墩台基础复习题考试必备.pdf

第一章 概论 1 第一章第一章 概论概论 1. 地基：受结构物影响的那一部分地层，可分为人工地基和天然地基。 基础：结构物与地基接触的部分，并将所受荷载全部传给地基。可分为浅基础(H5m，且施 工简单)和深基础(H5m)。 2.影响墩台基础设计的主要因素 上部结构类型、 桥梁设计标准、 桥位处水文地质条件及所处地理位置和总体美学规划要求等； 其次如施工机具设备和技术力量、 材料供应情况、 地形及相邻结构物的影响及其他自然条件 如冻结情况、施工水位等。 3. 墩台基础的受力特点 受力体系：墩台与基础是一个连续一体的空间压弯构件。 影响因素（包括顺桥向和横桥向） 影响上部结构的因素：汽车人群荷载、风荷载、温度等。 水下土中的因素：水压力、土压力、水流、船舶流冰等漂流物的撞击力。 地基土性质变化产生的因素：冻胀力。 上部结构体系：梁桥（竖向支反力） 、拱桥（竖向、水平支反力） 、索吊桥和 T 型刚构桥（正 负反力） 。 独特性 不同地理位置、不同地质条件，甚至同一座桥上不同位置的墩台基础，其所受力的状态 和组合都不相同，控制条件可能是顺桥向也可能是横桥向。情况不明确时，两种情况都要验 算。 4. 汽车荷载制动力：按同向行驶的汽车荷载（不计冲击）计算，并对大跨径进行纵向折减。 第一章 概论 2 土重力：基底考虑浮力时，采用土的浮容重；基底不考虑浮力时，若基底透水则用天然 容重，若基底不透水则用饱和容重。 第二章 桥梁墩台 3 第二章第二章 桥梁墩台桥梁墩台 1.组成 墩（台）帽 下部结构 墩台 墩（台）身 基础 2.桥墩类型 刚性墩 就地现浇 按变形特征 柔性墩 按施工方法 预制装配 实体墩 空心墩 梁桥桥墩按构造 柱式排架墩 柔性墩 框架墩 3. 桥台类型（按结构形式） 重力式 重力式 梁桥 轻型 拱桥 轻型 组合式 组合式 承拉式 齿槛式 空腹式 4.实体桥墩（重力式桥墩）的特点 是一实体圬工墩，主要靠自身的重量（包括上部结构重力）来平衡外力保证桥墩的稳 第二章 桥梁墩台 4 定。优点：不配筋，就地取材，刚度大，具有较强的防撞能力。缺点：阻水面积大，自重大。 5. 柔性墩的特点、力学模型 特点：各墩通过主梁连为一体，将上部结构传来的水平力（制动力、温度影响力等） 按抗推刚度分配到全桥的各个墩台，以减少单个柔性墩（刚度小分配的力也小）所受到的水 平力，从而达到减小桩墩截面的目的。 模型：柔性墩视为下端固定，顶端铰支，具有一定墩顶位移的偏压杆件，绝大部分纵 向水平力由刚性墩台承担。 6. 拱桥桥墩的受力特点、分类 受力特点：拱圈传来的竖向力和水平力（无柔性墩） 。 分类： 重力式墩 普通墩 按构造分 柱式墩 按受水平力分 单向推力墩 7. 重力式桥台（U 型桥台）的组成及其特点 组成：台帽、台身（前墙） 、背墙、翼墙（侧墙）及基础。 特点：依靠自重与台腔内填土重平衡台后土压力，保持桥台稳定性，一般用圬工材料 就地建造，构造简单但圬工体积大。 8. 埋置式桥台的特点 台身埋于台前锥形护坡中， 两端侧墙变为耳墙与路堤衔接， 只露出台帽以安置支座与上 部结构。优点：减少桥台长度节省圬工，所受土压 力也减少。缺点：锥体伸入河中压缩河道，因此要 相应增加加大桥长； 同时锥坡脚也易受到流水冲刷。 7. 墩帽的功能、受力特点 第二章 桥梁墩台 5 功能：直接支承上部桥跨结构，利用放置其上的支座将上部结构自重及汽车人群荷载 向下传递。特点：受力集中，强度要求高。 8. 墩帽尺寸应满足那些要求？写出顺桥向、横桥向最小宽度计算式。 满足支座安放的要求、 主梁施工吊装的要求； 满足温度影响下梁的 伸缩、荷载作用下梁挠曲引起的梁端转动的要求。 顺桥向最小宽度 b A.双排支座 ：bfa/2a/2+2C1+2C2 f相邻两跨支座间的中心距； a、a支座垫板的顺桥向宽度； C1支座边缘至墩身边缘的最小距离； C2挑檐宽度。 B单排支座： b=a+2C1+2C2 a支座垫板的顺桥向宽度； C1支座边缘至墩身边缘的最小距离； C2挑檐宽度。 C.不等高双排支座： a、a支座垫板的顺桥向宽度； C1支座边缘至墩身边缘的最小距离； ，大桥由计算定。