第二章天然地基上的浅基础 浅基础的定义:埋入地层深度较浅,施工一般采用敞开挖基坑修筑的基础 浅基础在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。深基础埋入地层较深,结构形式和施工方法较浅基础复杂,在设计计算时需考虑基础侧 面土体的影响。 天然地基浅基础的特点:由于埋深浅,结构形式简单,施工方法简便,造价也 较低,因此是建筑物最常用的基础类型。 第一节天然地基上浅基础的类型、构造及适用条件 、浅基础常用类型及适用条件 天然地基浅基础的分类(根据受力条件及构造) 刚性基础:基础在外力(包括基础自重)作用下,基底的地基反力为σ,此时基础的悬 出部分(图2-1b),a-a断面左端,相当于承受着强度为σ的均布荷载的悬臂梁,在荷载作 用下,a-a断面将产生弯曲拉应力和剪应力。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应力时,a-a断面不会出现裂缝,这时,基础内不需 配置受力钢筋,这种基础称为刚性基础(图2-1b)。它是桥梁、涵洞和房屋等建筑物常用的 基础类型。其形式有:刚性扩大基础(图2-1b及图2-2),单独柱下刚性基础(图2-3a、d)、 条形基础(图2-4)等。 柔性基础:基础在基底反力作用下,在a-a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, 并在基础中配置足够数量的钢筋,这种基础称为柔性基础(图2-1a)。柔性基础主要是用钢 筋混凝土浇筑,常见的形式有柱下扩展基础、条形和十字形基础(图2-5)筏板及箱形基础 (图2-6、图2-7),其整体性能较好,抗弯刚度较大。 刚性基础常用的材料:主要有混凝土,粗料石和片石。混凝土是修筑基础最常用的材料, 它的优点是强度高、耐久性好,可 浇筑成任意形状的砌体,混凝土强 度等级一般不宜小于C15号。对于 大体积混凝土基础,为了节约水泥 用量,可掺入不多于砌体体积25% 的片石(称片石混凝土)。 刚性基础的特点:稳定性好、 图2-1基础类型 施工简便、能承受较大的荷载。它
1 第二章 天然地基上的浅基础 浅基础的定义: 埋入地层深度较浅，施工一般采用敞开挖基坑修筑的基础 浅基础在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。深基础埋入地层较深，结构形式和施工方法较浅基础复杂，在设计计算时需考虑基础侧 面土体的影响。 天然地基浅基础的特点:由于埋深浅，结构形式简单，施工方法简便，造价也 较低，因此是建筑物最常用的基础类型。 第一节 天然地基上浅基础的类型、构造及适用条件 一、浅基础常用类型及适用条件 天然地基浅基础的分类（根据受力条件及构造）： 刚性基础：基础在外力（包括基础自重）作用下，基底的地基反力为 ，此时基础的悬 出部分（图 2-1b），a-a 断面左端，相当于承受着强度为 的均布荷载的悬臂梁，在荷载作 用下，a-a 断面将产生弯曲拉应力和剪应力。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应力时，a-a 断面不会出现裂缝，这时，基础内不需 配置受力钢筋，这种基础称为刚性基础（图 2-1b）。它是桥梁、涵洞和房屋等建筑物常用的 基础类型。其形式有：刚性扩大基础（图 2-1b 及图 2-2），单独柱下刚性基础（图 2-3a、d）、 条形基础（图 2-4）等。 柔性基础：基础在基底反力作用下，在 a-a 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 a-a 断面开裂甚至断裂，可将刚性基础尺寸重新设计， 并在基础中配置足够数量的钢筋，这种基础称为柔性基础（图 2-1a）。柔性基础主要是用钢 筋混凝土浇筑，常见的形式有柱下扩展基础、条形和十字形基础（图 2-5）筏板及箱形基础 （图 2-6、图 2-7），其整体性能较好，抗弯刚度较大。 刚性基础常用的材料：主要有混凝土，粗料石和片石。混凝土是修筑基础最常用的材料， 它的优点是强度高、耐久性好，可 浇筑成任意形状的砌体，混凝土强 度等级一般不宜小于 C15 号。对于 大体积混凝土基础，为了节约水泥 用量，可掺入不多于砌体体积 25% 的片石（称片石混凝土）。 刚性基础的特点：稳定性好、 施工简便、能承受较大的荷载。它 图 2－1 基础类型
的主要缺点是自重大,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,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。所以对于荷载大或上部结构对沉降差较敏感的建筑物,当持力层的土质较差又较厚时, 刚性基础作为浅基础是不适宜的。 浅基础的构造 (一)刚性扩大基础(图2-2) 将基础平面尺寸扩大以满足地基强度要求 这种刚性基础又称刚性扩大基础,其平面形状常 为矩形,其每边扩大的尺寸最小为020m~ 0.50m,作为刚性基础,每边扩大的最大尺寸应 受到材料刚性角的限制。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。它是桥涵及其它建筑物常用的基础形 式 (二)单独和联合基础(图2-3) 单独基础是立柱式桥墩和房屋建筑常用的 图2-2刚性扩大基础 基础形式之一。它的纵横剖面均可砌筑成台阶式 (图2-3a、b),但柱下单独基础用石或砖砌筑时 则在柱子与基础之间用混凝土墩连接。个别情况下柱下基础用钢筋混凝土浇注时,其剖面也 可浇筑成锥形(图2-3c)。 (三)条形基础(图2-4) 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一侧筑成台阶形。如挡土墙很长,为了避免在沿墙长方向因沉 降不匀而开裂,可根据土质和地形予以分段,设置沉降缝。有时为了增强桥柱下基础的承载 立柱 柱 國國叵可 N 条形基础
