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第二章 天然地基上的浅基础
天然地基上的基础：
浅基础 埋入地层深度较浅
施工 敞开挖基坑 明挖基础
设计计算，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
造价也较低
优先选用
深基础 埋入地层较深 >5m
结构形式和施工方法复杂
设计计算时需考虑基础侧面土体的影响
深水基础 采用深水围堰清除覆盖层
按浅基础形式将基础直接放在基岩上
施工方法较复杂
第一节 天然地基上浅基础的类型及构造
一、浅基础常用类型及适用条件
根据受力条件天然地基浅基础可分为：
刚性基础 柔性基础
刚性基础：
概念： 当基础在外力(包括基础自重) 作用下，基底承受着强度为σ的
地基反力，基础的悬出部分(图2-1b),a-a 断面左端，相当
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优点：
缺点：
适用条件：
常用材料：混凝土
粗料石
片石
柔性基础
概念：
优点：
缺点：
适用条件：
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。基础污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) 。 稳定性好、施工简便、能承受较大的荷载。 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，否则会因所爱的荷载压力超过地基强度而影响结构物的正常使用。 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虑的基础形式。对于荷载大或上部结构对沉降差较敏感的结构物，当持力层的士质较差又较厚时，不适宜的。 抗压强度高、耐久性好，任意形状，标号不小于15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) 但片石的强度标号不应低于25号，也不应低于混凝士标号。 石料外形大致方整，厚度约2Ocm 一3Ocm ，宽度和长度分别为厚度1.0一1.5和2.54.0倍, 石料标号不应小于25号，砌筑时应错缝，一般采用5号水泥砂浆。 小桥涵基础，厚度不小于l5cm ，不小于25号，5号或2.5号砂浆 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污工的强度极限值，为了防止基础在a-a 断面开裂甚至断裂，必须在基础中配置足够数量的钢筋。 它整体性能较好，抗弯刚度较大。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均匀引起结构物损坏的影响。 钢筋和水泥的用量较大，施工技术的要求也较高。 土质较差的地基上修建高层建筑时，采用这种基础形式是适宜的。
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材料： 钢筋混凝土灌筑
形式： 柱下扩展基础、条形、十字形基础、筏板及箱形
二、浅基础的构造
(一) 刚性扩大基础(图2-2)
地基强度低
墩台、墙、柱强度高
基础平面尺寸扩大
刚性扩大基础
(二) 单独和联合基础(图2-3)
(三) 条形基础（图2-4）
条形基础：
墙下条形基础
柱下条形基础
桥涵及其它构造物常用的基础形式，其平面形状常为矩形。 每边扩大的尺寸最小为0.2m ～0.5 土质、基础厚度、埋置深度、施工方法 每边扩大的最大尺寸材料刚性角 当基础较厚时 台阶形 减少基础自重，节省材料。 单独基础：立柱式桥墩和房屋建筑常用的基础形式之一。 台阶式 石或砖砌筑时， 锥形 钢筋混凝士浇注 联合基础：当为了满足地基强度要求，必须扩大基础平面尺寸，而扩大结果使相邻的单独基础在平面上相接甚至重叠时，则可将它们连在一起 (图2-3b)) 。 挡土墙下或涵洞下常用的基础形式。 在横剖面可以是矩形或将一侧筑成台阶形。 如挡土墙很长设置沉降缝。 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 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，也可以如图示那样在柱位处加腋的 在桥梁基础中，它一般是做成刚性基础，个别的也可做成柔性基础。
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十字型基础 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，这便成为。这是房屋建筑常
用的基础形式，它也是一种交叉条形基础。
(四) 筏板和箱形基础(图2-62-7)
筏板和箱形基础都是房屋建筑常用的基础形式。
筏板式钢筋混凝土基础： 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，这样既扩大了基底面积又增强了基础的整体
性，并避免结构物局部发生的不均匀沉降。
箱形基础： 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 (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
较弱土层厚，建筑物对不均匀沉降较敏感时或荷载较大而
基础建筑面积不大大的高层建筑。
【思考题】
1．浅基础与深基础有哪些区别?
2．何谓刚性基础，刚性基础有什么特点?
【第3次课】
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第二节 础埋置深度的确定及刚性扩大基础尺寸的拟定
一、基础埋置深度的确定
是重要步骤 它涉及到结构物建成后的牢固，稳定及正常使
用问题。
要求： 变形较小，而强度又比较大的持力层，以保证地基强度满足要
求，而且不致产生过大的沉降或沉降差。此外还要使基础
有足够的理量深度，以保证基础的稳定性，确保基础的安
全。
考虑因素： 地基的地质、地形条件、河流的冲刷程度、当地的冻结深度、
上部结构形式，以及保证持力层稳定所需的最小埋深和施
工技术条件、造价等因素。
(一) 地基的地质条件
地质条件是确定基础埋置深度的重要因素之一。
岩石地基：
覆盖土层较薄的岩石地基： 一般应清除覆盖土和风化层后，将基础直接修建在新鲜岩面上
如岩石的风化层很厚： 难以全部清除时，基础放在风化层中的埋置深度应根据其风化
程度、冲刷深度及相应的容许承载力来确定。
岩层表面倾斜时： 不得将基础的一部分置于岩层上，而另一部分则置于土层上，
以防基础因不均匀沉降而发生倾斜甚至断裂。
在陡峭山坡上修建桥台： 还应注意岩体的稳定性。
非岩石地基：
受压层范围内为均质土 基础埋置深度除应满足冲刷、冻胀等要求外，可根据荷载大小，
由地基土的承载能力和沉降特性来确定(同时考虑基础需
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要的最小埋深) 。
地层为多层土 对大中型桥梁、结构物基础持力层的选定，应通过较详细计算
或方案比较后确定。
(二) 河流的冲刷深度
墩台修建 流水面积缩，流速增加 水流冲刷河床
防止桥梁墩、台基础四周和基底下士层被水流掏空冲走以致倒
塌
基础必须埋置在设计洪水
的最大冲刷线以下一定
的深度，以保证基础的稳
定性。
小桥涵的基础底面应设置
在设计洪水冲刷线以下
不小于lm 。
基础在设计洪水冲刷总深度
以下的最小埋置深度
不应是一个定值 ---河床地层的抗冲刷能力
---计算设计流量的可靠性
---选用计算冲刷深度的方法
---桥梁的重要性
---破坏后修复的难易程度等因素有关
大、中桥基础的基底在设计洪水冲刷总深度以下的最小埋置深
度见表2-1（P14）
计算冲刷深度时，应考虑可能产生的不利因素：
水利规划使河道变迁
水文资料不足
河床为变迁性和不稳定河段等时，上列数值应适当加大。
覆盖土层较薄的岩石地基，河床冲刷严重的大桥桥墩基础，基础
应置于新鲜岩面或弱风化层中并有足够埋深，以保证其稳
定性。也可用其它锚固等的措施，使基础与岩层能联成整
体，以保证整个基础的稳定性。
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(三) 当地的冻结深度
产生冻胀的原因：
对于冻胀性土
《公路基规》规定
(四) 上部结构型式
上部结构的型式不同，
对超静定结构
(五) 当地的地形条件
较陡的土坡
风化层较厚，在满足冲刷深度要求下，一般桥梁的基础可设置在风化层内，此时，地基各项条件均按非岩石考虑。 冬季气温下降，当地面下一定深度内土中的温度达到冰冻温度时，士中孔隙水分开始冻结，体积增大，使土体产生一定的隆胀。 如土温在较长时间内保持在冻结温度以下，水分能从未冻结土层不断地向冻结区迁移，引起地基的冻胀和隆起，这些都可能使基础遭受损坏。为了保证结构物不受地基土季节性冻胀的影响，除地基为非冻胀性土外，基础底面应埋置在天然最大冻结线以下一定深度。 当上部结构为超静定结构时，基底应埋置在最深冻结线以下不小于0.25m ；对静定结构的基础，一般也按此要求，但在冻结较深地区，为了减少基础埋深，有些类别的冻土经计算后也可将基底置于最大冻结线以上。 对基础产生的位移要求也不同。 对中、小跨度简支梁来说，这项因素对确定基础的理直深度影响不大。 便基础发生较小的不均匀沉降也会使内力产生一定变化。 如对拱桥桥台，为了减少可能产生的水平位移和沉降差值，有时需将基础设置在埋藏较深的坚实上层上。 当墩台、挡土墙等结构位于较陡的土坡上，在确定基础埋深时，还应考虑土坡连同结构物基础一起滑动的稳定性。 确定地基承载力时，是按地面为水平的情况下确定的，因而当地基为倾斜土坡时，应结合实际情况，予以适当折减并采取以下措施。 基础位于较陡的岩体上，可将基础做成台阶形，但要注意岩体的稳定性。 基础前缘至岩层坡面间必须留有适当的安全距离，（持力层岩
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石、土的类别及斜坡坡度）根据挡土墙设计要求，基础前
缘至斜坡面间的安全距离l 及基础嵌入地基中的深度h 与持
力层岩石(或土) 类的关系见表2-2。但具体应用时，因桥梁
基础承受荷载比较大，而且受力较复杂，采用表列，值宜