梁误差等，中小桥取主梁挠曲变形、施工架 ，考虑温度变化、距离（称之为伸缩缝）相邻两跨梁端间的最小 离；支座中心到梁端的距、 cm52 0 11 101 e ee eeef+= () 120112 2110112 (2)() 2 () 22 a bacceecc aa bcceeecc =+ =+ 第二章 桥梁墩台 6 梁中心距离。桥跨结构横桥向两边主 1 211 22) ( B ccaaBB+ 两边支座中心距离。 1 211 22 B ccaBB+ C2挑檐宽度。 横桥向最小宽度 B： . 多片主梁 a（a）支座垫板横桥向宽度 . 现浇箱梁 8. 梁桥桥台台帽尺寸 顺桥向宽度 横桥向宽度桥面宽度，或横桥向宽度=引道路基宽度。 9. 墩身的功能：桥墩的主体，支承上部结构、传递荷载，承受水流、流冰、船 只等漂浮物的冲击磨损。强流冰的河流中，宜在桥墩迎水面设破冰棱。 10.梁桥桥墩作用效应组合 顺桥向 桥墩截面最大竖向力组合 目的：验算墩身强度和基底最大压应力。 布载：相邻两跨满布人群、汽车荷载，并将集中力布置在支反力影响线最大处。若不等跨， 集中力布置在大跨支反力影响线最大处， 其他可变作用 方向应与大跨支反力作用效果相同。 桥墩截面最大偏心距和最大弯矩组合 目的：验算墩身强度、基底应力、偏心距及稳定性。 布载方式：人群、汽车单跨布载。若不等跨，应大跨布载，其他可变作用方向应与汽车荷载 21 0 1 22 cc ae eb+ 第二章 桥梁墩台 7 反力作用效果相同。 横桥向 最大偏心距和最大弯矩组合 目的：验算横桥向墩身强度、基底应力、偏心距及稳定性。 布载方式：顺桥向同，考虑其他横向可变荷载如风力、流水压力、撞击力等，横桥向单列 偏载（横向偏心距最大）或多列偏载（竖向力较大而横向偏心较小） ，人群单侧布置。 11. 拱桥桥墩作用效应组合 顺桥向 桥墩截面最大竖向力组合 目的：验算墩身强度和基底最大压应力。 布载：相邻两跨满布人群、汽车荷载，并将集中力布置在桥墩截面重心处。其他可能纵向力 如制动力、纵向风力、温度作用、拱圈收缩等。 桥墩截面最大偏心距和最大弯矩组合 目的：验算墩身强度、基底应力、偏心距及稳定性。 布载方式：人群、汽车单跨布载。若不等跨，应大跨布载，并将集中力布置在拱脚弯矩影响 线竖标最大处。其他可能纵向力如制动力、纵向风力、温度作用、拱圈收缩等。 单向推力墩只考虑大孔结构重力。 第二章 桥梁墩台 8 横桥向 针对于受强偶然作用（强流冰、船舶撞击、强地震）的桥梁；需横桥向平面外稳定性计算的 大跨度拱桥。公路桥梁横桥向不控制设计。 布载方式：双孔偏载（偏向下游）布置车道荷载（拱脚产生最大竖向反力） ，且组合横向风 力、流水压力、流冰压力、撞击力、地震力等。 12. 梁桥桥台作用效应组合 台前桥跨上布活载：汽车（车道荷载，集中力布在支座上） 、人群、汽车制动力（指向桥 跨方向） 、降温；台后土侧压力、上部结构和桥台自重、基础襟边土重、水浮力。最大 前端弯矩组合 台后破坏棱体上布活载：汽车车辆荷载引起的土侧压力、降温；台后土侧压力、上部结构 和桥台自重、基础襟边土重、水浮力。最大水平力和最大后端弯矩组合 台前、台后同时布活载：+最大竖向力组合 13. 桥台台身强度与偏心距验算 只作顺桥向验算。当侧墙宽度0.4*同一水平截面前墙全长时，前墙和侧墙作为整体进 行强度验算；否则，前墙按挡土墙进行强度验算。 14. 为什么要进行墩顶水平位移的验算？钢筋混凝土实体墩与柔性墩、 高墩在计算时墩顶水 平位移时有何不同？ 第二章 桥梁墩台 9 原因：水平位移过大影响桥跨结构的正常使用，对于超静定结构还会产生附近內力。 不同点：.扩大基础上的实体墩台因截面尺寸较大，相对刚度大，故不计墩身在水平力 下弹性变形所产生的墩顶位移， 只计算因基础转动所引起的墩顶水平位移。 钢筋混凝土柔性 墩、高墩墩顶位移=基底或承台转动引起的位移+墩身弹性变形引起的位移2。 第三章 天然地基浅基础 10 第三章第三章 天然地基浅基天然地基浅基础础 1. 基础按埋深可分为哪两类，二者有何区别？ 浅基础（明挖基础） ：埋深一般在数米以内，施工简单，可用明挖方式施工，且施工不 考虑周围土体影响。它根据构造和尺寸大小可分为扩大基础、条形基础、单独和联合基础。 反之则为深基础，包括桩基础、沉井基础和底下连续墙。 