桥梁下部构造与设计（183页ppt）

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m,的基础称为浅基础,。,浅基础,由于埋入土层较浅，在计算中基础的侧面摩擦力不必考虑，施工方法也较简单，因此是条件适宜时的首选基础形式。,2.1,地基与基础概述,2.2,刚性浅基础的构造与设计,刚性浅基础的构造,2.2.1,桥梁,墩台的体积一般比较庞大，故其基础常采用大块实体基础的形式，使用块石或混凝土等圬工材料做成。基础的平面形状通常为矩形，基础的平面尺寸一般较墩、台底面宽大，每边扩大的尺寸最小为,0.2,0.5 m,，具体视土质、基础厚度、埋置深度及施工方法而定。当基础底面为满足地基强度要求而需要扩大时，基础将伸出墩（台）身外，这样在地基反,力,的,作用下，基础的悬出部分将受挠曲而产生拉应力，如图,2-4,（,a,）所示。由于一般基础所用的圬工材料的抗压强度较大，而抗拉强度很小，因此，为防止基础的悬出段因受挠曲而开裂、破坏，其悬出段的长度应控制在一定范围内，这种基础称为刚性基础。,基础挠曲变形,2.2,刚性浅基础的构造与设计,刚性,基础的悬出段长度通常用压力分布,角,来,控制,，,角,是自墩（台）身底的边缘与基底边缘的连线和竖直线间的夹角,见图,2-4,（,b,）,，,即使,max,，,其中,，,max,称为,刚性角，刚性,角,max,与,基础圬工材料的强度有关。根据,桥梁设计常用数据手册,（,桥梁设计常用数据手册,编写委员会，北京：人民交通出版社，,2005,），常用基础材料的刚性,角,max,值,可按下述数据取用：,砖,、片石、块石、粗料石砌体，当用,5,号以下砂浆砌筑时,，,max,30,；砖、片石、块石、粗料石砌体，当用,5,号以上砂浆砌筑时,，,max,35,；混凝土浇筑时,，,max,40,。,2.2,刚性浅基础的构造与设计,因此,，在设计刚性基础底面尺寸时，凡,满足,max,条件,，即可认为基础刚度很大，它在荷载作用下的挠曲变形很小，不会因受拉而开裂破坏，基础本身的强度可以得到充分的保证，可不予验算。,若,max,，,则不是刚性基础，一般称为柔性基础，应验算基础的弯曲拉应力和剪应力强度，并设置必要的钢筋。,2.2,刚性浅基础的构造与设计,当,基础较厚时，可在纵、横两个剖面上砌筑成台阶形，以减小基础自重，节省材料，,如图所,示。,台阶扩大基础,2.2,刚性浅基础的构造与设计,（,1,）基础高度,一般,要根据墩（台）身的结构形式、荷载大小、基础材料等来确定基础高度。,具体,做法：首先根据基础埋置深度的要求，确定基底标高；再按照水中基础顶面不高于最低水位，在季节性河流或旱地上的墩（台）基础顶面不高出地面的原则，定出基顶标高。那么，基础顶、底标高之差即为基础,高度,H,。,在一般情况下，大、中桥墩（台）基础的高度为,1.0,2.0,m,。,2.2,刚性浅基础的构造与设计,（,2,）基础的平面尺寸,基础,的平面尺寸应根据墩（台）身的底面形状来确定。虽然墩（台）身的底面形状以圆形居多，但考虑到施工的方便，基础平面仍采用矩形。基础底面长、宽尺寸与基础高度的关系为,2.2,刚性浅基础的构造与设计,刚性浅基础的设计,2.2.2,审核基础埋置深度,1.,桥涵,墩台基础（不包括桩基础）基底埋置深度（简称,“,埋深,”,）应符合下列规定。,（,1,）当墩台基底设置在不冻胀土层中时，基底埋深可不受冻深的限制。,（,2,）当上部为外超静定结构的桥涵基础，其地基为冻胀土层时，应将基底埋入冻结线以下不小于,0.25 m,处。,2.2,刚性浅基础的构造与设计,（,3,）基础的立面尺寸。,基础,的立面形式应力求简单，主要考虑既便于施工，又能节省圬工材料，一般做成矩形或台阶形。在确定基础的立面尺寸时，只需定出以下两方面的尺寸。,襟边宽和台阶宽度（两者宜取同宽，,即,c,i,=c,1,）。墩、台基础的襟边最小值为,0.2,0.5 m,。,基础台阶,厚度,h,i,。,当基础较厚时（超过,1 m,），可将基础做成台阶形，每层台阶,厚度,h,i,1.0,1.5 m,，各台阶宜做成等厚。,2.2,刚性浅基础的构造与设计,（,3,）当墩台基础设置在季节性冻胀土层中时，基底的最小埋置深度可按式（,2-2,）,和式,（,2-3,）,计算。,（,2-2,）, （,2-3,）,2.2,刚性浅基础的构造与设计,（,4,）当涵洞基础设置在季节性冻土地基上时，出入口和自两端洞口向内各,2,6 m,内（或可采用不小于,2 m,的一段涵节长度）涵身基底的埋置深度可按式（,2-2,）计算确定。