适当增大，必要时应降低地基容许承载
(六) 保证持力层稳定所需的最小埋置深度
基础的理置深度不小于lm ： 地表土在温度和湿度的影响下，会产生一定的风化作用，其性
质是不稳定的。加上人类和动物活动以及植物的生长作用，
也会破坏地表土层的结构，影响其强度和稳定，所以一般
地表土不宜作为挎力层。为了保证地基和基础的稳定性，
基础的理置深度(除岩石地基外) 应在天然地面或无冲刷河
流的河底以下不小于lm 。
除此以外，在确定基础埋置深度时，还应考虑相邻结构
物的影响，如新结构物基础比原有结构物基础深，则施工挖
土有可能影响原有基础的稳定。施工技术条件(施工设备、排
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水条件、支撑要求等) 及经济分析等对基础埋深也有一定影响，
这些因素也应考虑。
上述影响基础埋深的因素也适用于其它类型的基础(如沉井基
础) 。
简例 说明如何较合理地确定基础埋置深度和选择持力层
某河流的水文资料和土层分布及其容许承载力如图2-8所示。
根据上述水文地质资料，如施工技术条件有充分保证，由于基
础修建在常年有水的河中(上部为静定结构) ，因而对上述
因素(三) 至(六) 可以排除。
从土质条件来看，土层(1)(111)(IV)均可作为持力层
第一方案： 浅基础，其埋置深度，只需根据最大冲刷线确定其最小埋置深
度，即在最大冲刷线以下h 1=2m，然后验算土层(1)(11)的
承载力是否满足要求。
第二方案： 如第一方案不能通过，就应按土质条件将基底设置在土层(111)
上，但埋深h2达8m 以上，若仍采用浅基础大开挖施工方
案则要考虑技术上的可能性和经济上的合理性，这时也可
考虑沉井基础或桩基础。
第三方案： 桩基础，如荷载大，要求基础理得更深时，则可考虑，将桩底
设置在土层（Ⅳ）中。采用这一方案时，可以避免水下施
工，给施工带来便利。
二、刚性扩大基础尺寸的拟定
刚性扩大基础尺寸拟定： 主要根据基础埋置深度确定基础平面尺寸和基础分层厚度。
基础厚度： 应根据墩、台身结构形式，荷载大小，选用的基础材料等因
素来确定。
基底标高应按基础埋深的要求确定。
水中基础顶面一般不高于最低水位，在季节性流水的河流或
旱地上的桥梁墩、台基础，则不宜高出地面，以防碰损。
基础厚度可按上述要求所确定的基础底面和顶面标高求得。
在一般情况下，大、中桥墩、台混凝士基础厚度在
1.0--2.0m 左右。
基础平面尺寸： 基础平面形式一般应考虑墩、合身底面的形状而确定，基础
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平面形状常用矩形。基础底面长宽尺寸与高度有如下的关系
式(图2-9) ：
a=l+2Htgα
襟边：
作用：
取值：
刚性角：
b=d+2Htgα 式中：l----- 墩、台身底截面长度(m); d---- 墩、台身底截面宽度(m); H---- 基础高度(m); α----墩、台身底截面边缘至基础边缘连线与垂线间的夹角。 刚性扩大基础的剖面形式一般做成矩形或台阶形，如图2-9所示。自墩、台身底边缘至基顶边缘的距离c 称襟边。 一方面是扩大基底面积增加基础承载力，同时也便于调整基础施工时在平面尺寸上可能发生的误差，也为了支立墩、合身模板的需要。 应视基底面积的要求、基础厚度及施工方法而定。桥梁墩台基础襟边最小值为20cm--30cm 。 基础较厚(超过lm 以上) 时，可将基础的剖面浇砌成台阶形，如图2-9b) 所示。 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，在a-a 截面(图2-9b)) 所产生的弯曲拉应力和剪应力不超过基础污工的强度限值。所以满足上述要求时，就可得到自墩台身边缘处的垂线与基底边缘的联线间的最大夹角αmax ，称为刚性角。 在设计时，应使每个台阶宽度ci 与厚度ti 保持在一定比例内，使其夹角αi
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α
混凝土浇筑时，αmax ≤35度
max ≤40度
基础每层台阶高度ti 通常为0.50m--1.00m ，在一般情况下各层
台阶宜采取相同厚度。
第三节 刚性扩大基础的验算
在基础埋置深度和构造尺寸确定以后，就应根据可能产生的最
不利荷载组合对地基与基础进行验算。主要验算地基承载
力，基底合力偏心距，地基与基础稳定性，基础沉降等。
一、地基承载力验算
(一) 持力层强度验算
持力层： 是直接与基底相接触的土层，持力层承载力验算要求荷载在基
底产生的地基应力不超过持力层的地基容许承载力。
基底应力的分布： 在理论上可采用弹性理论求得较精确解，在土力学课程中已做
了这方面的介绍，在实践中采用简化方法，即按材料力学
偏心受压公式进行计算。由于浅基础埋置深度浅，在计算
中可不计基础四周土的摩阻力和弹性抗力的作用，其计算
式
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σmax,min =N/A ±M/W ≤ [σ]
σ-- 基底应力(kPa);
N -- 基底以上竖向荷载(kN);
A -- 基底面积(m');
M -- 作用于墩、台上各外力对基底形心轴之力矩(kN.m)，
M=ΣT i h i +ΣP i e i =Ne0
其中T i 为水平力，h i 为水平力作用点至基底的距离，
Pi 为竖向力e i 为竖向力Pi 作用点至基底形心
的偏心距山为合力偏心距其计算见式(2-9);
W -- 基底截面模量(m) ，对矩形基础，W=ab/6=ρA, ρ
为基底核心半径
[σ] -- 基底处持力层地基容许承载为(kPa)。
式(2-2)也可改写为：
σmax,min =N/A ±Ne 0/ρA =N/A(1±e 0/ρ) ≤ [σ] (2-3)
从式(2-3)，分析可知:
当e 0=0时, σ=N/A，基底压应力均匀分布，压应力分布
图为矩形(图2-10a)) 。
当e 00，基底压应力分布图为梯形(图
2-10b)
当e 0=ρ时，1±e 0/ρ=0，这时σ
图为三角形(图2-10c)) 。
当e 0>ρ时，1-e 0/ρ
拉应力。
此时若持力层为土质，则基底与土之间不能承受拉应力；
若持力层为岩石，除基础混凝土浇注在岩石地基上，基
底也不能承受拉应力。
因此需考虑基底应力重分布，并假定全部荷载由受压部
分承担及基底压应力仍按三角形分布(图2-10d)) 。
对矩形基础、其受压分布宽度为b ’，则从三角形分
布压力合力作用点及静力平衡条件可得： 基底压应力分布,min =0，,min
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K=b’/3 K=b/2-e0
b ’=3(b/2-e0)
N=ab’ σmax, /2=3aσmax, (b/2-e0)/2
σmax, =2N/3a(b/2-e0)
对公路桥梁，通常基础横桥向长度比顺桥向宽
度大的多，同时上部结构在横桥向布置
常是对称的，故一般由顺桥向控制基底
应力计算。
对通航河流或河流中有漂流物时，应计算船舶
撞击力或漂流物撞击力在横桥向产生
的基底应力，并与顺桥向基底应力比
较，取其大者控制设计。
在曲线上的桥梁，除顺桥向
引起的力矩Mx 外，尚有离心力(横桥向
水平力) 在横桥向产生的力矩My ；
若桥面上活载考虑横向分布的偏心作用时，则
偏心竖向力对基底两个方向中心轴均
有偏心距分别为外力对基底顺桥向中
心轴和横桥向中心轴之力矩，要分别考
虑。
【思考题】
1．确定基础埋置深度应考虑哪些因素? 基础埋置深度对地基承载力、沉降有什么影响?
2．何谓刚性角，它与什么因素有关?
【作业】P51 2-9
【第4次课】
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(二) 软弱下卧层承载力验算
持力层以下有软弱下卧层(指容许承载力小于持力层容许承载
力的土层) ，这时还应验算软弱下卧层的承载力，验算时先
计算软弱下卧层顶面A(在基底形心轴下) 的总应力(包括自
重应力及附加应力) 不得大于该处地基土的容许承载力(图
2-12) 。即
-γ2h) ≤[σ]h+z
3式中： γ1 -- 相应于深度(h+z)以内土的换算容重（kN/m）;
γ2 --深度h 范围内土层的换算容重（kN/m3） σh+z=γ1(h+z)+a(σ h -- 基底埋深(m);
z -- 从基底到软弱土层顶面的距离(m);
a -- 基底中心下土中附加应力系数，可按士力学教材或
规范提供系数表查用
σ -- 由计算荷载产生的基底压应力(kPa)，当基底压应
力为不均匀分布z/b>1时，σ为基底平均压应力，
当z/b
b/3—b/4处的压应力(其中b 为矩形基础的短边宽
度或为圆形基础直径);
[σ]h+z --软弱下卧层顶面处的容许承载力(kPa)，可按式
(2-8)或式(6-2)(6-4)计算。
当软弱下卧层为压缩性较高而且较厚的软粘土，或当上部结
构对基础沉降有一定要求时，除承载力旺满足上述要求
外，还应验算包括软弱下卧层的基础沉降量。
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(三) 地基容许承载力的确定
地基容许承载力的确定一般有几种途径:
（1）在土质基本相同的条件下，参照邻近结构物地基容许
承载力;
（2）根据现场荷载试验或触探试验资料;
(3) 按地基承载力理论公式计算;
(4) 按现行规范提供的经验公式计算。
常用方法（规范法）： 根据土工试验资料，按规范提供的经验公式和参确定
它是根据我国各部门多年来的实践经验，收集了大量荷载试验
和对已建结构物的观测资料，通过理论和统计分析后制定
的，它使确定地基土容许承载力的工作大为简化。
我国幅员辽阔，上质变化较复杂，规范仅对一般土质条件作了
规定，对一些特殊地基，如疏松状态的砂土、接近流动状
态的软弱粘性土、含有大量有机质土和盐渍士。
对于大的或较重要的工程，还应结合具体情况，综合采用荷载
试验，现场标贯或静力触探及理论计算等方法研究分析后
确定。
《公桥基规》确定地基容许承载力的步骤和方法如下：
1．确定土的分类名称
通常把--般地基土，根据塑性指数、粒径、工程地质特性等分
为六类，即粘性土、砂类土、碎卵石类土、黄土、冻土及
岩石。
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2．确定土的状态