2 的主要缺点是自重大，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，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。所以对于荷载大或上部结构对沉降差较敏感的建筑物，当持力层的土质较差又较厚时， 刚性基础作为浅基础是不适宜的。 二、浅基础的构造 （一）刚性扩大基础（图 2-2） 将基础平面尺寸扩大以满足地基强度要求， 这种刚性基础又称刚性扩大基础，其平面形状常 为矩形，其每边扩大的尺寸最小为 0.20m～ 0.50m，作为刚性基础，每边扩大的最大尺寸应 受到材料刚性角的限制。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。它是桥涵及其它建筑物常用的基础形 式 （二）单独和联合基础（图 2-3） 单独基础是立柱式桥墩和房屋建筑常用的 基础形式之一。它的纵横剖面均可砌筑成台阶式 （图 2-3a、b），但柱下单独基础用石或砖砌筑时， 则在柱子与基础之间用混凝土墩连接。个别情况下柱下基础用钢筋混凝土浇注时，其剖面也 可浇筑成锥形（图 2-3c）。 （三）条形基础（图 2-4） 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一侧筑成台阶形。如挡土墙很长，为了避免在沿墙长方向因沉 降不匀而开裂，可根据土质和地形予以分段，设置沉降缝。有时为了增强桥柱下基础的承载 图 2－2 刚性扩大基础
图2-3单独和联合基础 图2-4挡土墙下条形基础 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(图2-5)。其构造与倒置的T 形截面梁相类似,在沿柱子的排列方向的剖面可 Ⅱ互 以是等截面的,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,个别的也囫 可做成柔性基础 如地基土很软,基础在宽度方向需进一步扩 图2-5柱下条形基础 大面积,同时又要求基础具有空间的刚度来调整 不均匀沉降时,可在柱下纵、横两个方向均设置条形基础,成为十字型基础。这是房屋建筑 常用的基础形式,也是一种交叉条形基础 (四)筏板和箱形基础(图2-6、图2-7) 筏板和箱形基础都是房屋建筑常用的基础形式 当立柱或承重墙传来的荷载较大,地基土质软弱又不均匀,采用单独或条形基础均不能 满足地基承载力或沉降的要求时,可采用筏板式钢筋混凝土基础,这样既扩大了基底面积又 增加了基础的整体性,并避免建筑物局部发生不均匀沉降 筏板基础在构造上类似于倒置的钢筋混凝土楼盖,它可以分为平板式(图2-6a)和梁板 式(图2-6b)。平板式常用于柱荷载较小而且柱子排列较均匀和间距也较小的情况。 为增大基础刚度,可将基础做成由钢筋混凝土顶板、底板及纵横隔墙组成的箱形基础(图 2-7),它的刚度远大于筏板基础,而且基础顶板和底板间的空间常可利用作地下室。它适用 于地基较软弱,土层厚,建筑物对不均匀沉降较敏感或荷载较大而基础建筑面积不太大的高层 建筑。 ,立柱 内横梁底板 "!■ 图26筏板基础 图2-7箱形基础 第二节刚性扩大基础施工
3 图 2-3 单独和联合基础 图 2-4 挡土墙下条形基础 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（图 2-5）。其构造与倒置的 T 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。 如地基土很软，基础在宽度方向需进一步扩 大面积，同时又要求基础具有空间的刚度来调整 不均匀沉降时，可在柱下纵、横两个方向均设置条形基础，成为十字型基础。这是房屋建筑 常用的基础形式，也是一种交叉条形基础。 （四）筏板和箱形基础（图 2-6、图 2-7） 筏板和箱形基础都是房屋建筑常用的基础形式。 当立柱或承重墙传来的荷载较大，地基土质软弱又不均匀，采用单独或条形基础均不能 满足地基承载力或沉降的要求时，可采用筏板式钢筋混凝土基础，这样既扩大了基底面积又 增加了基础的整体性，并避免建筑物局部发生不均匀沉降。 筏板基础在构造上类似于倒置的钢筋混凝土楼盖，它可以分为平板式（图 2-6a）和梁板 式（图 2-6b）。平板式常用于柱荷载较小而且柱子排列较均匀和间距也较小的情况。 为增大基础刚度，可将基础做成由钢筋混凝土顶板、底板及纵横隔墙组成的箱形基础（图 2-7），它的刚度远大于筏板基础，而且基础顶板和底板间的空间常可利用作地下室。它适用 于地基较软弱,土层厚，建筑物对不均匀沉降较敏感或荷载较大而基础建筑面积不太大的高层 建筑。 图 2-6 筏板基础 图 2-7 箱形基础 第二节 刚性扩大基础施工 图 2-5 柱下条形基础