区别：施工：浅基础在开挖基坑过程中,排水、坑壁稳定问题容易解决，而深基础则比 较困难；设计：浅基础在设计中可以不考虑侧面土的抗力，而深基础必须单独考虑。 2.地基的分类 天然地基：直接放置基础的天然土层，地基土保持自然形成的结构和特性。 人工地基：地基土质较差，通过对地基土进行加固处理后，土的天然结构和性质发生 改变的地基。 特殊地基： 局部地区天然土的性质特殊， 其性质极大影响基础的设计， 如湿陷性黄土、 多年冻土、压缩性极高的软土（弹簧土） 。 3.何为刚性基础，有何特点？适用于什么地基条件？ 基础悬出部分在地基反力作用下，最不利截面将产生w和。在基础圬工具有足够截 面使得基础悬出部分 时， 截面不会出现裂缝， 这时基础不用配置受力钢筋， 这种基础称为刚性基础。 特点材料：采用圬工结构，不配钢筋； 受力：地基反力作用下，基础截面的弯曲拉应力和剪应力不超过砌筑材料的强度设 计值。 适用范围：浅层地基土承载力较高，可能形成合旱地施工的河流上。 , ww max 圬工结构刚性角，由材料性质决定。 max 第三章 天然地基浅基础 11 4.何谓刚性角 由材料性质决定，控制圬工结构基础悬出部分的宽度和高度比例关系的角度，使之在 基底反力的作用下， 悬出部分的根部截面产生的弯曲拉应力和剪应力不超过材料强度设计值 的最大角度，一般用 max 表示。 5.基础埋深确定的原则，考虑的因素。 埋深指地面或一般冲刷线至基础底面的距离，其确定原则是能浅则不深。 考虑因素 1.桥位处地质条件主要因素：地质剖面图、土的物理力学性质 选择持力层和基 础类型。2.河流冲刷深度：为防止基底以下土层被水流重损害掏空而使墩台倒塌，基础底面 必须埋于设计洪水位的最大冲刷线（局部冲刷线）以下一定深度。3.当地冻结深度：温度 下降 土中孔隙水分冻结 体积增大 土体隆胀； 基础应埋置在天然最大冻结 线以下一定深度。上部为外超静定结构的桥涵基础，应将基底埋入冻结线以下0.25m。4. 上部结构类型和受力：结构形式不同，要求不同，一般超静定结构对埋置深度的要求高于 静定结构；基础受力（大小、是否受水平力） ：荷载大，埋深大；对于拱桥桥台，为了减 少可能产生的水平位移和沉降差值，有时需要将基础设置在埋藏较深的坚实土层上。5.桥位 地形条件：当桥梁位于较陡的土坡上时，需考虑结构的稳定性，防止在较大的土侧压力作用 下基础连同侧坡土体一起发生滑动。要保证基底外缘至坡面有一定距离。6.保持持力层稳 定的最小埋深：地表土易受自然环境（如冻融、雨雪等）的影响而不稳定；人类和动物活动 的影响，植物生长的作用等，都会干扰破坏表层土的结构和性质。表层土不宜作基础的持 力层。为保证持力层的稳定、不受干扰，基础的埋置深度（岩石地基除外）应在天然地面或 无冲刷河流的河底以下不小于米。7.相邻结构物基础埋深；8.其他因素：地下水渗流（防 流砂出现） 、施工技术条件、工期、造价等。 第三章 天然地基浅基础 12 5.浅基础设计程序 按构造要求、设计经验拟定平面、立面、剖面尺寸；计算荷载效应及其组合； 验算地基承载力、基底合力偏心距、地基与基础的稳定性（抗倾覆、抗滑移） 、基础沉降； 调整再验算。 6.浅基础平面尺寸的确定 形式：一般为矩形平面。 柔性扩大基础：由承载力计算得到。 刚性扩大基础：由墩台身底截面和刚性角确定。 7.刚性扩大基础设计验算的内容，目的？地基承载力计算公式？ 验算内容：地基承载力（地基承载力、软弱下卧层承载力） ，基底合力偏心距，地基与 基础的稳定性（抗倾覆、抗滑移） ，基础沉降。 目的： 地基承载力验算是为保证基础底面作用于地基土的最大压应力不超过地基土的承 载力容许值。基底合力偏心距是为防止最大、最小应力相差太大，导致墩台基础产生较大 的不均匀沉降和倾斜，影响正常使用；对于非岩石类地基，当出现拉应力后，将使基底部 分截面参加工作，产生应力重分布，致使非岩地基产生过大的塑性变形而使墩台基础倾斜。 稳定性验算是为保证基础整体在最不利作用下不产生倾覆和滑移变形， 保证下部结构的正常 使用。 基础沉降验算是为保证桥梁结构的正常使用， 对于超静定结构还应防止基础沉降引起 12max 12max 1212 max 22(1)2 tan 22(1)2 tan adCnCdh blCnClh ab dl CCCC n =+ = + + = ， 基础底平面的长度、宽度； ， 墩台身底面的长度、宽度； ，按构造取用的基础襟边和台阶宽度，可； 台阶层数； h? 