土的状态是指土层所处的天然松密和稠度状况。
粘性土：按液性指数IL 分为坚硬、半坚硬状态、硬塑、软塑
状态和流塑状态;
砂类土根据相对密度分为稍松、中等密实、密实状态;
碎卵石类土则按密实度分为密实、中等密实及松散
3．确定土的容许承载力
当基础b>2m或h>3m，且h/b≤4时，上述一般地基土(除冻
土和岩石外) 的容许承载力可按下式计算:
[σ]= [σ0]+K1γ1(b-2)+K2γ2(h-3) (2-8)
式中：[σ0]--当b>2m或h>3m时，地基土容许承载力，直接
从规范查取，一般粘性土和砂土地基容许承载
力如表2-3和表2-4
b--基础验算剖面底面最小边宽(或直径)(m)，当b
时，取b=2m计, 当b>l0m时，按l0m 计算;
h 一基础底面的理置深度(m)，对于受水流冲刷的基
础，由一般冲刷线算起; 不受水流冲刷的基础，
由天然地面算起，位于挖方内的基础，由开挖
后地面算起, 当h
γ1--基底下持力层土的天然容重，如持力层在水面以
下且为透水性土时，应取用浮容重;
γ2--基底以上土的容量(如为多层士时用换算容重) 伙
N/m')，如持力层在水面以下且为不透水性土
时，不论基底以上土的透水性质如何，应一律
采用饱和容重，如持力层为透水性土时，应一
律采用浮容量;
K 1 ，K 2--按持力层士类确定在基础宽度和深度方面的
修正系数，其值按持力层土类从表2-5选用。
关于修正系数K 1、K 2：
K1为验算剖面底面宽度大于2m 时地基容许承载力的
修正提高系数。
但若地基土为粘性士(包括黄土) 时，受压后其后期沉
降量较大，基础愈宽，沉降也愈大，这对结构物正
常使用是不利的，加上在制定容许承载力值[σ0]
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二、基底合力偏心距验算
时，已适当考虑了基础宽度的影响，故对粘性土和黄土的地基容许承载力不再考虑宽度修正，这样可以保证基础不致产生过大的沉降。 对于砂土和碎石土地基，沉降在施工期间已大部完成，所以受压后的后期沉降比较小，在基础宽度加大后，地基承载力有显著提高，故必须予以修正。 由于基础过宽会增加沉降的不利因素。所以基础宽度超过l0m 者，仍按l0m 予以修正提高。 K2基础埋深超过3m 时地基容许承载力的提高值。 这主要考虑到随着基础埋深的增加，基础底面以上土的自重也随着增大，这对阻止基底下地基土在荷载作用下的挤出是有利的。 根据国内外试验资料的分析，当h/b≤4时，地基承载力随深度成直线比例增长；当4l0时，地基承载力几乎为常数，因此为了安全起见，只有当斤乃之4时地基容许承载力才予以提高。 当持力层为不透水性土时，基底不受水浮力作用，基底以上的水柱压力可当作超载看待，故地基容许承载力[o]随平均常水位至一般冲刷线水深每米可增加10kPa 。 当计算荷载为组合Ⅱ、Ⅲ、IV 、V 时，且地基容许承载力不小于150kPa 的地基，地基容许承载力可以提高25%--50%。 当受到地震力作用时，应按《公路工程抗震设计规范》的规定确定。 上述地基承载力验算是按容许应力设计方法进行。地基承载力按极限状态设计方法计算是目前的发展方向，有些国家已制定了设计标准，我国有关标准的研究工作和准备工作也已进行多年，如对已有的测设积累的土层资料的概率处理，土性参数的概率分析等，有些专业规范已开始考虑土性试验指标的概率影响。但由于岩土的特性，问题较复杂，关键问题尚待解决，因而现行桥涵地基规范仍按容许应力法进行。 墩、台基础的设计计算，必须控制基底合力偏心距
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基底应力分布比较均匀，以免基底两侧应力相差
过大，使基础产生较大的不均匀沉降，墩、台发生倾斜，
影响正常使用。
若使合力通过基底中心，虽然可得均匀的应力，但这样做非但
不经济，往往也是不可能的，所以在设计时按以下原则
掌握。
对于非岩石地基， 以不出现拉应力为原则：
当墩、台仅受恒载作用时，
e 0
当墩、台受荷载组合Ⅱ、Ⅲ、IV 时，e 0
岩石地基上的基础， 可以允许出现拉应力，根据岩石的强度：
可e 0=1.2-1.5ρ
其中:基底以上外力合力作用点对基底形心轴的偏心距e 0
按下式计算：
e 0=ΣM/N
墩、台基础基底截面核心半径ρ按下式计算：
ρ=W/A
当外力合力作用点不在基底二个对称轴中任一对称轴
上，或当基底截面为不对称时，可直接按下式求的与ρ
的比值，使其满足规定的要求:
e 0/ρ=1-σmax A/N
三、基础稳定性和地基稳定性验算
基础稳定性验算： 基础倾覆稳定性验算
基础滑动稳定性验算
地基的稳定性验算： （对某些土质条件下的桥台、挡土墙还要验算）
(一) 基础稳定性验算
1. 基础倾覆稳定性验算
基础倾覆或倾斜原因： 地基的强度和变形，
较大的单向水平推力而其合力作用点又离基础底面的距
离较高（如挡土墙或高桥台受侧向土压力作用，大
跨度拱桥在施工中墩、台受到不平衡的推力，以及
在多孔拱桥中一孔被毁）
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基础倾覆稳定性与合力的偏心距： 合力偏心距愈大，则基础抗倾覆的安全储备愈小如图2-13所
示，因此，在设计时，可以用限制合力偏心距向来保证
基础的倾覆稳定性。
设基底截面重心至压力最大一边的边缘的距离为y （荷载作
用在重心轴上的矩形基础y=b/2见图2-13a)) ，外力合力
偏心距为e 0，则两者的比值K 。可反映基础倾覆稳定性
的安全度，K 。称为抗倾覆稳定系数。即
K 0=y/ e0
e 0=(ΣPiei ，十ΣTihi)/ ΣPi
如外力合力不作用在形心轴上(如图2-13b) 或基底截面有一
个方向为不对称，而合力又不作用在形心轴上(图
2-13c)) ，基底压力最大一边的边缘线应是外包线，如图
2-13b),c) 中的1-1线，y 值应是通过形心与合力作用点的
连线并延长与外包线相交点至形心的距离。
不同的荷载组合，在不同的设计规范中，对抗倾覆稳定系数
K 0的容许值均有不同要求，一般对主要荷载组合K 0≥
1.5，在各种附加荷载组合时，K 0≥1.l-1.3。
2．基础滑动稳定性验算
基础在水平推力作用下沿基础底面滑动的呵能性即基础抗滑
动安全度的大小，可用基底与土之间的摩擦阻力和水平
推力的比值Kc 来表示，Kc 称为抗滑动稳定系数。即
Kc=μΣPi/ΣTi
式中：μ基础底面(污工材料) 与地基土之间的摩擦系数，在
无实测资料时，可参照表2-6；
(二) 地基稳定性验算
位于软土地基上较高的桥台需验算桥台沿滑裂曲面滑动的稳定性：
这种地基稳定性验算方法可按土坡稳定分析方法，即用圆弧
滑动面法来进行验算。
地基与基础的验算不满足设计规定的要求时，必须采取设计措施：
如梁桥桥台基础在台后土压力引起的倾覆力矩比较大，基
础的抗倾覆稳定性不能满足要求时，可将合身做成不
对称的形式(如图2-15所示后倾形式，，这样可以增加
板书………………………… 讲解………………………………… 拱桥桥台
受单向水平推力时
四、基础沉降验算
基础的沉降验算：
沉降量：
合身自重所产生的抗倾覆力矩，达到提高抗倾覆的安全度。如采用这种外形，则在砌筑合身时，应及时地在台后填土并夯实，以防台身后倾覆和转动; 也可在台后一定长度范围内填碎石、干砌片石或填石灰土，以增大填料的内摩擦角减小土压力，达到减小倾覆力矩提高抗倾覆安全度的目的。 由于在拱脚水平惟力作用下，基础的滑动稳定性不能满足要求时，可在基底四周做成如图2-16a) 的齿槛，这样，由基底与土间的摩擦滑动变为土的剪切破坏，从而提高了基础的抗滑力。 也可将基底设计成如图2-16b) 的倾斜形，以减小滑动力，同时增加在斜面上的压力。由图可见滑动力随a 角的增大而减小，从安全考虑,a 角不宜大于1o °，同时要保持基底以下土层在施工时不受扰动。 当高填土的桥台基础或土坡上的挡墙地基可能出现滑动或在土坡上出现裂缝时，可以增加基础的理置深度或改用桩基础，提高墩台基础下地基的稳定性; 或者在土坡上设置地面排水系统，拦截和引走滑坡体以外的地表水，以减少因渗水而引起土坡滑动的不稳定因素。 沉降量，相邻基础沉降差，倾斜。 主要由竖向荷载作用下土压缩变形引起。 沉降量过大将影响结结构正常使用和安全，应加以限制。 修建在一般土质条件下的中、小型桥梁的基础，只要满足了地基强度要求，地基(基础) 的沉降也就满足要求。 但对于下列情况，则必须验算基础的沉降，使其不大于规定或容许值： 1. 修建在地质情况复杂、地层分布不均或强度较小的软粘土地基及湿陷性黄土上的基础; 2. 修建在非岩石地基上的拱桥、连续梁桥等超静定结构的基础; 3. 当相邻基础下地基土强度有显著不同或相邻跨度相差悬殊而必须考虑其沉降差时;
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4. 对于跨线桥、跨线渡槽要保证桥(或槽) 下净空高度时。 地基土的沉降可根据土的压缩特性指标按《公桥基规》的单
向应力分层总和法(用沉降计算经验系数ms 修正) 计算。
对冻土、软土、湿陷性黄土可参阅本教材第六章。
对于公路桥梁，基础上结构重力和土重作用对沉降是主要的，
汽车等活载作用时间短暂，对沉降影响小，所以在沉降
计算中不予考虑。
在设计时，为了防止由于偏心荷载使同一基础两侧产生较大
的不均匀沉降，而导致结构物倾斜和造成墩、台顶面发
生过大的水平位移等后果。对于较低的墩、台可用限制
基础上合力偏心距的方法来解决; 对于结构物较高，土质
又较差或上部为超静定结构物时，则须验算基础的倾斜，
从而保证结构物顶面的水平位移控制在容许范围以内。
Δ=ltgθ十δ0≤[Δ]
式中：l--自基础底面至墩、台顶的高度(m);
θ--基础底面的转角，tg θ=(s1-s2)/b，其中s1,s2分
别为基础两侧边缘中心处按分层总和法求得的
沉降量,b 为验算截面的底面宽度;
δ0--在水平力和弯矩作用下墩、台本身的弹性挠曲变
形在墩、台顶所引起的水平位移;
[Δ]--根据上部结构要求，设计规定的墩、台顶容许
水平位移值，1985年颁布的《公路砖石及混凝
土桥涵设计规范(JTJ022--85)规定[Δ]=0.5√
L(cm)，其中L 为相邻墩、台间最小跨径长度，
以m 计，跨径小于25m 时仍以25m 计算。
【思考题】
1． 刚性扩大基础为什么要验算基底合力偏心距?
2． (基础) 沉降计算包括哪些步骤? 在什么情况下应验算桥梁基础的沉降?
