壹、擴大基礎
所謂擴大基礎,是將墩(臺)及上部結構傳來的荷載由其直接傳遞至較淺的支承地基的壹種基礎形式,壹般采用明挖基坑的方法進行施工,故又稱為明挖擴大基礎或淺基礎。
擴大基礎按其施工方法分為:機械開挖基坑澆築法、人工開挖基坑澆築法、土石圍堰開挖基坑澆築法、板樁圍堰開挖基坑澆築法。
擴大基礎按其材料性能特點可分為配筋與不配筋的條形基礎和單獨基礎。無筋擴大基礎常用的有混凝土基礎、片石混凝土基礎等,不配筋基礎的材料都具有較好的抗壓性,但抗拉、抗剪強度不高,設計時必須保證發生在基礎內的拉應力和剪應力不超過相應的材料強度設計值。鋼筋混凝土擴大基礎的抗彎和抗剪性能良好,可在豎向荷載較大、地基承載力不高以及承受水平力和力矩荷載下使用。
擴大基礎是由地基反力承擔全部上部荷載,將上部荷載通過基礎分散至基礎底面,使之滿足地基承載力和變形的要求。擴大基礎主要承受壓應力,壹般用抗壓性能好,抗彎拉、抗剪性能較差的材料(如混凝土、毛石、三合土等)建造,適用於地基承載力較好的各類土層,根據土質情況分別采用鐵鎬、十字鎬、挖掘機、爆破等設備與方法開挖。
擴大基礎在埋置深度和構造尺寸確定以後,應先根據最不利而且有可能情況下的荷載組合,計算出基底的應力,然後進行基礎的合力偏心距、穩定性以及地基的強度(包括持力層、弱下臥層的強度)的驗算,需要時還應進行地基變形的驗算。
二、樁基礎
樁基礎是深入土層的柱形結構,其作用是將作用於樁頂以上的結構物傳來的荷載傳到較深的地基持力層中去。當荷載較大或樁數量較多時需在樁頂設承臺將所有基樁聯接成壹個整體***同承擔上部結構的荷載。
樁是垂直或微斜埋置於土中的受力桿仵,它的橫截面尺寸比長度小得多,其所承受的荷載由樁側土的摩阻力及樁端地層的反力***同承擔。
1、樁的分類
(1)按樁的使用功能分類
豎向抗壓樁:主要承受豎向下壓荷載(簡稱豎向荷載)的樁,應進行豎向承載力計算,必要時還需計算樁基沈降,驗算軟弱下臥層的承載力以及負摩阻力產生的下拉荷載。
豎向抗拔樁;主要承受豎向上拔荷載的樁,應進行樁身強度和抗裂計算以及抗拔承載力驗算。
水平受荷樁:主要承受水平荷載的樁,應進行樁身強度和抗裂驗算以及水平承載力和位移驗算。
復合受荷樁:承受豎向、水平荷載均較大的樁,應按豎向抗壓(或抗拔)樁及水平受荷樁的要求進行驗算。
(2)按樁承載性能分類
摩擦樁:當軟土層很厚,樁端達不到堅硬土層或巖層上時,則樁頂的極限荷載主要靠樁身與周圍土層之間的摩擦力來支承,樁尖處土層反力很小,可忽略不計。
端承樁:樁穿過軟弱土層,樁端支承在堅硬土層或巖層上時,則樁頂極限荷載主要靠樁尖處堅硬巖土層提供的反力來支承,樁側摩擦力很小,可以忽略不計。
摩擦端承樁:樁頂的極限荷載由樁側阻力和樁端阻力***同承擔,但主要由樁端阻力承受。
端承摩擦樁:樁頂的極限荷載由樁側阻力和樁端阻力***同承擔,但主要由樁側阻力承受。
(3)按樁身材料分類
可分為木樁,混凝土樁,鋼樁,組合樁等。
(4)按樁徑大小分類
←小—250←中→800—大→
小樁;樁徑d≤250mm。
中等直徑樁:250mm<d<800mm。
大直徑柱:樁徑d≥800mm。因為樁徑大且樁端還可以擴大,因此,單樁承載力較高。此類樁除大直徑鋼管樁外,多數為鉆、沖、挖孔灌註樁,近年來的發展較快,應用範圍逐漸增大,並可實現柱下單樁的結構型式。
