地下連續(xù)墻橋梁基礎(chǔ)承載機(jī)理

地下連續(xù)墻承載力都有哪些？

1、地下連續(xù)墻承載力包括水平承載力和豎向承載力；

2、目前國內(nèi)外對地下連續(xù)墻的研究，在施工技術(shù)的發(fā)展、入土深度的確定、基坑抗隆起和穩(wěn)定性計(jì)算、墻側(cè)土壓力理論和位移計(jì)算等方面；

3、對地下連續(xù)墻做豎向承重結(jié)構(gòu)的研究，主要集中在地下連續(xù)墻豎向承載力的模型試驗(yàn)和現(xiàn)場承載能力試驗(yàn)、承重地下連續(xù)墻與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的沉降協(xié)調(diào)、荷載分擔(dān)以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的初步研究。

一、擴(kuò)大基礎(chǔ)

所謂擴(kuò)大基礎(chǔ)，是將墩（臺(tái)）及上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載由其直接傳遞至較淺的支承地基的一種基礎(chǔ)形式，一般采用明挖基坑的方法進(jìn)行施工，故又稱為明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)或淺基礎(chǔ)。

擴(kuò)大基礎(chǔ)按其施工方法分為:機(jī)械開挖基坑澆筑法、人工開挖基坑澆筑法、土石圍堰開挖基坑澆筑法、板樁圍堰開挖基坑澆筑法。

擴(kuò)大基礎(chǔ)按其材料性能特點(diǎn)可分為配筋與不配筋的條形基礎(chǔ)和單獨(dú)基礎(chǔ)。無筋擴(kuò)大基礎(chǔ)常用的有混凝土基礎(chǔ)、片石混凝土基礎(chǔ)等，不配筋基礎(chǔ)的材料都具有較好的抗壓性，但抗拉、抗剪強(qiáng)度不高，設(shè)計(jì)時(shí)必須保證發(fā)生在基礎(chǔ)內(nèi)的拉應(yīng)力和剪應(yīng)力不超過相應(yīng)的材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。鋼筋混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)的抗彎和抗剪性能良好，可在豎向荷載較大、地基承載力不高以及承受水平力和力矩荷載下使用。

擴(kuò)大基礎(chǔ)是由地基反力承擔(dān)全部上部荷載，將上部荷載通過基礎(chǔ)分散至基礎(chǔ)底面，使之滿足地基承載力和變形的要求。擴(kuò)大基礎(chǔ)主要承受壓應(yīng)力，一般用抗壓性能好，抗彎拉、抗剪性能較差的材料（如混凝土、毛石、三合土等）建造，適用于地基承載力較好的各類土層，根據(jù)土質(zhì)情況分別采用鐵鎬、十字鎬、挖掘機(jī)、等設(shè)備與方法開挖。

擴(kuò)大基礎(chǔ)在埋置深度和構(gòu)造尺寸確定以后，應(yīng)先根據(jù)最不利而且有可能情況下的荷載組合，計(jì)算出基底的應(yīng)力，然后進(jìn)行基礎(chǔ)的合力偏心距、穩(wěn)定性以及地基的強(qiáng)度（包括持力層、弱下臥層的強(qiáng)度）的驗(yàn)算，需要時(shí)還應(yīng)進(jìn)行地基變形的驗(yàn)算。

二、樁基礎(chǔ)

樁基礎(chǔ)是深入土層的柱形結(jié)構(gòu)，其作用是將作用于樁頂以上的結(jié)構(gòu)物傳來的荷載傳到較深的地基持力層中去。當(dāng)荷載較大或樁數(shù)量較多時(shí)需在樁頂設(shè)承臺(tái)將所有基樁聯(lián)接成一個(gè)整體共同承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)的荷載。

樁是垂直或微斜埋置于土中的受力桿件，它的橫截面尺寸比長度小得多，其所承受的荷載由樁側(cè)土的摩阻力及樁端地層的反力共同承擔(dān)。

（一）樁的分類

1、按樁的使用功能分類

豎向抗壓樁：主要承受豎向下壓荷載（簡稱豎向荷載）的樁，應(yīng)進(jìn)行豎向承載力計(jì)算，必要時(shí)還需計(jì)算樁基沉降，驗(yàn)算軟弱下臥層的承載力以及負(fù)摩阻力產(chǎn)生的下拉荷載。