【作业】 P51 2-8
【第5次课】
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第四节 刚性扩大基础施工
刚性扩大基础的施工：明挖 枯水或少雨季节，且不宜间断。
挖至基底设计标高，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
o.5m-l.om ，以方便设置排水沟及立模板和砌筑工作。
一、旱地上基坑开挖及围护
(一) 无围护基坑
基坑较浅，地下水位较低或渗水量较少，不影响坑壁稳定时
竖直： 岩石地基或基坑较浅又无地下水的硬粘土中采用
斜坡形： 一般土质条件下开挖基坑时采用放坡开挖的方法
基坑深度在5m 以内 施工期较短，地下水在基底以下，且土的湿度接近最佳含水量，
土质构造又较均匀时，基坑坡度可参考表2-7选用。
地基土的湿度较大 可能引起坑壁坍塌时，坑壁坡度应适当放缓。
基坑顶缘有动荷载时 基坑顶缘与动荷载之间至少应留lm 宽的护道。
如地质水文条件较差 应增宽护道或采取加固等措施，以增加边坡的稳定性。
基坑深度大于5m 时 可将坑壁坡度适当放缓或加设平台。
(二) 有围护基抗
基坑较深，土质条件较差，地下水影响较大或放坡开挖对临
近建筑有影响时采用。
1．板桩墙支护
板桩 是在基坑开挖前先垂直打入士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。
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木板桩 ： 木板桩易于加工，但我国除林区以外现已很少采用。
钢筋混凝土板桩： 耐久性好，但制造复杂且重量大，防渗性能差，修建桥梁基础钢板桩：
无支撑式：
支撑式：
锚撑式：(图2-19d) 。
2．喷射混凝土护壁
基本原理：
开挖分层
混凝土的喷射顺序
喷射混凝士厚度：
也很少采用。 板薄，强度又大，能穿过较坚硬土层，锁口紧密，不易漏水，还可以焊接接长并能重复使用，且断面形式较多(图L18) ，可适应不同形状基坑。应用较广泛，但价格较贵。 无支撑式板桩墙由于墙身位移较大，仅适用于基坑较浅的情况，且要求板桩有足够的入土深度，以保持板桩墙的稳定。(图2-19a) 支撑式板桩墙按设置支撑的层数可分为单支撑板桩墙(图2-19b)) 和多支撑板桩墙(图2-19c)) 。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。 宜用于土质较稳定，渗水量不大，深度小于l0m ，直径为6m-l2m 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。 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。 采用喷射混凝土护壁时，可根据土质和渗水情况等情况坑壁可以接近陡立或稍有坡度，每开挖一层喷护一层，每层高度为lm 左右，土层不稳定时应酌减; 渗水较大时不宜超过0.5m 。 对无水、少量渗水坑壁可由下向上一环一环进行; 对渗水较大坑壁，喷护应由上向下逆行，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，区段长度一股不超过6m 。 地质条件，渗水量大小，基坑直径和基坑深度等因素。 一般粘性土、砂土和碎卵石类土层，如无渗水，厚度为3cm~8cm；
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如有少量渗水，厚度为5cm~lOcm；
对稳定性较差的土，如淤泥、粉砂等，如无渗水，厚度为
l0cm-15cm ；
如有少量渗水，厚度为l5cm
当有大量渗水时，厚度为l5cm-20cm 。
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。
水泥： 硬化快，早期强度高、保水性能较好，其标号不宜低于325号； 粗集料： 最大粒径要严格控制在喷射机允许范围
细集料： 中砂，应严格控制其含水量在4%~6%之间。
当含水量小于4%时混合料易胶结，堵塞管路，或使喷射效果显
著降低;
当含水量大于6%时，混合料容易在喷射过程中离析，从而降低
混凝土强度，并产生大量粉尘污染环境，危害工人健康。
混凝土水灰比： 0.4-0.5
水泥与骨料比： 1:4~1:5
速凝剂掺量： 水泥用量的2%一4%，掺入后停放时间不应超过2Omin 。 混凝土初凝时间： 不大于5min
终凝时间： 不大于l0min 。
喷射混凝上试件进行抗压试验： 7d 后其抗压强度一般达13700kpa ，
最高达26300kPa 。
3. 混凝土围圈护壁
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
砂及流塑状态粘土外，可适用于其它各种土类，
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
土壁是现场灌筑的普通混凝土，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。
开挖 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。为防止已灌筑的围圈混凝土施
工时因失去支承而下坠，顶层混凝土应一次整体灌筑，以
下各层均间隔开挖和灌筑，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，及时建筑混凝土壁支护
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4．其它方法
二、基坑排水
(一) 表面排水法
方法：
特点：
(二) 井点法降低地下水位
类型： 轻型井点
喷射井点
电渗井点
深井泵井点
每层坑壁无混凝土壁支护总长度应不大于周长的一半。分层高度以垂直开控面不坍塌为原则，一般顶层高2m 左右，以下每层高lm~l.5m。 深层搅拌桩、粉体喷射搅拌惦、旋喷桩等，按密排或格框形布置成连续墙以形成文档结构代替扳桩墙等，较常用于市政工程、工业与民用建筑工程，桥梁工程也有使用成功的报道。 土钉墙 挡土桩 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。 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。 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。 轻型井点降水布置示意见图2-20。 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在，各个井管用集水管连接
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特点：
适用：
参数：
计算方法：
y 2=H2-(q/πK)Ln(R/x)
油水。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-个连续的疏干区(图2-20) 。在整个施工过程中仍不断抽水，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。 是井管范围内的地下水不从基坑的四周边坡和底面流出，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。在滤管部分包有铜丝过滤网，以免带走过多的土粒而引起土层溶蚀现象。 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。 适用于渗透系数为(0.1-80)m/d的砂土。对于渗透系数小于0²lm/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。 四周井管间距为0.6m-1.2m ，集水管总长不超过120m ，井管的位置在基坑边缘外0.2m 左右，在基坑中央地下水位可以下降4m-4.5m 。 如井管竖直打到不透水层时，根据水力学原理，当抽水量大于渗水量时，水位下降，在土内形成漏斗状(图2-21) ，若在一定时间后抽水量不变，水面下降坡度也保持不变，则离井管任意距离x 处的水头高度y 可用下式表示: (2-1) 式中：K -土层的渗透系数(m/s)，由室内试验或野外抽水试验求得; H -原地下水位至不透水层的距离(m); q- 单位时间内的抽水量(m3/s); R 井的影响半径(m)，通过观察孔测得。 应用上式时，要考虑其它井管的相互影响，近似地认为在井点系统多井抽水的情况，其水头下降可叠加。 在采用井点法降低地下水位时，应将滤管尽可能设置在透水性较好的土层中。同时还应注意到在四周水位下降的范围内对邻近建筑物的影响，因为由于水位下降，土自重应力的增加呵能引起邻近结构物的附加沉降。
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三、水中基坑开挖时的围堰工程
种类：土围堰、
草(麻) 袋围堰
钢板桩围堰
双壁钢围堰
地下连续墙围堰
围堰要求：
(一) 土围堰和草袋围堰
适用：
材料：
断面：
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，把围堰内水排干后，再开挖基坑修筑基础。如排水较困难，也可在围堰内进行水下挖上，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。在围堰内不但呵以修筑浅基础，也可以修筑桩基础等。 1． 堰顶面标高应高出施工期间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． 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lm 。 4． 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。 水深较浅(2m以内) ，流速缓慢，河床渗水较小。 宜用粘性土填筑，缺粘性土时，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。 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。 竹笼片石围堰木笼片石围堰 由内外二层装片石的竹(木) 笼中间填粘土心墙组成。粘土心
墙厚度应不小于2m 。为避免片石笼对基坑顶部压力
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(二) 钢板桩围堰
适用：
施工：
(三) 双壁钢围堰
结构：
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。 水较深（围堰内抽水深度最大可达20m 左右），河床为砂土、碎石士和平干硬性粘土，并可嵌入风化岩层。 先在岸边驳船上拼装围囹，然后运到墩位抛锚定位(请参阅第三章桩基础施工图3-35) ，在围囹中打定位桩，将围图挂在定位桩上作为施工平台，撤除驳船，沿导环插打钢板桩。插桩顺序应能保证钢板桩在流水压力作用下紧贴围图，一般自上游靠主流一角开始分两侧插向下游合拢，并使靠主流侧所插桩数多于另一侧。插打能否顺利合拢在于桩身是否垂直和围堰周边能否为钢板惦数所均分。插打合拢后再将钢板桩打至设计标高。打桩顺序应由合拢桩开始分两边依次进行。如钢板桩垂直度较好，可一次打桩至要求的深度，若垂直度较差，宜分两次施打，即先将所有桩打入约一半深度后，再第二次打到要求深度。 打钢板桩所用桩锤一般使用复打汽锤，下配桩帽，用吊机吊置于脏上锤击。为加速打桩进度并减少锁口渗漏，宜事先将2~3块钢板脏拼成一组。组拼时，在锁口内填充防水混合料，其配合比呵为:黄油:沥青:干锯末:干粘土=2:2:2:1，咬合的锁口再用棉絮、油灰嵌缝严密，与封底混凝土接触的钢板脏面涂防水混合料作为隔离层，以减小后来拨桩时的阻力。组拼时每隔3m~6m，以与围堰弧度相同的夹具夹紧，要求组拼后的钢板桩两端都平齐，误差不大于3mm ，每组上下宽度一致，误差不大于30mm 。 井壁钢壳： 有加劲肋的内外壁板（间距一般为1.2m-- l.4m） 若干层水平钢桁架组 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。 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
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优点：
施工程序：
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，可做成如图2-25所示高低刃脚密贴岩面。 双壁围堰根据起重运输条件，可以分节整体制造，也可以分层分块制造 目前采用双壁钢围堰修建的大型桥梁深水基础，大都将基础放在岩盘上用钻孔嵌岩后，在孔内安放钢筋笼灌注混凝土与岩盘牢牢结合在一起，故称这种方法修筑的基础为" 双壁围堰钻孔基础" 。 由于双壁钢围堰刚度较大，强度较高，所以能承受很大的水头差(30m以上) ，既能承受向内的压力也能承受向外的压力，故能渡洪(不怕洪水淹没围堰) 。 围堰内无支撑体系，工作面开阔，吸泥下沉、清基钻孔、灌注水下混凝土均很方便。 由于双壁钢壳在施工中仅起围堰作用，因而部分钢壳可以水下割除回收重复使用。 双壁日堰通过若干个大直径钻孔基础与岩盘牢固结合，从而避免了沉井基础水下大面积清基和穿过风化岩层的缺点 1．在拼装船上拼装底节钢壳; 2．将拼装船及导向船拖拽到墩位抛描定位; 3．吊起底节钢壳撒除拼装船，底节钢壳放下水，漂浮在水中; 4．逐层接高(焊接) 钢壳，并向中空的钢壳双壁内灌水，使它下沉到河床定位; 5．在围堰内吸泥使它下沉，围堰重量不足时，可在双壁腔内填充水下混凝土加重，直到刃脚下沉到设计标高; 6．潜水工下水将刃脚底空隙用垫块填塞，并清基; 7．在围堰顶部安装施工平台，在底部安装钻孔钢护筒; 8．灌注水下封底混凝土; 9．钻孔嵌岩，在孔内安放钢筋笼，再在孔内灌注水下混凝土; 10．围堰内抽水后灌注基础混凝土，再修筑墩身; 11．墩身出水后，在水下切割河床以上部分的钢壳围堰吊走
倒用到修建下一个桥墩基础重复使用。
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历史： 钢板桩围堰、浮式钢沉井和管柱基础等多种深水基础施工技术
上发展起来的。
应用： 九江长江大桥，其正桥5一7号墩均为双壁围堰钻孔基础，围
堰外径19.4m ～1 9,8m，内径17m ，井壁厚1.2m ～l.4m ，围
堰高度为29.2m~42.3m，双壁钢围堰钢壳分为8个隔舱，
围堰内设8~9个2.5m 的钻孔基础。
(四) 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。
【思考题】
水中基坑开挖的围堰型式有哪儿种? 它们各自的适用条件和特点是什么?
