橋樑基礎

橋樑基礎

橋樑基礎是橋樑結構物直接與地基接觸的最下部分,是橋樑下部結構的重要組成部分。承受基礎傳來的荷載的部一部分地層則稱為地基。地基與基礎受到各種荷載後,其本身將產生應力和變形,為了保證橋樑的正常使用和安全,地基和基礎必須具有足夠的強度和穩定性,變形也應在容許範圍之內。

基本介紹

  • 中文名:橋樑基礎
  • 外文名:foundation
  • 含義:橋樑下部結構與地基接觸的部分
  • 作用:承受上部結構傳來的全部荷載
  • 特點:不產生水平變位或不均勻沉降。
簡介,作用,分類,明挖基礎,樁基礎,沉井基礎,沉箱基礎,管柱基礎,

簡介

橋樑最下部的結構。它直接坐落在岩石或土地基上,其頂端連線橋墩橋台,合稱為橋樑下部結構。
橋樑基礎

作用

橋樑基礎的作用是承受上部結構傳來的全部荷載,並把它們和下部結構荷載傳遞給地基。因此,為了全橋的安全和正常使用,要求地基和基礎要有足夠的強度、剛度和整體穩定性,使其不產生過大的水平變位或不均勻沉降。
與一般建築物基礎相比,橋樑基礎埋置較深,其原因是:①由於作用在基礎上的荷載集中而強大,加之淺層土一般比較鬆軟,很難承受住這種荷載,故有必要把基礎向下延伸,使置於承載力較高的地基上;②對於水中墩台基礎,由於河床受到水流的沖刷,橋樑基礎必須有足夠的埋深,以防沖刷基礎底面(簡稱基底)而造成橋樑沉陷或傾覆事故。一般規定橋樑的明挖、沉井、沉箱等基礎的基底按其重要性和維修加固難易,應埋置在河床最低沖刷線以下至少2~5米。對於凍脹土地基,基底應在凍結線以下至少0.25米。對於陸地墩台基礎,除考慮地基凍脹要求外,還要考慮生物和人類活動及其他自然因素對表土的破壞,基底應在地面以下不小於1.0米。對於城市橋樑,常把基礎頂置於最低水位或地面以下,以免影響市容。基頂平面尺寸應較墩台底的截面尺寸大,以利施工。
在水中修建基礎,不僅場地狹窄,施工不便,還經常遇到汛期威脅及漂流物的撞擊。在施工過程中如遇到水下障礙,還需進行潛水作業。因此,修建水中基礎,一般工期長,技術複雜,易出事故,工程量大,造價常常占到整個橋樑造價的一半,故橋樑基礎的修建,在整個橋樑工程中占有很重要的地位。

分類

按構造和施工方法不同,橋樑基礎類型可分為:明挖基礎、樁基礎沉井基礎沉箱基礎管柱基礎

明挖基礎

也稱擴大基礎,系由塊石或混凝土砌築而成的大塊實體基礎,其埋置深度可較其他類型基礎淺,故為淺基礎。它的構造簡單,由於所用材料不能承受較大的拉應力,故基礎的厚、寬比要足夠大,使之形成所謂剛性基礎,受力時不致產生撓曲變形。為了節省材料,這類基礎的立面往往砌成台階形,平面將根據墩台截面形狀而採用矩形、圓形、T形或多邊形等。 建造這種基礎多用明挖基坑的方法施工。在陸地開挖基坑,將視基坑深淺、土質好壞和地下水位高低等因素,來判斷是否採用坑壁支持結構──襯板或板樁。在水中開挖則應先築圍堰
明挖基礎適用於淺層土較堅實,且水流沖刷不嚴重的淺水地區。由於它的構造簡單,埋深淺,施工容易,加上可以就地取材,故造價低廉,廣泛用於中小橋涵及旱橋。中國趙州橋就是在亞粘土地基上採用了這種橋基。