豎向抗拔樁；主要承受豎向上拔荷載的樁，應(yīng)進(jìn)行樁身強(qiáng)度和抗裂計(jì)算以及抗拔承載力驗(yàn)算。

水平受荷樁：主要承受水平荷載的樁，應(yīng)進(jìn)行樁身強(qiáng)度和抗裂驗(yàn)算以及水平承載力和位移驗(yàn)算。

復(fù)合受荷樁：承受豎向、水平荷載均較大的樁，應(yīng)按豎向抗壓（或抗拔）樁及水平受荷樁的要求進(jìn)行驗(yàn)算。

2、按樁承載性能分類

摩擦樁：當(dāng)軟土層很厚，樁端達(dá)不到堅(jiān)硬土層或巖層上時(shí)，則樁頂?shù)臉O限荷載主要靠樁身與周圍土層之間的摩擦力來支承，樁尖處土層反力很小，可忽略不計(jì)。

端承樁：樁穿過軟弱土層，樁端支承在堅(jiān)硬土層或巖層上時(shí)，則樁頂極限荷載主要靠樁尖處堅(jiān)硬巖土層提供的反力來支承，樁側(cè)摩擦力很小，可以忽略不計(jì)。

摩擦端承樁：樁頂?shù)臉O限荷載由樁側(cè)阻力和樁端阻力共同承擔(dān)，但主要由樁端阻力承受。

端承摩擦樁：樁頂?shù)臉O限荷載由樁側(cè)阻力和樁端阻力共同承擔(dān)，但主要由樁側(cè)阻力承受。

3、按樁身材料分類

可分為木樁，混凝土樁，鋼樁，組合樁等。

4、按樁徑大小分類

←小—250←中→800—大→

小樁；樁徑d≤250mm。

中等直徑樁：250mm<d<800mm。

大直徑柱：樁徑d≥800mm。因?yàn)闃稄酱笄覙抖诉€可以擴(kuò)大，因此，單樁承載力較高。此類樁除大直徑鋼管樁外，多數(shù)為鉆、沖、挖孔灌注樁，近年來的發(fā)展較快，應(yīng)用范圍逐漸增大，并可實(shí)現(xiàn)柱下單樁的結(jié)構(gòu)型式。

5、按施工方法分類

可分為沉樁、鉆孔灌注樁、挖孔樁。

沉樁：分為錘擊沉樁法、振動(dòng)沉樁法、射水沉樁法、靜力壓樁法。

錘擊沉樁法一般適用于松散、中密砂土、黏性土，樁錘有墜錘、單動(dòng)汽錘、雙動(dòng)汽錘、柴油機(jī)錘、液壓錘等，可根據(jù)土質(zhì)情況選用適用的樁錘；

振動(dòng)沉樁法一般適用于砂土，硬塑及軟塑的黏性土和中密及較松的碎石土；

射水沉樁法適用在密實(shí)砂土，碎石土的土層中，用錘擊法或振動(dòng)法沉樁有困難時(shí)，可用射水法配合進(jìn)行；

靜力壓樁法在標(biāo)準(zhǔn)貫入度n<20的軟黏土中，可用特制的液壓機(jī)或機(jī)力千斤頂或卷揚(yáng)機(jī)等設(shè)備沉入各種類型的樁；

鉆孔埋置樁為鉆孔后，將預(yù)制的鋼筋混凝土圓形有底空心樁埋入，并在樁周壓注水泥砂漿固結(jié)而成，適用于在黏性土、砂土、碎石土中埋置大量的大直徑圓樁。

鉆孔灌注樁適用于黏性土、砂土、礫卵石、碎石、巖石等各類土層。

挖孔灌注樁適用于無地下水或少量地下水，且較密實(shí)的土層或風(fēng)化巖層，如空氣污染物超標(biāo)，必須采取通風(fēng)措施。

（二）樁基礎(chǔ)的受力計(jì)算

基樁的計(jì)算，可按下列規(guī)定進(jìn)行：

承臺(tái)底面以上的豎直荷載假定全部由基樁承受；

橋臺(tái)土壓力可按填土前的原地面起算.當(dāng)基樁上部位于內(nèi)摩擦角小于20°的軟土中時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算樁因該層土施加于基樁的水平力所產(chǎn)生的撓曲；

在一般情況下，樁基不需進(jìn)行抗傾覆和抗滑動(dòng)的驗(yàn)算；但在特殊情況下，應(yīng)驗(yàn)算樁基向前移動(dòng)或被剪斷的可能性.

在軟土層較厚，持力層較好的地基中，樁基計(jì)算應(yīng)考慮路基填土荷載或地下水位下降所引起的負(fù)摩阻力的影響.