涵洞中间部分的基础埋深可根据地区经验确定。在严寒地区，当涵洞中间部分基础的埋深与洞口埋深相差较大时，其连接处应设置过渡段。在冻结较深地区，也可将基底至冻结线处的地基土换填为粗颗粒土（包括碎石土、砾砂、粗砂、中砂，但其中粉黏粒含量不应大于,15%,，或粒径小于,0.1 mm,的颗粒不应大于,25%,）。,2.2,刚性浅基础的构造与设计,2.2,刚性浅基础的构造与设计,（,5,）涵洞基础，在无冲刷处（岩石地基除外），应设在地面或河床底以下埋深不小于,1 m,处；如有冲刷，则基底埋深应在局部冲刷线以下不小于,1 m,处；如河床上有铺砌层时，基础底面宜设置在铺砌层顶面以下不小于,1 m,处。,（,6,）非岩石河床桥梁墩台基底埋深安全值可按表,2-6,确定。,2.2,刚性浅基础的构造与设计,（,7,）岩石河床墩台基底最小埋置深度可参考,公路工程水文勘测设计规范,（,JTG C30,2002,）附录,C,确定。,（,8,）位于河槽的桥台，当其最大冲刷深度小于桥墩总冲刷深度时，桥台基底的埋深应与桥墩基底相同；当桥台位于河滩时，对于河槽摆动不稳定河流，桥台基底高程应与桥墩基底高程相同；在稳定河流上，桥台基底高程可按照桥台冲刷结果确定。,墩,台基础顶面标高宜根据桥位情况、施工难易程度、美观与整体协调综合确定。,2.2,刚性浅基础的构造与设计,设计,桥梁墩台基础时，应考虑在修建和使用期间可能发生的各项作用效应，并对地基进行验算。,当,桥台台背填土的高度在,5 m,以上时，应考虑台背填土对桥台基底或桩端平面处的附加竖向压应力，具体可参见,公路桥涵地基与基础设计规范,（,JTG D63,2007,）附录,J,。对软土或软弱地基，如相邻墩台的距离小于,5 m,，则应考虑邻近墩台对软土或软弱地基所引起的附加竖向压应力。,对于,桥台基础，当台背地基土质不良时，应验算桥台与路堤可能一起滑动的稳定性。,验算地基与基础,2.,2.2,刚性浅基础的构造与设计,1,）地基承受力的确定,（,1,）地基承载力的验算，应用修正后的地基承载力容许值,f,a,来控制。该值是在地基原位测试或,公路桥涵地基与基础设计规范,（,JTG D63,2007,）给出的各类岩土承载力基本容许值,f,a0,的基础上，经修正后得到的。,2.2,刚性浅基础的构造与设计,地基承载力基本容许值应首先考虑由载荷试验或其他原位测试取得，其值不应大于地基极限承载力的,1/2,。,对于中小桥、涵洞，当受现场条件限制，或载荷试验和原位测试确有困难时,，,fa0,也可按照下面第（,3,）条的有关规定选用,。,地基承载力基本容许值还应根据基底埋深、基础宽度及地基土的类别进行修正。,其他特殊性岩土地基承载力基本容许值可参照各地区经验或相应的标准确定。,（,2,）地基承载力容许值应按以下原则确定。,2.2,刚性浅基础的构造与设计,碎石土地基可根据其类别和密实程度按表,2-8,确定承载力基本容许值,f,a0,。,2.2,刚性浅基础的构造与设计,砂土地基可根据土的密实度和水位情况按表,2-9,确定承载力基本容许值,fa0,。,2.2,刚性浅基础的构造与设计,粉土地基可根据土的天然,孔隙比,e,和天然含水量,按,表,2-10,确定承载力基本容许,值,f,a0,。,2.2,刚性浅基础的构造与设计,（,3,）地基承载力基本容许值,fa0,可根据岩土类别、状态及其物理力学特性指标按表,2-7,表,2-13,选用,。,一般岩石地基可根据强度等级、节理按表,2-7,确定,f,a0,。对于复杂岩层（如溶洞、断层、软弱夹层、易溶岩石、软化岩石等）应按各项因素综合确定,f,a0,。,2.2,刚性浅基础的构造与设计,老黏性土地基可根据压缩,模量,Es,按表,2-11,确定承载力基本容许值,f,a0,。,2.2,刚性浅基础的构造与设计,新近沉积黏性土地基可根据,液性指数,IL,和天然,孔隙比,e,按,表,2-13,确定承载力基本容许值,f,a0,。,2.2,刚性浅基础的构造与设计,一般黏性土可根据,液性指数,I,L,和天然,孔隙比,e,按,表,2-12,确定地基承载力基本容许值,f,a0,。,2.2,刚性浅基础的构造与设计,（,4,）修正后的地基承载力容许值,fa,按式（,2-4,）确定。当基础位于水中不透水地层上时,，,fa,按平均常水位至一般冲刷线的水深每米再增大,10 kPa,。,(2-4,),2.2,刚性浅基础的构造与设计,（,5,）软土地基承载力容许,值,f,a,按,下列规定确定。