【第6次课】
习题课 P40
【作业】2-10
46
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第二章 天然地基上的浅基础
天然地基上的基础：
浅基础 埋入地层深度较浅
施工 敞开挖基坑 明挖基础
设计计算，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
造价也较低
优先选用
深基础 埋入地层较深 >5m
结构形式和施工方法复杂
设计计算时需考虑基础侧面土体的影响
深水基础 采用深水围堰清除覆盖层
按浅基础形式将基础直接放在基岩上
施工方法较复杂
第一节 天然地基上浅基础的类型及构造
一、浅基础常用类型及适用条件
根据受力条件天然地基浅基础可分为：
刚性基础 柔性基础
刚性基础：
概念： 当基础在外力(包括基础自重) 作用下，基底承受着强度为σ的
地基反力，基础的悬出部分(图2-1b),a-a 断面左端，相当
板书………………………… 讲解…………………………………
优点：
缺点：
适用条件：
常用材料：混凝土
粗料石
片石
柔性基础
概念：
优点：
缺点：
适用条件：
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。基础污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) 。 稳定性好、施工简便、能承受较大的荷载。 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，否则会因所爱的荷载压力超过地基强度而影响结构物的正常使用。 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虑的基础形式。对于荷载大或上部结构对沉降差较敏感的结构物，当持力层的士质较差又较厚时，不适宜的。 抗压强度高、耐久性好，任意形状，标号不小于15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) 但片石的强度标号不应低于25号，也不应低于混凝士标号。 石料外形大致方整，厚度约2Ocm 一3Ocm ，宽度和长度分别为厚度1.0一1.5和2.54.0倍, 石料标号不应小于25号，砌筑时应错缝，一般采用5号水泥砂浆。 小桥涵基础，厚度不小于l5cm ，不小于25号，5号或2.5号砂浆 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污工的强度极限值，为了防止基础在a-a 断面开裂甚至断裂，必须在基础中配置足够数量的钢筋。 它整体性能较好，抗弯刚度较大。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均匀引起结构物损坏的影响。 钢筋和水泥的用量较大，施工技术的要求也较高。 土质较差的地基上修建高层建筑时，采用这种基础形式是适宜的。
板书………………………… 讲解…………………………………
材料： 钢筋混凝土灌筑
形式： 柱下扩展基础、条形、十字形基础、筏板及箱形
二、浅基础的构造
(一) 刚性扩大基础(图2-2)
地基强度低
墩台、墙、柱强度高
基础平面尺寸扩大
刚性扩大基础
(二) 单独和联合基础(图2-3)
(三) 条形基础（图2-4）
条形基础：
墙下条形基础
柱下条形基础
桥涵及其它构造物常用的基础形式，其平面形状常为矩形。 每边扩大的尺寸最小为0.2m ～0.5 土质、基础厚度、埋置深度、施工方法 每边扩大的最大尺寸材料刚性角 当基础较厚时 台阶形 减少基础自重，节省材料。 单独基础：立柱式桥墩和房屋建筑常用的基础形式之一。 台阶式 石或砖砌筑时， 锥形 钢筋混凝士浇注 联合基础：当为了满足地基强度要求，必须扩大基础平面尺寸，而扩大结果使相邻的单独基础在平面上相接甚至重叠时，则可将它们连在一起 (图2-3b)) 。 挡土墙下或涵洞下常用的基础形式。 在横剖面可以是矩形或将一侧筑成台阶形。 如挡土墙很长设置沉降缝。 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 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，也可以如图示那样在柱位处加腋的 在桥梁基础中，它一般是做成刚性基础，个别的也可做成柔性基础。
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十字型基础 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，这便成为。这是房屋建筑常
用的基础形式，它也是一种交叉条形基础。
(四) 筏板和箱形基础(图2-62-7)
筏板和箱形基础都是房屋建筑常用的基础形式。
筏板式钢筋混凝土基础： 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，这样既扩大了基底面积又增强了基础的整体
性，并避免结构物局部发生的不均匀沉降。
箱形基础： 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 (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
较弱土层厚，建筑物对不均匀沉降较敏感时或荷载较大而
基础建筑面积不大大的高层建筑。
【思考题】
1．浅基础与深基础有哪些区别?
2．何谓刚性基础，刚性基础有什么特点?
【第3次课】
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第二节 础埋置深度的确定及刚性扩大基础尺寸的拟定
一、基础埋置深度的确定
是重要步骤 它涉及到结构物建成后的牢固，稳定及正常使
用问题。
要求： 变形较小，而强度又比较大的持力层，以保证地基强度满足要
求，而且不致产生过大的沉降或沉降差。此外还要使基础
有足够的理量深度，以保证基础的稳定性，确保基础的安
全。
考虑因素： 地基的地质、地形条件、河流的冲刷程度、当地的冻结深度、
上部结构形式，以及保证持力层稳定所需的最小埋深和施
工技术条件、造价等因素。
(一) 地基的地质条件
地质条件是确定基础埋置深度的重要因素之一。
岩石地基：
覆盖土层较薄的岩石地基： 一般应清除覆盖土和风化层后，将基础直接修建在新鲜岩面上
如岩石的风化层很厚： 难以全部清除时，基础放在风化层中的埋置深度应根据其风化
程度、冲刷深度及相应的容许承载力来确定。
岩层表面倾斜时： 不得将基础的一部分置于岩层上，而另一部分则置于土层上，
以防基础因不均匀沉降而发生倾斜甚至断裂。
在陡峭山坡上修建桥台： 还应注意岩体的稳定性。
非岩石地基：
受压层范围内为均质土 基础埋置深度除应满足冲刷、冻胀等要求外，可根据荷载大小，
由地基土的承载能力和沉降特性来确定(同时考虑基础需
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要的最小埋深) 。
地层为多层土 对大中型桥梁、结构物基础持力层的选定，应通过较详细计算
或方案比较后确定。
(二) 河流的冲刷深度
墩台修建 流水面积缩，流速增加 水流冲刷河床
防止桥梁墩、台基础四周和基底下士层被水流掏空冲走以致倒
塌
基础必须埋置在设计洪水
的最大冲刷线以下一定
的深度，以保证基础的稳
定性。
小桥涵的基础底面应设置
在设计洪水冲刷线以下
不小于lm 。
基础在设计洪水冲刷总深度
以下的最小埋置深度
不应是一个定值 ---河床地层的抗冲刷能力
---计算设计流量的可靠性
---选用计算冲刷深度的方法
---桥梁的重要性
---破坏后修复的难易程度等因素有关
大、中桥基础的基底在设计洪水冲刷总深度以下的最小埋置深
度见表2-1（P14）
计算冲刷深度时，应考虑可能产生的不利因素：
水利规划使河道变迁
水文资料不足
河床为变迁性和不稳定河段等时，上列数值应适当加大。
覆盖土层较薄的岩石地基，河床冲刷严重的大桥桥墩基础，基础
应置于新鲜岩面或弱风化层中并有足够埋深，以保证其稳
定性。也可用其它锚固等的措施，使基础与岩层能联成整
体，以保证整个基础的稳定性。
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(三) 当地的冻结深度
产生冻胀的原因：
对于冻胀性土
《公路基规》规定
(四) 上部结构型式
上部结构的型式不同，
对超静定结构
(五) 当地的地形条件
较陡的土坡
风化层较厚，在满足冲刷深度要求下，一般桥梁的基础可设置在风化层内，此时，地基各项条件均按非岩石考虑。 冬季气温下降，当地面下一定深度内土中的温度达到冰冻温度时，士中孔隙水分开始冻结，体积增大，使土体产生一定的隆胀。 如土温在较长时间内保持在冻结温度以下，水分能从未冻结土层不断地向冻结区迁移，引起地基的冻胀和隆起，这些都可能使基础遭受损坏。为了保证结构物不受地基土季节性冻胀的影响，除地基为非冻胀性土外，基础底面应埋置在天然最大冻结线以下一定深度。 当上部结构为超静定结构时，基底应埋置在最深冻结线以下不小于0.25m ；对静定结构的基础，一般也按此要求，但在冻结较深地区，为了减少基础埋深，有些类别的冻土经计算后也可将基底置于最大冻结线以上。 对基础产生的位移要求也不同。 对中、小跨度简支梁来说，这项因素对确定基础的理直深度影响不大。 便基础发生较小的不均匀沉降也会使内力产生一定变化。 如对拱桥桥台，为了减少可能产生的水平位移和沉降差值，有时需将基础设置在埋藏较深的坚实上层上。 当墩台、挡土墙等结构位于较陡的土坡上，在确定基础埋深时，还应考虑土坡连同结构物基础一起滑动的稳定性。 确定地基承载力时，是按地面为水平的情况下确定的，因而当地基为倾斜土坡时，应结合实际情况，予以适当折减并采取以下措施。 基础位于较陡的岩体上，可将基础做成台阶形，但要注意岩体的稳定性。 基础前缘至岩层坡面间必须留有适当的安全距离，（持力层岩
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石、土的类别及斜坡坡度）根据挡土墙设计要求，基础前
缘至斜坡面间的安全距离l 及基础嵌入地基中的深度h 与持
力层岩石(或土) 类的关系见表2-2。但具体应用时，因桥梁
基础承受荷载比较大，而且受力较复杂，采用表列，值宜
适当增大，必要时应降低地基容许承载