鉆（挖）孔灌注摩擦樁單樁軸向受壓容許承載力[p]可按下列方法計(jì)算，

[p]=l/2（ulτp+aσr）

式中[p]-單樁軸向受壓容許承載力（kn）；

u-樁的周長（m），按成孔直徑計(jì)算，當(dāng)無試驗(yàn)資料時(shí)，成孔直徑可按下列規(guī)定采用：旋轉(zhuǎn)鉆按鉆頭直徑增大3～125px；沖擊鉆按鉆頭直徑增大5～l0；沖抓鉆按鉆頭直徑增大10～500px；

l——樁在局部沖刷線以下的有效長度（m）；

a-樁底橫截面面積（m2），用設(shè)計(jì)直徑（鉆頭直徑）計(jì)算；但當(dāng)采用換漿法施工（即成孔后，鉆頭在孔底繼續(xù)旋轉(zhuǎn)換漿）時(shí)，則按成孔直徑計(jì)算；

τp-樁壁土的平均極限摩阻力（kpa），可按下式計(jì)算：

τp=1/l∑τili

n-土層的層數(shù)；

li-承臺(tái)底面或局部沖刷線以下各土層的厚度（m）；

τi-與li對應(yīng)的各土層與樁壁的極限摩阻力（kpa），按表1b413012-1采用：

各土層與樁壁的極限摩阻力表1b413012-1

σr-樁尖處土的極限承裁力（kpa），可按下列公式計(jì)算：

σr=2m0λ[σ0]+k2γ2（h-3）

式中[σ0]-樁尖處土的容許承載力（kpa）；

h-樁尖的埋置深度（m），對于有沖刷的基礎(chǔ)，埋深由一般沖刷線起算；對無沖刷的基樁，埋深由天然地面線或?qū)嶋H開挖后的地面線起算，h的計(jì)算值不大于40m，當(dāng)大于40m時(shí)，按40m計(jì)算，或按試驗(yàn)確定其承載力，

k2-地面土容許承載力隨深度的修正系數(shù)；

γ2-樁尖以上土的重度（kn／m3）；

λ-修正系數(shù)，見表1b413012-2.

m0-清底系數(shù)，按表1b413012-3采用.

支承在基巖上或嵌入基巖內(nèi)的鉆（挖）孔樁、沉樁和管柱的單樁軸向受壓容許承載力[p]，可按下式計(jì)算；

[p]=（c1a+c2uh）ra

式中[p]-單樁軸向受壓容許承截力（kn）；

ra-天然濕度的巖石單軸極限抗壓強(qiáng)度（kpa），試件直徑為7～l0，試件高度與試件直徑相等；

h-樁嵌入基巖深度（m），不包括風(fēng)化層；

u-樁嵌入基巖部分的橫截面周長（m），對于鉆孔樁和管柱按設(shè)計(jì)直徑采用；

a-樁底橫截面面積（it12），對于鉆孔樁和管柱接設(shè)計(jì)直徑采用；

c1、c2-根據(jù)清孔情況、巖石破碎程度等因素而定的系數(shù)，按表1b413012-4采用.

注：1．當(dāng)h≤0.5m時(shí)．c1采用表列數(shù)值的0.75倍，c2=0；

2．對于鉆孔樁．c1、c2值可降低20%采用.

三、管柱（薄皮大徑）

管柱基礎(chǔ)是由管柱群和鋼筋混凝土承臺(tái)組成的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，也有由單根大型管柱構(gòu)成基礎(chǔ)的。它是一種深基礎(chǔ)，埋入土層一定深度，柱底盡可能落在堅(jiān)實(shí)土層或錨固于巖層中，作用在承臺(tái)的全部荷載，通過管柱傳遞到深層的密實(shí)土或巖層上。

管柱基礎(chǔ)因其施工方法和工藝較為復(fù)雜，所需機(jī)械設(shè)備較多，所以較少采用。但當(dāng)橋址處的地質(zhì)水文條件十分復(fù)雜，如大型的深水或海中基礎(chǔ)，特別是深水巖面不平、流速大或有潮汐影響等自然條件下，不宜修建其他類型基礎(chǔ)時(shí)，可采用管柱基礎(chǔ)。管柱基礎(chǔ)主要適用于巖層、緊密黏土等各類緊密土質(zhì)的基底，并能穿過溶洞、孤石支承在緊密的土層或新鮮巖層上，不適用于有嚴(yán)重地質(zhì)缺陷的地區(qū)，如斷層擠壓破碎帶或嚴(yán)重的松散區(qū)域。

