長安大學(xué)基礎(chǔ)工程教案第二章-天然地基上的淺基礎(chǔ)

1、 第二章 天然地基上的淺基礎(chǔ)淺基礎(chǔ)的定義: 埋入地層深度較淺，施工一般采用敞開挖基坑修筑的基礎(chǔ) 淺基礎(chǔ)在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)可以忽略基礎(chǔ)側(cè)面土體對基礎(chǔ)的影響，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式和施工方法也較簡單。深基礎(chǔ)埋入地層較深，結(jié)構(gòu)形式和施工方法較淺基礎(chǔ)復(fù)雜，在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)需考慮基礎(chǔ)側(cè)面土體的影響。天然地基淺基礎(chǔ)的特點(diǎn):由于埋深淺，結(jié)構(gòu)形式簡單，施工方法簡便，造價(jià)也較低，因此是建筑物最常用的基礎(chǔ)類型。第一節(jié) 天然地基上淺基礎(chǔ)的類型、構(gòu)造及適用條件一、淺基礎(chǔ)常用類型及適用條件天然地基淺基礎(chǔ)的分類（根據(jù)受力條件及構(gòu)造）：剛性基礎(chǔ)：基礎(chǔ)在外力（包括基礎(chǔ)自重）作用下，基底的地基反力為，此時(shí)基礎(chǔ)的懸出部分（圖2-1b），a-a斷面左

2、端，相當(dāng)于承受著強(qiáng)度為的均布荷載的懸臂梁，在荷載作用下，a-a斷面將產(chǎn)生彎曲拉應(yīng)力和剪應(yīng)力。當(dāng)基礎(chǔ)圬工具有足夠的截面使材料的容許應(yīng)力大于由地基反力產(chǎn)生的彎曲拉應(yīng)力和剪應(yīng)力時(shí)，a-a斷面不會(huì)出現(xiàn)裂縫，這時(shí)，基礎(chǔ)內(nèi)不需配置受力鋼筋，這種基礎(chǔ)稱為剛性基礎(chǔ)（圖2-1b）。它是橋梁、涵洞和房屋等建筑物常用的基礎(chǔ)類型。其形式有：剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)（圖2-1b及圖2-2），單獨(dú)柱下剛性基礎(chǔ)（圖2-3a、d）、條形基礎(chǔ)（圖2-4）等。柔性基礎(chǔ)：基礎(chǔ)在基底反力作用下，在a-a斷面產(chǎn)生彎曲拉應(yīng)力和剪應(yīng)力若超過了基礎(chǔ)圬工的強(qiáng)度極限值，為了防止基礎(chǔ)在a-a斷面開裂甚至斷裂，可將剛性基礎(chǔ)尺寸重新設(shè)計(jì)，并在基礎(chǔ)中配置足夠數(shù)量的

3、鋼筋，這種基礎(chǔ)稱為柔性基礎(chǔ)（圖2-1a）。柔性基礎(chǔ)主要是用鋼筋混凝土澆筑，常見的形式有柱下擴(kuò)展基礎(chǔ)、條形和十字形基礎(chǔ)（圖2-5）筏板及箱形基礎(chǔ)（圖2-6、圖2-7），其整體性能較好，抗彎剛度較大。圖21 基礎(chǔ)類型剛性基礎(chǔ)常用的材料：主要有混凝土，粗料石和片石?；炷潦切拗A(chǔ)最常用的材料，它的優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度高、耐久性好，可澆筑成任意形狀的砌體，混凝土強(qiáng)度等級一般不宜小于C15號。對于大體積混凝土基礎(chǔ)，為了節(jié)約水泥用量，可摻入不多于砌體體積25%的片石（稱片石混凝土）。剛性基礎(chǔ)的特點(diǎn)：穩(wěn)定性好、施工簡便、能承受較大的荷載。它的主要缺點(diǎn)是自重大，并且當(dāng)持力層為軟弱土?xí)r，由于擴(kuò)大基礎(chǔ)面積有一定限制，需要

4、對地基進(jìn)行處理或加固后才能采用，否則會(huì)因所受的荷載壓力超過地基強(qiáng)度而影響建筑物的正常使用。所以對于荷載大或上部結(jié)構(gòu)對沉降差較敏感的建筑物，當(dāng)持力層的土質(zhì)較差又較厚時(shí)，剛性基礎(chǔ)作為淺基礎(chǔ)是不適宜的。二、淺基礎(chǔ)的構(gòu)造（一）剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)（圖2-2）圖22 剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)將基礎(chǔ)平面尺寸擴(kuò)大以滿足地基強(qiáng)度要求，這種剛性基礎(chǔ)又稱剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)，其平面形狀常為矩形，其每邊擴(kuò)大的尺寸最小為0.20m0.50m，作為剛性基礎(chǔ)，每邊擴(kuò)大的最大尺寸應(yīng)受到材料剛性角的限制。當(dāng)基礎(chǔ)較厚時(shí)，可在縱橫兩個(gè)剖面上都做成臺階形，以減少基礎(chǔ)自重，節(jié)省材料。它是橋涵及其它建筑物常用的基礎(chǔ)形式 （二）單獨(dú)和聯(lián)合基礎(chǔ)（圖2-3）單獨(dú)基礎(chǔ)是

5、立柱式橋墩和房屋建筑常用的基礎(chǔ)形式之一。它的縱橫剖面均可砌筑成臺階式（圖2-3a、b），但柱下單獨(dú)基礎(chǔ)用石或磚砌筑時(shí)，則在柱子與基礎(chǔ)之間用混凝土墩連接。個(gè)別情況下柱下基礎(chǔ)用鋼筋混凝土澆注時(shí)，其剖面也可澆筑成錐形（圖2-3c）。 （三）條形基礎(chǔ)（圖2-4）條形基礎(chǔ)分為墻下和柱下條形基礎(chǔ)，墻下條形基礎(chǔ)是擋土墻下或涵洞下常用的基礎(chǔ)形式。其橫剖面可以是矩形或?qū)⒁粋?cè)筑成臺階形。如擋土墻很長，為了避免在沿墻長方向因沉降不勻而開裂，可根據(jù)土質(zhì)和地形予以分段，設(shè)置沉降縫。有時(shí)為了增強(qiáng)橋柱下基礎(chǔ)的承載 圖2-3 單獨(dú)和聯(lián)合基礎(chǔ) 圖2-4 擋土墻下條形基礎(chǔ)圖2-5 柱下條形基礎(chǔ)能力，將同一排若干個(gè)柱子的基礎(chǔ)聯(lián)合起

6、來，也就成為柱下條形基礎(chǔ)（圖2-5）。其構(gòu)造與倒置的T形截面梁相類似，在沿柱子的排列方向的剖面可以是等截面的，也可以如圖那樣在柱位處加腋的。在橋梁基礎(chǔ)中，一般是做成剛性基礎(chǔ)，個(gè)別的也可做成柔性基礎(chǔ)。如地基土很軟，基礎(chǔ)在寬度方向需進(jìn)一步擴(kuò)大面積，同時(shí)又要求基礎(chǔ)具有空間的剛度來調(diào)整不均勻沉降時(shí)，可在柱下縱、橫兩個(gè)方向均設(shè)置條形基礎(chǔ)，成為十字型基礎(chǔ)。這是房屋建筑常用的基礎(chǔ)形式，也是一種交叉條形基礎(chǔ)。 （四）筏板和箱形基礎(chǔ)（圖2-6、圖2-7）筏板和箱形基礎(chǔ)都是房屋建筑常用的基礎(chǔ)形式。當(dāng)立柱或承重墻傳來的荷載較大，地基土質(zhì)軟弱又不均勻，采用單獨(dú)或條形基礎(chǔ)均不能滿足地基承載力或沉降的要求時(shí)，可采用筏板式

