桥梁基础工程-绪论

《桥梁基础工程》有名的几座桥梁杭州湾大桥2建筑与土木工程系有名的几座桥梁矮寨特大悬索桥位于湖南省湘西州吉首市矮寨镇境内，距吉首市区约20公里，是国家重点规划的8条高速公路之一——长沙至重庆通道湖南段吉（首）茶（峒）高速公路中的重点工程。工程为双层公路、观光通道两用桥梁，四车道高速公路特大桥。桥型方案为钢桁加劲梁单跨悬索桥，全长1073.65m，悬索桥的主跨为1176m，创造了四项世界第一，极大地改善湘渝两省市的交通现状，对两省市乃至中西部的对接具有极其重要的意义

世界第一一是大桥主跨1176米，跨峡谷悬索桥，创世界第一。二是首次采用塔、梁完全分离的结构设计方案，创世界第一。三是首次采用轨索滑移法”架设钢桁梁，创世界第一。四是首次采用岩锚吊索结构，并用碳纤维作为预应力筋材，创世界第一。矮寨大桥3建筑与土木工程系山区高速-亚洲第一高墩大桥腊八斤特大桥是四川雅安至西昌高速公路跨越腊八斤沟的一座特大桥，是雅泸高速公路控制性工程；腊八斤沟特大桥位于荥经县境内，主桥跨径组合为：105+2×200+105(m)，桥长1140多米，单墩跨度最大200米，其主跨为变截面连续刚构，采用分幅设置。其10号墩有“亚洲第一高墩”称号，更是高达182.5m。

4建筑与土木工程系港珠澳大桥港珠澳大桥东接香港特别行政区，西接广东省珠海市和澳门特别行政区，是国家高速公路网规划中珠江三角洲(简称珠三角)地区环线的组成部分和跨越伶仃洋海域的关键性工程，将形成连接珠江东西两岸的新的公路运输通道。

设计时速每小时100公里。工程路线起自香港国际机场附近的香港口岸人工岛，向西接珠海/澳门口岸人工岛、珠海连接线，止于珠海洪湾，路线总长为55公里。港珠澳大桥全长为49.968公里，其中主体工程“海中桥隧”长达35.578公里。海中桥隧主体工程及珠海接线将按六车道高速公路标准建设，设计行车时速每小时100公里。整个大桥造价超过720亿元人民币。5建筑与土木工程系基础房建基础6建筑与土木工程系桥梁基础基础7建筑与土木工程系课程体系第一部分桥梁基础刚性扩大基础桩基础沉井与沉箱基础地下连续墙基础第二部分地基处理软弱地基的处理特殊地基的处理8建筑与土木工程系相关知识基础桥梁工程结构设计原理土力学桥涵水文材料力学结构力学建筑材料工程地质。。。。。。9建筑与土木工程系课程特点本课程是土木工程专业交通土建方向的专业必修课，通过对本课程的学习，了解桥梁基础的基本类型、构造和施工要点，掌握各种类型基础及地基加固设计的基本原理、方法和技术要求，为将来从事桥梁基础的设计、施工、检测和维修加固等工作打下坚实的理论和技术基础。10建筑与土木工程系内容系统、知识面广、综合性强与前续学习课程如各种力学、工程地质、建筑材料、桥渡设计、结构设计原理等联系紧密。应用性强与桥涵工程勘察设计规范、施工规范以及相关规程等紧密结合。《通用规范》《公路基规》《公路桥涵预应力规范》《公路桥涵混凝土与砌体结构设计规范》《公路工程水文勘察规范》《公路桥梁加固设计规范》《公路工程抗震设计规范》等实践性强与设计施工现场结合紧密。课程特点11建筑与土木工程系学习目的与要求1）了解桥梁基础的基本概念、类型划分及设计原则，掌握桥梁基础的构造、各种作用的计算及其效应组合的要求；2）掌握桥梁基础工程设计的基本内容、设计方法、计算原理和验算要求；3）了解各种基础施工的基本程序、施工要点和技术要求以及施工中问题的处理；4）针对各种桥梁结构根据桥址的水文及地质情况进行基础选型；5)结合桥址处的实际情况，完成地基的加固设计、特殊土地基的处理、冻土地区及地震多发区的基础工程设计和验算。12建筑与土木工程系教学安排授课时数：16周48学时主——课堂讲授附——分组讨论等考核闭卷考试（70%）出勤、表现、小测验、作业（30%）13建筑与土木工程系《桥梁基础工程》目录第一章绪论第二章天然地基上的浅基础第三章桩基础第四章沉井与沉箱基础第五章地下连续墙基础第六章特殊土地基第七章地基处理14建筑与土木工程系第一章绪论§1-1概述§1-2基础工程设计和施工所需资料§1-3桥梁上的作用§1-4本课程发展概况15建筑与土木工程系基础房建基础16建筑与土木工程系桥梁基础基础17建筑与土木工程系§1-1概述一、桥梁组成、概念及特点