基础材料刚性角。 第三章 天然地基浅基础 13 的附加内力。 8. 地基承载力容许值fa的定义、影响因素、确定方法。 定义：正常使用极限状态下所选定的地基承载力。即，对应于结构物的沉降量不超过 正常使用所允许的沉降量的地基承受荷载的能力。 影响因素：地基土的成因、土的物理力学性质、结构的性质（桥梁与房屋、静定与超 静定） 。 确定方法：试验法：用于大桥、特大桥、特殊结构桥；调查法：作为对其他方法 的验证参考；理论公式计算法 9. 抗倾覆稳定验算的实际转动轴和计算转动轴 岩石地基：转动轴为最大受压边缘；弹性地基：因最大受压边缘陷入土内，转动轴为最 大受压边缘内侧某一直线。实际计算时假定：转动轴为最大受压边缘。 10.沉降产生的原因，为什么要验算沉降，什么情况下验算？ 沉降产生的原因：地基土受到附加应力作用产生压缩变形所致。 验算沉降的原因：地基承载力容许值虽已考虑容许变形，但桥跨结构类型不同、桥梁 跨径不同，对沉降量的容许值不同，所以要区别对待。 适用对象：地基地质情况复杂、土质不均匀、承载力较差；相邻跨径相差悬殊须 ()() 。数，查表基底宽度、深度修正系、 容重；饱和容重；透水时取浮 且不透水，一律取；如持力层在水面以下均重度基底以上土层的加权平 为透水者取浮容重；如持力层在水面以下且度基底持力层土的天然重 ；取；取；基底埋置深度 ；取；取；基础底面的最小边宽 桥基规；、物理力学指标查公，依据土的类别、状态地基承载力基本容许值 ；许值修正后的地基承载力容 3 . 3 21 ) 3 /( 2 ), 3 /( 1 44/33)( 101022)( )( 0 22110 32 kk mKN mKN bhbhmhmhmh mbmbmbmbmb KPa a a f a f hkbkf a f =钻头直径 100400mm； 护筒顶标高高出地面或岛面 300 500mm，高于地表水或地下水 1.52.0m；护筒底用黏土夯填，不跑水漏浆；平面位 第四章 桩和桩基础构造与施工 17 置准确，斜度偏差1。 7. 钻孔灌注桩施工时泥浆的作用 作用：增大孔内静水压力； 在孔壁形成泥皮，隔断孔内外水流，起护壁用； 悬浮钻渣，润滑钻头，减少钻进阻力。 8.旋转钻孔的方法 正循环：泥浆由泥浆泵压进泥浆笼头，通过钻杆从钻头射入孔内，在泥浆泵的输送 压力下，泥浆挟钻碴上升，从护筒顶溢流口排至沉淀池，钻碴沉淀，泥浆进入泥浆池循环使 用。 反循环：泥浆先进入钻孔内，钻头切削钻进时，钻碴和泥浆一起被吸抽泵从钻头吸 入，通过空心钻杆排出至沉淀池，钻渣沉淀而泥浆入泥浆池循环使用。它比正循环悬浮排碴 快，且使用的泥浆比重小，旋转阻力也小，适用于各种地层。 9. 清孔的目的与方法 、目的：减小孔底沉淀土层厚度，保证桩尖土的承载力；为灌注水下混凝土创 造良好条件，保证水下混凝土灌注质量。 、方法 抽浆法：用机械将孔底含渣泥浆吸出。换浆法：提升钻锥空钻不进尺，以相对密 度较低的泥浆压入， 将孔内悬浮钻渣和相对密度较大的泥浆换出。 适用于正循环钻孔的摩擦 桩。掏渣法：用掏渣机械掏清孔底粗钻渣。适用于冲抓、冲击成孔的各类土质的摩擦桩的 初步清孔。喷射法：对孔底进行高压射水或射风，使剩余的少量沉淀物漂浮后立即灌注混 凝土。适用于配合其他方法清孔。 10.预制沉入桩施工法 第四章 桩和桩基础构造与施工 18 利用动力沉桩设备的冲击能量（如锤击）将预制的钢筋混凝土桩、预压力混凝土桩、 钢管桩等直接打（压）入土中的施工方法。 11.沉桩顺序 原则：一是要尽量减少桩架移动距离；二要考虑打桩时,土壤被挤紧和隆起,致使后打的 桩不易打下去。 顺序：由一端向另一端、由中间向两端（四周） 、先深后浅、先坡顶后坡脚。 12.预制桩吊点位置的确定 按均布配筋，最大正负弯矩相等的原则来确定。 第五章 桩基础的设计与计算 19 第五章第五章 桩基础的设计与计算桩基础的设计与计算 1.单桩容许承载力 单桩在不利作用效应下，地基土和桩自身的强度、稳定性均能得到保证，变形在容许范 围内，以保证结构物的正常使用所能承受的最大荷载。 2.