基础工程重点2教学提纲.doc

Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。基础工程重点2-第一章1.桥梁的三个主要组成部分是：桥跨上部结构(桥跨结构、支座系统)，桥跨下部结构(桥墩、桥台、墩台基础)和附属结构(引道、锥波、导流护岸等调治构造物)桥跨结构：行车走人，跨越障碍的结构物支座系统：支承上部结构并将上部结构产生的各种作用传递至桥梁墩台。桥墩：设在河中、岸上或地面上支承两侧桥跨上部结构的建筑物。桥台：设在桥的两端，支承上部结构并与路基衔接，承受后土方压力的建筑物墩台基础：保证桥梁墩台安全并将各种作用传至地基的桥梁最下部分2.地基:天然地基(未经人工处理即满足设计要求的地基)人工地基(经过人工加固或处理后的地基)3、基础:浅基础(刚性扩大基础、柔性扩大基础)深基础(桩基础、沉箱基础、沉井基础、地下连续墙)深水基础.浅基础：埋置深度较浅（一般在数米以内），且施工相对简单的基础，在设计计算中，可忽略基础侧面土体的摩阻力和侧向抗力.深基础：浅层土质不良，需将地基至于较深的良好图层上，且在设计计算中不能忽略基础侧面土体的摩阻力和侧向抗力的基础形式.深水基础：水深超过5m以上，且不能采用一般的土围堰、木板桩围堰等防水技术施工的桥梁基础。第二章1、浅基础常用类型：刚性基础、钢筋混凝土扩展基础。刚性基础：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。钢筋混凝土扩展基础：基础在基地反力作用下，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断面开裂甚至裂开，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，这种基础称为钢筋混凝土扩展基础。区别：（1）刚性基础的特点是稳定性好、施工简便、能承受较大的载荷，所以只要地基强度能满足要求，它是桥梁和涵洞等结构物优先考虑的基础形式。它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。（2）钢筋混凝土扩展基础主要用钢筋混凝土浇筑，常见的形式有柱下扩展基础、条形和十字形基础、伐板及箱型基础，其整体性能好，抗弯刚度较大。在土质较差的地基上修筑建筑物时，采用这种基础是适宜的。2、基坑围护方法：板桩墙支护、喷射混凝土护壁、混凝土围圈护壁。3、如何确定地基承载力容许值（三种方法）（1）根据现场荷载试验的p-s曲线确定。（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。4、按现行规范提供的经验公式计算步骤：（1）确定地基岩土的名称：公路桥涵地基的岩土分为岩石、碎石土、沙土、粉土、粘性土和特殊性岩土。（2）地基岩土工程特性指标确定：土的工程特性指标包括抗剪强度指标、压缩性指标。动力触探锤击数、静力触探头阻力、载荷试验承载力以及其他特性指标。（3）地基承载力容许值确定a、地基承载力基本容许值的确定b、地基承载力容许值的确定c、地基承载力容许值应乘的抗力系数5、公式各字母的含义当基础位于水中不透水地层上时，a按平均常水位至一般冲刷线的水深每米再增大10kPaa=a0+k11(b-2)+k22（h-3）a地基承载力容许值（kPa）b基础底面的最小变宽（m），当b<2m，时取b=2m；当b>10m，时取b=10mh基地埋置深度（m），自天然地面起算，有水流冲刷时自一般冲刷线算。