管柱按材料分類有由：鋼筋混凝土管柱、預(yù)應(yīng)力混凝土管柱及鋼管柱三種。

管柱基礎(chǔ)按地基土的支承情況可分為以下兩種：

（1）如管柱穿過土層落于基巖上或嵌于基巖中，則柱的支承力主要來自柱端巖層的阻力，稱為支承式管柱基礎(chǔ)；

（2）如管柱下端未達(dá)基巖，則柱的支承力將同時(shí)來自柱側(cè)土的摩擦力和柱端土的阻力，稱為摩擦式或支承及摩擦式管柱基礎(chǔ)。

由于管柱基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式和受力狀態(tài)類似樁基礎(chǔ)，故其設(shè)計(jì)計(jì)算與樁基礎(chǔ)類同。

四、沉井

沉井基礎(chǔ)是一種斷面和剛度均比樁要大得多的井筒狀結(jié)構(gòu)，是依靠在井內(nèi)挖±，借助井體自重及其他輔助措施而逐步下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高，最終形成的一種結(jié)構(gòu)深基礎(chǔ)型式。沉井基礎(chǔ)施工時(shí)占地面積小，坑壁不需設(shè)臨時(shí)支撐和防水圍堰或板樁圍護(hù)，與大開挖相比較，挖土量少，對鄰近建筑物的影響比較小，操作簡便，無需特殊的專業(yè)設(shè)備。

當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)上部荷載較大，而表層地基土的容許承載力不足，但在一定深度下有好的持力層，擴(kuò)大基礎(chǔ)開挖工作量大，施工圍堰支撐有困難，或采用樁基礎(chǔ)受水文地質(zhì)條件限制時(shí)，此時(shí)采用沉井基礎(chǔ)與其他深基礎(chǔ)相比，經(jīng)濟(jì)上較為合理。

沉井是橋梁墩臺(tái)常用的一種深基礎(chǔ)型式，有較大的承載面積，可以穿過不同深度覆蓋層，將基底放置在承載力較大的土層或巖面上，能承受較大的上部荷載。

沉井基礎(chǔ)剛度大，有較大的橫向抗力，抗振性能可靠，尤其適用于豎向和橫向承載力大的深基礎(chǔ)。

沉井基礎(chǔ)按其制造情況可分為就地澆筑下沉沉井、浮式沉井；按其橫截面形狀分為圓形、矩形、橢圓形、圓端形、多邊形及多孔井字形沉井等；按其豎向剖面形狀可分為柱形、錐形、階梯形沉井等；按材料可分為混凝土、鋼筋混凝土、鋼、磚、石、木沉井等。

五、地下連續(xù)墻

地下連續(xù)墻是采用膨潤土泥漿護(hù)壁，用專用設(shè)備開挖出一條具有一定寬度與深度的溝槽，在槽內(nèi)設(shè)置鋼筋籠，采用導(dǎo)管法在泥漿中澆筑混凝土，筑成一單元墻段，依次順序施工，以某種接頭方法連接成的一道連續(xù)的地下鋼筋混凝土墻。

地下連續(xù)墻具有多功能性，可適用于各種用途，通?？勺鳛榛娱_挖時(shí)防滲、擋土，或擋水圍堰，或鄰近建筑物基礎(chǔ)的支護(hù)，或直接作為承受上部荷載的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。地下連續(xù)墻可用于除巖溶和地下承壓水很高處的其他各類土層中施工。

地下?lián)跬翂w剛度大，主要承受豎向和側(cè)向荷載，通常既要作為永久性結(jié)構(gòu)的一部分，又要作為地下工程施工過程中的防護(hù)結(jié)構(gòu)，因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)計(jì)算在施工期間及使用各個(gè)階段，各種支承條件下的墻體內(nèi)力。作用在墻體上的荷載，除自重外，主要有水壓力、土壓力、地震力以及上部荷載，施工荷載等。

地下連續(xù)墻分類如下：

接成墻方式可分為樁排式、壁板式、組合式；

按墻的用途可分為臨時(shí)擋土墻、用作主體結(jié)構(gòu)一部分兼作臨時(shí)擋土墻的地下連續(xù)墻、用作多邊形基礎(chǔ)兼作墻體的地下連續(xù)墻；

按挖槽方式大致可分為抓斗式、沖擊式、回轉(zhuǎn)式。