7、鋼筋混凝土基礎(chǔ)，這樣既擴(kuò)大了基底面積又增加了基礎(chǔ)的整體性，并避免建筑物局部發(fā)生不均勻沉降。筏板基礎(chǔ)在構(gòu)造上類似于倒置的鋼筋混凝土樓蓋，它可以分為平板式（圖2-6a）和梁板式（圖2-6b）。平板式常用于柱荷載較小而且柱子排列較均勻和間距也較小的情況。為增大基礎(chǔ)剛度，可將基礎(chǔ)做成由鋼筋混凝土頂板、底板及縱橫隔墻組成的箱形基礎(chǔ)（圖2-7），它的剛度遠(yuǎn)大于筏板基礎(chǔ)，而且基礎(chǔ)頂板和底板間的空間?？衫米鞯叵率摇Ｋm用于地基較軟弱,土層厚，建筑物對不均勻沉降較敏感或荷載較大而基礎(chǔ)建筑面積不太大的高層建筑。 圖2-6 筏板基礎(chǔ) 圖2-7 箱形基礎(chǔ)第二節(jié) 剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)施工注意事項(xiàng)：剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)的施工可采用明挖

8、的方法進(jìn)行基坑開挖，開挖工作應(yīng)盡量在枯水或少雨季節(jié)進(jìn)行，且不宜間斷?；油谥粱自O(shè)計(jì)標(biāo)高應(yīng)立即對基底土質(zhì)及坑底情況進(jìn)行檢驗(yàn)，驗(yàn)收合格后應(yīng)盡快修筑基礎(chǔ)，不得將基坑暴露過久?；涌捎脵C(jī)械或人工開挖，接近基底設(shè)計(jì)標(biāo)高應(yīng)留30cm高度由人工開挖，以免破壞基底土的結(jié)構(gòu)?；娱_挖過程中要注意排水，基坑尺寸要比基底尺寸每邊大0.5m1.0m，以方便設(shè)置排水溝及立模板和砌筑工作?；娱_挖時(shí)根據(jù)土質(zhì)及開挖深度對坑壁予以圍護(hù)或不圍護(hù)，圍護(hù)的方式有多種多樣。水中開挖基坑還需先修筑防水圍堰。一、旱地上基坑開挖及圍護(hù) （一）無圍護(hù)基坑適用于基坑較淺，地下水位較低或滲水量較少，不影響坑壁穩(wěn)定時(shí)，此時(shí)可將坑壁挖成豎直或斜坡

9、形。豎直坑壁只適宜在巖石地基或基坑較淺又無地下水的硬粘土中采用。在一般土質(zhì)條件下開挖基坑時(shí)，應(yīng)采用放坡開挖的方法。（二）有圍護(hù)基坑1板樁墻支護(hù)板樁是在基坑開挖前先垂直打入土中至坑底以下一定深度，然后邊挖邊設(shè)支撐，開挖基坑過程中始終是在板樁支護(hù)下進(jìn)行。板樁墻分無支撐式（圖2-8a）、支撐式和錨撐式（圖2-8d）。支撐式板樁墻按設(shè)置支撐的層數(shù)可分為單支撐板樁墻（圖2-8b）和多支撐板樁墻（圖2-8c）。由于板樁墻多應(yīng)用于較深基坑的開挖，故多支撐板樁墻應(yīng)用較多。圖 2-82噴射混凝土護(hù)壁噴射混凝土護(hù)壁，宜用于土質(zhì)較穩(wěn)定，滲水量不大，深度小于10m，直徑為6m12m的圓形基坑。對于有流砂或淤泥夾層的土

10、質(zhì)，也有使用成功的實(shí)例。噴射混凝土護(hù)壁的基本原理是以高壓空氣為動(dòng)力，將攪拌均勻的砂、石、水泥和速凝劑干料，由噴射機(jī)經(jīng)輸料管吹送到噴槍，在通過噴槍的瞬間，加入高壓水進(jìn)行混合，自噴嘴射出，噴射在坑壁，形成環(huán)形混凝土護(hù)壁結(jié)構(gòu)，以承受土壓力。3混凝土圍圈護(hù)壁采用混凝土圍圈護(hù)壁時(shí)，基坑自上而下分層垂直開挖，開挖一層后隨即灌注一層混凝土壁。為防止已澆筑的圍圈混凝土施工時(shí)因失去支承而下墜，頂層混凝土應(yīng)一次整體澆筑，以下各層均間隔開挖和澆筑，并將上下層混凝土縱向接縫錯(cuò)開。開挖面應(yīng)均勻分布對稱施工，及時(shí)澆筑混凝土壁支護(hù)，每層坑壁無混凝土壁支護(hù)總長度應(yīng)不大于周長的一半。分層高度以垂直開挖面不坍塌為原則，一般頂層高

11、2m左右，以下每層高1m1.5m。混凝土圍圈護(hù)壁也是用混凝土環(huán)形結(jié)構(gòu)承受土壓力，但其混凝土壁是現(xiàn)場澆筑的普通混凝土，壁厚較噴射混凝土大，一般為15cm30cm，也可按土壓力作用下環(huán)形結(jié)構(gòu)計(jì)算。噴射混凝土護(hù)壁要求有熟練的技術(shù)工人和專門設(shè)備，對混凝土用料的要求也較嚴(yán)，用于超過10m的深基坑尚無成熟經(jīng)驗(yàn)，因而有其局限性。混凝土圍圈護(hù)壁則適應(yīng)性較強(qiáng)，可以按一般混凝土施工，基坑深度可達(dá)15m20m，除流砂及呈流塑狀態(tài)粘土外，可適用于其它各種土類。二、基坑排水基坑如在地下水位以下，隨著基坑的下挖，滲水將不斷涌集基坑，因此施工過程中必須不斷地排水，以保持基坑的干燥，便于基坑挖土和基礎(chǔ)的砌筑與養(yǎng)護(hù)。目前常用的

12、基坑排水方法有表面排水和井點(diǎn)法降低地下水位兩種。（一）表面排水法它是在基坑整個(gè)開挖過程及基礎(chǔ)砌筑和養(yǎng)護(hù)期間，在基坑四周開挖集水溝匯集坑壁及基底的滲水，并引向一個(gè)或數(shù)個(gè)比集水溝挖得更深一些的集水坑，集水溝和集水坑應(yīng)設(shè)在基礎(chǔ)范圍以外，在基坑每次下挖以前，必須先挖溝和坑，集水坑的深度應(yīng)大于抽水機(jī)吸水龍頭的高度，在吸水龍頭上套竹筐圍護(hù)，以防土石堵塞龍頭。這種排水方法設(shè)備簡單、費(fèi)用低，一般土質(zhì)條件下均可采用。但當(dāng)?shù)鼗翞轱柡头奂?xì)砂土等粘聚力較小的細(xì)粒土層時(shí)，由于抽水會(huì)引起流砂現(xiàn)象，造成基坑的破壞和坍塌，因此當(dāng)基坑為這類土?xí)r，應(yīng)避免采用表面排水法。（二）井點(diǎn)法降低地下水位對粉質(zhì)土、粉砂類土等如采用表面排水