桥梁：1、上部结构桥跨结构桥面2、下部结构（1）墩台（重力式、轻型）

（2）基础①刚性扩大基础——浅基础②桩基础——深基础③沉井基础——深基础

3、地基（1）优质地基——天然地基（2）软弱地基——人工地基（3）特殊地基（膨胀土、冻土等）——人工地基——基础方案未经人工处理就可以满足设计要求的地基称为天然地基

如果天然地层土质过于软弱或存在不良工程地质问题，需要经过人工加固或处理后才能修筑基础，这种地基称为人工地基

18建筑与土木工程系墩台锥坡刚扩沉井桩基础持力层19建筑与土木工程系上部结构是完成设计预定的主体结构下部结构是支承上部桥跨并将其荷载以及自身所受作用向下传递给地基的结构部分桥梁基础位于墩台的最下部分，将来自墩台以上及自身的全部荷载传递给地基地基是承受来自基础的所有荷载而产生变形的各个土层20建筑与土木工程系二、基础的作用和特点作用：1、将上部结构所受的荷载有效的分散在地基中，保证地基不发生破坏并且不产生过大的变形。2、上部结构——基础——地基形成一个完整的系统特点：1、基础位于地下，具有隐蔽性，同时，基础的施工环境一般较差，施工质量较难控制，容易成为建筑体系中的薄弱环节。2、由于地基基础都具有隐蔽性，发现问题时不易发现，纠正起来也是十分困难。21建筑与土木工程系三、基础工程的重要性1、隐蔽工程2、控制整体施工进度3、造价占比例大大量的工程实践和事故表明：只有深入了解和掌握地基情况，经过精心的设计与施工并经过认真的质量检测，才能保证基础工程的经济合理和安全可靠。22建筑与土木工程系地基基础事故案例1、特朗斯康谷仓加拿大特朗斯康谷仓，建于1913年，高31m，宽23m，筏板基础。地基破坏后，西侧下陷8.8m，东侧抬高1.5m，倾斜27°。后用388个50吨千斤顶纠正，但位置较原先下降4m。事故原因：事先不了解基底下有16m厚软黏土层，对谷仓地基土层事先未作勘察、试验与研究，根据邻近结构物基槽开挖试验结果进行设计施工。采用的设计荷载超过地基土的抗剪强度。加载速度过快，实际抗剪强度为不排水不固结强度23建筑与土木工程系地基基础事故案例24建筑与土木工程系地基基础事故案例25建筑与土木工程系地基基础事故案例26建筑与土木工程系§1-2基础工程设计和施工所需资料一、设计、施工所需资料详见表1-127建筑与土木工程系28建筑与土木工程系29建筑与土木工程系§1-3桥梁上的作用作用——施加于结构上的一组集中力或分布力，或引起结构外加变形或约束变形的原因。前者称直接作用，也称荷载，后者称间接作用分类：1、永久作用——在结构使用期间，其量值不随时间而变化，或其变化值与平均值比较可忽略不计的作用。2）可变作用——在结构使用期间，其量值随时间变化，且其变化值与平均值比较不可忽略的作用。3）偶然作用——在结构使用期间出现的概率很小，一旦出现，其值很大且持续时间很短的作用。30建筑与土木工程系编号作用分类作用名称1永久作用结构重力（包括结构附加重力）2预加应力3土的重力4土侧压力5混凝土收缩及徐变作用6水的浮力7基础变位作用8可变作用汽车荷载9汽车冲击力10汽车离心力11汽车引起的土侧压力12人群荷载13汽车制动力14风荷载15流水压力16冰压力17温度（均匀温度和梯度温度）作用18支座摩阻力19偶然作用地震作用20船只或漂流物撞击作用21汽车撞击作用作用分类31建筑与土木工程系永久作用