土对桩的支承力由哪两部分组成？各自在什么条件下发挥作用？ 土对桩的支承力 P=桩周土摩阻力 Rf+桩底支承力 Rs 桩周土摩阻力 Rf：只要桩与土间有相对位移就产生，且在正常工作状态下， Rf 大小与 位移大小成正比。 桩底支承力 Rs：在较大位移下才会充分发挥。 3.单桩轴向荷载传递机理（过程） 竖向荷载加于桩顶时，桩身逐段由上向下、由大到小发生弹性压缩变形，而使桩与 土有了相对位移，从而产生摩阻力。此时荷载由桩身上段摩阻力承担。 随荷载的增加，桩身压缩量和位移量增大，传递荷载的桩长越来越长，桩底土层也 因受到压缩而产生桩端阻力。 而桩端土层的压缩加大了桩土相对位移， 从而使桩身摩阻力进 一步发挥出来。 桩身摩阻力发挥达到极限后，继续增加荷载，则荷载增量将全部由桩端阻力承担。 由于桩底土层的大量压缩和塑性变形，位移增加速度显著增大，桩底支承力达到极限，位移 迅速增大至破坏。此时，桩达到其极限承载力。 4.摩擦桩的破坏机理（破坏过程） 桩周土摩阻力 Rf 占大部，桩底支承力 Rs 较小。 破坏过程：桩身常见达到一定量后，桩侧摩阻力先达到极限，桩底支承力尚未充分发挥 第五章 桩基础的设计与计算 20 作用。随荷载增加，桩壁与桩周土产生剪切破坏，致使摩阻力急剧下降，大部分轴向荷载转 移给桩底支承力。当桩底持力层的土体发生整体剪切破坏，桩出现不停的大量沉降时，桩呈 现破坏状态。 5. 桩所受的轴向力，主要决定桩的入土深度（摩擦桩）和桩身受压强度（端承桩） ；桩所受 的横向力和弯矩用来确定桩身的弯压强度和配筋。 柱桩（端承桩）的破坏模式桩身材料（纵向挠曲）破坏，摩擦桩的破坏模式桩端土 的剪切失稳破坏。 6.摩擦桩在什么情况下允许受拉？单桩轴向受拉承载力容许值 当桩的轴向力由结构自重、预加力、土重、土侧压力、汽车荷载、人群荷载，并与其 他作用组成的短期效应组合或荷载效应的偶然组合（地震除外）所引起时，允许桩受拉。 7. 负摩阻力的定义、作用范围、产生的条件 负摩阻力：桩周土相对于桩向下位移，使土对桩产生向下作用的摩阻力。它不是摩擦桩 承载力的一部分，而是带动桩向下位移的附加荷载。 作用范围：土与桩相对移方向决定桩侧表面摩擦力的方向，桩的竖向位移与桩周土竖 向位移相等之处，称为中性点。中性点以上的桩段受负表面摩擦力作用，中性点以下桩段则 受正表面摩擦力作用。 产生条件：桩基础附近地面大面堆载或高路堤填土使软粘土压缩变形过大；大量 抽取地下水造成地面沉降， 或因地下水位下降使土层产生自重固结下沉； 桩穿过欠固结土 层（如填土）进入硬持力层，土层产生自重固结下沉；桩数很多的群桩打桩时，桩周土中 = = n i ikiit qluR 1 3 . 0 () ( ) 5DD 1 kPa t i ii ik RkN umud lduud d q = = = i 单桩轴向受拉承载力容许值； 桩身周长，对于等直径桩；对于扩底桩，自桩端起算的长度 取，其余长度均取（ 为桩身直径， 为扩底直径）； 振动沉桩对桩侧摩阻力的影响系数，见规范；锤击、静压沉桩和钻孔桩 与l 对应的桩侧摩阻力标准值（）。 第五章 桩基础的设计与计算 21 产生很大的超空隙水压力，打桩停止后桩周土的再固结作用引起下沉；在黄土、冻土中的 桩，因黄土湿陷、冻土融化产生地面下沉。 8. 桩的横向承载力定义与影响因素 桩的横向承载力：桩在与其轴线相垂直的荷载作用下（水平力、弯矩） ，考虑桩与土的 共同作用的承载力。 影响因素：桩入土深度、桩的刚度（截面尺寸） 、桩顶与桩底的固着条件，桩周土的物 理力学性质（紧密程度） 9.基桩在横向荷载作用下的有哪些破坏模式？各自发生的条件、承载力？ 桩周土体稳定性破坏刚性桩破坏模式 条件：桩的入土深度较浅，桩截面尺寸较大；或桩周土质较松软，桩的相对刚度较大。 承载力：由桩侧土的强度和稳定性决定。 桩身材料破坏弹性桩破坏模式 条件：桩的入土深度较深，桩截面尺寸较小；或桩周土质较密实坚硬，桩的相对刚度 较小。 承载力：由桩身材料抗弯强度决定。 10. 横向力作用下基桩正常工作的基本要求 桩侧土的稳定性不破坏；桩身材料不断裂；桩顶水平位移和转角不超过限值。 11.土的横向抗力（土抗力） ：桩在横向力作用下产生变形，使得桩周土体受挤压，从而产生 的对桩变形起约束抵抗作用的力。