,软土地基承载力基本容许,值,f,a,应,通过载荷试验或其他原位测试取得。当载荷试验和原位测试确有困难时，对于中小桥、涵洞基底未经处理的软土地基，承载力容许,值,f,a,可,采用以下两种方法确定。,a,.,根据原状土,天然含水量,按,表,2-15,确定软土地基承载力基本容许,值,f,a0, ，,然后,按式,（,2-5,）计算,修正后的地基承载力容许值,f,a,。,f,a,=,f,a0,+,2,h,（,2-5,）,2.2,刚性浅基础的构造与设计,b.,根据原状土强度指标确定软土地基承载力容许值,f,a,。,（,2-6,）, （,2-7,）,经排水固结方法处理的软土地基，其承载力基本容许值,f,a0,应通过载荷试验或其他原位测试方法确定。经复合地基方法处理的软土地基，其承载力基本容许值应通过载荷试验确定，然后按式（,2-5,）计算修正后的软土地基承载力容许值,f,a,。,2.2,刚性浅基础的构造与设计,（,6,）地基承载力容许值,f,a,应根据地基受荷阶段及受荷情况，乘以下列规定的抗力,系数,R,。,使用阶段。,a,.,当地基承受作用短期效应组合或作用效应偶然组合时，,可取,R,=1.25,；但对承载力容许值,f,a,150 kPa,的地基，应,取,R,=1.0,。,b,.,当地基承受的作用短期效应组合仅包括结构自重、预加力、土重、土侧压力、汽车和人群效应时，应,取,R,=1.0,。,2.2,刚性浅基础的构造与设计,（,6,）地基承载力容许值,f,a,应根据地基受荷阶段及受荷情况，乘以下列规定的抗力,系数,R,。,使用阶段。,a,.,当地基承受作用短期效应组合或作用效应偶然组合时，,可取,R,=1.25,；但对承载力容许值,f,a,150 kPa,的地基，应,取,R,=1.0,。,b,.,当地基承受的作用短期效应组合仅包括结构自重、预加力、土重、土侧压力、汽车和人群效应时，应,取,R,=1.0,。,2.2,刚性浅基础的构造与设计,c,.,当基础建于经多年压实未遭破坏的旧桥基（岩石旧桥基除外）上时，不论地基承受的作用情况如何，抗力系数均,可取,R,=1.5,；对,f,a,150 kPa,的地基，,可取,R,=1.25,。,d,.,当基础建于岩石旧桥基上时，应,取,R,=1.0,。,2.2,刚性浅基础的构造与设计,2,）验算地基承载力,（,1,）当基底只承受轴心荷载时,。,（,2-8,）,（,2,）当基底单向偏心受压，承受竖向力,N,和弯矩,M,的共同作用时，除应满足式（,2-8,）外，尚应符合式（,2-9,）的条件,。,（,2-9,）,2.2,刚性浅基础的构造与设计,（,4,）当设置在基岩上的基底承受单向偏心荷载，其,偏心距,e,0,超过核心半径时，可仅按受压区计算基底最大压应力（不考虑基底承受拉力，如图,2-6,所示）。基底为矩形截面的最大,压应力,pmax,按式（,2-11,）计算。,（,2-11,）,2.2,刚性浅基础的构造与设计,图,2-6,基岩上矩形截面基底单向偏心受压应力重分布,2.2,刚性浅基础的构造与设计,（,5,）当设置在基岩上的墩台基底承受双向偏心压应力且按式（,2-12,）和式（,2-13,）计算,的,e0/,1.0,（,为,核心半径）时，可仅按受压区计算基底压应力（不考虑基底承受拉应力），墩台基底最大压应力可按,公路桥涵地基与基础设计规范,（,JTG D63,2007,）附录,K,确定。,（,6,）桥涵墩台应验算作用于基底的合力偏心距。,2.2,刚性浅基础的构造与设计,（,8,）当墩台、桩基础位于冻胀土中时，应验算抗冻拔稳定性，计算方法可参照,公路桥涵地基与基础设计规范,（,JTG D63,2007,）附录,L,。,（,7,）在基础底面下或基桩桩端下有软土层或软弱地基时，应按式（,2-15,）验算软土层或软弱地基的承载力。,（,2-15,）,2.2,刚性浅基础的构造与设计,施工阶段,a,.,地基在施工荷载作用下，,可取,R=1.25,。,b,.,当墩台施工期间承受单向推力时，,可取,R=1.5,。,2.2,刚性浅基础的构造与设计,（,1,）当墩台建筑在地质情况复杂、土质不均匀及承载力较差的地基上，以及相邻跨径差别很大而需计算沉降差或跨线桥净高，需预先考虑沉降量时，均应计算其沉降。,（,2,）进行沉降计算时，传至基底的作用效应按,公路桥涵地基与基础设计规范,（,JTG D63,2007,）第,1.0.9,条规定执行。,（,3,）墩台的沉降应符合下列规定。,相邻墩台间不均匀沉降差值（不包括施工中的沉降）不应使桥面形成大于,0.2%,的附加纵坡（折角）。