《桥梁深基础施工图课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《桥梁深基础施工图课件（183页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、桥梁深基础工程讲义桥梁深基础工程讲义讲讲面向二十一世纪的深基础工程面向二十一世纪的深基础工程 二十一世纪深基础工程随着大跨度桥二十一世纪深基础工程随着大跨度桥梁飞速发展而发展。梁飞速发展而发展。 深基础在桥梁、高层建筑、桥梁、高深基础在桥梁、高层建筑、桥梁、高塔、筒仓等建塔、筒仓等建( (构构) )筑物中得到广泛应用。筑物中得到广泛应用。深基础的建造技术复杂深基础的建造技术复杂, ,施工风险很大并施工风险很大并对施工设备和技术的依赖性很强。对施工设备和技术的依赖性很强。 如果深基础工程一旦发生事故如果深基础工程一旦发生事故, ,往往对往往对环境造成很大的影响和损失环境造成很大的影响和损失, ,
2、事后工作处事后工作处理也很困难。理也很困难。1.1.深基础工程的概念设计越来越重要深基础工程的概念设计越来越重要l目前,深基础工程设计与施工出现“事故多、花费多、浪费大”的现象,因此其概念设计越来越重要。l 一定要按照黄熙龄院士提出的设计三原则(地基承载力、变形和结构稳定性要求地基承载力、变形和结构稳定性要求)执行。l 根据约100个深基础事故的调查表明,由于概念设计和计算有误的达到25%以上。1 .1深基础的类型和适用条件深基础的类型和适用条件l深基础的类型常包括箱基础、桩基础、桩基础、桩箱基础、桩筏基础桩箱基础、桩筏基础,沉箱、沉井沉箱、沉井等。l深基础的选型必须根据场地的工程地质、水深基
3、础的选型必须根据场地的工程地质、水文地质和环境条件文地质和环境条件,满足结构设计的稳定要求。对满足结构设计的稳定要求。对天然地基承载力较低、建筑物对地基的沉降和结天然地基承载力较低、建筑物对地基的沉降和结构稳定性要求较高时构稳定性要求较高时,要特别重视深基础的适用条要特别重视深基础的适用条件件。l环境对深基础工程的概念设计和施工有重要的影响和制约。1.2深基础与上部结构的关系深基础与上部结构的关系l深基础埋深问题深基础埋深问题l要认真研究高层建筑结构的稳定性问题,根据不同条件确定最浅埋深。l深基础筏板深基础筏板(筏基及箱基筏基及箱基)厚度厚度l 要从理论上研究此厚度与上部结构体系的关系,找出其
4、最佳值。l深基础中桩基深基础中桩基 l 桩长和最佳桩径问题。由于持力层的限制,所以最佳桩径对每个特定工程而言,是很容易找到的。l沉降与桩数的关系沉降与桩数的关系l 按沉降控制设计桩基,在某一桩长确定后,找到沉降与桩数的关系。如果持力层不受限制,桩的沉降在桩数确定以后,与桩长也有关系。l深基础与上部结构统一设计理论深基础与上部结构统一设计理论。2 2深基础工程中存在的主要力学问题深基础工程中存在的主要力学问题l深基础工程相对上部结构而言,其最大的难题是力学问题,很多问题说不清楚。真是“上天容易入地难”。l 以下提出五个主要的、至今还没有解决的力学问题。2 .1土压力计算土压力计算l 目前在土压力
5、的计算中,仍主要采用经典的朗肯与库仑土压力理论。这两种土压力理论是根据土的极限平衡条件和一些假定条件推导而来的,在实际工程的土压力计算中发挥了非常重要的作用。l 但但深基础工程中的土压力明显地不同于刚性深基础工程中的土压力明显地不同于刚性挡土墙的土压力挡土墙的土压力,一方面土体一般不处在极限平衡一方面土体一般不处在极限平衡状态状态,另一方面土的实际情况与经典土压力理论的另一方面土的实际情况与经典土压力理论的有关假定相差较远有关假定相差较远,影响土压力的因素更为复杂影响土压力的因素更为复杂。l 为了得到更切合实际的土压力,除了理论研究外,应特别注意进行大量的现场土压力测试工作、注意区域土压力的差