土抗力的大小与土的性质、桩对土体的挤压程度（即桩身 挠度）有关。 12. 单桩横轴向承载力实用计算方法（即规范法）的基本假设? 弹性地基梁计算挠曲变形的假设：桩周土体视为弹性变形介质，桩的挠曲看成一个 第五章 桩基础的设计与计算 22 有限长或无限长的梁支承在无限密集的独立弹性支座上的弯曲变形。 文克尔假设计算土抗力： zxzz XC= 13.地基系数 Cz 的定义。确定地基系数的方法有哪些？我国现行规范采用哪一 种？ 定义：某深度处单位面积地基土产生单位位移时所需施加的力，是计算土体 变形和土抗力的一个物理参数。其大小随土的类别、物理力学性质和深度变化。 确定方法：“m”法假设（我国规范采用） ：地基系数 CZ随深度成正比例增长。“K” 法假设：地基系数 CZ随深度分两段变化。“C”法假设：地基系数 CZ随深度分两段变化。 计算结果与 m 法基本相同。“张有龄”法假设：地基系数 C 为常数，不随深度变化。 14.何谓“m”法？采用其计算时有哪些基本假定？ “m”法（我国规范采用） ：地基系数 CZ随深度成正比例增长，即 基本假定：土为弹性变形介质，其地基系数在地面或局部冲刷处为零，并随深度成 正比例增长；挠曲变形平面内，基础与土之间的粘结力、摩阻力均不考虑；水平力和竖 向力作用下，任何深度处土的压缩性均用地基系数表示；h2.5 时，按刚性基础计算； h2.5 时，按弹性基础计算。 15. 刚性桩与弹性桩的判别式 16.当量 m 值 考虑桩身位移对 m 值换算的影响， 将多层地基的 m 值根据桩身位移挠曲线确定上下两 位位移所需施加的力。单位面积地基土产生单地基系数，某一深度处 处的水平位移；桩在某一深度 处的横向土抗力；某一深度 Z Z ZX C XZ Z ()()mZZmZZmC n Z =+=+= 1 0 0 为弹性桩。 为刚性桩； 5 . 2 5 . 2 h h 第五章 桩基础的设计与计算 23 层土的加权值，从而换算成单层地基的 m 值，以便采用单层匀质地基的精确解求出桩顶位 移与转角以及桩身内力。 17. 桩的计算宽度 b1 计算桩承受的土抗力时，由于土体之间的挤密粘结作用，使得桩身宽度以外一定范围 的土体也参与抵抗。由此将桩身实际宽度或直径换算成一个矩形桩宽度 b1，并称其为桩的 计算宽度。 18. 单排桩、多排桩的定义及荷载分配 单排桩：在外力作用平面内，或将桩投影到外力作用平面上仅为一根桩，而垂直于外力 作用平面由两根或两根以上桩组成。荷载分配：将外荷载在垂直外力平面内分配。 多排桩：在外力作用平面内，或将桩投影到外力作用平面上有两根或两根以上桩。荷载 分配：按空间结构用结构力学方法进行两次分配。 19.m 法为什么要区分单排桩、多排桩，弹性桩、刚性桩？ 单排桩、多排桩对于外荷载的分配方法不同。单排桩将外荷载在垂直外力平面内分配， 多排桩将外荷载按空间结构用结构力学方法进行两次分配。 弹性桩破坏模式是桩周土体稳定 性破坏，刚性桩是桩身材料破坏，因破坏模式不同，所以采用的计算方法不同。 20.弹性单桩、单排桩设计计算程序 1.桩基础初步设计方案的拟定：由上部结构类型、荷载标准、水位地质资料、施工技 术条件等， 初步拟定桩柱材料、 直径、 根数、 排列， 柱顶和桩顶标高。 2.单桩所受荷载分配； 3.单桩轴向承载力的验算：已知桩长由公式验算承载力；或由公式反算桩长。4.相关参数计 算：计算 m、b1、EI、，判别弹性桩还是刚性桩。5.桩身内力计算，绘制 MZZ 图；6. )( 01 dbKKKb或= ）。详见桩柱间相互影响系数（ ）；受力换算系数（表 ）；形状换算系数（表 P198 20 . 5 20 . 5 0 K K K 第五章 桩基础的设计与计算 24 桩柱底最大压应力验算；7.桩顶水平位移验算；8.桩身强度验算与配筋设计。 21. 弹性多排桩内力与变位计算的力学模型、步骤 力学模型：桩与承台在力的作用平面（验算平面）内为一个超静定刚架。 步骤：计算承台结构在外荷载下的变位；计算各个桩顶的变位；用位移法求各 桩所分配的外力；用单排桩的方法计算各桩内力和变位。 22.何谓群桩效应？为什么会出现？条件？ 摩擦桩桩距较小时，群桩承载力单桩沉降变形，即群 桩效应。 