(六) 保证持力层稳定所需的最小埋置深度
基础的理置深度不小于lm ： 地表土在温度和湿度的影响下，会产生一定的风化作用，其性
质是不稳定的。加上人类和动物活动以及植物的生长作用，
也会破坏地表土层的结构，影响其强度和稳定，所以一般
地表土不宜作为挎力层。为了保证地基和基础的稳定性，
基础的理置深度(除岩石地基外) 应在天然地面或无冲刷河
流的河底以下不小于lm 。
除此以外，在确定基础埋置深度时，还应考虑相邻结构
物的影响，如新结构物基础比原有结构物基础深，则施工挖
土有可能影响原有基础的稳定。施工技术条件(施工设备、排
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水条件、支撑要求等) 及经济分析等对基础埋深也有一定影响，
这些因素也应考虑。
上述影响基础埋深的因素也适用于其它类型的基础(如沉井基
础) 。
简例 说明如何较合理地确定基础埋置深度和选择持力层
某河流的水文资料和土层分布及其容许承载力如图2-8所示。
根据上述水文地质资料，如施工技术条件有充分保证，由于基
础修建在常年有水的河中(上部为静定结构) ，因而对上述
因素(三) 至(六) 可以排除。
从土质条件来看，土层(1)(111)(IV)均可作为持力层
第一方案： 浅基础，其埋置深度，只需根据最大冲刷线确定其最小埋置深
度，即在最大冲刷线以下h 1=2m，然后验算土层(1)(11)的
承载力是否满足要求。
第二方案： 如第一方案不能通过，就应按土质条件将基底设置在土层(111)
上，但埋深h2达8m 以上，若仍采用浅基础大开挖施工方
案则要考虑技术上的可能性和经济上的合理性，这时也可
考虑沉井基础或桩基础。
第三方案： 桩基础，如荷载大，要求基础理得更深时，则可考虑，将桩底
设置在土层（Ⅳ）中。采用这一方案时，可以避免水下施
工，给施工带来便利。
二、刚性扩大基础尺寸的拟定
刚性扩大基础尺寸拟定： 主要根据基础埋置深度确定基础平面尺寸和基础分层厚度。
基础厚度： 应根据墩、台身结构形式，荷载大小，选用的基础材料等因
素来确定。
基底标高应按基础埋深的要求确定。
水中基础顶面一般不高于最低水位，在季节性流水的河流或
旱地上的桥梁墩、台基础，则不宜高出地面，以防碰损。
基础厚度可按上述要求所确定的基础底面和顶面标高求得。
在一般情况下，大、中桥墩、台混凝士基础厚度在
1.0--2.0m 左右。
基础平面尺寸： 基础平面形式一般应考虑墩、合身底面的形状而确定，基础
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平面形状常用矩形。基础底面长宽尺寸与高度有如下的关系
式(图2-9) ：
a=l+2Htgα
襟边：
作用：
取值：
刚性角：
b=d+2Htgα 式中：l----- 墩、台身底截面长度(m); d---- 墩、台身底截面宽度(m); H---- 基础高度(m); α----墩、台身底截面边缘至基础边缘连线与垂线间的夹角。 刚性扩大基础的剖面形式一般做成矩形或台阶形，如图2-9所示。自墩、台身底边缘至基顶边缘的距离c 称襟边。 一方面是扩大基底面积增加基础承载力，同时也便于调整基础施工时在平面尺寸上可能发生的误差，也为了支立墩、合身模板的需要。 应视基底面积的要求、基础厚度及施工方法而定。桥梁墩台基础襟边最小值为20cm--30cm 。 基础较厚(超过lm 以上) 时，可将基础的剖面浇砌成台阶形，如图2-9b) 所示。 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，在a-a 截面(图2-9b)) 所产生的弯曲拉应力和剪应力不超过基础污工的强度限值。所以满足上述要求时，就可得到自墩台身边缘处的垂线与基底边缘的联线间的最大夹角αmax ，称为刚性角。 在设计时，应使每个台阶宽度ci 与厚度ti 保持在一定比例内，使其夹角αi
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α
混凝土浇筑时，αmax ≤35度
max ≤40度
基础每层台阶高度ti 通常为0.50m--1.00m ，在一般情况下各层
台阶宜采取相同厚度。
第三节 刚性扩大基础的验算
在基础埋置深度和构造尺寸确定以后，就应根据可能产生的最
不利荷载组合对地基与基础进行验算。主要验算地基承载
力，基底合力偏心距，地基与基础稳定性，基础沉降等。
一、地基承载力验算
(一) 持力层强度验算
持力层： 是直接与基底相接触的土层，持力层承载力验算要求荷载在基
底产生的地基应力不超过持力层的地基容许承载力。
基底应力的分布： 在理论上可采用弹性理论求得较精确解，在土力学课程中已做
了这方面的介绍，在实践中采用简化方法，即按材料力学
偏心受压公式进行计算。由于浅基础埋置深度浅，在计算
中可不计基础四周土的摩阻力和弹性抗力的作用，其计算
式
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σmax,min =N/A ±M/W ≤ [σ]
σ-- 基底应力(kPa);
N -- 基底以上竖向荷载(kN);
A -- 基底面积(m');
M -- 作用于墩、台上各外力对基底形心轴之力矩(kN.m)，
M=ΣT i h i +ΣP i e i =Ne0
其中T i 为水平力，h i 为水平力作用点至基底的距离，
Pi 为竖向力e i 为竖向力Pi 作用点至基底形心
的偏心距山为合力偏心距其计算见式(2-9);
W -- 基底截面模量(m) ，对矩形基础，W=ab/6=ρA, ρ
为基底核心半径
[σ] -- 基底处持力层地基容许承载为(kPa)。
式(2-2)也可改写为：
σmax,min =N/A ±Ne 0/ρA =N/A(1±e 0/ρ) ≤ [σ] (2-3)
从式(2-3)，分析可知:
当e 0=0时, σ=N/A，基底压应力均匀分布，压应力分布
图为矩形(图2-10a)) 。
当e 00，基底压应力分布图为梯形(图
2-10b)
当e 0=ρ时，1±e 0/ρ=0，这时σ
图为三角形(图2-10c)) 。
当e 0>ρ时，1-e 0/ρ
拉应力。
此时若持力层为土质，则基底与土之间不能承受拉应力；
若持力层为岩石，除基础混凝土浇注在岩石地基上，基
底也不能承受拉应力。
因此需考虑基底应力重分布，并假定全部荷载由受压部
分承担及基底压应力仍按三角形分布(图2-10d)) 。
对矩形基础、其受压分布宽度为b ’，则从三角形分
布压力合力作用点及静力平衡条件可得： 基底压应力分布,min =0，,min
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K=b’/3 K=b/2-e0
b ’=3(b/2-e0)
N=ab’ σmax, /2=3aσmax, (b/2-e0)/2
σmax, =2N/3a(b/2-e0)
对公路桥梁，通常基础横桥向长度比顺桥向宽
度大的多，同时上部结构在横桥向布置
常是对称的，故一般由顺桥向控制基底
应力计算。
对通航河流或河流中有漂流物时，应计算船舶
撞击力或漂流物撞击力在横桥向产生
的基底应力，并与顺桥向基底应力比
较，取其大者控制设计。
在曲线上的桥梁，除顺桥向
引起的力矩Mx 外，尚有离心力(横桥向
水平力) 在横桥向产生的力矩My ；
若桥面上活载考虑横向分布的偏心作用时，则
偏心竖向力对基底两个方向中心轴均
有偏心距分别为外力对基底顺桥向中
心轴和横桥向中心轴之力矩，要分别考
虑。
【思考题】
1．确定基础埋置深度应考虑哪些因素? 基础埋置深度对地基承载力、沉降有什么影响?
2．何谓刚性角，它与什么因素有关?
【作业】P51 2-9
【第4次课】
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(二) 软弱下卧层承载力验算
持力层以下有软弱下卧层(指容许承载力小于持力层容许承载
力的土层) ，这时还应验算软弱下卧层的承载力，验算时先
计算软弱下卧层顶面A(在基底形心轴下) 的总应力(包括自
重应力及附加应力) 不得大于该处地基土的容许承载力(图
2-12) 。即
-γ2h) ≤[σ]h+z
3式中： γ1 -- 相应于深度(h+z)以内土的换算容重（kN/m）;
γ2 --深度h 范围内土层的换算容重（kN/m3） σh+z=γ1(h+z)+a(σ h -- 基底埋深(m);
z -- 从基底到软弱土层顶面的距离(m);
a -- 基底中心下土中附加应力系数，可按士力学教材或
规范提供系数表查用
σ -- 由计算荷载产生的基底压应力(kPa)，当基底压应
力为不均匀分布z/b>1时，σ为基底平均压应力，
当z/b
b/3—b/4处的压应力(其中b 为矩形基础的短边宽
度或为圆形基础直径);
[σ]h+z --软弱下卧层顶面处的容许承载力(kPa)，可按式
(2-8)或式(6-2)(6-4)计算。
当软弱下卧层为压缩性较高而且较厚的软粘土，或当上部结
构对基础沉降有一定要求时，除承载力旺满足上述要求
外，还应验算包括软弱下卧层的基础沉降量。
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(三) 地基容许承载力的确定
地基容许承载力的确定一般有几种途径:
（1）在土质基本相同的条件下，参照邻近结构物地基容许
承载力;
（2）根据现场荷载试验或触探试验资料;
(3) 按地基承载力理论公式计算;
(4) 按现行规范提供的经验公式计算。
常用方法（规范法）： 根据土工试验资料，按规范提供的经验公式和参确定
它是根据我国各部门多年来的实践经验，收集了大量荷载试验
和对已建结构物的观测资料，通过理论和统计分析后制定
的，它使确定地基土容许承载力的工作大为简化。
我国幅员辽阔，上质变化较复杂，规范仅对一般土质条件作了
规定，对一些特殊地基，如疏松状态的砂土、接近流动状
态的软弱粘性土、含有大量有机质土和盐渍士。
对于大的或较重要的工程，还应结合具体情况，综合采用荷载
试验，现场标贯或静力触探及理论计算等方法研究分析后
确定。
《公桥基规》确定地基容许承载力的步骤和方法如下：
1．确定土的分类名称
通常把--般地基土，根据塑性指数、粒径、工程地质特性等分
为六类，即粘性土、砂类土、碎卵石类土、黄土、冻土及
岩石。
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2．确定土的状态
