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1、第三章 桥梁桩基础,第一节 概述一、桥梁的组成及概念,基础的分类： 浅基础：刚性扩大基础 (材料: 砖石,素混凝土,钢筋混凝土) 深基础：桩、沉井(钢筋混凝土)浅基础和深基础的区别:浅基础:埋深h小于或等于5m, 施工简单,可以明挖,计算时不考虑土抗力.深基础:埋深h5m,施工较复杂, 计算时,要考虑周围土抗力.埋置深度h对于有冲刷的河流，是从最大冲刷线至基础底面的距 离； 对于无冲刷河流，是从河底或地面至基础底面的距离。地基的分类：人工地基需要经过人工加固或处理的地基； 天然地基可直接放置基础的地基。桥梁桩基础的概念：组成：承台+基桩 作用：将上部结构传来的力传入地基中。,二、桩的适用条件,
2、1. 荷载较大，地基上部土层软弱，适宜的持力层较深。2、河床冲刷大，采用浅基础施工困难或不够安全。3、结构对不均匀沉降敏感时。4、施工水位过高，避免水下施工。5、地震区。,第二节 桩基的类型和构造,一、按受力条件分：1.摩擦桩和柱桩：摩擦桩：桩穿过并支撑于各可压缩土层中，主要依靠桩侧摩阻力支承荷载。柱桩：桩穿过土层，支撑在岩石等非压缩土层中，主要依靠桩底支承力荷载，忽略桩侧摩阻力。2. 竖直桩和斜桩;竖直桩：常用于承受垂直力。斜桩：为了承受较大水平力，一般用于拱桥桥台。3. 高承台桩：台底位于地面（或冲刷线）以上，圬工少，施工方便。 低承台桩：台底位于地面（或冲刷线）以下，圬工多，稳定性好。,
3、二、按施工方法分：钻孔灌注桩 打入桩 静力压桩 沉管灌注桩 爆扩桩 管柱桩,三、桩基础的构造钢筋组成和作用。摩擦桩：分段配筋；柱桩：全长均匀配筋。桩与承台连接时，应成喇叭形，并放置钢筋网在顶端。,第三节 钻孔灌注桩的施工,施工特点：简单、方便。适用于：各种砂性土、粘性土、碎卵石 类土、岩层。慎用：在有淤泥，可能有流砂或有承压水的土质地点。,施工顺序：1. 准备场地：三通一平 浅水施工：筑岛围堰 深水施工：搭支架、搭便桥，安装水中平台、用浮船。2. 埋护筒： 种类：木、钢、混凝土 作用：1）固定桩位，做钻孔导向； 2）保护孔口，防止坍塌； 3）隔离地面水，保持水头差。,埋护筒要求：1）平面位置应
4、埋设正确； 2）筒顶标高应高出地下水位和施工最高水位1.52.0m。3）筒底应低于施工最低水位0.10.3m4) 护筒四周应夯填密实的粘土，埋在稳定土层中。3.制备泥浆：作用：1）产生较大的悬浮液压力，防止塌孔；2）在孔壁表面形成胶泥层，有护壁作用；3）泥浆比重大，具有浮渣作用，利于钻渣的排出。,4. 安装钻机或钻架。5.钻孔：方法：1）旋转钻2）冲击钻 3）冲抓钻,注意事项：1）保持水头差2）注意速度3）一气呵成4）加强检查,6. 清孔：目的：除去孔底钻渣、泥浆， 保证质量。方法：1）换浆清孔 2）掏渣清孔 3) 抽浆清孔7. 下钢筋笼,8.灌注水下混凝土,采用直升导管法：关键：导管不能到底
5、部；浇注前放置隔水栓；及时上提，防止断桩。第一斗混凝土的用量；第一次灌注11.5m深。,对混凝土要求：1）应有必要的流动性，坍落度1820cm；2）混凝土搅拌均匀，防止离析；3）一气呵成，防止中断；4）保证导管埋入混凝土一定深度。第九步：桩头处理,*钻孔灌注桩常见事故及处理,1.坍孔2.漏浆3.卡钻或掉钻头4. 浮笼5.断桩,第四节 单桩承载力,一、单桩轴向荷载传递机理和特点：竖向承载力=桩侧摩阻力+桩底处土的支承力1）对于摩擦桩： 在竖向荷载作用下，摩阻力先出现，逐步增大，直至达到极限，而后桩底反力开始出现，并达到最大。2）对于柱桩，桩底承载力发挥充分，摩阻力很小。,3)粘性土打入桩：摩阻力