注意事项ε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,不得将基坑暴露过久。基坑可用机械或人工开挖,接近 基底设计标高应留30cm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0.5m~1.0m,以方便设置排水沟及立模板和砌筑工作。 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。水中开 挖基坑还需先修筑防水围堰 旱地上基坑开挖及围护 (一)无围护基坑 适用于基坑较浅,地下水位较低或渗水量较少,不影响坑壁稳定时,此时可将坑壁挖成 竖直或斜坡形。竖直坑壁只适宜在岩石地基或基坑较浅又无地下水的硬粘土中采用。在一般 土质条件下开挖基坑时,应采用放坡开挖的方法 (二)有围护基坑 1.板桩墙支护 板桩是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。 板桩墙分无支撑式(图2-8a)、支撑式和锚撑式(图2-8d)。支撑式板桩墙按设置支撑的 层数可分为单支撑板桩墙(图2-$b)和多支撑板桩墙(图2-8c)。由于板桩墙多应用于较深 基坑的开挖,故多支撑板桩墙应用较多 2.喷射混凝土护壁 喷射混凝土护壁,宜用于土质较稳定,滲水量不大,深度小于10m,直径为6m~12m 的圆形基坑。对于有流砂或淤泥夹层的土质,也有使用成功的实例。 喷射混凝土护壁的基本原理是以高压空气为动力,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λ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。 3.混凝土围圈护壁
4 注意事项：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，不得将基坑暴露过久。基坑可用机械或人工开挖，接近 基底设计标高应留 30cm 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 0.5m～1.0m，以方便设置排水沟及立模板和砌筑工作。 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。水中开 挖基坑还需先修筑防水围堰。 一、旱地上基坑开挖及围护 （一）无围护基坑 适用于基坑较浅，地下水位较低或渗水量较少，不影响坑壁稳定时，此时可将坑壁挖成 竖直或斜坡形。竖直坑壁只适宜在岩石地基或基坑较浅又无地下水的硬粘土中采用。在一般 土质条件下开挖基坑时，应采用放坡开挖的方法。 （二）有围护基坑 1．板桩墙支护 板桩是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。 板桩墙分无支撑式（图 2-8a）、支撑式和锚撑式（图 2-8d）。支撑式板桩墙按设置支撑的 层数可分为单支撑板桩墙（图 2-8b）和多支撑板桩墙（图 2-8c）。由于板桩墙多应用于较深 基坑的开挖，故多支撑板桩墙应用较多。 图 2-8 2．喷射混凝土护壁 喷射混凝土护壁，宜用于土质较稳定，渗水量不大，深度小于 10m，直径为 6m～12m 的圆形基坑。对于有流砂或淤泥夹层的土质，也有使用成功的实例。 喷射混凝土护壁的基本原理是以高压空气为动力，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。 3．混凝土围圈护壁
采用混凝土围圈护壁时,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 垂直开挖面不坍塌为原则,一般顶层高2m左右,以下每层高lm~1.5m。混凝土围圈护壁也 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,壁厚较喷射混凝 土大,一般为15cm~30cm,也可按土压力作用下环形结构计算 喷射混凝土护壁要求有熟练的技术工人和专门设备,对混凝土用料的要求也较严,用于 超过10m的深基坑尚无成熟经验,因而有其局限性。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15m~20m,除流砂及呈流塑状态粘土外,可适用于其它各 种土类 、基坑排水 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,以保持基坑的干燥,便于基坑挖土和基础的砌筑与养护。目前常用的基坑排水 方法有表面排水和井点法降低地下水位两种 (-)表面排水法 它是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。 