13、極易引起流砂現(xiàn)象，影響基坑穩(wěn)定，此時(shí)可采用井點(diǎn)法降低地下水位排水。根據(jù)使用設(shè)備的不同，主要有輕型井點(diǎn)、噴射井點(diǎn)、電滲井點(diǎn)和深井泵井點(diǎn)等多種類型，可根據(jù)土的滲透系數(shù)，要求降低水位的深度及工程特點(diǎn)選用。輕型井點(diǎn)降水是在基坑開挖前預(yù)先在基坑四周打入（或沉入）若干根井管，井管下端1.5m左右為濾管，上面鉆有若干直徑約2mm的濾孔，外面用過濾層包扎起來。各個(gè)井管用集水管連接并抽水。由于使井管兩側(cè)一定范圍內(nèi)的水位逐漸下降，各井管相互影響形成了一個(gè)連續(xù)的疏干區(qū)。在整個(gè)施工過程中保持不斷抽水，以保證在基坑開挖和基礎(chǔ)砌筑的整個(gè)過程中基坑始終保持著無水狀態(tài)。該法可以避免發(fā)生流砂和邊坡坍塌現(xiàn)象，且由于流水壓力對土層

14、還有一定的壓密作用。三、水中基坑開挖時(shí)的圍堰工程圍堰的定義：在水中修筑橋梁基礎(chǔ)時(shí)，開挖基坑前需在基坑周圍先修筑一道防水圍堰，把圍堰內(nèi)水排干后，再開挖基坑修筑基礎(chǔ)。如排水較因難，也可在圍堰內(nèi)進(jìn)行水下挖土，挖至預(yù)定標(biāo)高后先灌注水下封底混凝土，然后再抽干水繼續(xù)修筑基礎(chǔ)。在圍堰內(nèi)不但可以修筑淺基礎(chǔ)，也可以修筑樁基礎(chǔ)等。圍堰的種類：土圍堰、草（麻）袋圍堰、鋼板樁圍堰、雙壁鋼圍堰和地下連續(xù)墻圍堰等。對圍堰的要求：1圍堰頂面標(biāo)高應(yīng)高出施工期間中可能出現(xiàn)的最高水位0.5m以上，有風(fēng)浪時(shí)應(yīng)適當(dāng)加高。2修筑圍堰將壓縮河道斷面，使流速增大引起沖刷，或堵塞河道影響通航，因此要求河道斷面壓縮一般不超過流水?dāng)嗝娣e的30%

15、。對兩邊河岸河堤或下游建筑物有可能造成危害時(shí)，必須征得有關(guān)單位同意并采取有效防護(hù)措施。3圍堰內(nèi)尺寸應(yīng)滿足基礎(chǔ)施工要求，留有適當(dāng)工作面積，由基坑邊緣至堰腳距離一般不少于1m。4圍堰結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受施工期間產(chǎn)生的土壓力、水壓力以及其他可能發(fā)生的荷載，滿足強(qiáng)度和穩(wěn)定要求。圍堰應(yīng)具有良好的防滲性能。（一）土圍堰和草袋圍堰在水深較淺（2m以內(nèi)），流速緩慢，河床滲水較小的河流中修筑基礎(chǔ)可采用土圍堰或草袋圍堰。土圍堰用粘性土填筑，無粘性土?xí)r，也可用砂土類填筑，但須加寬堰身以加大滲流長度，砂土顆粒越大堰身越要加厚。圍堰斷面應(yīng)根據(jù)使用土質(zhì)條件，滲水程度及水壓力作用下的穩(wěn)定確定。若堰外流速較大時(shí)，可在外側(cè)用草袋柴排防

16、護(hù)。圖2-9 圍囹法打鋼板樁此外，還可以用竹籠片石圍堰和木籠片石圍堰做水中圍堰，其結(jié)構(gòu)由內(nèi)外二層裝片石的竹（木）籠中間填粘土心墻組成。粘土心墻厚度不應(yīng)小于2m。為避免片石籠對基坑頂部壓力過大，并為必要時(shí)變更基坑邊坡留有余地，片石籠圍堰內(nèi)側(cè)一般應(yīng)距基坑頂緣3m以上。（二）鋼板樁圍堰當(dāng)水較深時(shí)，可采用鋼板樁圍堰。修建水中橋梁基礎(chǔ)常使用單層鋼板樁圍堰，其支撐（一般為萬能桿件構(gòu)架，也采用浮箱拼裝）和導(dǎo)向（由槽鋼組成內(nèi)外導(dǎo)環(huán)）系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)稱“圍囹”或“圍籠”（圖2-9）。（三）雙壁鋼圍堰在深水中修建橋梁基礎(chǔ)還可以采用雙壁鋼圍堰。雙壁鋼圍堰一般做成圓形結(jié)構(gòu)，它本身實(shí)際上是個(gè)浮式鋼沉井。井壁鋼殼是由有加勁

17、肋的內(nèi)外壁板和若干層水平鋼桁架組成，中空的井壁提供的浮力可使圍堰在水中自浮，使雙壁鋼圍堰在漂浮狀態(tài)下分層接高下沉。在兩壁之間設(shè)數(shù)道豎向隔艙板將圓形井壁等分為若干個(gè)互不連通的密封隔艙，利用向隔艙不等高灌水來控制雙壁圍堰下沉及調(diào)整下沉?xí)r的傾斜。井壁底部設(shè)置刃腳以利切土下沉。如需將圍堰穿過覆蓋層下沉到巖層而巖面高差又較大時(shí)，可做成高低刃腳密貼巖面。雙壁圍堰內(nèi)外壁板間距一般為1.2m1.4m，這就使圍堰剛度很大，圍堰內(nèi)無需設(shè)支撐系統(tǒng)。第三節(jié) 板樁墻的計(jì)算在基坑開挖時(shí)坑壁常用板樁予以支撐，板樁也用作水中橋梁墩臺施工時(shí)的圍堰結(jié)構(gòu)。板樁墻的作用是擋住基坑四周的土體，防止土體下滑和防止水從坑壁周圍滲入或從坑底