樁基礎

由許多根打入或沉入土中的樁和連線樁頂的承台所構成的基礎。外力通過承台分配到各樁頭,再通過樁身及樁端把力傳遞到周圍土及樁端深層土中,故屬於深基礎
樁基礎適用於土質深厚處。在所有深基礎中,它的結構最輕,施工機械化程度較高,施工進度較快,是一種較經濟的基礎結構。有些橋樑基礎要承受較大的水平力,如橋墩基礎要承受來自左右方向的水平荷載,其樁基多採用雙向斜樁;而一些梁式橋橋台主要承受來自一側的土壓力,多採用單向斜樁。如樁徑很大,像常用的大直徑鑽孔樁,具有相當大的剛度,則可不加斜樁而做成垂直樁基。
橋樑基礎多置於水中,故要求樁材不僅強度高,而且要耐腐蝕。在橋樑中常用的樁材為木材、鋼筋混凝土和鋼材。由於木材長度有限,強度和耐腐蝕性較低,故木樁多用於中小橋樑,且樁頂必須埋在低水位以下,才能長期保存。鋼筋混凝土樁的強度和耐久性均較木樁為優,多用於較大或重要橋樑,但當遇到含鹽量較高的水文地質條件,也有腐蝕問題,應採取防護措施。中國在1908~1912年修建津浦(天津—浦口)鐵路洛口黃河橋時,其基礎就採用了外接圓直徑為50厘米的正五邊形鋼筋混凝土預製樁,樁長15~17米。自50年代以後,曾廣泛採用工廠預製的鋼筋混凝土空心的管樁、樁外徑多為40和55厘米,如1953~1954年在武漢修建的漢水鐵路橋和公路橋,以及60年代修建的南京長江橋引橋的大部分基礎均採用這種樁基。此外,鋼筋混凝土鑽孔灌注樁(也稱鑽孔樁),近幾十年在世界範圍內發展很快,如1972年在中國山東北鎮建成的黃河公路橋,採用直徑1.5米、最大入土深達107米的鋼筋混凝土鑽孔樁;70年代末在阿根廷建成跨巴拉那河的兩座斜張橋,全部採用直徑達2.0米,最大入土深達73米的鋼筋混凝土鑽孔樁。至於鋼樁主要是鋼管樁及H形鋼樁,其強度甚高,在土中穿透能力強,在工業已開發國家使用較多,在中國有少數橋樑(如上海黃浦江橋)也使用過。

沉井基礎

是一種古老而且常見的深基礎類型,它的剛性大,穩定性好,與樁基相比,在荷載作用下變位甚微,具有較好的抗震性能,尤其適用於對基礎承載力要求較高,對基礎變位敏感的橋樑。如大跨度懸索橋拱橋連續梁橋等。

沉箱基礎

在橋樑工程中主要指氣壓沉箱基礎。它主要用於大型橋樑,當水下土層中有障礙物而沉井無法下沉,樁無法穿透時;或地基為不平整的基岩且風化嚴重,需要人員直接檢驗或處理時,常採用沉箱基礎。但沉箱工程需要複雜的施工設備,人在高氣壓下工作,既不安全,效率也低,其水下下沉深度也受到一定限制,故現今一般較少採用。

管柱基礎

是主要用於橋樑的一種深基礎,管柱外形類似管樁,其區別在於:管柱一般直徑較大,最下端一節製成開口狀,在一般情況下,靠專門設備強迫振動或扭動,並輔以管內排土而下沉,如落於基岩,可以通過鑿岩使錨固於岩盤;而管樁直徑一般較小,樁尖製成閉合端,常用打樁機具打入土中,一般較難通過硬層或障礙,更不能錨固於基岩。大型管柱的外形又類似圓形沉井,但沉井主要是靠自重下沉,其壁較厚,而管柱是靠外力強迫下沉,其壁較薄。
管柱基礎適用於較複雜的水文地質條件,尤其在某些特殊條件下,更能顯示其廣泛適應性。如中國武漢長江橋橋址的水文地質條件為:持力層在水面之下深達40米而洪水期長達8個月,顯然對氣壓沉箱不利;河床覆蓋層很淺,不能用管樁基礎;基岩表面不平,在同一墩位處高差達5~6米,也不能用沉井基礎。在此情況下,以管柱基礎最為適宜,它不受水深限制,且下端可錨固於岩盤,無需較厚的覆蓋層維持柱體穩定,而基礎是由分散的柱體支承於岩面,故岩面不平也易於處理。
橋樑基礎除了上述幾種類型外,還可根據不同地質和水文條件而採用一些組合型基礎結構。如中國杭州錢塘江橋正橋7~15號墩基礎,是在沉箱下接木樁;南京長江橋正橋2號和3號墩,則是鋼沉井預應力混凝土管柱基礎

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