,外超静定结构桥梁墩台间不均匀沉降差值，还应满足结构的受力要求。,验算基础沉降,3.,2.2,刚性浅基础的构造与设计,（,4,）墩台基础的最终沉降量，可按式（,2-16,）和式（,2-17,）计算。,（,2-6,）, （,2-17,）,2.2,刚性浅基础的构造与设计,基底沉降计算分层示意,2.2,刚性浅基础的构造与设计,（,6,）地基沉降计算时设定计算,深度,z,n,，在,z,n,以上,取,z,厚度,（见表,2-18,），其沉降量应符合式（,2-19,）的条件。,（,2-19,）,式,中,，,s,n,为,从计算深度底面向上取厚度为,z,的,土层的计算沉降量（,m,），,z,见,图,2-7,并按表,2-18,采用；,s,i,为,在计算深度范围内第,i,层,土的计算沉降量（,m,）,。,2.2,刚性浅基础的构造与设计,（,5,）沉降计算经验,系数,s,可按表,2-17,确定,。,2.2,刚性浅基础的构造与设计,（,7,）当无相邻荷载影响，基底宽度为,1,30 m,时，基底中心的地基沉降计算,深度,zn,也,可按式（,2-20,）计算。,（,2-20,）,式,中,，,b,为,基础宽度（,m,）。,在,计算深度范围内存在基岩时,，,zn,可取,至基岩表面；当存在较厚的坚硬黏土层，其孔隙比小于,0.5,、压缩模量大于,50 MPa,，或存在较厚的密实砂卵石层，其压缩模量大于,80 MPa,时,，,zn,可取,至该土层表面。,2.2,刚性浅基础的构造与设计,验算基础稳定性,4.,（,1,）桥涵墩台基础的抗倾覆稳定，按式（,2-21,）和式（,2-22,）计算（见图,2-8,）,。,（,2-21,）,（,2-22,）,2.2,刚性浅基础的构造与设计,图,2-8,桥涵墩台基础的稳定验算,2.2,刚性浅基础的构造与设计,（,3,）验算墩台抗倾覆和抗滑动的稳定性时，稳定性系数不应小于表,2-20,的规定。,2.2,刚性浅基础的构造与设计,（,2,）桥涵墩台基础的抗滑动稳定性,系数,kc,按式（,2-23,）计算。,（,2-23,）,2.2,刚性浅基础的构造与设计,验算基础稳定性,4.,2.2,刚性浅基础的构造与设计,桥型布置图,U,型桥台的一般构造,2.2,刚性浅基础的构造与设计,重力式桥墩的一般构造,2.2,刚性浅基础的构造与设计,桩基础,是常用的桥梁基础类型。桩基础是由桩及连接桩顶的承台或系梁所组成的基础。基桩是桩基础中的单桩，群桩基础是由两根及以上基桩组成的桩基础。如图,2-12,（,a,）所示，桩身可以全部或部分埋入地基土中，当桩身外露在地面上较高时，应在桩之间加横系梁，以加强各桩之间的横向联系。若干根桩在平面排列上可成为一排或几排，所有桩的顶部由承台连成一整体。在承台上再修筑桥墩、桥台及上部结构。桩可以先预制好，再运至现场沉入土中；也可以就地钻孔（或人工挖孔），然后在孔中浇筑水泥混凝土或置入钢筋骨架后再浇灌混凝土而成桩。,2.3,桩基础的构造与设计,桩基础,的作用是将承台以上结构物传来的外力通过承台，由桩传到较深的地基持力层中。承台将外力传递给各桩并箍住桩顶使各桩共同承受外力。各桩所承受的荷载由桩通过桩侧土的摩阻力及桩端土的抵抗力传递到地基土中，如图,2-12,（,b,）所示。,桩基础,1,墩身；,2,承台；,3,基桩；,4,松软土层；,5,持力层,2.3,桩基础的构造与设计,（,1,）荷载较大，地基上部土层软弱，适宜的地基持力层位置较深，采用浅基础或人工地基在技术上、经济上不合理时。,（,2,）河床冲刷较大，河道不稳定或冲刷深度不易计算正确，如采用浅基础施工困难或不能保证基础安全时。,（,3,）当地基计算沉降过大或结构物对不均匀沉降敏感时，采用桩基础穿过松软（高压缩性）土层，可将荷载传到较坚实（低压缩性）土层，减小结构物的沉降并使沉降较均匀。另外，桩基础还能增强结构物的抗震能力。,（,4,）当施工水位或地下水位较高时。,桩基础是一种深基础，主要适用于下列条件。,2.3,桩基础的构造与设计,桩基础的构造,2.3.1,桩的分类,1.,1,）按承载性状分类,（,1,）,摩擦桩,。桩顶荷载主要由桩侧摩阻力承受，并考虑桩端摩阻力。,（,2,）,端承桩,。桩顶荷载主要由桩端摩阻力承受，并考虑桩侧摩阻力。,2.3,桩基础的构造与设计,2,）按成桩方法分类,（,1,）非挤土桩,（,2,）部分挤土桩,（,3,）挤土桩,非挤土桩分为干作业法钻（挖）孔灌注桩、泥浆护壁法钻孔灌注桩、套管护壁法钻孔灌注桩。,部分挤土桩分为冲孔灌注桩、挤扩孔灌注桩、预钻孔沉桩、敞口预应力混凝土管桩等。