包括：结构重力、预加应力、土的重力、土侧压力、混凝土收缩及徐变作用、水的浮力和基础变位作用等七种。结构物自身重力及桥面铺装、附属设施等外加重力均属于结构重力，它们可按照结构物的实际体积或设计拟定的体积乘以材料的容重计算。

永久作用采用标准值作为代表值材料种类重力密度（KN/m3）材料种类重力密度（KN/m3）钢、铸铁78.5浆砌块石23.0铸铁72.5干砌块石或片石21.0锌70.5沥青混凝土23.0～24.0铅114.0沥青碎石22.0黄铜81.1碎（砾）石21.0青铜87.4填土17.0～18.0钢筋混凝土或预应力混凝土25.0～26.0填石19.0～20.0混凝土或片石混凝土24.0石灰三合土、石灰土17.5浆砌块石或料石24.0～25.032建筑与土木工程系土的重力和土侧压力土的重力标准值可按作用于基础上的土的体积与土的重力密度计算确定土侧压力标准值可按《土力学》及《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）中有关的规定采用33建筑与土木工程系关于水的浮力的考虑水的浮力为水作用于建筑物基础底面的由下向上的力，其大小等于建筑物排开的水的重量。地表水或地下水通过与土体孔隙中自由水的连通来传递水压力与浮力。水是否能渗入基底是产生水浮力的前提条件，因此，水的浮力与地基土的透水性、地基与基础的接触状态以及水压力大小（水头高低）和漫水时间等因素有关34建筑与土木工程系关于浮力的规定

《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）1、透水性地基——稳定性——计设计水位浮力基底应力——不计或计低水位浮力2、不透水地基——（密实粘性土、较完整、裂隙较少的岩石）——不计3、不能肯定——最不利（按照透水性和不透水性地基）4、承台浮力——嵌岩并灌注——扣除桩底面积其余——全面积35建筑与土木工程系可变作用可变作用包括汽车荷载、汽车冲击力、汽车离心力、汽车引起的土侧压力、人群荷载、汽车制动力、风荷载、流水压力、冰压力、温度（均匀温度和梯度温度）作用可变荷载应根据不同的极限状态分别采用标准值、频遇值或准永久值作为其代表值36建筑与土木工程系汽车荷载公路桥涵设计时，汽车荷载分为公路-I级和公路-II级两个等级（见表2-1）。汽车荷载有车道荷载和车辆荷载组成。37建筑与土木工程系车道荷载车道荷载由均布荷载和集中荷载组成38建筑与土木工程系车道荷载二级公路为干线公路且车辆较多时，其桥梁的设计可采用公路-I级汽车荷载。四级公路上重型车辆少时，其桥涵设计所采用的公路-II级车道荷载的效应可乘以0.8的折减系数，车辆荷载的效应可乘以0.7的折减系数。39建筑与土木工程系车辆荷载公路-I和公路-II级汽车荷载采用相同的车辆荷载标准值40建筑与土木工程系加载方式桥梁结构的整体计算采用车道荷载；桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台和挡土墙土压力等的计算采用车辆荷载。车辆荷载与车道荷载的作用不得叠加41建筑与土木工程系折减系数当横向布置车队数大于2时，应计入横向折减，但折减后不得小于用两行车队计算的结果横向布置设计车道数/条2345678横向折减系数1.000.780.670.600.550.520.50横向折减系数当桥梁计算跨径大于150m时，应考虑计算荷载效应的纵向折减，当为多跨结构时，整个结构按照最大的计算跨径考虑计算跨径l（m）150≤l＜400400≤l＜600600≤l＜800800≤l＜1000l≥1000纵向折减系数0.970.960.950.940.93纵向折减系数42建筑与土木工程系汽车荷载冲击力原因：汽车高速驶过桥梁、桥面不平整、发动机震动等会引起桥梁结构振动，从而造成内力增大，这种动力效应称为冲击作用冲击系数μ：汽车过桥时对桥梁结构产生的竖向动力效应的增大系数43建筑与土木工程系汽车荷载冲击力标准值44建筑与土木工程系汽车荷载冲击力的采用情况（1）钢桥、钢筋混凝土及预应力混凝土桥、圬工拱桥等上部构造和钢支座、板式橡胶支座、盆式橡胶支座及钢筋混凝土柱式墩台、应计算汽车的冲击作用。（2）填料厚度（包括路面厚度）等于或大于0.5m的拱桥、涵洞以及重力式墩台不计汽车荷载冲击力。（3）支座的冲击力，按相应的桥梁取用。45建筑与土木工程系汽车荷载离心力原因：当弯道桥梁的曲线半径等于或小于250m时，需考虑车辆的离心力作用。计算：车辆荷载（不计冲击力）标准值乘以离心力系数C。离心力系数按下式计算式中：