18、上涌，避免滲水過大或形成流砂而影響基坑開挖。它主要承受土壓力和水壓力，因此，板樁墻本身也是擋土墻，但又非一般剛性擋墻，它在承受水平壓力時(shí)是彈性變形較大的柔性結(jié)構(gòu)，它的受力條件與板樁墻的支撐方式、支撐的構(gòu)造、板樁和支撐的施工方法以及板樁入土深度密切相關(guān)，需要進(jìn)行專門的設(shè)計(jì)計(jì)算。一、側(cè)向壓力計(jì)算作用于板樁墻的外力主要來自坑壁土壓力和水壓力，或坑頂其它荷載（如挖、運(yùn)土機(jī)械等）所引起的側(cè)向壓力。板樁墻土壓力計(jì)算比較復(fù)雜，由于它大多是臨時(shí)結(jié)構(gòu)物，因此常采用比較粗略的近似計(jì)算，即不考慮板樁墻的實(shí)際變形，仍沿用古典土壓力理論計(jì)算作用于板樁墻上的土壓力。一般用朗金理論來計(jì)算不同深度z處每延米寬度內(nèi)的主、被動(dòng)土

19、壓力強(qiáng)度pa、pp(kPa)： （2-1） （2-2）二、懸臂式板樁墻的計(jì)算圖2-10所示的懸臂式板樁墻，因板樁不設(shè)支撐，故墻身位移較大，通?？捎糜趽跬粮叨炔淮蟮呐R時(shí)性支撐結(jié)構(gòu)。懸臂式板樁墻的破壞一般是板樁繞樁底端b點(diǎn)以上的某點(diǎn)o轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣在轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)o以上的墻身前側(cè)以及o點(diǎn)以下的墻身后側(cè)，將產(chǎn)生被動(dòng)抵抗力，在相應(yīng)的另一側(cè)產(chǎn)生主動(dòng)土壓力。由于精確地確定土壓力的分布規(guī)律困難，一般近似地假定土壓力的分布圖形如圖2-17所示：墻身前側(cè)是被動(dòng)土壓力（bcd），其合力為,并考慮有一定的安全系數(shù)K（一般取K=2）； 圖2-10懸臂式板樁墻的計(jì)算在墻身后方為主動(dòng)土壓力（abe），合力為。另外在樁下端還作用有被動(dòng)

20、土壓力，由于的作用位置不易確定，計(jì)算時(shí)假定作用在樁端b點(diǎn)?？紤]到的實(shí)際作用位置應(yīng)在樁端以上一段距離，因此，在最后求得板樁的入土深度t后，再適當(dāng)增加1020%。三、單支撐（錨碇式）板樁墻的計(jì)算當(dāng)基坑開挖高度較大時(shí)，不能采用懸臂式板樁墻，此時(shí)可在板樁頂部附近設(shè)置支撐或錨碇拉桿，成為單支撐板樁墻，如圖2-19所示。圖2-11 單支撐板樁墻的計(jì)算單支撐板樁墻的計(jì)算，可以把它作為有兩個(gè)支承點(diǎn)的豎直梁。一個(gè)支點(diǎn)是板樁上端的支撐桿或錨碇拉桿；另一個(gè)是板樁下端埋入基坑底下的土。下端的支承情況又與板樁埋入土中的深度大小有關(guān)，一般分為兩種支承情況；第一種是簡支支承，如圖2-11a。這類板樁埋入土中較淺，樁板下端允

21、許產(chǎn)生自由轉(zhuǎn)動(dòng)；第二種是固定端支承，如圖2-12a。若板樁下端埋入土中較深，可以認(rèn)為板樁下端在土中嵌固。1板樁下端簡支支承時(shí)的土壓力分布（圖2-11a）板樁墻受力后撓曲變形，上下兩個(gè)支承點(diǎn)均允許自由轉(zhuǎn)動(dòng)，墻后側(cè)產(chǎn)生主動(dòng)土壓力EA。由于板樁下端允許自由轉(zhuǎn)動(dòng)，故墻后下端不產(chǎn)生被動(dòng)土壓力。墻前側(cè)由于板樁向前擠壓故產(chǎn)生被動(dòng)土壓力EP。由于板樁下端入土較淺，板樁墻的穩(wěn)定安全度，可以用墻前被動(dòng)土壓力EP除以安全系數(shù)K保證。此種情況下的板樁墻受力圖式如同簡支梁（圖2-19b），按照板樁上所受土壓力計(jì)算出的每延米板樁跨間的彎矩如圖2-19c所示，并以Mmax值設(shè)計(jì)板樁的厚度。2板樁下端固定支承時(shí)的土壓力分布（

22、圖2-12）板樁下端入土較深時(shí)，板樁下端在土中嵌固，板樁墻后側(cè)除主動(dòng)土壓力EA外，在板樁下端嵌固點(diǎn)下還產(chǎn)生被動(dòng)土壓力EP2。假定EP2作用在樁底b點(diǎn)處。與懸臂式板樁墻計(jì)算相同，板樁的入土深度可按計(jì)算值適當(dāng)增加1020%。板樁墻的前側(cè)作用被動(dòng)土壓力EP1。由于板樁入土較深，板樁墻的穩(wěn)定性安全度由樁的入土深度保證，故被動(dòng)土壓力EP1不再考慮安全系數(shù)。由于板樁下端的嵌固點(diǎn)位置不知道，因此，不能用靜力平衡條件直接求解板樁的入土深度t。在圖2-12中給出了板樁受力后的撓曲形狀， 圖2-12 下端為固定支承時(shí)的單支撐板樁計(jì)算 在板樁下部有一撓曲反彎點(diǎn)c，在c點(diǎn)以上板樁有最大正彎矩，c點(diǎn)以下產(chǎn)生最大負(fù)彎矩，

23、撓曲反彎點(diǎn)c相當(dāng)于彎矩零點(diǎn)，彎矩分布圖如圖2-12所示。確定反彎點(diǎn)c的位置后，已知c點(diǎn)的彎矩等于零，則將板樁分成ac和cb兩段，根據(jù)平衡條件可求得板樁的入土深度t。 四、多支撐板樁墻計(jì)算當(dāng)坑底在地面或水面以下很深時(shí)，為了減少板樁的彎矩可以設(shè)置多層支撐。支撐的層數(shù)及位置要根據(jù)土質(zhì)、坑深、支撐結(jié)構(gòu)桿件的材料強(qiáng)度，以及施工要求等因素?cái)M定。板樁支撐的層數(shù)和支撐間距布置一般采用以下兩種方法設(shè)置：1等彎矩布置：當(dāng)板樁強(qiáng)度已定，即板樁作為常備設(shè)備使用時(shí)，可按支撐之間最大彎矩相等的原則設(shè)置。2等反力布置：當(dāng)把支撐作為常備構(gòu)件使用時(shí)，甚至要求各層支撐的斷面都相等時(shí)，可把各層支撐的反力設(shè)計(jì)成相等。支撐系按在軸向力

24、作用下的壓桿計(jì)算，若支撐長度很大時(shí)，應(yīng)考慮支撐自重產(chǎn)生的彎矩影響。從施工角度出發(fā)，支撐間距不應(yīng)小于2.5m。圖2-13 多支撐板樁墻的位移及土壓力分布多支撐板樁上的土壓力分布形式與板樁墻位移情況有關(guān)，由于多支撐板樁墻的施工程序往往是先打好板樁，然后隨挖土隨支撐，因而板樁下端在土壓力作用下容易向內(nèi)傾斜，如圖2-13中虛線所示。這種位移與擋土墻繞墻頂轉(zhuǎn)動(dòng)的情況相似，但墻后土體達(dá)不到主動(dòng)極限平衡狀態(tài)，土壓力不能按庫侖或朗金理論計(jì)算。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果證明這時(shí)土壓力呈中間大、上下小的拋物線形狀分布，其變化在靜止土壓力與主動(dòng)土壓力之間，如圖2-13所示。太沙基和佩克根據(jù)實(shí)測及模型試驗(yàn)結(jié)果，提出作用在板樁墻上的

