的计算 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础 一般近似地假定土压力的分布图形如图2-14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，因此，在最后求得板桩的入土深度t后，再适当增加1020%。1PEAE2PE2-3 板桩墙的计算 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础 例题2-1 计算图2
33、-15所示悬臂式板桩墙需要的入土深度t及桩身最大弯矩值。图2-15 例题2-1图已知桩周土为砂砾，kN/m3，基坑开挖深度h=1.8m。安全系数K=2。192-3 板桩墙的计算 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础 解：1）入土深度求解：当 时，朗金主动土压力系数 朗金被动土压力系数 。30230tan450.3332aK230tan4532pK2-3 板桩墙的计算 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础 若令板桩入土深度为t，取1延米长的板桩墙，计算墙上作用力对桩端b点的力矩平衡条件 得：0,b 3311166pat KhtKK1123pttKtK 2142
34、32ahtbbacht Khta 推出：？2-3 板桩墙的计算 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础33111193191.80.333626tt 将数字代入上式得：解得：2.76tm 板桩的实际入土深度较计算值增加20%，则可求得板桩的总长度L为：mthL12.576.22.18.12.12-3 板桩墙的计算 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础 若板桩的最大弯矩截面在基坑底深度 处，该截面的剪力应等于零，即0t202021121thKtKKap 000011212paK ttKKhtht推出：？2）最大弯矩值求解2-3 板桩墙的计算 第二章 天然地基上的
35、浅基础 第二章 天然地基上的浅基础将数字代入上式得：20208.1333.019212131921tt01.60tm 可求得每延米板桩墙的最大弯矩 为：maxM33max11119 0.333(1.8 1.60)19 31.60662M=21.99kNm2-3 板桩墙的计算 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础三、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2-16所示。图2-16 单支撑板桩墙的计算2-3 板桩墙的计算 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础 单支撑板
36、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2-16a。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2-17。若板桩下端埋入土中较深，可以认为板桩下端在土中嵌固。2-3 板桩墙的计算 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础1板桩下端简支支承时的土压力分布（图2-16a）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
37、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2-16b），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2-16c所示，并以Mmax值设计板桩的厚度。2-3 板桩墙的计算 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础2板桩下端固定支承时的土压力分布（图2-17）2-3 板桩墙的计算 第二章 天然地基上的浅基础 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
38、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。在右图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2-17所示。第二章 天然地基上的浅基础 太沙基给出了在均匀砂土中，当土表面无超载，墙后地下水位较低时，反弯点c的深度y值与土的内摩擦角间的近似关系：20 30
39、 40 y 0.25h 0.08h -0.007h 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ac和cb两段，根据平衡条件可求得板桩的入土深度t.2-3 板桩墙的计算 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础 例题2-2 计算图2-18所示锚碇式板桩墙的入土深度t，锚碇拉杆拉力T，以及板桩的最大弯矩值。已知板桩下端为自由支承，土的性质如图2-18所示。基坑开挖深度h=8m，锚杆位置在地面下d=1m，锚杆设置间距a=2.5m。2-3 板桩墙的计算 第二章 天然地基上的浅基础O 未未知知未未知知 第二章 天然地基上的浅基础解:当=30时，朗金主动土压力系数 朗金被动土压
40、力系数 ，则333.0)23045(tan2aK3)23045(tan2pK222211()19 0.333(8)221113 19224AaPpEhtKtEKttK 根据锚碇点0的力矩平衡条件，得：tdhKEdthEPA32)(32?2-3 板桩墙的计算 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础将 代入上式：pAEE 与223275.4)8(1)8(32tttt解得 mt5.5由平衡 条件，得锚杆拉力T为：0H5.25.55.1)5.58(333.01921)(22aKEETPA=363.7kN 板桩的最大弯矩计算方法与悬臂式板桩相同，可参见例题2-1。2-3 板桩墙的计算 第
41、二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础四、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。2-