这种排水方法设备简单、费用低,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 (二)井点法降低地下水位 对粉质土、粉砂类土等如采用表面排水极易引起流砂现象,影响基坑稳定,此时可采用 井点法降低地下水位排水。根据使用设备的不同,主要有轻型井点、喷射井点、电渗井点和 深井泵井点等多种类型,可根据土的渗透系数,要求降低水位的深度及工程特点选用 轻型井点降水是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1.5n 左右为滤管,上面钻有若干直径约2mm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。由于使井管两侧一定范围内的水位逐渐下降,各井管相互影响形成了一个连 续的疏干区。在整个施工过程中保持不断抽水,以保证在基坑开挖和基础砌筑的整个过程中 基坑始终保持着无水状态。该法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
5 采用混凝土围圈护壁时，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 垂直开挖面不坍塌为原则，一般顶层高 2m 左右，以下每层高 1m～1.5m。混凝土围圈护壁也 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，壁厚较喷射混凝 土大，一般为 15cm～30cm，也可按土压力作用下环形结构计算。 喷射混凝土护壁要求有熟练的技术工人和专门设备，对混凝土用料的要求也较严，用于 超过 10m 的深基坑尚无成熟经验，因而有其局限性。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 15m～20m，除流砂及呈流塑状态粘土外，可适用于其它各 种土类。 二、基坑排水 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，以保持基坑的干燥，便于基坑挖土和基础的砌筑与养护。目前常用的基坑排水 方法有表面排水和井点法降低地下水位两种。 （一）表面排水法 它是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。 这种排水方法设备简单、费用低，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。 （二）井点法降低地下水位 对粉质土、粉砂类土等如采用表面排水极易引起流砂现象，影响基坑稳定，此时可采用 井点法降低地下水位排水。根据使用设备的不同，主要有轻型井点、喷射井点、电渗井点和 深井泵井点等多种类型，可根据土的渗透系数，要求降低水位的深度及工程特点选用。 轻型井点降水是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 1.5m 左右为滤管，上面钻有若干直径约 2mm 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。由于使井管两侧一定范围内的水位逐渐下降，各井管相互影响形成了一个连 续的疏干区。在整个施工过程中保持不断抽水，以保证在基坑开挖和基础砌筑的整个过程中 基坑始终保持着无水状态。该法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 三、水中基坑开挖时的围堰工程 围堰的定义: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, 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。 围堰的种类: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 对围堰的要求: 围堰顶面标高应高出施工期间中可能出现的最高水位0.5m以上,有风浪时应适当加高 2.修筑围堰将压缩河道断面,使流速增大引起冲刷,或堵塞河道影响通航,因此要求 河道断面压缩一般不超过流水断面积的30%。对两边河岸河堤或下游建筑物有可能造成危害 时,必须征得有关单位同意并采取有效防护措施。 3.围堰内尺寸应满足基础施工要求,留有适当工作面积,由基坑边缘至堰脚距离一般 不少于1m 4.围堰结构应能承受施工期间产生的土压力、水压力以及其他可能发生的荷载,满足 强度和稳定要求。围堰应具有良好的防渗性能。 (一)土围堰和草袋围堰 在水深较浅(2m以内),流速缓慢,河床滲水较小的河流中修筑基础可采用土围堰或草 袋围堰。土围堰用粘性土填筑,无粘性土时,也可用砂土类填筑,但须加宽堰身以加大渗流 长度,砂土颗粒越大堰身越要加厚。围堰断面应根据使用土质条件,渗水程度及水压力作用 下的稳定确定。若堰外流速较大时,可在外侧用草袋柴排防护, 此外,还可以用竹笼片石围堰和木笼片石围堰做水中围堰,其结构由内外二层装片石的 竹(木)笼中间填粘土心墙组成。粘土心墙厚度不应小于2m。为避免片石笼对基坑顶部压 力过大,并为必要时变更基坑边坡留有余地,片石笼围堰内 侧一般应距基坑顶缘3m以上 (二)钢板桩围堰 当水较深时,可采用钢板桩围堰。修建水中桥梁基础常 使用单层钢板桩围堰,其支撑(一般为万能杆件构架,也采 用浮箱拼装)和导向(由槽钢组成内外导环)系统的框架结 构称“围囹”或“围笼”(图2-9)。 定位桩 图29围囹法打钢板桩