25、土壓力分布經(jīng)驗(yàn)圖形圖2-14 多支撐板樁墻上土壓力的分布圖形a）板樁支撐；b）松砂；c）密砂；d）粘土gH6cu；e）粘土gH4Cu多支撐板樁墻計(jì)算時(shí)，也可假定板樁在支撐之間為簡支支承，由此計(jì)算板樁彎矩及支撐作用力。圖2-15 基坑抽水后水頭差引起的滲流五、基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算 （一）坑底流砂驗(yàn)算 圖2-16 板樁支護(hù)的軟土滑動(dòng)面假設(shè)若坑底土為粉砂、細(xì)砂等時(shí)，在基坑內(nèi)抽水可能引起流砂的危險(xiǎn)。一般可采用簡化計(jì)算方法進(jìn)行驗(yàn)算。其原則是板樁有足夠的入土深度以增大滲流長度，減少向上動(dòng)水力。由于基坑內(nèi)抽水后引起的水頭差h¢(圖2-15)造成的滲流，其最短滲流途徑為在流程t中水對土粒動(dòng)水力應(yīng)是垂直向上

26、的，故可要求此動(dòng)水力不超過土的有效重度gb，則不產(chǎn)生流砂的安全條件為 （2-3）式中：K安全系數(shù)，取2.0；i水力梯度，;gw水的重度。由此可計(jì)算確定板樁要求的入土深度t。 （二）坑底隆起驗(yàn)算開挖較深的軟土基坑時(shí)，在坑壁土體自重和坑頂荷載作用下，坑底軟土可能受擠在坑底發(fā)生隆起現(xiàn)象。常用簡化方法驗(yàn)算，即假定地基破壞時(shí)會(huì)發(fā)生如圖2-16所示滑動(dòng)面，其滑動(dòng)面圓心在最底層支撐點(diǎn)A處，半徑為x，垂直面上的抗滑阻力不予考慮，則滑動(dòng)力矩為 （2-4）穩(wěn)定力矩為 < （2-5）式中：Su滑動(dòng)面上不排水抗剪強(qiáng)度，如土為飽和軟粘土，則j=0，Su = Cu。Mg與Md之比即為安全系數(shù)K，如基坑處地層土質(zhì)均勻

27、，則安全系數(shù)為式中以弧度表示。六、封底混凝土厚度計(jì)算圖2-17 封底混凝土最小厚度有時(shí)鋼板樁圍堰需進(jìn)行水下封底混凝土后在圍堰內(nèi)抽水修筑基礎(chǔ)和墩身，在抽干水后封底混凝土底面因圍堰內(nèi)外水頭差而受到向上的靜水壓力，若板樁圍堰和封底混凝土之間的粘結(jié)作用不致被靜水壓力破壞，則封底混凝土及圍堰有可能被水浮起，或者封底混凝土產(chǎn)生向上撓曲而折裂，因而封底混凝土應(yīng)有足夠的厚度，以確保圍堰安全。作用在封底層的浮力是由封底混凝土和圍堰自重，以及板樁和土的摩阻力來平衡的。當(dāng)板樁打入基底以下深度不大時(shí)，平衡浮力主要靠封底混凝土自重，若封底混凝土最小厚度為x，如圖2-17，則： (2-6)式中：m考慮未計(jì)算樁土間摩阻力和

28、圍堰自重的修正系數(shù)，小于1，具體數(shù)值由經(jīng)驗(yàn)確定；gw水的重度，取10kN/m3;gc混凝土重度，取23kN/m3;h封底混凝土頂面處水頭高度（m）。如板樁打入基坑下較深，板樁與土之間摩阻力較大，加上封底層及圍堰自重整個(gè)圍堰不會(huì)被水浮起，此時(shí)封底層厚度應(yīng)由其強(qiáng)度確定?，F(xiàn)一般按容許應(yīng)力法并簡化計(jì)算，假定封底層為一簡支單向板，其頂面在靜水壓力作用下產(chǎn)生彎曲拉應(yīng)力：經(jīng)整理得 (2-7)由此可解得封底混凝土層厚x式中：W封底層每米寬斷面的截面模量（m3）；l 圍堰寬度（m）；s水下混凝土容許彎曲應(yīng)力，考慮水下混凝土表層質(zhì)量較差、養(yǎng)護(hù)時(shí)間短等因素，不宜取值過高，一般用100200kPa。封底混凝土灌注時(shí)厚

29、度宜比計(jì)算值超過0.250.50m,以便在抽水后將頂層浮漿、軟弱層鑿除，以保證質(zhì)量。當(dāng)需要進(jìn)一步計(jì)算封底混凝土層厚度時(shí)可參照教材第五章沉井基礎(chǔ)式（5-54）進(jìn)行。第四節(jié) 地基容許承載力的確定地基容許承載力的確定一般有以下四種方法：1在土質(zhì)基本相同的條件下，參照鄰近建筑物地基容許承載力；2根據(jù)現(xiàn)場荷載試驗(yàn)的p-s曲線；3按地基承載力理論公式計(jì)算；4按現(xiàn)行規(guī)范提供的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。按照我國公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（JTJ024-85）（以下簡稱為公橋基規(guī)）提供的經(jīng)驗(yàn)公式和數(shù)據(jù)來確定地基容許承載力的步驟和方法如下：1確定土的分類名稱2確定土的狀態(tài)3確定土的容許承載力當(dāng)基礎(chǔ)最小邊寬超過2m或基礎(chǔ)埋深超

30、過3m，且h/b4時(shí)，上述一般地基上（除凍土和巖石外）的容許承載力s可按下式計(jì)算： (2-8)式中：s0當(dāng)基礎(chǔ)最小邊寬b2m，埋置深度h3m的地基土容許承載力（kPa），可直接從規(guī)范查取。 b基礎(chǔ)驗(yàn)算剖面底面最小邊寬(或直徑)（m），當(dāng)b<2m時(shí)，取b=2m計(jì)；當(dāng)b>10m時(shí)，按10m計(jì)算； h基礎(chǔ)底面的埋置深度(m)，對于受水流沖刷的基礎(chǔ)，由一般沖刷線算起；不受水流沖刷的基礎(chǔ)，由天然地面算起，位于挖方內(nèi)的基礎(chǔ)，由開挖后地面算起；當(dāng)h<3m時(shí)，取h=3m；g1基底下持力層土的天然重度(kN/m3)，如持力層在水面以下且為透水性土?xí)r，應(yīng)取用浮重度；g2基底以上土的重度（如為多層