42、3 板桩墙的计算 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础 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力之间，如图2-20所示。图2-20 多支撑板桩墙的位移及土压力分布2-3 板桩墙的计算 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础 太沙基和佩克（Terzaghi and Peck,1948,1967,1969）根据实测及模型试验结果，提出作用在板桩墙上的土压力分布经验图形（图2-21）。图2-21 多支撑板桩墙上土压力的分布图形a）板桩支撑；b）松砂；c）
43、密砂；d）粘土H6cu；e）粘土H4Cu2-3 板桩墙的计算 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础 多支撑板桩墙计算时，也可假定板桩在支撑之间为简支支承，由此计算板桩弯矩及支撑作用力。其计算方法可参见例题2-4。2-3 板桩墙的计算 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础（一）坑底流砂验算 若坑底土为粉砂、细砂等时，在基坑内抽水可能引起流砂的危险。一般可采用简化计算方法进行验算。原则：板桩有足够的入土深度以增大渗流长度，减少向上动水力。五、基坑稳定性验算2-3 板桩墙的计算 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础 由于基坑内抽水后引起的水头差h
44、 造成的渗流，其最短渗流途径为在流程t中水对土粒动水力应是垂直向上的，故可要求此动水力不超过土的有效重度b，则不产生流砂的安全条件为bwiK式中：K安全系数，取2.0；i水力梯度，；w水的重度。基坑抽水后水头差引起的渗流 由此可计算确定板桩要求的入土深度t。1hiht2-3 板桩墙的计算 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础（二）坑底隆起验算 开挖较深的软土基坑时，在坑壁土体自重和坑顶荷载作用下，坑底软土可能受挤在坑底发生隆起现象。常用简化方法验算，即假定地基破坏时会发生如图所示滑动面，其滑动面圆心在最底层支撑点A处，半径为x，垂直面上的抗滑阻力不予考虑。2-3 板桩墙的计算
45、 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础22xrHqMd则滑动力矩为：稳定力矩为：20,2xauMxSxd 式中：Su滑动面上不排水抗剪强度，如土为饱和软粘土，则=0，Su=Cu。M与Md之比即为安全系数K，如基坑处地层土质均匀，则安全系数为 2.1)2(qHSKus2式中 以弧度表示。2-3 板桩墙的计算 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础（三）封底混凝土厚度计算 钢板桩围堰需进行水下封底混凝土后在围堰内抽水修筑基础和墩身，在抽干水后封底混凝土底面因围堰内外水头差而受到向上的静水压力。在静水压力作用下：封底混凝土及围堰有可能被水浮起，或者封底混凝土产生向上
46、挠曲而折裂，因此：封底混凝土应有足够的厚度，以确保围堰安全。2-3 板桩墙的计算 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础考虑浮力的封底层厚度计算：作用在封底层的浮力是由封底混凝土和围堰自重，以及作用在封底层的浮力是由封底混凝土和围堰自重，以及板桩和土的摩阻力来平衡的。当板桩打入基底以下深度不大板桩和土的摩阻力来平衡的。当板桩打入基底以下深度不大时，平衡浮力主要靠封底混凝土自重，因此在计算时为偏安时，平衡浮力主要靠封底混凝土自重，因此在计算时为偏安全考虑，仅计入封底混凝土自重。全考虑，仅计入封底混凝土自重。2-3 板桩墙的计算 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基
47、础)(xhxwcwcwhx式中：考虑未计算桩土间摩阻力和围堰自重 的修正系数，小于1，具体数值由经验确定；w 水的重度，取10kN/m3;c 混凝土重度，取23kN/m3;h 封底混凝土顶面处水头高度（m）。2-3 板桩墙的计算 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础考虑强度的封底层厚度计算：如板桩打入基坑下较深，板桩与土之间摩阻力较大，加上封底层及围堰自重整个围堰不会被水浮起，此时封底层厚度应由其强度确定。现一般按容许应力法并简化计算，假定封底层为一简支单向板，其顶面在静水压力作用下产生弯曲拉应力：61)(881222xxxhlWplcw03422Hxxlwc经整理得：式中：
48、W封底层每米宽断面的截面模量（m3）；l 围堰宽度（m）；水下混凝土容许弯曲应力，考虑水下混凝土表层质量较差、养护时间短等因素，不宜取值过高，一般用100200kPa。可解得封底砼厚度注意 封底混凝土灌注时厚度宜比计算值超过0.250.50m,以便在抽水后将顶层浮浆、软弱层凿除，以保证质量。第二章 天然地基上的浅基础第四节 地基承载力容许值的确定地基承载力容许值的确定一般有以下三种方法：1根据现场荷载试验的p-s曲线；2按地基承载力理论公式计算；3按现行规范提供的经验公式计算。常用2-4 地基承载力容许值的确定 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础按现行规范提供的经验公式计算
49、背景介绍：背景介绍：规范：规范：公路桥涵地基与基础设计规范公路桥涵地基与基础设计规范（JTJD63-2007JTJD63-2007）公路桥涵地基与基础设计规范公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ024-85JTJ024-85）采用地）采用地基承载力表给公路工程设计人员提供了很大帮助，随着设基承载力表给公路工程设计人员提供了很大帮助，随着设计水平的提高，设计中应尽可能采用载荷试验或其他原位计水平的提高，设计中应尽可能采用载荷试验或其他原位测试取得地基承载力，但是由于桥涵基础所处环境特殊，测试取得地基承载力，但是由于桥涵基础所处环境特殊，在很多地点可能无法进行现场测试，可查在很多地点可能无法进行现场
50、测试，可查公路桥涵地基公路桥涵地基与基础设计规范与基础设计规范（JTG D63JTG D6320072007）地基承载力表。）地基承载力表。2-4 地基承载力容许值的确定 第二章 天然地基上的浅基础 第二章 天然地基上的浅基础步骤和方法：一确定地基岩土的名称一确定地基岩土的名称 对于一般地基土，通常根据塑性指数、粒径、工程地质对于一般地基土，通常根据塑性指数、粒径、工程地质特性等分为六类，即岩石、碎石土、砂土、粉土、黏性土和特性等分为六类，即岩石、碎石土、砂土、粉土、黏性土和特殊性岩土特殊性岩土 。具体分类方法参照具体分类方法参照规范：规范：公路桥涵地基与基础设计规公路桥涵地基与基础设计规范范