当h<3m，时取b=3m；当h/b>4m，时取h=4bm；k1、k2基底、深度修正系数，根据基底持力层土类别按表确定1基底持力层土天然重度（kN/m³），若持力层在水面以下切为透水者，应取浮重度2基底以上土层的加权平均重度（kN/m³），换算是若持力层在水面以下，且不不透水时，不论基底以上土的透水性质如何，一律去饱和重度；当透水时，水中土层则应取浮重度6、基础埋置深度的确定：地基的地质条件；河流的冲刷深度；当地的冻结深度；上部结构形式；当地的地形条件；保证持力层稳定所需的最小埋置深度7、刚性角：为满足是基础悬出部分在基地应力作用下，a-a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制，可得到自墩台身边缘处的垂线与基地边缘的连线最大夹角，即刚性角。8、基地应力计算或者是基地承载力容许值抗力系数；p是基地应力；N是基地以上竖向荷载；A是基地面积M是作用于墩、台上各外力对基底形心轴的力矩。水平力；水平作用点至基底的距离；竖向分立竖向分立作用点至基底形心的偏心距；合力偏心距W基底模量；基底处持力层地基承载力容许值9、基底合力偏心距验算原因：墩、台基础的设计计算，必须控制基底合力偏心距，其目是尽可能是基底应力分布比较均匀，以免基底两侧应力相差过大，是基础产生较大的不均匀沉降，墩、台发生倾斜，影响正常使用。基础稳定性:基底倾覆稳定性验算和基底滑动稳定性验算。和地基稳定性验算：圆弧滑动面法第三章1、桩基础的组成：承台、基桩、松软土层、持力层、墩身2、桩基础的适用条件：（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，位于基础或结构物下面的土层有可能被侵蚀、冲刷，如采用浅基础不能保证基础安全时；（3）当地基计算沉降过大或建筑对不均匀沉降敏感时，采用桩基础穿过松软土层，将载荷传到较坚实土层，以减少建筑物沉降并使沉降较均匀。（4）当建筑物承受较大的水平荷载，需要减少建筑物的水平位移和倾斜时；（5）当施工水位或地下水位较高，采用其他深基础施工不便或经济上不合理时；（6）地震区，在可液化地基中，采用桩基础可增加建筑物的抗震能力，桩基础穿越可液化土层并深入下部密实稳定土层，可消除或减轻地震对建筑物的危害。3、桩基础的分类基础按承台位置：高桩承台基础；低桩承台基础按施工方法分类：1、沉桩（预制桩）：(1)打入桩(2)振动下沉桩(3)静力压桩；2、灌注桩；(1)钻、挖孔灌注桩(2)沉管灌注桩3、管柱基础；4、钻埋空心桩按桩的设置效应分类：1、挤土桩；2、部分挤土桩；3、非挤土桩按承载性质分类：1、竖向受荷桩：(1) 摩擦桩：桩穿过并支承在各种压缩性土层中，在竖向荷载作用下，基桩所发挥的承载力以侧摩阻力为主时，统称为摩擦桩。(2) 端承桩（柱桩）：端承穿过较松软土层，桩底支承在坚实土层或岩层中，且桩的长径比不大是，在竖向荷载作用下，基桩所发挥的承载力以桩底土层的抵抗力为主时，称为端承桩或柱桩。