土的状态是指土层所处的天然松密和稠度状况。
粘性土：按液性指数IL 分为坚硬、半坚硬状态、硬塑、软塑
状态和流塑状态;
砂类土根据相对密度分为稍松、中等密实、密实状态;
碎卵石类土则按密实度分为密实、中等密实及松散
3．确定土的容许承载力
当基础b>2m或h>3m，且h/b≤4时，上述一般地基土(除冻
土和岩石外) 的容许承载力可按下式计算:
[σ]= [σ0]+K1γ1(b-2)+K2γ2(h-3) (2-8)
式中：[σ0]--当b>2m或h>3m时，地基土容许承载力，直接
从规范查取，一般粘性土和砂土地基容许承载
力如表2-3和表2-4
b--基础验算剖面底面最小边宽(或直径)(m)，当b
时，取b=2m计, 当b>l0m时，按l0m 计算;
h 一基础底面的理置深度(m)，对于受水流冲刷的基
础，由一般冲刷线算起; 不受水流冲刷的基础，
由天然地面算起，位于挖方内的基础，由开挖
后地面算起, 当h
γ1--基底下持力层土的天然容重，如持力层在水面以
下且为透水性土时，应取用浮容重;
γ2--基底以上土的容量(如为多层士时用换算容重) 伙
N/m')，如持力层在水面以下且为不透水性土
时，不论基底以上土的透水性质如何，应一律
采用饱和容重，如持力层为透水性土时，应一
律采用浮容量;
K 1 ，K 2--按持力层士类确定在基础宽度和深度方面的
修正系数，其值按持力层土类从表2-5选用。
关于修正系数K 1、K 2：
K1为验算剖面底面宽度大于2m 时地基容许承载力的
修正提高系数。
但若地基土为粘性士(包括黄土) 时，受压后其后期沉
降量较大，基础愈宽，沉降也愈大，这对结构物正
常使用是不利的，加上在制定容许承载力值[σ0]
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二、基底合力偏心距验算
时，已适当考虑了基础宽度的影响，故对粘性土和黄土的地基容许承载力不再考虑宽度修正，这样可以保证基础不致产生过大的沉降。 对于砂土和碎石土地基，沉降在施工期间已大部完成，所以受压后的后期沉降比较小，在基础宽度加大后，地基承载力有显著提高，故必须予以修正。 由于基础过宽会增加沉降的不利因素。所以基础宽度超过l0m 者，仍按l0m 予以修正提高。 K2基础埋深超过3m 时地基容许承载力的提高值。 这主要考虑到随着基础埋深的增加，基础底面以上土的自重也随着增大，这对阻止基底下地基土在荷载作用下的挤出是有利的。 根据国内外试验资料的分析，当h/b≤4时，地基承载力随深度成直线比例增长；当4l0时，地基承载力几乎为常数，因此为了安全起见，只有当斤乃之4时地基容许承载力才予以提高。 当持力层为不透水性土时，基底不受水浮力作用，基底以上的水柱压力可当作超载看待，故地基容许承载力[o]随平均常水位至一般冲刷线水深每米可增加10kPa 。 当计算荷载为组合Ⅱ、Ⅲ、IV 、V 时，且地基容许承载力不小于150kPa 的地基，地基容许承载力可以提高25%--50%。 当受到地震力作用时，应按《公路工程抗震设计规范》的规定确定。 上述地基承载力验算是按容许应力设计方法进行。地基承载力按极限状态设计方法计算是目前的发展方向，有些国家已制定了设计标准，我国有关标准的研究工作和准备工作也已进行多年，如对已有的测设积累的土层资料的概率处理，土性参数的概率分析等，有些专业规范已开始考虑土性试验指标的概率影响。但由于岩土的特性，问题较复杂，关键问题尚待解决，因而现行桥涵地基规范仍按容许应力法进行。 墩、台基础的设计计算，必须控制基底合力偏心距
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基底应力分布比较均匀，以免基底两侧应力相差
过大，使基础产生较大的不均匀沉降，墩、台发生倾斜，
影响正常使用。
若使合力通过基底中心，虽然可得均匀的应力，但这样做非但
不经济，往往也是不可能的，所以在设计时按以下原则
掌握。
对于非岩石地基， 以不出现拉应力为原则：
当墩、台仅受恒载作用时，
e 0
当墩、台受荷载组合Ⅱ、Ⅲ、IV 时，e 0
岩石地基上的基础， 可以允许出现拉应力，根据岩石的强度：
可e 0=1.2-1.5ρ
其中:基底以上外力合力作用点对基底形心轴的偏心距e 0
按下式计算：
e 0=ΣM/N
墩、台基础基底截面核心半径ρ按下式计算：
ρ=W/A
当外力合力作用点不在基底二个对称轴中任一对称轴
上，或当基底截面为不对称时，可直接按下式求的与ρ
的比值，使其满足规定的要求:
e 0/ρ=1-σmax A/N
三、基础稳定性和地基稳定性验算
基础稳定性验算： 基础倾覆稳定性验算
基础滑动稳定性验算
地基的稳定性验算： （对某些土质条件下的桥台、挡土墙还要验算）
(一) 基础稳定性验算
1. 基础倾覆稳定性验算
基础倾覆或倾斜原因： 地基的强度和变形，
较大的单向水平推力而其合力作用点又离基础底面的距
离较高（如挡土墙或高桥台受侧向土压力作用，大
跨度拱桥在施工中墩、台受到不平衡的推力，以及
在多孔拱桥中一孔被毁）
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基础倾覆稳定性与合力的偏心距： 合力偏心距愈大，则基础抗倾覆的安全储备愈小如图2-13所
示，因此，在设计时，可以用限制合力偏心距向来保证
基础的倾覆稳定性。
设基底截面重心至压力最大一边的边缘的距离为y （荷载作
用在重心轴上的矩形基础y=b/2见图2-13a)) ，外力合力
偏心距为e 0，则两者的比值K 。可反映基础倾覆稳定性
的安全度，K 。称为抗倾覆稳定系数。即
K 0=y/ e0
e 0=(ΣPiei ，十ΣTihi)/ ΣPi
如外力合力不作用在形心轴上(如图2-13b) 或基底截面有一
个方向为不对称，而合力又不作用在形心轴上(图
2-13c)) ，基底压力最大一边的边缘线应是外包线，如图
2-13b),c) 中的1-1线，y 值应是通过形心与合力作用点的
连线并延长与外包线相交点至形心的距离。
不同的荷载组合，在不同的设计规范中，对抗倾覆稳定系数
K 0的容许值均有不同要求，一般对主要荷载组合K 0≥
1.5，在各种附加荷载组合时，K 0≥1.l-1.3。
2．基础滑动稳定性验算
基础在水平推力作用下沿基础底面滑动的呵能性即基础抗滑
动安全度的大小，可用基底与土之间的摩擦阻力和水平
推力的比值Kc 来表示，Kc 称为抗滑动稳定系数。即
Kc=μΣPi/ΣTi
式中：μ基础底面(污工材料) 与地基土之间的摩擦系数，在
无实测资料时，可参照表2-6；
(二) 地基稳定性验算
位于软土地基上较高的桥台需验算桥台沿滑裂曲面滑动的稳定性：
这种地基稳定性验算方法可按土坡稳定分析方法，即用圆弧
滑动面法来进行验算。
地基与基础的验算不满足设计规定的要求时，必须采取设计措施：
如梁桥桥台基础在台后土压力引起的倾覆力矩比较大，基
础的抗倾覆稳定性不能满足要求时，可将合身做成不
对称的形式(如图2-15所示后倾形式，，这样可以增加
板书………………………… 讲解………………………………… 拱桥桥台
受单向水平推力时
四、基础沉降验算
基础的沉降验算：
沉降量：
合身自重所产生的抗倾覆力矩，达到提高抗倾覆的安全度。如采用这种外形，则在砌筑合身时，应及时地在台后填土并夯实，以防台身后倾覆和转动; 也可在台后一定长度范围内填碎石、干砌片石或填石灰土，以增大填料的内摩擦角减小土压力，达到减小倾覆力矩提高抗倾覆安全度的目的。 由于在拱脚水平惟力作用下，基础的滑动稳定性不能满足要求时，可在基底四周做成如图2-16a) 的齿槛，这样，由基底与土间的摩擦滑动变为土的剪切破坏，从而提高了基础的抗滑力。 也可将基底设计成如图2-16b) 的倾斜形，以减小滑动力，同时增加在斜面上的压力。由图可见滑动力随a 角的增大而减小，从安全考虑,a 角不宜大于1o °，同时要保持基底以下土层在施工时不受扰动。 当高填土的桥台基础或土坡上的挡墙地基可能出现滑动或在土坡上出现裂缝时，可以增加基础的理置深度或改用桩基础，提高墩台基础下地基的稳定性; 或者在土坡上设置地面排水系统，拦截和引走滑坡体以外的地表水，以减少因渗水而引起土坡滑动的不稳定因素。 沉降量，相邻基础沉降差，倾斜。 主要由竖向荷载作用下土压缩变形引起。 沉降量过大将影响结结构正常使用和安全，应加以限制。 修建在一般土质条件下的中、小型桥梁的基础，只要满足了地基强度要求，地基(基础) 的沉降也就满足要求。 但对于下列情况，则必须验算基础的沉降，使其不大于规定或容许值： 1. 修建在地质情况复杂、地层分布不均或强度较小的软粘土地基及湿陷性黄土上的基础; 2. 修建在非岩石地基上的拱桥、连续梁桥等超静定结构的基础; 3. 当相邻基础下地基土强度有显著不同或相邻跨度相差悬殊而必须考虑其沉降差时;
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4. 对于跨线桥、跨线渡槽要保证桥(或槽) 下净空高度时。 地基土的沉降可根据土的压缩特性指标按《公桥基规》的单
向应力分层总和法(用沉降计算经验系数ms 修正) 计算。
对冻土、软土、湿陷性黄土可参阅本教材第六章。
对于公路桥梁，基础上结构重力和土重作用对沉降是主要的，
汽车等活载作用时间短暂，对沉降影响小，所以在沉降
计算中不予考虑。
在设计时，为了防止由于偏心荷载使同一基础两侧产生较大
的不均匀沉降，而导致结构物倾斜和造成墩、台顶面发
生过大的水平位移等后果。对于较低的墩、台可用限制
基础上合力偏心距的方法来解决; 对于结构物较高，土质
又较差或上部为超静定结构物时，则须验算基础的倾斜，
从而保证结构物顶面的水平位移控制在容许范围以内。
Δ=ltgθ十δ0≤[Δ]
式中：l--自基础底面至墩、台顶的高度(m);
θ--基础底面的转角，tg θ=(s1-s2)/b，其中s1,s2分
别为基础两侧边缘中心处按分层总和法求得的
沉降量,b 为验算截面的底面宽度;
δ0--在水平力和弯矩作用下墩、台本身的弹性挠曲变
形在墩、台顶所引起的水平位移;
[Δ]--根据上部结构要求，设计规定的墩、台顶容许
水平位移值，1985年颁布的《公路砖石及混凝
土桥涵设计规范(JTJ022--85)规定[Δ]=0.5√
L(cm)，其中L 为相邻墩、台间最小跨径长度，
以m 计，跨径小于25m 时仍以25m 计算。
【思考题】
1． 刚性扩大基础为什么要验算基底合力偏心距?
2． (基础) 沉降计算包括哪些步骤? 在什么情况下应验算桥梁基础的沉降?