6、沿入土深度呈抛物线型分配，力约等于中等强度粘土在不排水时抗剪强度。4）砂性土打入桩：入土深度在（1020)d内，摩阻力直线增长；入土深度超过（1020)d，摩阻力近乎均匀或逐渐减少。,5）钻孔灌注桩：侧向压力在施工中解除现象，摩阻力分布均匀。6）长期荷载作用下，桩身总摩阻会减小，而桩端总阻力增加。7）相同土层中，长桩发挥的摩阻力大于短桩。,二、轴向荷载下桩的破坏模式,1）桩身的纵向挠曲破坏（岩石地基）；2）桩端土发生整体剪切破坏（穿过软弱土层、支承在强度较高的硬土层上的摩擦桩）；3）刺入式破坏（入土深度大的桩）。,三、单桩轴向容许承载力的确定,（一）静载试验法（二）桥梁规范法：假定：1.桩承载
7、力=侧摩阻力+桩尖支承力 2.灌注桩侧摩阻力、桩底力均匀分布,钻孔灌注桩：,U-桩身周长，按成孔直径计算，旋转钻，按钻头直径增大3050cm。,Ap-桩底截面积。,h-桩底埋置深度。,四、桩的负摩阻力问题,1948年由太沙基首先提出：负摩阻力的产生：桩周土的沉降量大于桩沉降量。产生高度：中性点到地面中性点的位置：通过计算确定，估计值为h1=0.77h20.80h2,产生原因：1）可压缩软粘土层、新填土在自重作用下固结。2）大面积地面荷载使桩周土被压密。3）地下水位下降引起。4）桥头高填土及路堤荷载5）湿陷性黄土地基，由于地基浸水而沉。,负摩阻力强度：f=1/2*ququ为软弱土层的无侧限抗压强
8、度。 或f=rhktg则极限摩阻力：Nf=f*Anf 其中，Anf为负摩阻区桩身表面积；*考虑桩的负摩阻力，桩的容许承载力公式要发生变化。后果：1）桩基下沉量增加； 2）基础不均匀沉降。措施：桩身涂沥青、油漆，可减少负摩阻力。,五、单桩横向容许承载力的确定,一、桩在横向荷载作用下的工作性能,第二节 桥梁桩基内力和位移的计算,一、基本概念1土的弹性抗力：桩在各种荷载的作用下，会发生位移和转角，其中，水平位移及转角会挤压桩侧土体，桩侧土必然对桩产生一横向土抗力，称为土的弹性抗力。,式中： 横向土抗力（KN/m2）；C地基系数（KN/m3）；Xz深度z处桩的横向位移（m）。对C的确定方法（图-1）：
9、a）“m”法 b）“K”法 c）“C值”法 d）“C”法,上述四种方法均假定地基符合文克尔弹性地基。目前，公桥基规广泛采用“m”法。即C=mz ， 其中，m地基土比例系数，可查规范中相关表格。,2单桩、单排桩与多排桩1）单桩、单排桩：是指在与水平外力H作用面相垂直的平面上，由单根或多根桩组成的。如图-2中a），b）。若作用承台底面中心的荷载为N、H、M，各单根桩顶承受的力：（如图-3）N在承台横桥向无偏心，可均摊，即：N在承台横桥向有偏心e，偏心弯矩Mx=Ne，则每根桩竖向力可按偏心受压构件计算：,3计算宽度是指桩在水平外力的作用下，桩侧土受到影响的宽度并不等于桩的直径，而是大于桩径。即为桩在
10、实际工作条件下的计算宽度b1。 b1=KfK0Kb（或d）,2）多排桩：是指水平外力H作用平面上（即行车方向），由一根以上的桩组成。如图-2中c）。各根桩的受力需采用结构力学方法9见后面）。,b（或d）与外力H作用方向相垂直平面上桩的宽度（或直径）；Kf形状换算系数。（可查表）。K0受力换算系数。K桩间相互影响系数。,4刚性桩与弹性桩刚性桩：桩的入土深度 ； 其中， 为变形系数， 弹性桩：桩的入土深度 。,二、“m”法弹性单排桩内力和位移的计算（一）基本假定：桩侧土为弹性地基土，应力与位移呈正比；忽略桩土间的粘着力和摩阻力；弹性桩。（二）计算公式：当桩的支承条件及入土深度符合一定要求，可得地面
11、以下任意深度处的内力和位移：,若已知桩顶与地面平齐，地面处水平力Q0，弯矩M0，则,1对于 的摩擦桩、 的柱承桩： （3-1） （3-2） （3-3） （3-4）,2对于 的 嵌岩桩： （3-5） （3-6） （3-7） （3-8） 上式中的 及 为无量纲系数，均为 和 的函数，规范已将其制成表格供查用。,三、最大弯矩位置的确定 1可通过绘制各深度Z处的弯矩M曲线图，从图中求得。 2可通过解析法求得最大值。最大弯矩处，剪力为0。可通过QZ公式反求Z值。,四、桩顶位移的计算公式桩位于地面或最大冲刷线以上l0，桩顶自由，作用外力Q及M，则桩顶的位移包括：地面处水平位移x0，地面处转角0所引起的桩顶位移0 l0，桩露出地面段作为悬臂梁由Q和M引起的桩顶水平位移XQ，XM，即,