31、土?xí)r用換算重度）(kN/m3)，如持力層在水面以下且為不透水性土?xí)r，不論基底以上土的透水性質(zhì)如何，應(yīng)一律采用飽和重度，如持力層為透水性土?xí)r，應(yīng)一律采用浮重度；K1、K2按持力層土類確定在基礎(chǔ)寬度和深度方面的修正系數(shù)。 式（2-9）第二項(xiàng)是基礎(chǔ)在驗(yàn)算剖面底面寬大于2m時(shí)地基容許承載力的修正提高值。式（2-9）第三項(xiàng)是基礎(chǔ)埋深超過3m時(shí)地基容許承載力的提高值。當(dāng)計(jì)算荷載為公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JTJ021-89）中組合、時(shí)，且地基容許承載力不小于150kPa的地基，地基容許承載力可以參照公橋基規(guī)提高25%。當(dāng)受到地震力作用時(shí)，應(yīng)按公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定確定。第五節(jié) 剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與計(jì)算剛性

32、擴(kuò)大基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與計(jì)算的主要內(nèi)容：基礎(chǔ)埋置深度的確定；剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)尺寸的擬定；地基承載力驗(yàn)算；基底合力偏心距驗(yàn)算；基礎(chǔ)穩(wěn)定性和地基穩(wěn)定性驗(yàn)算；基礎(chǔ)沉降驗(yàn)算。一、基礎(chǔ)埋置深度的確定 在確定基礎(chǔ)埋置深度時(shí)，必須考慮把基礎(chǔ)設(shè)置在變形較小，而強(qiáng)度又比較大的持力層上，以保證地基強(qiáng)度滿足要求，而且不致產(chǎn)生過大的沉降或沉降差。此外還要使基礎(chǔ)有足夠的埋置深度，以保證基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，確?；A(chǔ)的安全。確定基礎(chǔ)的埋置深度時(shí)，必須綜合考慮以下各種因素的作用。（一）地基的地質(zhì)條件覆蓋土層較薄（包括風(fēng)化巖層）的巖石地基，一般應(yīng)清除覆蓋土和風(fēng)化層后，將基礎(chǔ)直接修建在新鮮巖面上；如巖石的風(fēng)化層很厚，難以全部清除時(shí)，基礎(chǔ)放在風(fēng)化層

33、中的埋置深度應(yīng)根據(jù)其風(fēng)化程度、沖刷深度及相應(yīng)的容許承載力來確定。如巖層表面傾斜時(shí)，不得將基礎(chǔ)的一部分置于巖層上，而另一部分則置于土層上，以防基礎(chǔ)因不均勻沉降而發(fā)生傾斜甚至斷裂。在陡峭山坡上修建橋臺時(shí)，還應(yīng)注意巖體的穩(wěn)定性。當(dāng)基礎(chǔ)埋置在非巖石地基上，如受壓層范圍內(nèi)為均質(zhì)土，基礎(chǔ)埋置深度除滿足沖刷、凍脹等要求外，可根據(jù)荷載大小，由地基土的承載能力和沉降特性來確定（同時(shí)考慮基礎(chǔ)需要的最小埋深）。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較復(fù)雜如地層為多層土組成等或?qū)Υ笾行蜆蛄杭捌渌ㄖ锘A(chǔ)持力層的選定，應(yīng)通過較詳細(xì)計(jì)算或方案比較后確定。（二）河流的沖刷深度在有水流的河床上修建基礎(chǔ)時(shí)，要考慮洪水對基礎(chǔ)下地基土的沖刷作用，洪水水流越

34、急，流量越大，洪水的沖刷越大，整個(gè)河床面被洪水沖刷后要下降，這叫一般沖刷，被沖下去的深度叫一般沖刷深度。同時(shí)由于橋墩的阻水作用，使洪水在橋墩四周沖出一個(gè)深坑，這叫局部沖刷。因此，在有沖刷的河流中，為了防止橋梁墩、臺基礎(chǔ)四周和基底下土層被水流掏空沖走以致倒塌，基礎(chǔ)必須埋置在設(shè)計(jì)洪水的最大沖刷線以下不小于1m。特別是在山區(qū)和丘陵地區(qū)的河流，更應(yīng)注意考慮季節(jié)性洪水的沖刷作用。 （三）當(dāng)?shù)氐膬鼋Y(jié)深度 在寒冷地區(qū)，應(yīng)該考慮由于季節(jié)性的冰凍和融化對地基土引起的凍脹影響。對于凍脹性土，如土溫在較長時(shí)間內(nèi)保持在凍結(jié)溫度以下，水分能從未凍結(jié)土層不斷地向凍結(jié)區(qū)遷移，引起地基的凍脹和隆起，這些都可能使基礎(chǔ)遭受損壞。

35、為了保證建筑物不受地基土季節(jié)性凍脹的影響，除地基為非凍脹性土外，基礎(chǔ)底面應(yīng)埋置在天然最大凍結(jié)線以下一定深度。（四）上部結(jié)構(gòu)型式上部結(jié)構(gòu)的型式不同，對基礎(chǔ)產(chǎn)生的位移要求也不同。對中、小跨度簡支梁橋來說，這項(xiàng)因素對確定基礎(chǔ)的埋置深度影響不大。但對超靜定結(jié)構(gòu)即使基礎(chǔ)發(fā)生較小的不均勻沉降也會(huì)使內(nèi)力產(chǎn)生一定變化。例如對拱橋橋臺，為了減少可能產(chǎn)生的水平位移和沉降差值，有時(shí)需將基礎(chǔ)設(shè)置在埋藏較深的堅(jiān)實(shí)土層上。（五）當(dāng)?shù)氐牡匦螚l件當(dāng)墩臺、擋土墻等結(jié)構(gòu)位于較陡的土坡上，在確定基礎(chǔ)埋深時(shí)，還應(yīng)考慮土坡連同結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)一起滑動(dòng)的穩(wěn)定性。由于在確定地基容許承載力時(shí)，一般是按地面為水平的情況下確定的，因而當(dāng)?shù)鼗鶠閮A斜土坡

36、時(shí)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，予以適當(dāng)折減并采取以下措施。若基礎(chǔ)位于較陡的巖體上，可將基礎(chǔ)做成臺階形，但要注意巖體的穩(wěn)定性。 （六）保證持力層穩(wěn)定所需的最小埋置深度 地表土在溫度和濕度的影響下，會(huì)產(chǎn)生一定的風(fēng)化作用，其性質(zhì)是不穩(wěn)定的。加上人類和動(dòng)物的活動(dòng)以及植物的生長作用，也會(huì)破壞地表土層的結(jié)構(gòu)，影響其強(qiáng)度和穩(wěn)定，所以一般地表土不宜作為持力層。為了保證地基和基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，基礎(chǔ)的埋置深度（除巖石地基外）應(yīng)在天然地面或無沖刷河底以下不小于1m。除此以外，在確定基礎(chǔ)埋置深度時(shí)，還應(yīng)考慮相鄰建筑物的影響，如新建筑物基礎(chǔ)比原有建筑物基礎(chǔ)深，則施工挖土有可能影響原有基礎(chǔ)的穩(wěn)定。施工技術(shù)條件（施工設(shè)備、排水條件、支撐