6、别,从根本上着手研究土的本构模型以进行数值计算和分析,并且将理论计算和实测土压力进行对照,以期能得到一个较为合理的半经验半理论的公式。l 2. 2土的本构模型土的本构模型l 土的本构模型不仅是土力学的基本问题土的本构模型不仅是土力学的基本问题,而且也而且也是深基础工程中的一个重要和关键的问题。是深基础工程中的一个重要和关键的问题。l近20年来,各国学者提出了百多个本构模型,但在工程中应用较广的仍然是线弹性模型、邓肯-张非线性弹性模型与其它较简单的和较容易测定参数的模型,l弹塑性模型虽然在理论上有较大的优越性,但在工程实践中仍采用不多。土的本构模型研究是前瞻性、基础性的研究,它涉及计算的准确性、
7、实用性和经济性,对深基础工程具有重要的意义,今后应当继续研究比较简单而又实用的计算方法和模型,并且可以和土的三相结构理论结合起来进行研究。2 .3时空效应时空效应理论时空效应时空效应理论l 软土地基中的深基础工程存在着较明显的软土地基中的深基础工程存在着较明显的时空效应时空效应.l 即深基础工程的稳定、变形和深基础施即深基础工程的稳定、变形和深基础施工过程中每个步骤的空间几何尺寸和某些工过程中每个步骤的空间几何尺寸和某些施工环节的暴露时间等施工参数施工环节的暴露时间等施工参数, ,有着明显有着明显时间空间概念及相关性。时间空间概念及相关性。l 在深基础工程中考虑时空效应在深基础工程中考虑时空效
8、应,主要是为了改善主要是为了改善深基础工程的设计施工方法深基础工程的设计施工方法,制定科学、经济、合制定科学、经济、合理的施工工艺理的施工工艺,达到深基础工程稳定和控制变形的达到深基础工程稳定和控制变形的目的。目的。l 时间效应和空间效应往往互相联系时间效应和空间效应往往互相联系,共同作用于共同作用于深基础工程。目前对时空效应还没有较完整的理深基础工程。目前对时空效应还没有较完整的理论计算论计算,一般采用有限元法来分析一般采用有限元法来分析,但只能做一定程但只能做一定程度的理论探讨度的理论探讨,实际应用时还按工程经验进行某些实际应用时还按工程经验进行某些估算和判断。估算和判断。l 这些估算和判
9、断结果对施工工艺、施工过程也具有十分这些估算和判断结果对施工工艺、施工过程也具有十分重要的作用。避免了不少事故的发生重要的作用。避免了不少事故的发生, ,有明显的经济效益有明显的经济效益。2. 4可靠度理论可靠度理论l由于深基础工程本身的不确定性和复杂由于深基础工程本身的不确定性和复杂性性,决定了它的风险较大决定了它的风险较大,前面也提到在深基前面也提到在深基础工程的分析计算中础工程的分析计算中,计算模型、参数和土计算模型、参数和土压力荷载等不确定的因素很多。压力荷载等不确定的因素很多。l通过运用以概率论和数理统计学为基础通过运用以概率论和数理统计学为基础的可靠性理论，在确保深基础工程安全的的
10、可靠性理论，在确保深基础工程安全的前提下前提下,所有深基础工程还必须追求合理的所有深基础工程还必须追求合理的造价。造价。l还由于深基础工程中包含了多个相互联系、相互作用的部分,破坏模式也多种多样,而破坏的后果又往往很严重,因此应当进行全面系统的分析,既要分析深基础整体的可靠度,又要分析单个构件的可靠度;既要分析方案的安全度,又要分析方案的经济成本,从多个方案中选出对减小风险最经济的方案。2 .5沉降问题沉降问题l深基础工程中沉降和差异沉降是一个重要深基础工程中沉降和差异沉降是一个重要的问题。的问题。l 目前对于地基的沉降计算目前对于地基的沉降计算,常将地基土视做常将地基土视做纯粹弹性材料纯粹弹
11、性材料,按经典弹性理论计算地基中按经典弹性理论计算地基中的应力分布的应力分布,用单向固结仪测定土的弹性模用单向固结仪测定土的弹性模量后量后,再按分层总和法计算沉降。再按分层总和法计算沉降。 由于以上假定与地基土的实际情况不完全相符由于以上假定与地基土的实际情况不完全相符, ,且试验且试验参数也与原状土有所不同参数也与原状土有所不同, ,因此沉降的计算结果同实测结因此沉降的计算结果同实测结果往往差别较大。果往往差别较大。 l“规范规范”中规定了一个经验修正系数中规定了一个经验修正系数,显然显然这只能作为一种粗略的估算。深基础工程这只能作为一种粗略的估算。深基础工程的沉降涉及的因素更多的沉降涉及的