6 还有一定的压密作用。 三、水中基坑开挖时的围堰工程 围堰的定义：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， 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。 围堰的种类：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。 对围堰的要求： 1．围堰顶面标高应高出施工期间中可能出现的最高水位 0.5m以上，有风浪时应适当加高。 2．修筑围堰将压缩河道断面，使流速增大引起冲刷，或堵塞河道影响通航，因此要求 河道断面压缩一般不超过流水断面积的 30%。对两边河岸河堤或下游建筑物有可能造成危害 时，必须征得有关单位同意并采取有效防护措施。 3．围堰内尺寸应满足基础施工要求，留有适当工作面积，由基坑边缘至堰脚距离一般 不少于 1m。 4．围堰结构应能承受施工期间产生的土压力、水压力以及其他可能发生的荷载，满足 强度和稳定要求。围堰应具有良好的防渗性能。 （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。土围堰用粘性土填筑，无粘性土时，也可用砂土类填筑，但须加宽堰身以加大渗流 长度，砂土颗粒越大堰身越要加厚。围堰断面应根据使用土质条件，渗水程度及水压力作用 下的稳定确定。若堰外流速较大时，可在外侧用草袋柴排防护。 此外，还可以用竹笼片石围堰和木笼片石围堰做水中围堰，其结构由内外二层装片石的 竹（木）笼中间填粘土心墙组成。粘土心墙厚度不应小于 2m。为避免片石笼对基坑顶部压 力过大，并为必要时变更基坑边坡留有余地，片石笼围堰内 侧一般应距基坑顶缘 3m 以上。 （二）钢板桩围堰 当水较深时，可采用钢板桩围堰。修建水中桥梁基础常 使用单层钢板桩围堰，其支撑（一般为万能杆件构架，也采 用浮箱拼装）和导向（由槽钢组成内外导环）系统的框架结 构称“围囹”或“围笼”（图 2-9）。 图 2-9 围囹法打钢板桩
(三)双壁钢围堰 在深水中修建桥梁基础还可以采用双壁钢围堰。双壁钢围堰一般做成圆形结构,它本身 实际上是个浮式钢沉井。井壁钢壳是由有加劲肋的内外壁板和若干层水平钢桁架组成,中空 的井壁提供的浮力可使围堰在水中自浮,使双壁钢围堰在漂浮状态下分层接高下沉。在两壁 之间设数道竖向隔舱板将圆形井壁等分为若干个互不连通的密封隔舱,利用向隔舱不等高灌 水来控制双壁围堰下沉及调整下沉时的倾斜。井壁底部设置刃脚以利切土下沉。如需将围堰 穿过覆盖层下沉到岩层而岩面高差又较大时,可做成高低刃脚密贴岩面。双壁围堰内外壁板 间距一般为1.2m~1.4m,这就使围堰刚度很大,围堰内无需设支撑系统 第三节板桩墙的计算 在基坑开挖时坑壁常用板桩予以支撑,板桩也用作水中桥梁墩台施工时的围堰结构 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。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 、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。 板桩墙土压力计算比较复杂,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 般用朗金理论来计算不同深度二处每延米宽度内的主、被动土压力强度pa、p(kPa 2=zm45-9)=xn (2-1) Pn=ztan245°+g 二、悬臂式板桩墙的计算 图2-10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时性支撑结构。 悬臂式板桩墙的破坏一般是板桩绕桩底端b点以上的某点o
7 （三）双壁钢围堰 在深水中修建桥梁基础还可以采用双壁钢围堰。双壁钢围堰一般做成圆形结构，它本身 实际上是个浮式钢沉井。井壁钢壳是由有加劲肋的内外壁板和若干层水平钢桁架组成，中空 的井壁提供的浮力可使围堰在水中自浮，使双壁钢围堰在漂浮状态下分层接高下沉。在两壁 之间设数道竖向隔舱板将圆形井壁等分为若干个互不连通的密封隔舱，利用向隔舱不等高灌 水来控制双壁围堰下沉及调整下沉时的倾斜。井壁底部设置刃脚以利切土下沉。如需将围堰 穿过覆盖层下沉到岩层而岩面高差又较大时，可做成高低刃脚密贴岩面。双壁围堰内外壁板 间距一般为 1.2m～1.4m，这就使围堰刚度很大，围堰内无需设支撑系统。 第三节 板桩墙的计算 在基坑开挖时坑壁常用板桩予以支撑，板桩也用作水中桥梁墩台施工时的围堰结构。 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。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。 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。 板桩墙土压力计算比较复杂，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)： a a p z zK = = − 2 tan 45 2 （2-1） p p p z zK = = + 2 tan 45 2 （2-2） 二、悬臂式板桩墙的计算 图 2-10 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时性支撑结构。 悬臂式板桩墙的破坏一般是板桩绕桩底端b点以上的某点o