,挤土桩分为锤击桩、静压桩、振动沉入预制桩及闭口预应力混凝土管桩等。,2.3,桩基础的构造与设计,（,1,）钻（挖）孔桩适用于各类土层（包括碎石类土层和岩石层），但应注意以下问题。,当钻孔桩用于淤泥及可能发生流沙的土层时，宜先做试桩。,挖孔桩宜用于无地下水或地下水量不多的地层。,（,2,）沉桩可用于黏性土、砂土及碎石类土等。,各类桩基的适用条件,2.,2.3,桩基础的构造与设计,（,1,）冻胀土地区，当承台底面在土中时，其埋置深度应符合,2.2.2,中审核基础埋置深度的有关规定。,（,2,）有流冰的河流，其标高应在最低冰层底面以下不小于,0.25 m,处。,（,3,）有流筏、其他漂流物或船舶撞击时，承台底面标高应保证桩不受直接撞击而损伤。,（,4,）承台底面标高宜根据桥位情况、施工难易程度、美观与整体协调综合确定。,桩基础的承台底面标高,3.,2.3,桩基础的构造与设计,（,1,）位于冻胀土地区的桩，桩间若需设横系梁，其位置应避开冻胀层，以免受冻胀力的作用。,（,2,）在同一桩基中，除特殊设计外，不宜同时采用摩擦桩和端承桩；不宜采用直径不同、材料不同和桩端深度相差过大的桩。,（,3,）对于具有下列情况的大桥、特大桥，应通过静载荷试验确定单桩承载力。,桩的入土深度远超过常用桩。,地质情况复杂，难以确定桩的承载力。,有其他特殊要求的桥梁用桩。,其他规定,4.,2.3,桩基础的构造与设计,钻孔桩的设计直径不宜小于,0.8 m,；挖孔桩的直径或最小边宽度不宜小于,1.2 m,；钢筋混凝土管桩的直径可采用,0.4,0.8 m,，管壁的最小厚度不宜小于,80 mm,。,桩与桩基础的构造,2.,2.3,桩基础的构造与设计,1,）混凝土桩,（,1,）桩身混凝土强度等级，钻（挖）孔桩、沉桩不应低于,C25,；管桩填芯混凝土不应低于,C15,。,（,2,）钢筋混凝土沉桩的桩身，应按运输、沉入和使用各阶段内力要求通长配筋。桩的两端和接桩区箍筋或螺旋筋的间距须加密，其值可取,40,50 mm,。,（,3,）钻（挖）孔桩应按桩身内力大小分段配筋。当内力计算表明不需配筋时，应在桩,顶,3.0,5.0,m,内设构造钢筋。,2.3,桩基础的构造与设计,（,4,）钢筋混凝土预制桩的分节长度应根据施工条件决定，并应尽量减少接头数量。接头强度不应低于桩身强度，接头法兰盘不应突出于桩身之外，在沉桩时和使用过程中接头不应松动和开裂。,（,5,）当桩端嵌入非饱和状态强风化岩的预应力混凝土敞口管桩时，应采取有效的预防渗水软化桩端持力层的措施。,（,6,）当河床岩层有冲刷时，钻孔桩的有效深度应考虑岩层最低冲刷标高。,2.3,桩基础的构造与设计,2,）钢桩,（,1,）钢桩可采用管型或,H,型，其材质应符合现行国家有关规范、标准的规定。,（,2,）钢桩焊接接头应采用等强度连接。使用的焊条、焊丝和焊剂应符合现行国家有关规范、标准的规定。,（,3,）钢桩的端部形式应根据桩所穿越的土层、桩端持力层性质、桩的尺寸、挤土效应等因素综合考虑确定。,2.3,桩基础的构造与设计,海水环境中，钢桩的单面年平均腐蚀速度可按表,2-21,取值，有条件时也可根据现场实测确定；其他条件下，在平均低水位以上，年平均腐蚀速度可取,0.06 mm/a,；在平均低水位以下，年平均腐蚀速度可取,0.03 mm/a,。,钢桩防腐处理可采用外表面涂防腐层、增加腐蚀余量和阴极保护等方法；当钢管桩内壁同外界隔绝时，可不考虑内壁防腐。,（,4,）钢桩的防腐处理应当符合下列规定。,2.3,桩基础的构造与设计,（,1,）群桩的布置可采用对称形、梅花形或环形。,（,2,）桩的中距应符合以下要求。,摩擦桩。锤击、静压沉桩，在桩端处的中距不应小于桩径（或边长）的,3,倍，对于软土地基宜适当增大；振动沉入砂土内的桩，在桩端处的中距不应小于桩径（或边长）的,4,倍。桩在承台底面处的中距不应小于桩径（或边长）的,1.5,倍。,钻孔桩,中距不应小于桩径的,2.5,倍。挖孔桩中距可参照钻孔桩采用,。,钻孔桩中距不应小于桩径的,2.5,倍。挖孔桩中距可参照钻孔桩采用。,3,）桩的布置和中距,2.3,桩基础的构造与设计,端承桩。支承或嵌固在基岩中的钻（挖）孔桩中距不应小于桩径的,2.0,倍。,扩底灌注桩。钻（挖）孔扩底灌注桩中距不应小于,1.5,倍扩底直径或扩底直径加,1.0 m,，取较大者。,（,3,）边桩（或角桩）外侧与承台边缘的距离，对于直径（或边长）小于或等于,1.0 m,的桩，不应小于,0.5,倍桩径（或边长），并不应小于,250 mm,；对于直径大于,1.0 m,的桩，不应,小于,0.3,倍桩,径（或边长），并不应小于,500 mm,。