原因：桩顶荷载由桩侧摩阻力传给地基土，在桩侧面形成锥形扩散面，使得桩底应力 分布面积桩身截面面积，桩底处应力可能叠加。 群桩效应的前提条件：摩擦桩在桩端平面内桩间中心距 S6d（桩径） 。 23.群桩破坏模式： 整体破坏：桩距小，土质坚硬时，桩和土作为整体下沉（类似于实体深基础） 有群桩效应 单桩刺入破坏：桩距大，土质软弱时，单桩刺入土内。 无群桩效应 24.承台底面标高的确定 承台底面标高：越低，基桩受力越好，稳定性越高。 旱地或岸滩：承台埋于地面以下，对于冻胀土承台底面应位于冻结线以下0.25m； 水浅，冲刷较小的河流采用低桩承台（即承台底位于局部冲刷线以下） ；常年有水且水 较深，或河床冲刷深度大时，在受力允许条件下用高桩承台；有流冰的河道，承台底面标 高应低于最低冰层底面0.25m；有漂流物的河道，承台底面标高应保证基桩不受直接撞 击损伤。 第五章 桩基础的设计与计算 25 25.单桩与群桩的工作特点有何不同？由此在承载力和沉降变形方面带来什么后果？ 端承桩：桩顶荷载由桩身直接传给持力层，荷载不扩散，桩与桩之间荷载传递互不影 响。所以群桩承载力=单桩承载力，群桩沉降变形=单桩沉降变形，无群桩效应。 摩擦桩：桩顶荷载由桩侧摩阻力传给地基土，在桩侧面形成锥形扩散面，使得桩底应 力分布面积桩身截面面积，桩底处应力可能叠加。所以在桩距较小时，群桩承载力单桩沉降变形，即产生群桩效应。 第六章 沉井基础 26 第六章第六章 沉井基础沉井基础 1.沉井基础的定义、优点、缺点 定义： 井壁由钢筋混凝土或少筋混凝土预制而成的井筒状结构物。 它是以井孔内挖土， 依靠自身重力或主要依靠自身重力来克服井壁与周围土之间的摩阻力下沉，至设计标高后， 经混凝土封底井孔填塞后形成的一个整体基础。 优点：既是一种刚性深基础，又是挡土、挡水的围堰结构，施工技术较稳妥可靠， 操作简便，下沉深度大。整体性强，稳定性好，有较大的承载面积，能承受较大的竖向和 水平荷载。施工时对邻近建筑物影响较小，内部空间可进一步利用。 缺点：施工工期较长，技术要求高；对细砂及粉砂类土在井内抽水易发生流沙现 象，造成沉井倾斜；当遇有大孤石、老桥基等难以清除的障碍物时，或遇倾斜度较大的岩 层时，施工困难，沉井基础的稳定性不好。 2.沉井的组成部分及各自的作用 刃脚：用以切土下沉，要有足够的强度和刚度。井壁：沉井的主体结构，形成沉 井基础的外形尺寸；施工时围水挡土，并获得顺利下沉的重力。隔墙：缩短井壁跨度，减 小井壁弯曲应力，并增强整体刚度，便于掌握井孔挖土位置和速度，以控制下沉方向。井 孔：下沉取土的通道。凹槽：增强封底混凝土与井壁的连接强度，更好地将封底混凝土受 到的地基反力传给井壁。封底混凝土：使沉井形成一个受力整体，将井底地基反力传给井 壁。 顶盖板： 不以混凝土填心的沉井需在顶边设钢筋混凝土顶盖板， 以便在其上修筑桥墩， 并承受墩身传来的荷载。预埋管组（如高压射水管） ：下沉困难时减阻。 3.沉井的分类 4. 旱地沉井施工的工序 第六章 沉井基础 27 平整场地铺设垫木；制作底节沉井；拆模、抽垫木；挖土下沉；沉井接高； 地基检验及处理；封底及浇筑顶盖板 5.水中沉井施工有哪些方法 就地筑岛制作沉井 适用范围：沉井位于浅水或可能被水淹没的岸滩。 施工方法基本同旱地沉井施工，工序为：水上筑岛岛上制造挖土下沉孔底清查封 底 充填井孔以及浇注顶板。 浮运沉井 适用范围：深水中人工筑岛困难时。 施工方法：将沉井底节做成空体结构，或用其他办法使其在水中可漂浮，用船只拖运到 设计位置夯，再逐步往空体内灌混凝土或水以增加自重，使其徐徐沉入河底，用不排水挖土 下沉。 6. 沉井在施工中一般会出现哪些问题，如何处理？ 问题：下沉困难、发生偏斜 处理办法 1.助沉措施 临时性措施：压重或排水；井壁外饱水降低摩阻力；炮震法 助沉设计：泥浆润滑套下沉法；空气幕下沉法（壁后压气法） 2.纠偏随时观测随时纠正 纠正倾斜：井内偏挖、加垫法，即在刃脚较高的一侧井内挖土而在刃脚较低的一侧 加支垫；井顶偏压法；钢丝绳套拉施加水平力法；空气幕沉井还可采用偏侧压气法； 纠正位移：先偏侧除土，使沉井底面中心向墩位设计中心倾，然后均匀除土，使沉 井底中心线下沉至设计中心线后，在对侧偏除土扶正。 