2、横向受荷桩：(1)主动桩；(2)被动桩；(3)竖直桩与斜桩3、桩墩按桩身材料分类：1、钢桩；2、刚劲混凝土桩；4、钢筋混凝土钻（挖）孔灌注桩构造桩身常为实心断面设计直径d0.8m（钻孔桩）直径最小边宽1.2m（挖孔桩）桩身混凝土等级C25钢筋骨架有的种类（四种）：1、主筋d16mm数量m8根净距80mm<s<350mm作用：抗弯拉，抗挠曲2、箍筋d>主筋直径的1/4，且>8mm中距15倍的主筋直径，且<300mm3、加强筋当直径较大的桩或较长的钢筋骨架时可以设置每隔2.02.5m设置（16mm<d<32mm）与箍筋平行4、定位钢筋作用：保证对中注意事项：嵌入深度不小于0.5m主筋保护层厚度c60mm含筋率0.2%0.6%5、承台横系梁的构造（特点）：伸入承台的桩顶钢筋可做成喇叭形，与竖直线倾斜15度伸入承台的钢筋锚固长度，光圆不小于30d（设弯钩），带肋不小于35d（不设弯钩），并设箍筋横系梁的构造加强横向联系按横截面的0.1%配置构造钢筋，不作内力计算；主筋伸入桩内，与桩内主筋连接；梁高：0.81.0d，梁宽：0.61.0承台配筋的构造要求1.承台顶面与侧面设置表层钢筋网，每面纵横两个方向钢筋用量400mm2/m，间距400mm；2.承台底部布置一层钢筋网，纵横两个方向钢筋用量12001500mm2/m，钢筋直径1418mm；3.桩顶主筋伸入承台时，钢筋网通过桩顶不得截断，且与桩顶主筋连接；4.桩顶直接埋入承台，作用于承台的压应力超过承台混凝土容许值时，在桩顶上布置12层局部钢筋网，钢筋直径12mm，钢筋网每边长度2.5d，网孔边长100150mm；5.桩中心距3d，承台受力钢筋均匀布置在承台全宽范围内；6.桩中心距3d，承台受力钢筋均匀布置在距桩中心1.5d范围内，在此范围外应布置配筋率0.1%的构造钢筋；7.如承台只有一个方向有受力钢筋，则垂直于受力方向应设置d12mm、间距250mm的构造钢筋；8.承台底面受力钢筋布置成多层时：钢筋层数3，钢筋层距30mm，且1.0d；钢筋层数3，钢筋层距40mm，且1.25d6、桩基础的施工钻孔灌注桩的施工（一）准备工作1、场地准备：三通一平2、埋置护筒（作用：定桩位、防坍塌、稳固孔壁）3、制备泥浆4、安装钻机或钻架（二）钻孔1、钻孔的方法和钻具（正循环：泥浆从中心管进，携带泥沙再从钻头周围出；反循环：泥浆从钻杆与孔壁间的环状间隙流入孔内，来冷却钻头并携带沉渣由钻杆内腔返回地面的一种钻进工艺。）2、钻孔过程中容易发生的质量问题及处理方法（1）塌孔（原因：土质松软、泥浆护壁不好、护筒水位不高等。措施：只能回填土，再重钻）（2）斜孔可在偏斜处吊放钻头，上下反复扫孔，直至把孔位交直；或在偏斜处回填砂黏土，待沉密实后再钻。（3）卡钻或掉钻头捞（4）浮笼清理基底，再重新浇筑混凝土（5）断柱加扁担桩或子母桩（6）缩孔（原因：孔径小于设计孔径。措施：反复扫孔。）3、钻孔注意事项（1）在钻孔过程中，始终要保持钻孔护筒内水位要高出筒外11.5m的水位差和护壁泥浆的要求，以起到护壁固壁作用，防止坍孔。（2）在钻孔过程中，应根据土质等情况控制钻进速度、调整泥浆稠度，以防止坍孔及钻孔偏斜、卡钻和旋转机负荷超载等情况发生。（3）钻孔宜一气呵成，不宜中途停钻以免坍孔。（4）钻孔过程中应加强对桩位、成孔的检查工作。（三）清孔及装吊钢筋骨架清孔的目的是出去孔底沉淀的钻渣和泥浆，以保证灌注的钢筋混凝土质量，确保桩的承载力。（四）灌注水下混凝土（最最重要的工序）目前我国多采用直升导管法灌注水下混凝土。注意事项：1、 混凝土拌和必须均匀，尽可能缩短运输距离和减小颠簸，防止混凝土离析而发生卡管事故。2、灌注混凝土必须连续作业，一气呵成。防止浮笼3、在灌注过程中，要随时测量和记录孔内混凝土灌注高程和导管入孔长度，提管时控制和保证导管埋入混凝土面内有35m深度。4、灌注的桩顶高程应比设计值预加一定高度，此范围的浮浆和混凝土应凿除，以确保桩顶混凝土的质量。