,2.3,桩基础的构造与设计,（,1,）承台的厚度宜为桩直径的,1.0,倍及以上，且不宜小于,1.5 m,，混凝土强度等级不应低于,C25,。,（,2,）当桩顶直接埋入承台连接时，应在每根桩的顶面上设,1,2,层钢筋网。当桩顶主筋伸入承台时，承台在桩身混凝土顶端平面内需设一层钢筋网，在每米内（按每一方向）设钢筋网,1 200,1 500,mm,2,，钢筋直径采用,12,16 mm,，钢筋网应通过桩顶且不应截断。承台的顶面和侧面应设置表层钢筋网，每个面在两个方向的截面面积均不宜小于,400 mm2/m,，钢筋间距不应大于,400 mm,。,4,）承台和横系梁的,构造,2.3,桩基础的构造与设计,（,3,）当用横系梁加强桩之间的整体性时，横系梁的高度可取,0.8,1.0,倍桩的直径，宽度可取,0.6,1.0,倍桩的直径。混凝土的强度等级不应低于,C25,。纵向钢筋不应少于横系梁截面面积的,0.15%,；箍筋直径不应小于,8 mm,，其间距不应大于,400 mm,。,当,横系梁不受力时，构造钢筋应按不小于其横截面面积的,0.15%,设置。,当,桩顶不破头直接埋入承台时，应在桩顶面上设,1,2,层局部钢筋网，钢筋直径不应小于,12 mm,，钢筋网每边长度不小于桩径的,2.5,倍，网孔尺寸为,100 mm,100 mm,150 mm,150 mm,。,2.3,桩基础的构造与设计,5,）桩与承台、横系梁的连接,要求,（,1,）桩顶直接埋入承台连接。当桩径（或边长）小于,0.6 m,时，埋入长度不应小于,2,倍桩径（或边长）；当桩径（或边长）为,0.6,1.2 m,时，埋入长度不应小于,1.2 m,；当桩径（或边长）大于,1.2 m,时，埋入长度不应小于桩径（或边长）。,2.3,桩基础的构造与设计,（,2,）桩顶主筋伸入承台连接。桩身嵌入承台内的深度可采用,100 mm,；伸入承台内的桩顶主筋可做成喇叭形（与竖直线倾斜,15,。,伸入承台内的主筋长度，光圆钢筋不应小于,30,倍钢筋直径（设弯钩），带肋钢筋不应小于,35,倍钢筋直径（不设弯钩,）。,桩顶与承台的连接,2.3,桩基础的构造与设计,（,3,）对于大直径灌注桩，当采用一柱一桩时，可设置横系梁或将桩与柱直接连接。,（,4,）管桩与承台连接时，伸入承台内的纵向钢筋如采用插筋，插筋数量不应少于,4,根，直径不应小于,16 mm,，锚入承台长度不宜少于,35,倍钢筋直径，插入管桩顶填芯混凝土长度不宜小于,1.0 m,。 ,（,5,）横系梁的主钢筋应伸入桩内，其长度不小于,35,倍的主筋直径。,2.3,桩基础的构造与设计,桩基础设计,2.3.2,单桩承载力,1.,桩,的计算可按下列规定进行：承台底面以上的荷载假定全部由桩承受；桥台土压力可自填土前的原地面起算。,在,软土和软弱地基土层较厚、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等因素所引起的负摩阻力的影响。,2.3,桩基础的构造与设计,1,）摩擦桩单桩轴向容许,承载力,（,1,）钻（挖）孔灌注桩的承载力容许值。, （,2-24,）,（,2-25,）,（,2,）沉桩的承载力容许值。, （,2-26,）,2.3,桩基础的构造与设计,3,）嵌入基岩中的深度,当,河床岩层有冲刷时，桩基须嵌入基岩，嵌岩桩按桩底嵌固设计。其应嵌入基岩中的深度，可按式（,2-29,）和式（,2-30,）计算,。,（,1,）圆形桩。,（,2-29,）,（,2,）矩形桩。,（,2-30,）,2.3,桩基础的构造与设计,4,）压浆灌注桩单桩轴向容许,承载力,桩,端后压浆灌注桩单桩轴向受压承载力容许值，应通过静载试验确定。在符合,公路桥涵地基与基础设计规范,（,JTG D63,2007,）附录,N,规定的条件下，后压浆单桩轴向受压承载力容许值可按式（,2-31,）计算。, （,2-31,）,2.3,桩基础的构造与设计,按,以上计算的单桩轴向受压承载力容许,值,R,a,，应根据桩的受荷阶段及受荷情况乘以表,2-30,规定的抗力系数。,2.3,桩基础的构造与设计,2,）嵌岩桩、沉桩的单桩轴向容许,承载力,支承,在基岩上或嵌入基岩内的钻（挖）孔桩、沉桩的单桩轴向受压承载力容许,值,Ra,可按式（,2-28,）计算,。,（,2-28,）,2.3,桩基础的构造与设计,5,）摩擦桩单桩轴向受拉容许承载力,摩擦桩,应根据桩承受作用的情况决定是否允许出现拉力。