第六章 沉井基础 28 纠正扭转：在一对角线两角偏除土，在另外两角偏填土，借住刃脚下不等的土压力形 成扭矩，纠正沉井的扭转角。 7. 偏斜的危害：有偏移倾斜，就有偏心矩和附加应力，对地基承载不利。若偏斜过大，墩 台身还可能偏位悬空，致使沉井报废。 8. 沉井基础作整体验算时为什么先要进行判断，判别条件是什么？ 原因： 当沉井埋置深度在最大冲刷线以下较浅时， 可不考虑基础侧面土的横向抗力影响， 而按浅基础设计计算规定（验算地基强度、沉井基础的稳定性和沉降，使它符合容许值的要 求） ；当沉井基础埋置深度较大时，则不可忽略沉井周围土体对沉井的约束作用，因此在验 算地基应力、 变形及稳定性时， 需要考虑基础侧面土体弹性抗力的影响， 按刚性深基础计算。 条件： h5m 且h2.5： 按刚性深基础验算 （同刚性桩） 。 h沉井基础自地面线或局部冲刷线算起的深度；土中基础变形系数。 9. 刚性深基础验算的基本假设 a.基础刚度无穷大，不产生挠曲变形，只产生刚体转动；b.对于土的横向抗力不考虑地 土作用于基础侧面的摩阻力；c.地基土弹性抗力的假设按“m”考虑。 10.沉井基础设计计算的内容 作为刚性深基础的整体验算，施工过程结构验算，浮运时的稳定性验算 第七章 人工地基 29 第七章第七章 人工地基人工地基 1.何谓人工地基？什么情况下采用？ 定义：采取人工加固处理措施，提高地基土的承载力和密实度，减小沉降量。这种加固 处理后的地基称为人工地基。 修建基础时遇到浅层地基土为软弱土、不良土，其地基承载力不足或变形大，但从结构 形式和技术经济比较来看，又以修建浅基础为宜，此时应考虑采用人工地基。 2.软弱土包括软粘土、杂填土、冲填土、饱和粉砂土、湿陷性黄土、泥碳土、膨胀土、多年 冻土、岩溶土洞等。 3. 地基处理方法（按地基处理作用机理分）？目的？ 方法：换填法（置换垫层法） 、排水固结法、强夯法、振冲法、砂石桩法、水泥土搅拌 法、注浆法等。 目的：提高地基的强度，保证地基的稳定；降低地基的压缩性，减少地基的沉降和不均 匀沉降；改善透水性，防止渗流过大和渗透破坏；改善动力特性，防止地震时地基土的振动 液化；消除特殊性土的湿陷性、胀缩性、冻胀性等不良工作特性。 4. 何谓置换垫层法 将基础下一定深度内的土层部分或全部挖去，然后回填以强度较高的砂、碎石或灰土 等， 并夯至密实作为垫层的方法。 砂垫层厚度(0.5mz3m)由垫层底部软土层的承载力决定， 宽度由基底压力扩散角决定。 5. 排水固结法的原理、方法 原理：饱和软粘土地基在附加荷载的作用下，孔隙水逐渐排出，孔隙比减小，产生固结 变形。同时，随着土体超静孔隙水压力的逐渐消散，土的有效应力增加，地基抗剪强度相应 第七章 人工地基 30 增加，并使沉降提前完成或提高沉降速率。 方法：设置排水体，利用建筑物自重分级加载或场地预加载，使土体排水固结，强度提 高 。 6. 强夯法 也称动力压实法或动力固结法。 利用重锤重复自由下落对地基土施加强大的冲击能， 在 土中形成冲击波和动应力，使地基土压实和振密的加固方法。 7. 复合地基 天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强或被置换， 或在天然地基中设置加筋材料， 加固区由基体（天然地基土体）和增强体两部分组成的人工地基。 由基体和增强体组成的 加固区是非均质的、各向异性。 8. 振冲法 起重机吊起振冲器，在振冲器水平振动和高压水的共同作用下，将振冲器沉入土中，使 松砂土层振密， 或在软弱土层中成孔后回填碎石等粗粒料形成桩柱， 并和原地基土组成复合 地基的地基处理方法。 9. 砂石桩法 采用振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔，再将碎石、砂或砂石挤压入孔中，形 成密实的砂石桩体，并和原桩周土一起组成复合地基的处理方法。 10. 水泥搅拌土法 以水泥为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械，将固化剂和地基土强制搅拌，使 软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的桩体的地基处理方法。 深层搅拌法（湿法） ：水泥浆