第四章：1、单桩轴向荷载受力机理：当轴向荷载逐步施加于单桩桩顶，桩身上部受到压缩而产生相对于土的向下位移，与此同时桩侧表面就会受到土的向上摩阻力。桩顶荷载通过所发挥出来的桩侧摩阻力传递到桩周土层中去，致使桩身轴力和桩身压缩变形随深度递减。随着荷载增加，桩身压缩量和位移量增大，桩身下部的摩阻力随之调动起来，桩底图层也因受到压缩而产生桩端阻力。2、单桩在轴向荷载下的破坏模式：1当桩底支承在很坚硬的地层，桩侧土为软土层其抗剪强度很低时，桩在轴向受压荷载作用下，如同一受压杆件呈现纵向挠曲破坏。2当具有足够强度的桩穿过抗剪强度较低的土层而达到强度较高的土层时，桩在轴向受压荷载作用下，由于桩底持力层以上的软弱土层不能阻止活动土楔的形成，桩底土体将形成滑动面而出现整体剪切破坏。3当具有足够强度的桩入土深度较大或桩周土层抗剪强度较均匀时，桩在轴向受压荷载作用下，将出现刺入式破坏。3、经验公式法计算摩擦桩单桩轴向受压承载力容许值；4、负摩阻力的定义及产生原因：当桩周土体因某种原因发生下沉，其沉降变形大于桩身的沉降变形时，在桩侧表面将出现向下作用的摩阻力，称为负摩阻力。产生原因：1在桩附近地面大量堆载，引起地面沉降。2土层中抽取地下水或其他原因，地下水位下降，使土层产生自重固结下沉。3桩穿过欠压密土层进入硬持力层，土层产生自重固结下沉。4桩数很多的密集群桩打桩时，使桩周土中产生很大的超孔隙水压力，打桩停止后桩周土的再固结作用引起下沉。5在黄土、冻土中的桩，因黄土湿陷、冻土融化产生地面下沉。中性点的概念：桩侧下沉量有可能在某一深度与桩身的位移量相等，此处桩侧摩阻力为零，而在此深度以上桩侧土下沉大于桩的位移，桩侧摩阻力为负；在此深度以下，桩的位移大于桩侧土的下沉，桩侧摩阻力为正。正负摩阻力变换的位置称为中性点。摩阻力计算：5、文克尔地基模型：假定地基土表面上任意一点处的变形si与该点所承受的压力pi成正比，而与其他点上的压力无关，即pi=Csi，式中：C地基抗力系数（kn/m3）。把地基视为刚性基座上由一系列侧面无摩擦的土桩组成，并可以用一系列的弹簧模拟。单桩，单排桩，多排桩：单桩、单排桩是指在水平外力H的作用面相互垂直的平面上，由单根或多根桩组成的单根（排）桩的桩基础。多排桩指在水平外力作用平面内有一根以上的桩的桩基础，不能直接应用上述公式计算各桩顶作用力，须应用结构力学方法另行计算。桩的计算宽度：为了将空间受力简化为平面受力，并综合考虑桩的截面形状及多排桩桩间的相互遮蔽作用，将桩的设计宽度（直径）换算成相当实际工作条件下，矩形截面桩的宽度b1称为桩的计算宽度。群桩效应：摩擦型群桩基础受竖向荷载后，由于承台、桩、土的相互作用使其桩侧阻力、桩端阻力、沉降等性状发生变化而与单桩明显不同，这种群桩不同于单桩的工作性状所产生的效应，称为群桩效应，它主要表现在对桩基承载力和沉降的影响上。刚性桩与弹性桩：当桩的入土深度h>2.5/a时，桩的相对刚度小，必须考虑桩的实际刚度，按弹性桩来计算，a为桩的变形系数。当桩的入土深度h<=2.5/a时，则桩的相对刚度较大，可按刚性桩计算。桩基础设计应考虑哪些因素：1承台底面高程的考虑2柱桩桩基和摩擦桩桩基的考虑3桩形与施工方法的考虑6、四个刚度系数的含义：1.当第根桩桩顶处仅产生单位轴向位移（）时，在桩顶引起的轴向力为。2.当第根桩桩顶处仅产生单位横轴向位移（）时，在桩顶引起的横轴向力为。3.当第根桩桩顶处仅产生单位横轴向位移（）时，在桩顶引起的弯矩为；或当桩顶产生单位转角（）时，在桩顶引起的横轴向力为。4.当第根桩桩顶处仅产生单位转角（）时，在桩顶引起的弯矩为。