V——计算行车速度，应按桥梁所在路线等级的规定采用，以km/h计；R——曲线半径，以m计。46建筑与土木工程系汽车荷载制动力制动力是汽车在桥上制动时为克服其惯性力而在车轮和路面之间发生的滑动摩擦力（摩擦系数可达0.5以上）。鉴于在桥上行驶的汽车不可能同时制动，制动力并不等于摩擦系数乘以桥上全部汽车的重力，可采用简化办法进行计算47建筑与土木工程系汽车荷载制动力《桥规》一个设计车道时，按布置在加载长度上汽车重力的10%计算，但公路—I级汽车荷载制动力标准值不得小于165kN；公路—II级不得小于90kN。多车道时要考虑横向折减，同向行驶双车道的汽车荷载制动力标准值为一个设计车道制动力标准值的两倍；同向行驶三车道为一个设计车道的2.34倍；同向行驶四车道为一个设计车道的2.68倍。制动力的作用点在设计车道桥面以上1.2m处，在计算墩台时，可移至支座中心（铰或滚轴中心），或滑动支座、橡胶支座、摆动支座的底座面上；计算刚构桥、拱桥时，可移至桥面上，但不计因此而产生的竖向力和力矩。48建筑与土木工程系汽车荷载引起的土侧压力汽车荷载引起的土测压力采用车辆荷载加载。车辆荷载在桥台或挡土墙后填土上的破坏棱体上引起的土侧压力标准值，可按《土力学》中的内容及《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）中有关规定计算。49建筑与土木工程系人群荷载取值：城镇郊区行人密集地区的公路桥梁，人群荷载标准值取上述规定值的1.15倍。专用人行桥梁，人群荷载标准值为4kN/m2。注：对跨径不等的连续结构，以最大计算跨径为准。50建筑与土木工程系加载方式①在横向应布置在人行道的净宽度内，在纵向施加于使结构产生最不利荷载效应的区段内。②人行道板可以一块板为单元，按标准值4.0kN/m2的均布荷载计算。③计算人行道栏杆时，作用在栏杆立柱顶上的水平推力标准值取0.75KN/m;作用在栏杆扶手上的竖向力标准值取1.0kN/m。51建筑与土木工程系风荷载当风以一定的速度向前运动遇到结构物阻碍时，结构承受了风压。对于大跨径桥梁，特别是斜拉桥和悬索桥，风荷载是极为重要的设计荷载，有时甚至起着决定性的作用，即对结构的强度、刚度和稳定性起控制作用。52建筑与土木工程系流水压力和冰压力位于河流中的桥墩会受到流水和流冰的压力，规范给出的流水压力以水流速度作基准，并考虑桥墩迎水面形状的影响得到。当流速大于10m/s时，还应考虑水流的动力作用因素；规范给出的流冰压力计算公式适用于通常的河流流冰情况，它以冰体破碎极限强度作基准建立起来的。流水压力和流冰压力的大小均与桥墩的形状相关，桥墩的迎水（冰）面宜做成圆弧形或尖端形，以减小流水压力和流冰压力。53建筑与土木工程系温度作用温度变化将在结构中产生变形和影响力，它的大小应根据当地具体情况、结构物所使用的材料和施工条件等因素计算确定包括均匀温度和梯度温度气温分布钢桥面板钢桥混凝土桥面板钢桥混凝土桥、石桥最高最低最高最低最高最低严寒地区46-4339-3234-23寒冷地区46-2139-1534-10温热地区46-9（-3）39-6（-1）34-3（0）54建筑与土木工程系支座摩阻力支座种类支座摩擦系数滚动支座或摆动支座0.05板式橡胶支座支座与混凝土面接触0.30支座与钢板接触0.20聚四氟乙烯板与不锈钢板接触0.06(加硅脂；温度低于-25℃时为0.078)0.12(不加硅脂；温度低于-25℃时为0.156)式中:

W

——作用于活动支座上由上部结构重力产生的效应；

μ——支座摩擦系数，无实测数据时按下表取用。55建筑与土木工程系偶然作用地震作用

定义：指地震时强烈的地面运动引起的结构惯性力，它是随机变化的动力荷载，其值的大小决定于地震强烈程度和结构的动力特性（频率与阻尼等）以及结构或杆件的质量。

抗震设防要求以地震时地面最大水平加速度的统计值——即地震动峰值加速度确定。56建筑与土木工程系船只及漂流物的撞击力船只或漂流物撞击力在有可能的条件下，应采用实测资料或模拟撞击试验进行计算，并籍此进行防撞设施的设计内河航道等级船舶吨级DWT（t）横桥向撞击作用（kN）顺桥向撞击作用（kN）一300014001100二20001100900三1000800650四500550450五300400350六100250200七50150125内河船舶撞击作用标准值57建筑与土木工程系汽车的撞击力

撞击力标准值在行驶方向取1000kN，与之垂直方向取为500kN，两个方向的不同时考虑；作用于行车道上1.2m处，直接分布于撞击涉及的构件上。对于设有防撞设施的结构构件，可视设施的防撞能力予以折减，但折减后不应低于上述的1/6。为防止或减少因撞击产生的破坏，对易受到汽车撞击的构件的相关部位应采取相应的构造措施，并增设钢筋或钢筋网。58建筑与土木工程系作用效应组合三种情况持久状况：桥涵建成后承受自重、汽车荷载等持续时间很长的状况。该状况下的桥涵应进行承载能力极限状态和正常使用极限状态设计短暂状况：桥涵施工过程中承受临时性作用的状况。该状况下的桥涵仅作承载能力极限状态设计，必要时才作正常使用极限状态设计偶然状况：在桥涵使用过程中可能偶然出现的状况。该状况下的桥涵仅作承载能力极限状态设计公路桥涵结构采用以可靠度理论为基础的概率的极限状态设计法设计。两种设计极限状态：承载能力极限状态和正常使用极限状态。59建筑与土木工程系四类组合一、承载能力极限状态承载能力极限状态设计是以塑性理论为基础，其设计原则即：荷载效应最不利组合的设计值与重要性系数的乘积，必须小于或等于结构抗力的设计值60建筑与土木工程系式中：

γ0——结构重要性系数，见下表；桥涵的抗震设计不考虑结构的重要性系数；S——作用效应的组合设计值；R——构件承载力设计值，它根据构件的材料强度设计值和几何参数设计值计算。桥涵结构特大桥、重要大桥大桥、中桥、重要小桥小桥、涵洞设计安全等级一级二级三级结构重要性系数1.11.00.961建筑与土木工程系二、正常使用极限状态正常使用极限状态设计是以弹性理论或弹塑性理论为基础，涉及构件的抗裂、裂缝宽度和挠度三个方面的验算:62建筑与土木工程系承载能力极限状态的作用效应组合一、基本组合63建筑与土木工程系64建筑与土木工程系65建筑与土木工程系二、偶然组合1、偶然组合为永久作用标准值效应与可变作用某种代表值效应、一种偶然作用标准值效应相组合。2、偶然作用的效应分项系数取1.0；与偶然作用同时出现的可变作用，可根据观测资料和工程经验取用适当的代表值。3、地震作用标准值及其表达式按现行《公路工程抗震设计规范》（JTJ04-89）规定采用承载能力极限状态的作用效应组合66建筑与土木工程系67建筑与土木工程系68建筑与土木工程系正常使用极限状态的效应组合按正常使用极限状态设计时，应根据不同的设计要求，采用作用短期效应组合和作用长期效应组合69建筑与土木工程系作用短期效应组合70建筑与土木工程系作用长期效应组合71建筑与土木工程系地基与基础的设计组合要求（1）地基进行竖向承载力验算时，传至基底或承台底面的作用效应应按正常使用极限状态的短期效应组合采用，同时尚应考虑作用效应的偶然