当桩的轴向力由结构自重、预加力、土重、土侧压力、汽车荷载和人群荷载短期效应组合所引起时，桩不允许受拉；当桩的轴向力由上述荷载并与其他作用组成的短期效应组合或荷载效应的偶然组合（地震作用除外）所引起时，则桩允许受拉。摩擦桩单桩轴向受拉承载力容许值按式（,2-32,）计算。, （,2-32,）,2.3,桩基础的构造与设计,【,例,2-1】,2.3,桩基础的构造与设计,【,例,2-1】,2.3,桩基础的构造与设计,桩的负摩擦力,2.,桩,受轴向压力后，相对于桩侧土做向下位移，土对桩会产生向上作用的摩阻力，称正摩阻力，如图,2-15,（,a,）所示。但是，当桩穿过软弱可压缩土层，桩身周围土由于自重固结、自重湿陷、地面附加荷载等原因而产生大于桩身的沉降时，土对桩侧表面所产生的向下作用的摩阻力，称负摩阻力，如图,2-15,（,b,）所示。,2.3,桩基础的构造与设计,桩的正、负摩阻力,2.3,桩基础的构造与设计,【,例,2-1】,2.3,桩基础的构造与设计,要,想确定桩身负摩阻力的大小，就要先确定产生负摩阻力的深度和负摩阻力强度的大小。,桩,身负摩阻力并不一定产生于整个软弱压缩土层中。产生负摩阻力的深度就是桩侧土层对桩产生相对下沉的范围，它与桩侧土的压缩、固结、桩身压缩及桩底下沉等直接相关。桩侧土的压缩与地表作用荷载及土的压缩性质有关，并随深度的增加而逐渐减小；而桩在外荷作用下，桩底的下沉量为一定值，桩身的压缩变形却随深度的增加而相应减小，因此，当到达一定深度后，桩侧土的下沉量有可能与桩身的位移量相等，此时土对桩无相对向下位移，即不产生负摩阻力；在此深度以下，桩的位移大于桩侧土的下沉量，桩身上仍为向上作用的正摩阻力。,2.3,桩基础的构造与设计,正,、负摩阻力变换处的位置，称为中性点，如,图所,示。显然中性点位置的确定与作用荷载和桩侧土的性质有关。,中性点位置,2.3,桩基础的构造与设计,桩,基设计必须满足地基土的抗力和桩身强度两方面的要求。因此，设计中对负摩擦力的考虑主要是看其对地基土抗力和桩身强度的影响，其主要影响如下。,（,1,）作用于桩侧表面的总负摩擦力有可能使桩的负荷过大，从而使桩基的沉降过大或桩身结构受到损坏。,（,2,）正如前面已指出过的，由于桩承担了一部分土体重量，即负摩擦力减少了桩端标高处的有效覆盖压力，这可能导致桩端摩阻力降低。,（,3,）当建筑物的部分基础或同一基础上的部分桩产生负摩擦力时，将出现桩群的不均匀沉降，致使上部结构损坏。,2.3,桩基础的构造与设计,（,4,）负摩擦力对桩的作用可达到中性点的标高处。在挪威，一般认为如果把中性点以下桩的弹性压缩都考虑在内的话，可假设中性点是位于周围土沉降为,5 mm,的标高处；对打到基岩的桩，一般认为应假设中性点位于桩端处。,（,5,）桩群四角的桩分担到的负摩擦力比桩群内部的桩要大。,（,6,）在正常固结的软黏土中，如果桩长为,20,25 m,，其负摩擦力常常与桩的容许荷载值相等，在此种情况下，应估计到端承桩会转变为摩擦桩。,2.3,桩基础的构造与设计,工程实践证实，负摩阻力产生的后果主要反映在桩基下沉量的增加或发生基础不均匀沉降而影响结构物的使用。随着工程技术的不断发展，常常采取对桩身涂以处理后的沥青、油漆等措施来改变桩土接触表面的摩阻性能，从而减小负摩阻力值。,2.3,桩基础的构造与设计,桩基础设计的计算步骤,3.,根据所收集的必要设计资料拟定出设计方案,进行基桩和承台强度、稳定、变形验算，经过计算、比较、修改直至符合各项要求,确定较佳的设计方案,2.3,桩基础的构造与设计,1,）桩基础设计应遵循的,原则,（,1,）设计前进行必要的基本情况调查。,（,2,）认真选定适用、简便可行而又可靠的设计方法，认真测定和选用有代表性的且可靠的原始参数。,（,3,）在确定桩的设计承载力时应考虑不同结构物的容许沉降量。,2.3,桩基础的构造与设计,1,）桩基础设计应遵循的,原则,（,4,）目前，混凝土结构设计规范已采用以概率理论为基础的极限状态设计法，因此在桩基设计工作中采用可靠性分析原理，按极限状态设计自然也就成为发展的总趋势，即在采用传统的定值设计法进行桩基设计时，理应在设计概念和方法上逐渐向概率极限状态设计过渡。,（,5,）设计桩基时应遵循和执行有关技术规范的规定，当然，规范不是拐杖，在某些特殊情况下应该灵活对待和处理。,2.3,桩基础的构造与设计,2,）桩基础类型的选择,（,1,）承台底面标高的选定。承台底面的标高应根据桩的受力情况、桩的刚度，以及地形、地质、水流、施工等条件确定。