转动。这样在转动点O以上的墙身前侧以及O点以下的墙身后侧,将产生被动抵抗力,在相 应的另一侧产生主动土压力。由于精确地确定土压力的分布规律困难,一般近似地假定土压 力的分布图形如图2-17所示:墙身前侧是被动土压力(bcd),其合力为Ep1,并考虑有一定的 安全系数K(一般取K=2); 图2-10悬臂式板桩墙的计算 在墙身后方为主动土压力(abe),合力为EA。另外在桩下端还作用有被动土压力Ep2, 由于EP2的作用位置不易确定,计算时假定作用在桩端b点。考虑到EP2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10~20% 三、单支撑(锚碇式)板桩墙的计算 当基坑开挖髙度较大时,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2-19所示。 单支撑板桩墙的计算,可以把 它作为有两个支承点的竖直梁 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 E目e 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2-11a。这类板桩埋入土 图2-11单支撑板桩墙的计算 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2-12a。若板桩下端埋入土中较深,可以认为板桩下端在土 中嵌固 板桩下端简支支承时的土压力分布(图2-11a) 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2-19b),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2-19c所示,并以Mmax值设计板桩的厚度 2.板桩下端固定支承时的土压力分布(图2-12) 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EP。假定EP作用在桩底b点 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10~20%。板桩墙的前侧作用被
8 转动。这样在转动点 o 以上的墙身前侧以及 o 点以下的墙身后侧，将产生被动抵抗力，在相 应的另一侧产生主动土压力。由于精确地确定土压力的分布规律困难，一般近似地假定土压 力的分布图形如图 2-17 所示：墙身前侧是被动土压力（bcd），其合力为 EP1 ,并考虑有一定的 安全系数 K（一般取 K=2）； 图 2-10 悬臂式板桩墙的计算 在墙身后方为主动土压力（abe），合力为 EA 。另外在桩下端还作用有被动土压力 EP2 ， 由于 EP2 的作用位置不易确定，计算时假定作用在桩端 b 点。考虑到 EP2 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 10～20%。 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 2-19 所示。 单支撑板桩墙的计算，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 2-11a。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 2-12a。若板桩下端埋入土中较深，可以认为板桩下端在土 中嵌固。 1．板桩下端简支支承时的土压力分布（图 2-11a） 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 2-19b），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 2-19c 所示，并以 Mmax值设计板桩的厚度。 2．板桩下端固定支承时的土压力分布（图 2-12） 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 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 10～20%。板桩墙的前侧作用被 图 2-11 单支撑板桩墙的计算