37、要求等）及經(jīng)濟(jì)分析等對基礎(chǔ)埋深也有一定影響，這些因素也應(yīng)考慮。上述影響基礎(chǔ)埋深的因素不僅適用于天然地基上的淺基礎(chǔ)，有些因素也適用于其它類型的基礎(chǔ)（如沉井基礎(chǔ)）。二、剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)尺寸的擬定主要根據(jù)基礎(chǔ)埋置深度確定基礎(chǔ)平面尺寸和基礎(chǔ)分層厚度。所擬定的基礎(chǔ)尺寸，應(yīng)是在可能的最不利荷載組合的條件下，能保證基礎(chǔ)本身有足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，并能使地基與基礎(chǔ)的承載力和穩(wěn)定性均能滿足規(guī)定要求，并且是經(jīng)濟(jì)合理的?；A(chǔ)厚度：應(yīng)根據(jù)墩、臺身結(jié)構(gòu)形式，荷載大小，選用的基礎(chǔ)材料等因素來確定。基底標(biāo)高應(yīng)按基礎(chǔ)埋深的要求確定。水中基礎(chǔ)頂面一般不高于最低水位，在季節(jié)性流水的河流或旱地上的橋梁墩、臺基礎(chǔ)，則不宜高出地面，以防碰損。這

38、樣，基礎(chǔ)厚度可按上述要求所確定的基礎(chǔ)底面和頂面標(biāo)高求得。在一般情況下，大、中橋墩、臺混凝土基礎(chǔ)厚度在1.02.0m左右?；A(chǔ)平面尺寸：基礎(chǔ)平面形式一般應(yīng)考慮墩、臺身底面的形狀而確定，基礎(chǔ)平面形狀常用矩形。基礎(chǔ)底面長寬尺寸與高度有如下的關(guān)系式。 式中：l墩、臺身底截面長度(m)；d墩、臺身底截面寬度(m)；H基礎(chǔ)高度(m)；a墩、臺身底截面邊緣至基礎(chǔ)邊緣線與垂線間的夾角。 基礎(chǔ)剖面尺寸：剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)的剖面形式一般做成矩形或臺階形，如圖2-18所示。自墩、臺身底邊緣至基頂邊緣距離c1稱襟邊，其作用一方面是擴(kuò)大基底面積增加基礎(chǔ)承載力，同時(shí)也便于調(diào)整基礎(chǔ)施工時(shí)在平面尺寸上可能發(fā)生的誤差，也為了支立墩、

39、臺身模板的需要。其值應(yīng)視基底面積的要求、基礎(chǔ)厚度及施工方法而定。橋梁墩臺基礎(chǔ)襟邊最小值為20cm30cm。圖2-18 剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)剖面、平面圖基礎(chǔ)較厚（超過1m以上）時(shí)，可將基礎(chǔ)的剖面澆砌成臺階形，如圖2-18所示?；A(chǔ)懸出總長度（包括襟邊與臺階寬度之和），應(yīng)使懸出部分在基底反力作用下，在a-a截面（圖2-18b）所產(chǎn)生的彎曲拉力和剪應(yīng)力不超過基礎(chǔ)圬工的強(qiáng)度限值。所以滿足上述要求時(shí)，就可得到自墩臺身邊緣處的垂線與基底邊緣的聯(lián)線間的最大夾角amax，稱為剛性角。在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使每個(gè)臺階寬度ci與厚度ti保持在一定比例內(nèi)，使其夾角aiamax，這時(shí)可認(rèn)為屬剛性基礎(chǔ)，不必對基礎(chǔ)進(jìn)行彎曲拉應(yīng)力和剪應(yīng)力的

40、強(qiáng)度驗(yàn)算，在基礎(chǔ)中也可不設(shè)置受力鋼筋。剛性角amax的數(shù)值是與基礎(chǔ)所用的圬工材料強(qiáng)度有關(guān)?；A(chǔ)每層臺階高度ti，通常為0.50m1.00m，在一般情況下各層臺階宜采用相同厚度。三、地基承載力驗(yàn)算地基承載力驗(yàn)算包括持力層強(qiáng)度驗(yàn)算，軟弱下臥層驗(yàn)算和地基容許承載力的確定。 （一）持力層強(qiáng)度驗(yàn)算持力層是指直接與基底相接觸的土層，持力層承載力驗(yàn)算要求荷載在基底產(chǎn)生的地基應(yīng)力不超過持力層的地基容許承載力。其計(jì)算式為： （2-9）式中：基底應(yīng)力（kPa）；N基底以上豎向荷載（kN）；A基底面積（m2）；M作用于墩、臺上各外力對基底形心軸之力矩，其中Ti為水平力，hi為水平作用點(diǎn)至基底的距離，Pi為豎向力，e

41、i為豎向力Pi作用點(diǎn)至基底形心的偏心距，eo為合力偏心距；W基底截面模量（m3），對矩形基礎(chǔ)，為基底核心半徑；基底處持力層地基容許承載力（kPa）。對公路橋梁，通?；A(chǔ)橫向長度比順橋向?qū)挾却蟮亩?，同時(shí)上部結(jié)構(gòu)在橫橋向布置常是對稱的，故一般由順橋向控制基底應(yīng)力計(jì)算。但對通航河流或河流中有漂流物時(shí)，應(yīng)計(jì)算船舶撞擊力或漂流物撞擊力在橫橋向產(chǎn)生的基底應(yīng)力，并與順橋向基底應(yīng)力比較，取其大者控制設(shè)計(jì)。在曲線上的橋梁，除順橋向引起的力矩Mx外，尚有離心力（橫橋向水平力）在橫橋向產(chǎn)生的力矩My；若橋面上活載考慮橫向分布的偏心作用時(shí)，則偏心豎向力對基底兩個(gè)方向中心軸均有偏心距（圖2-19），并產(chǎn)生偏心距Mx =

42、N·ex，My =N·ey。故對于曲線橋，計(jì)算基底應(yīng)力時(shí)，應(yīng)按下式計(jì)算： （2-10）式中：分別為外力對基底順橋向中心軸和橫橋向中心軸之力矩；分別為基底對x、y軸之截面模量。對式（2-9）和式（2-10）中的N值及M（或Mx、My）值，應(yīng)按能產(chǎn)生最大豎向Nmax的最不利荷載組合與此相對應(yīng)的M值，和能產(chǎn)生最大力矩Mmax時(shí)的最不利荷載組合與此相對應(yīng)的N值，分別進(jìn)行基底應(yīng)力計(jì)算，取其大者控制設(shè)計(jì)。（二）軟弱下臥層承載力驗(yàn)算當(dāng)受壓層范圍內(nèi)地基為多層土（主要指地基承載力有差異而言）組成，且持力層以下有軟弱下臥層（指容許承載力小于持力層容許承載力的土層），這時(shí)還應(yīng)驗(yàn)算軟弱下臥層的承載

43、力，驗(yàn)算時(shí)先計(jì)算軟弱下臥層頂面A（在基底形心軸下）的應(yīng)力（包括自重應(yīng)力及附加力）不得大于該處地基土的容許承載力（圖2-20）。即 （2-11）式中：相應(yīng)于深度(h+z)以內(nèi)土的換算重度（kN/m3）；深度h范圍內(nèi)土層的換算重度（kN/m3）；h 基底埋深（m）；z 從基底到軟弱土層頂面的距離（m）；基底中心下土中附加應(yīng)力系數(shù)，可按土力學(xué)教材或規(guī)范提供系數(shù)表查用；由計(jì)算荷載產(chǎn)生的基底壓應(yīng)力（kPa），當(dāng)基底壓應(yīng)力為不均勻分布且z/b（或z/d）>1時(shí)，為基底平均壓應(yīng)力，當(dāng)z/b（或z/d）1時(shí)，按基底應(yīng)力圖形采用距最大應(yīng)力邊b/3b/4處的壓應(yīng)力（其中b為矩形基礎(chǔ)的短邊寬度，d為圓形基礎(chǔ)直