承台低稳定性较好，但在水中施工难度较大，因此可用于季节性河流、冲刷小的河流或岸滩上墩台及旱地上其他结构物基础。当承台埋于冻胀土层中时，为了避免由于土的冻胀引起桩基础的损坏，承台底面应位于冻结线以下不小于,0.25 m,。,2.3,桩基础的构造与设计,对于,常年有流水、冲刷较深，或水位较高、施工排水困难的，在受力条件允许的情况下，应尽可能采用高桩承台。承台如在水中，在有流水的河道，承台底面应位于最低冰层底面以下不少于,0.25 m,；在有其他漂流物或通航的河道，承台底面也应适当放低，以保证基桩不会直接受到撞击，否则应设置防撞击装置。对于有冲刷的河流，还应考虑冲刷的影响。,采用,木桩时，由于木材在湿度经常变化的环境中容易腐朽，因此，承台内的木桩顶应位于最低水位以下至少,0.3 m,。,2.3,桩基础的构造与设计,当作,用于桩基础的水平力和弯矩较大，或桩侧土质较差时，为了减少桩身所受的弯矩、剪力，可适当降低承台底面；为节省墩台身圬工数量，则可适当提高承台底面。,到底,是采用高桩承台还是低桩承台，宜从受力情况、变位情况、稳定情况、施工条件等方面进行比较后选定。,2.3,桩基础的构造与设计,（,2,）柱桩桩基和摩擦桩桩基的选定。柱桩与摩擦桩的选择主要是根据地质和受力情况确定。柱桩桩基的承载力大、沉降量小，较为安全可靠，因此，当基岩埋深较浅时应考虑采用柱桩桩基。若适宜的岩层埋置较深或受到施工条件的限制不宜采用柱桩时，则可采用摩擦桩。但在同一桩基础中不宜同时采用柱桩和摩擦桩，同时也不宜采用不同材料、不同直径和长度相差过大的桩，以避免柱基产生不均匀沉降或丧失稳定性，同时也可避免在施工中由此而产生的不便和困难。,2.3,桩基础的构造与设计,当,采用柱桩时，除桩底支承在基岩上（柱承桩）外，如覆盖层较薄，或水平荷载较大时，还需将桩底端嵌入基岩中一定深度成为嵌岩桩，以增加桩基的稳定性和承载能力。,为,保证嵌固牢靠，嵌入新鲜岩层的最小深度不应小于,0.5 m,。若新鲜岩层埋藏较深，微风化层、弱风化层厚度较大，则宜通过计算确定其嵌入深度,。,2.3,桩基础的构造与设计,（,3,）单排桩桩基和多排桩桩基的选定。单排桩桩基和多排桩桩基主要根据受力情况来确定，但也与桩长、桩数的确定密切相关。多排桩稳定性好，抗弯刚度较大，能承受较大的水平荷载，水平位移较小，但多排桩的设置会增大承台的尺寸，增加施工难度，有时还会影响航道。,单,排桩与多排桩相反，能较好地与柱式墩台结构形式配用，可节省圬工，减小作用在桩基的竖向荷载。因此，当桥梁跨径不大、桥高较矮时，或单桩承载力较大、需要桩数不多时常采用单排排架式桩基础。,2.3,桩基础的构造与设计,公路,桥梁自采用了具有较大刚度的钻孔灌注桩后，选用盖梁式承台双柱或多柱式单排墩台桩柱基础也较广泛。对较高的桥台、拱桥桥台、制动墩和单向水平推力墩基础则常需用多排桩。在桩基受有较大水平力作用时，无论是单排桩还是多排桩，一般还需选用斜桩或竖直桩配用斜桩的形式来增加桩基抗水平力的能力和稳定性。,2.3,桩基础的构造与设计,（,4,）施工方式的选择。桩基的施工方式或按材料从打入桩、振动下沉桩、钻（挖）孔灌注桩、管桩基础等桩型的选择应根据地质情况、上部结构要求和施工技术设备条件等确定。,（,5,）承台尺寸的拟定。拟定承台尺寸时，应根据受力情况，按照有关设计规范和施工规范拟定其平面尺寸和立面尺寸，承台厚度一般为,1.0,2.5 m,。在拟定承台底面尺寸时，要求扩展角不超过刚性角。,2.3,桩基础的构造与设计,3,）桩径、桩长的拟定和单桩容许承载力的,确定,（,1,）桩径的拟定。当桩基础类型选定以后，桩的横截面尺寸可根据各类桩的特点及常用尺寸，并考虑工程地质情况和施工条件来确定。若采用钻孔桩，则以钻头直径作为设计直径，钻头直径的常用规格为,0.8 m,，,1.0 m,，,1.25 m,，,1.5 m,等。,（,2,）桩长的拟定。可先根据地质条件选择适宜的桩底持力层，初步确定桩长，因为桩底持力层对于桩的承载力和沉降有着重要影响。此外，还应考虑施工的可能性，如钻进的最大深度、孔径等,。,2.3,桩基础的构造与设计,（,3,）单桩容许承载力的确定。,桩,横截面积尺寸和桩长确定后，应根据地质资料确定单桩容许承载力，进而估算桩数和进行桩基验算。单桩容许承载力的确定，对于一般性桥梁和结构物，或在各种工程的初步设计阶段可按经验（规范）公式估算；而对于大型、重要桥梁或复杂地基条件，则应通过试桩或其他方法，经详细分析比较后进行较为准确合理的确定。,2.3,桩基础的构造与设计,4,）