12、因素更多,计算更加复杂计算更加复杂,而要而要求计算的准确度更高求计算的准确度更高,应该说应该说,高层建筑深基高层建筑深基础沉降计算问题还远没有解决。础沉降计算问题还远没有解决。l为了提高深基础工程沉降计算的准确性为了提高深基础工程沉降计算的准确性,目目前应对深基础工程的地基沉降进行大量和前应对深基础工程的地基沉降进行大量和长期的观测工作长期的观测工作,积累实测资料积累实测资料,并将实测值并将实测值与计算值进行对比分析与计算值进行对比分析,从而找到适合本地从而找到适合本地区沉降计算的经验方法。国内外在这方面区沉降计算的经验方法。国内外在这方面的实测资料都不多。的实测资料都不多。3 深基础工程中的
13、计算机应用和深基础工程中的计算机应用和、集成智能系统、集成智能系统l采用国际上普遍接受的力学原理、充分考虑土的采用国际上普遍接受的力学原理、充分考虑土的非线性和固结特性非线性和固结特性,将地基基础和上部结构视为一将地基基础和上部结构视为一个整体个整体,按整体共同作用进行分析按整体共同作用进行分析,并一体化完成从并一体化完成从分析计算到绘制施工图的工作。分析计算到绘制施工图的工作。l在深基础工程系统的开发过程中在深基础工程系统的开发过程中,还应遵循还应遵循理论研究、数值分析和现场工程实测相结合的技理论研究、数值分析和现场工程实测相结合的技术原则。此外术原则。此外,系统和系统必须有完系统和系统必须
14、有完善的前后处理功能、方便易用的图形用户界面和善的前后处理功能、方便易用的图形用户界面和良好的在线文档使用说明系统。良好的在线文档使用说明系统。4超长桩基设计与施工的重要变革超长桩基设计与施工的重要变革-沉降控制沉降控制l目前桩基础的设计目前桩基础的设计(包括相关规范包括相关规范)是按承载是按承载力力(强度强度)考虑的考虑的,即认为所有的上部结构荷载即认为所有的上部结构荷载都由桩承担都由桩承担,桩间土几乎不承担荷载桩间土几乎不承担荷载,并根据并根据这一原则来设计计算桩的数量和布桩。但这一原则来设计计算桩的数量和布桩。但近年来的许多研究表明近年来的许多研究表明,对于群桩基础对于群桩基础,为了为了
15、建立竖向刚度较大的桩土混合地基所需要建立竖向刚度较大的桩土混合地基所需要的桩数并不多的桩数并不多,即按沉降控制设计的桩数比即按沉降控制设计的桩数比目前按承载力控制设计的桩数要少目前按承载力控制设计的桩数要少,一般可一般可减少减少10%以上以上。l此外此外, ,在软土地基中很多工程所处天然地基在软土地基中很多工程所处天然地基的强度能满足设计荷载要求的强度能满足设计荷载要求, ,但地基的沉降但地基的沉降过大过大, ,对于这种情形对于这种情形, ,桩可视为减少沉降的措桩可视为减少沉降的措施和构件。由于在沉降控制设计中施和构件。由于在沉降控制设计中, ,考虑了考虑了桩与桩间土的共同作用桩与桩间土的共同
16、作用, ,可以比按承载力控可以比按承载力控制的设计较显著地减少桩数。制的设计较显著地减少桩数。 近年来在国近年来在国内设计和施工了一些超长桩基工程项目内设计和施工了一些超长桩基工程项目, ,均均取得了成功。取得了成功。5地基、基础、上部结构整体共同作用理地基、基础、上部结构整体共同作用理论的建立和广泛应用论的建立和广泛应用l高层建筑与地基基础整体共同作用是把上部结构、高层建筑与地基基础整体共同作用是把上部结构、基础、地基基础、地基(若有桩基础则包括桩若有桩基础则包括桩)作为一个整体进作为一个整体进行计算分析行计算分析,强调满足上部结构、基础、地基在相强调满足上部结构、基础、地基在相互接触处的位移协调条件。互接触处的位移协调条件。l通过工程实践发现,用常规设计方法设计的上部结构,其设计内力值与实测内力值有很大的差距,在底层梁柱和边跨梁柱中的差距尤为明显,而基础的设计内力值则比实测内力值偏大较多。l 目前地基目前地基 基础基础 上部结构整体共同作用理论上部结构整体共同作用理论(以下以下简称为整体共同作用理论简称为整体共同作用理论)还处在局部研究还处在局部研究,个别经个别经验的阶段验的阶段,