【作业】 P51 2-8
【第5次课】
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第四节 刚性扩大基础施工
刚性扩大基础的施工：明挖 枯水或少雨季节，且不宜间断。
挖至基底设计标高，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
o.5m-l.om ，以方便设置排水沟及立模板和砌筑工作。
一、旱地上基坑开挖及围护
(一) 无围护基坑
基坑较浅，地下水位较低或渗水量较少，不影响坑壁稳定时
竖直： 岩石地基或基坑较浅又无地下水的硬粘土中采用
斜坡形： 一般土质条件下开挖基坑时采用放坡开挖的方法
基坑深度在5m 以内 施工期较短，地下水在基底以下，且土的湿度接近最佳含水量，
土质构造又较均匀时，基坑坡度可参考表2-7选用。
地基土的湿度较大 可能引起坑壁坍塌时，坑壁坡度应适当放缓。
基坑顶缘有动荷载时 基坑顶缘与动荷载之间至少应留lm 宽的护道。
如地质水文条件较差 应增宽护道或采取加固等措施，以增加边坡的稳定性。
基坑深度大于5m 时 可将坑壁坡度适当放缓或加设平台。
(二) 有围护基抗
基坑较深，土质条件较差，地下水影响较大或放坡开挖对临
近建筑有影响时采用。
1．板桩墙支护
板桩 是在基坑开挖前先垂直打入士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。
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木板桩 ： 木板桩易于加工，但我国除林区以外现已很少采用。
钢筋混凝土板桩： 耐久性好，但制造复杂且重量大，防渗性能差，修建桥梁基础钢板桩：
无支撑式：
支撑式：
锚撑式：(图2-19d) 。
2．喷射混凝土护壁
基本原理：
开挖分层
混凝土的喷射顺序
喷射混凝士厚度：
也很少采用。 板薄，强度又大，能穿过较坚硬土层，锁口紧密，不易漏水，还可以焊接接长并能重复使用，且断面形式较多(图L18) ，可适应不同形状基坑。应用较广泛，但价格较贵。 无支撑式板桩墙由于墙身位移较大，仅适用于基坑较浅的情况，且要求板桩有足够的入土深度，以保持板桩墙的稳定。(图2-19a) 支撑式板桩墙按设置支撑的层数可分为单支撑板桩墙(图2-19b)) 和多支撑板桩墙(图2-19c)) 。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。 宜用于土质较稳定，渗水量不大，深度小于l0m ，直径为6m-l2m 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。 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。 采用喷射混凝土护壁时，可根据土质和渗水情况等情况坑壁可以接近陡立或稍有坡度，每开挖一层喷护一层，每层高度为lm 左右，土层不稳定时应酌减; 渗水较大时不宜超过0.5m 。 对无水、少量渗水坑壁可由下向上一环一环进行; 对渗水较大坑壁，喷护应由上向下逆行，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，区段长度一股不超过6m 。 地质条件，渗水量大小，基坑直径和基坑深度等因素。 一般粘性土、砂土和碎卵石类土层，如无渗水，厚度为3cm~8cm；
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如有少量渗水，厚度为5cm~lOcm；
对稳定性较差的土，如淤泥、粉砂等，如无渗水，厚度为
l0cm-15cm ；
如有少量渗水，厚度为l5cm
当有大量渗水时，厚度为l5cm-20cm 。
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。
水泥： 硬化快，早期强度高、保水性能较好，其标号不宜低于325号； 粗集料： 最大粒径要严格控制在喷射机允许范围
细集料： 中砂，应严格控制其含水量在4%~6%之间。
当含水量小于4%时混合料易胶结，堵塞管路，或使喷射效果显
著降低;
当含水量大于6%时，混合料容易在喷射过程中离析，从而降低
混凝土强度，并产生大量粉尘污染环境，危害工人健康。
混凝土水灰比： 0.4-0.5
水泥与骨料比： 1:4~1:5
速凝剂掺量： 水泥用量的2%一4%，掺入后停放时间不应超过2Omin 。 混凝土初凝时间： 不大于5min
终凝时间： 不大于l0min 。
喷射混凝上试件进行抗压试验： 7d 后其抗压强度一般达13700kpa ，
最高达26300kPa 。
3. 混凝土围圈护壁
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
砂及流塑状态粘土外，可适用于其它各种土类，
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
土壁是现场灌筑的普通混凝土，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。
开挖 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。为防止已灌筑的围圈混凝土施
工时因失去支承而下坠，顶层混凝土应一次整体灌筑，以
下各层均间隔开挖和灌筑，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，及时建筑混凝土壁支护
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4．其它方法
二、基坑排水
(一) 表面排水法
方法：
特点：
(二) 井点法降低地下水位
类型： 轻型井点
喷射井点
电渗井点
深井泵井点
每层坑壁无混凝土壁支护总长度应不大于周长的一半。分层高度以垂直开控面不坍塌为原则，一般顶层高2m 左右，以下每层高lm~l.5m。 深层搅拌桩、粉体喷射搅拌惦、旋喷桩等，按密排或格框形布置成连续墙以形成文档结构代替扳桩墙等，较常用于市政工程、工业与民用建筑工程，桥梁工程也有使用成功的报道。 土钉墙 挡土桩 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。 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。 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。 轻型井点降水布置示意见图2-20。 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在，各个井管用集水管连接
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特点：
适用：
参数：
计算方法：
y 2=H2-(q/πK)Ln(R/x)
油水。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-个连续的疏干区(图2-20) 。在整个施工过程中仍不断抽水，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。 是井管范围内的地下水不从基坑的四周边坡和底面流出，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。在滤管部分包有铜丝过滤网，以免带走过多的土粒而引起土层溶蚀现象。 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。 适用于渗透系数为(0.1-80)m/d的砂土。对于渗透系数小于0²lm/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。 四周井管间距为0.6m-1.2m ，集水管总长不超过120m ，井管的位置在基坑边缘外0.2m 左右，在基坑中央地下水位可以下降4m-4.5m 。 如井管竖直打到不透水层时，根据水力学原理，当抽水量大于渗水量时，水位下降，在土内形成漏斗状(图2-21) ，若在一定时间后抽水量不变，水面下降坡度也保持不变，则离井管任意距离x 处的水头高度y 可用下式表示: (2-1) 式中：K -土层的渗透系数(m/s)，由室内试验或野外抽水试验求得; H -原地下水位至不透水层的距离(m); q- 单位时间内的抽水量(m3/s); R 井的影响半径(m)，通过观察孔测得。 应用上式时，要考虑其它井管的相互影响，近似地认为在井点系统多井抽水的情况，其水头下降可叠加。 在采用井点法降低地下水位时，应将滤管尽可能设置在透水性较好的土层中。同时还应注意到在四周水位下降的范围内对邻近建筑物的影响，因为由于水位下降，土自重应力的增加呵能引起邻近结构物的附加沉降。
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三、水中基坑开挖时的围堰工程
种类：土围堰、
草(麻) 袋围堰
钢板桩围堰
双壁钢围堰
地下连续墙围堰
围堰要求：
(一) 土围堰和草袋围堰
适用：
材料：
断面：
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，把围堰内水排干后，再开挖基坑修筑基础。如排水较困难，也可在围堰内进行水下挖上，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。在围堰内不但呵以修筑浅基础，也可以修筑桩基础等。 1． 堰顶面标高应高出施工期间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． 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lm 。 4． 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。 水深较浅(2m以内) ，流速缓慢，河床渗水较小。 宜用粘性土填筑，缺粘性土时，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。 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。 竹笼片石围堰木笼片石围堰 由内外二层装片石的竹(木) 笼中间填粘土心墙组成。粘土心
墙厚度应不小于2m 。为避免片石笼对基坑顶部压力
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(二) 钢板桩围堰
适用：
施工：
(三) 双壁钢围堰
结构：
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。 水较深（围堰内抽水深度最大可达20m 左右），河床为砂土、碎石士和平干硬性粘土，并可嵌入风化岩层。 先在岸边驳船上拼装围囹，然后运到墩位抛锚定位(请参阅第三章桩基础施工图3-35) ，在围囹中打定位桩，将围图挂在定位桩上作为施工平台，撤除驳船，沿导环插打钢板桩。插桩顺序应能保证钢板桩在流水压力作用下紧贴围图，一般自上游靠主流一角开始分两侧插向下游合拢，并使靠主流侧所插桩数多于另一侧。插打能否顺利合拢在于桩身是否垂直和围堰周边能否为钢板惦数所均分。插打合拢后再将钢板桩打至设计标高。打桩顺序应由合拢桩开始分两边依次进行。如钢板桩垂直度较好，可一次打桩至要求的深度，若垂直度较差，宜分两次施打，即先将所有桩打入约一半深度后，再第二次打到要求深度。 打钢板桩所用桩锤一般使用复打汽锤，下配桩帽，用吊机吊置于脏上锤击。为加速打桩进度并减少锁口渗漏，宜事先将2~3块钢板脏拼成一组。组拼时，在锁口内填充防水混合料，其配合比呵为:黄油:沥青:干锯末:干粘土=2:2:2:1，咬合的锁口再用棉絮、油灰嵌缝严密，与封底混凝土接触的钢板脏面涂防水混合料作为隔离层，以减小后来拨桩时的阻力。组拼时每隔3m~6m，以与围堰弧度相同的夹具夹紧，要求组拼后的钢板桩两端都平齐，误差不大于3mm ，每组上下宽度一致，误差不大于30mm 。 井壁钢壳： 有加劲肋的内外壁板（间距一般为1.2m-- l.4m） 若干层水平钢桁架组 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。 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
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优点：
施工程序：
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，可做成如图2-25所示高低刃脚密贴岩面。 双壁围堰根据起重运输条件，可以分节整体制造，也可以分层分块制造 目前采用双壁钢围堰修建的大型桥梁深水基础，大都将基础放在岩盘上用钻孔嵌岩后，在孔内安放钢筋笼灌注混凝土与岩盘牢牢结合在一起，故称这种方法修筑的基础为" 双壁围堰钻孔基础" 。 由于双壁钢围堰刚度较大，强度较高，所以能承受很大的水头差(30m以上) ，既能承受向内的压力也能承受向外的压力，故能渡洪(不怕洪水淹没围堰) 。 围堰内无支撑体系，工作面开阔，吸泥下沉、清基钻孔、灌注水下混凝土均很方便。 由于双壁钢壳在施工中仅起围堰作用，因而部分钢壳可以水下割除回收重复使用。 双壁日堰通过若干个大直径钻孔基础与岩盘牢固结合，从而避免了沉井基础水下大面积清基和穿过风化岩层的缺点 1．在拼装船上拼装底节钢壳; 2．将拼装船及导向船拖拽到墩位抛描定位; 3．吊起底节钢壳撒除拼装船，底节钢壳放下水，漂浮在水中; 4．逐层接高(焊接) 钢壳，并向中空的钢壳双壁内灌水，使它下沉到河床定位; 5．在围堰内吸泥使它下沉，围堰重量不足时，可在双壁腔内填充水下混凝土加重，直到刃脚下沉到设计标高; 6．潜水工下水将刃脚底空隙用垫块填塞，并清基; 7．在围堰顶部安装施工平台，在底部安装钻孔钢护筒; 8．灌注水下封底混凝土; 9．钻孔嵌岩，在孔内安放钢筋笼，再在孔内灌注水下混凝土; 10．围堰内抽水后灌注基础混凝土，再修筑墩身; 11．墩身出水后，在水下切割河床以上部分的钢壳围堰吊走
倒用到修建下一个桥墩基础重复使用。
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历史： 钢板桩围堰、浮式钢沉井和管柱基础等多种深水基础施工技术
上发展起来的。
应用： 九江长江大桥，其正桥5一7号墩均为双壁围堰钻孔基础，围
堰外径19.4m ～1 9,8m，内径17m ，井壁厚1.2m ～l.4m ，围
堰高度为29.2m~42.3m，双壁钢围堰钢壳分为8个隔舱，
围堰内设8~9个2.5m 的钻孔基础。
(四) 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。
【思考题】
水中基坑开挖的围堰型式有哪儿种? 它们各自的适用条件和特点是什么?
【第6次课】
习题课 P40
【作业】2-10
46