(5)按施工方法分類
可分為沈樁、鉆孔灌註樁、挖孔樁。
沈樁:分為錘擊沈樁法、振動沈樁法、射水沈樁法、靜力壓樁法。
錘擊沈樁法壹般適用於松散、中密砂土、黏性土,樁錘有墜錘、單動汽錘、雙動汽錘、柴油機錘、液壓錘等,可根據土質情況選用適用的樁錘;
振動沈樁法壹般適用於砂土,硬塑及軟塑的黏性土和中密及較松的碎石土;
射水沈樁法適用在密實砂土,碎石土的土層中,用錘擊法或振動法沈樁有困難時,可用射水法配合進行;
靜力壓樁法在標準貫入度n<20的軟黏土中,可用特制的液壓機或機力千斤頂或卷揚機等設備沈入各種類型的樁;
挖孔灌註樁適用於無地下水或少量地下水,且較密實的土層或風化巖層,如空氣汙染物超標,必須采取通風措施。
2、樁基礎的受力計算
基樁的計算,可按下列規定進行:
承臺底面以上的豎直荷載假定全部由基樁承受;
橋臺土壓力可按填土前的原地面起算.當基樁上部位於內摩擦角小於20°的軟土中時,應驗算樁因該層土施加於基樁的水平力所產生的撓曲;
在壹般情況下,樁基不需進行抗傾覆和抗滑動的驗算;但在特殊情況下,應驗算樁基向前移動或被剪斷的可能性.
在軟土層較厚,持力層較好的地基中,樁基計算應考慮路基填土荷載或地下水位下降所引起的負摩阻力的影響.
鉆(挖)孔灌註摩擦樁單樁軸向受壓容許承載力[p]可按下列方法計算,
支承在基巖上或嵌入基巖內的鉆(挖)孔樁、沈樁和管柱的單樁軸向受壓容許承載力[p],可按下式計算;
[p]=(c1a+c2uh)ra
式中[p]-單樁軸向受壓容許承截力(kn);
ra-天然濕度的巖石單軸極限抗壓強度(kpa),試件直徑為7~l0cm,試件高度與試件直徑相等;
h-樁嵌入基巖深度(m),不包括風化層;
u-樁嵌入基巖部分的橫截面周長(m),對於鉆孔樁和管柱按設計直徑采用;
a-樁底橫截面面積(it12),對於鉆孔樁和管柱接設計直徑采用;
c1、c2-根據清孔情況、巖石破碎程度等因素而定的系數,按表1b413012-4采用.
三、管柱(薄皮大徑)
管柱基礎是由管柱群和鋼筋混凝土承臺組成的基礎結構,也有由單根大型管柱構成基礎的。它是壹種深基礎,埋入土層壹定深度,柱底盡可能落在堅實土層或錨固於巖層中,作用在承臺的全部荷載,通過管柱傳遞到深層的密實土或巖層上。
管柱基礎因其施工方法和工藝較為復雜,所需機械設備較多,所以較少采用。但當橋址處的地質水文條件十分復雜,如大型的深水或海中基礎,特別是深水巖面不平、流速大或有潮汐影響等自然條件下,不宜修建其他類型基礎時,可采用管柱基礎。管柱基礎主要適用於巖層、緊密黏土等各類緊密土質的基底,並能穿過溶洞、孤石支承在緊密的土層或新鮮巖層上,不適用於有嚴重地質缺陷的地區,如斷層擠壓破碎帶或嚴重的松散區域。
管柱按材料分類有由○1鋼筋混凝土管柱、○2預應力混凝土管柱及○3鋼管柱三種。
管柱基礎按地基土的支承情況可分為以下兩種:
(1)如管柱穿過土層落於基巖上或嵌於基巖中,則柱的支承力主要來自柱端巖層的阻力,稱為支承式管柱基礎;
(2)如管柱下端未達基巖,則柱的支承力將同時來自柱側土的摩擦力和柱端土的阻力,稱為摩擦式或支承及摩擦式管柱基礎。
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