44、徑）；軟下臥層頂面處的容許承載力（kPa），可按式（2-8）計(jì)算。 圖2-19 偏心豎直力作用在任意點(diǎn) 圖2-20 軟弱下臥層承載力驗(yàn)算當(dāng)軟弱下臥層為壓縮性高而且較厚的軟粘土，或當(dāng)上部結(jié)構(gòu)對基礎(chǔ)沉降有一定要求時(shí)，除承載力應(yīng)滿足上述要求外，還應(yīng)驗(yàn)算包括軟弱下臥層的基礎(chǔ)沉降量。四、基底合力偏心距驗(yàn)算控制基底合力偏心距的目的是盡可能使基底應(yīng)力分布比較均勻，以免基底兩側(cè)應(yīng)力相差過大，使基礎(chǔ)產(chǎn)生較大的不均勻沉降，使墩、臺發(fā)生傾斜，影響正常使用。若使合力通過基底中心，雖然可得均勻的應(yīng)力，但這樣做非但不經(jīng)濟(jì)，往往也是不可能的，所以在設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定，按以下原則掌握。對于非巖石地基：以不出現(xiàn)拉應(yīng)

45、力為原則：當(dāng)墩、臺僅受恒載作用時(shí)，基底合力偏心距e0應(yīng)分別不大于基底核心半徑的0.1倍（橋墩）和0.75倍（橋臺）；當(dāng)墩、臺受荷載組合、時(shí)，由于一般是短時(shí)的，因此對基底偏心距的要求可以放寬，一般只要求基底偏心距e0不超過核心半徑即可。對于修建在巖石地基上的基礎(chǔ)：可以允許出現(xiàn)拉應(yīng)力，根據(jù)巖石的強(qiáng)度，合力偏心距e0最大可為基底核心半徑的1.21.5倍，以保證必要的安全儲(chǔ)備（具體規(guī)定可參閱有關(guān)橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范）。當(dāng)外力合力作用點(diǎn)不在基底二個(gè)對稱軸中任一對稱軸上，或當(dāng)基底截面為不對稱時(shí)，可直接按下式求e0與的比值，使其滿足規(guī)定的要求： （2-12）式中符號意義同前，但要注意N和應(yīng)在同一種荷載組合情況下求得

46、。在驗(yàn)算基底偏心距時(shí)，應(yīng)采用計(jì)算基底應(yīng)力相同的最不利荷載組合。五、基礎(chǔ)穩(wěn)定性和地基穩(wěn)定性驗(yàn)算基礎(chǔ)穩(wěn)定性驗(yàn)算包括基礎(chǔ)傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算和基礎(chǔ)滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算。此外，對某些土質(zhì)條件下的橋臺、擋土墻還要驗(yàn)算地基的穩(wěn)定性，以防橋臺、擋土墻下地基的滑動(dòng)。 （一）基礎(chǔ)穩(wěn)定性驗(yàn)算圖2-21 基礎(chǔ)傾覆穩(wěn)定性計(jì)算1基礎(chǔ)傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算基礎(chǔ)傾覆或傾斜除了地基的強(qiáng)度和變形原因外，往往發(fā)生在承受較大的單向水平推力而其合力作用點(diǎn)又離基礎(chǔ)底面的距離較高的結(jié)構(gòu)物上，如擋土墻或高橋臺受側(cè)向土壓力作用，大跨度拱橋在施工中墩、臺受到不平衡的推力，以及在多孔拱橋中一孔被毀等，此時(shí)在單向恒載推力作用下，均可能引起墩、臺連同基礎(chǔ)的傾覆和傾斜。

47、理論和實(shí)踐證明，基礎(chǔ)傾覆穩(wěn)定性與合力的偏心距有關(guān)。合力偏心距愈大，則基礎(chǔ)抗傾覆的安全儲(chǔ)備愈小，如圖2-21所示，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，可以用限制合力偏心距e0來保證基礎(chǔ)的傾覆穩(wěn)定性。設(shè)基底截面重心至壓力最大一邊的邊緣的距離為y（荷載作用在重心軸上的矩形基礎(chǔ)），見圖2-21，外力合力偏心距e0，則兩者的比值可反映基礎(chǔ)傾覆穩(wěn)定性的安全度，稱為抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)。即 （2-13）式中： 其中：Pi各豎直分為；ei相應(yīng)于各豎直分力Pi作用點(diǎn)至基礎(chǔ)底面形心軸的距離；Ti各水平分力；hi相應(yīng)于各水平分力作用點(diǎn)至基底的距離。如外力合力不作用在形心軸上（如圖2-21b）或基底截面有一個(gè)方向?yàn)椴粚ΨQ，而合力又不作用在形心

48、軸上（圖2-21c），基底壓力最大一邊的邊緣線應(yīng)是外包線，如圖2-21b、c中的I-I線，y值應(yīng)是通過形心與合力作用點(diǎn)的連線并延長與外包線相交點(diǎn)至形心的距離。不同的荷載組合，在不同的設(shè)計(jì)規(guī)范中，對抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)K0的容許值均有不同要求，一般對主要荷載組合K01.5，在各種附加荷載組合時(shí)，K01.11.3。2基礎(chǔ)滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算基礎(chǔ)在水平推力作用下沿基礎(chǔ)底面滑動(dòng)的可能性即基礎(chǔ)抗滑動(dòng)安全度的大小，可用基底與土之間的摩擦阻力和水平推力的比值Kc來表示，Kc稱為抗滑動(dòng)穩(wěn)定系數(shù)。即 （2-14）式中：基礎(chǔ)底面（圬工材料）與地基之間的摩擦系數(shù)；符號意義同前。驗(yàn)算橋臺基礎(chǔ)的滑動(dòng)穩(wěn)定性時(shí)，如臺前填土保證不受沖刷，可同時(shí)考慮計(jì)入與臺后土壓力方向相反的臺前土壓力，其數(shù)值可按主動(dòng)或靜止土壓力進(jìn)行計(jì)算。按式（2-14）求得的抗滑動(dòng)穩(wěn)定系數(shù)Kc值，必須大于規(guī)范規(guī)定的設(shè)計(jì)容許值，一般根據(jù)荷載性質(zhì)，K01.21.3。修建在非巖石地基上的拱橋橋臺基礎(chǔ)，在拱的水平推力和力矩作用下，基礎(chǔ)可能向路堤方向滑移或轉(zhuǎn)動(dòng)，此項(xiàng)水平位移和轉(zhuǎn)動(dòng)還與臺后土抗力的大小有關(guān)。（二）地基穩(wěn)定性驗(yàn)算位于軟土地基上較高的橋臺需驗(yàn)算橋臺沿滑裂曲面滑動(dòng)