动土压力E門1。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EP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。在图212中给出了板桩受力后的挠曲形状,图212下端为固定 支承时的单支撑板桩计算 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2-12所示。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 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、支撑结构杄件的材料强度,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。 多支撑板桩上的土压力分布形式与板桩墙位移情况有关,由于多支撑板桩墙的施工程序 往往是先打好板桩,然后随挖土随支撑, 因而板桩下端在土压力作用下容易向内 倾斜,如图2-13中虚线所示。这种位移 与挡土墙绕墙顶转动的情况相似,但墙后 实际土压力 土体达不到主动极限平衡状态,土压力不 静止土压力P 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 主动土压力Pa 线形状分布,其变化在静止土压力与主动 图2-13多支撑板桩墙的位移及土压力分布 土压力之间,如图2-13所示。 太沙基和佩克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
9 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。在图 2-12 中给出了板桩受力后的挠曲形状， 图 2-12 下端为固定 支承时的单支撑板桩计算 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 2-12 所示。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。 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。 多支撑板桩上的土压力分布形式与板桩墙位移情况有关，由于多支撑板桩墙的施工程序 往往是先打好板桩，然后随挖土随支撑， 因而板桩下端在土压力作用下容易向内 倾斜，如图 2-13 中虚线所示。这种位移 与挡土墙绕墙顶转动的情况相似，但墙后 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 2-13 所示。 太沙基和佩克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 2-13 多支撑板桩墙的位移及土压力分布
卦其多 0. 87HKa cos yH-4 mc 0.2-0.4)yH 图2-14多支撑板桩墙上土压力的分布图形 a)板桩支撑:b)松砂:c)密砂:d)粘土y>6c:e)粘土<4Cn 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。 五、基坑稳定性验算 (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。其原则是板桩有足够的入土深度以增 大渗流长度,减少向上动水力。由于基坑内抽水 后引起的水头差h'(图2-15)造成的渗流,其最 短渗流途径为h1+1,在流程t中水对土粒动水力 图2-15基坑抽水后水头差引起的渗流 应是垂直向上的,故可要求此动水力不超过土的 有效重度,则不产生流砂的安全条件为 K (2-3) 式中:K—一安全系数,取20: 一水力梯度,i= 水的重度。 由此可计算确定板桩要求的入土深度t (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 图2-16板桩支护的软土滑动面假设 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2-16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,则滑动力矩为
10 图 2-14 多支撑板桩墙上土压力的分布图形 a）板桩支撑；b）松砂；c）密砂；d）粘土H＞6cu；e）粘土H＜4Cu 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。 五、基坑稳定性验算 （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。其原则是板桩有足够的入土深度以增 大渗流长度，减少向上动水力。由于基坑内抽水 后引起的水头差 h(图 2-15)造成的渗流，其最 短渗流途径为 , 1h + t 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 w b K i （2-3） 式中：K——安全系数，取 2.0； i——水力梯度， h t h i + = 1 ; w——水的重度。 由此可计算确定板桩要求的入土深度 t。 （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 2-16 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，则滑动力矩为 图 2-15 基坑抽水后水头差引起的渗流 图 2-16 板桩支护的软土滑动面假设