7、群桩作用效应摩擦型群桩基础受竖向荷载后，由于承台、桩、土的相互作用使其桩侧阻力、桩端阻力、沉降等性状发生变化而单桩明显不同，这种群桩不同于单桩的工作性状所产生的效应，称其群桩效应。第五章什么是沉井：沉井是一种井筒状空腔结构物。是在预制好的井筒内挖土，依靠井筒自重或借助外力客服井壁与地层的摩擦阻力逐步沉入地下至设计高程，最终形成桥梁墩台或其他建筑物基础的一种深基础形式。沉井优点：埋置深度可以很大，整体性强、稳定性好，有较大的承载面积，能承受较大的垂直荷载和水平荷载；不需要另设坑壁支撑或板桩围堰，既节约了材料，又简化了施工；可作为地下构筑物的围护结构，内部空间可充分利用。此外，在深基础施工中，具有占地面积小，挖土量少，对邻近建筑物等环境影响较小的优点，同时，不需特殊专业设备，操作简便，技术可靠，节省投资。沉井缺点：施工工期较长，对粉，细砂类土在井内抽水易发生流砂现象，造成沉井倾斜；沉井下沉过程中遇到大的孤石、树干或井底岩层表面倾斜过大，均会给施工带来一定的困难。沉井分类：（按施工方法分类）1一般沉井：指直接在基础设计位置上制造，然后挖土，依靠沉井自重下沉。若基础位于水中，则先在水中筑岛，再在岛上筑井下沉。2浮运沉井：它是指先在岸边制造，再浮运就位下沉的沉井。（按建筑材料分类）1混凝土沉井2钢筋混凝土沉井3竹筋混凝土沉井4钢沉井（按形状分类）按平面形状可分为圆形，矩形，圆端型，按孔的布置方式可分为单孔，双孔，多孔和多排孔沉井。沉井基础的构造：沉井一般由井壁（侧壁）、刃脚、内隔墙、井孔、凹槽、封底和顶盖板等组成。沉井各构件作用：井壁：1.施工时，作为挡土挡水的围堰结构。2.使用时，作为基础的一部分承受荷载。刃脚：有利于沉井的切土下沉。内隔墙：增加沉井整体刚度。井孔：挖土排水通道，可空心或填片石。射水管：调整沉井顺利下沉。封底、顶盖：使用中承受荷载。沉井施工：步骤：1清整场地2制造第一节沉井3拆模及抽垫4挖土下沉5接高沉井6设置井预防水围堰7基地检验和处理8沉井封底9井孔填充和顶板浇筑。注意问题及处理方法：1偏斜，通常可用除土、压重、顶部施加水平力或刃脚下支垫等方法处理，空气幕沉井也可采用单侧压气纠偏。2下沉困难（原因：1.开挖面深度不够，正面阻力大2.偏斜或刃脚下遇到障碍物、坚硬岩层和土层3.井壁摩阻力大于沉井自重4.井壁无减阻措施或泥浆套、空气幕等减阻构件遭到破坏。措施：通常用增加压重和减小井壁摩擦力的方式处理。）3突沉，控制均匀挖土，减小刃脚处挖土深度4流砂，防止措施是向井内灌水，或不排水除土下沉时，减小水头梯度，采用井点，或深井和深井泵降水，降低井壁外水位，改变水头梯度方向使土层稳定，防止流砂发生。P192岩石与非岩石上变形区别：非岩石地基，在水平力作用下，沉井将围绕地面下深度z处A点转动w角；岩石地基，基底不产生水平位移，绕基地中心旋转。P199沉井刃脚受力计算（图5-23，图5-24）P204井壁受力计算第六章：地基处理P228表6-1，可以列出几个常用的处理方法答：物理处理：置换、排水、挤密、加筋化学处理：搅拌、灌浆热学处理：热加固、冻结换土垫层法：是挖去地表浅层软弱土层或不均匀土层，回填坚硬、较粗粒径的材料，并夯压密实，形成垫层的地基处理方法。排水固结法：使天然地基在建筑物投入使用之前完成大部分固结沉降，从而减少建筑物或构筑物使用期的沉降，保证建筑物的沉降和沉降差在允许的范围内。重锤夯实法：运用起重机械将重锤提到一定高度，然后锤自由落下，重复夯击地基，使浅层的地基土体得到夯击而密实，从而其强度提高。-