由于不同土层的承载力存在很大差别,因此,基础的埋置深度将直接关系到结构物的牢固、稳定和正常使用问题;此外,埋置深度的大小还影响到采用什么样的基础类型及相应的施工方法,也关系到方案的造价。
在确定基础埋置深度时,应考虑以下原则:①把基础设置在变形较小、而强度又比较大的持力层上,以保证地基强度满足要求,而且不致产生过大的沉降或沉降差。②使基础有足够的埋置深度,以保证基础的稳定性,确保基础的安全。
基础埋置深度的确定,必须综合考虑地基的地质、地形、河流的冲刷深度、当地的冻结深度、上部结构形式;以及保证基础稳定所需的最小埋深和施工技术条件、造价等因素。对于某一具体工程来说,往往是其中几种因素起决定作用。所以,在设计时必须从实际出发,以各种原始资料为依据,统一考虑结构物对地基基础的各项技术要求,抓住主要因素进行分析研究,确定合理的埋置深度。
一、地基的地质条件
地质条件是确定基础埋置深度的最基本因素。覆盖土层较薄(包括风化岩层)的岩石地基,一般应清除覆盖土和风化层后,将基础直接修建在新鲜岩面上;如岩石的风化层很厚,难以全部清除时,基础放在风化层中的埋置深度,应根据其风化程度、冲刷深度及相应的允许承载力来确定。如岩层表面倾斜时,不得将基础的一部分置于岩层上,另一部分则置于土层上,以防基础因不均匀沉降而发生倾斜甚至断裂。在陡峭山坡上修建桥台时,还应注意岩体的稳定性。
当基础埋置在非岩石地基上,如受压层范围内为均质土,基础埋置深度除满足冲刷、冻胀等要求外,可根据荷载大小,由地基土的承载能力和沉降特性来确定(同时考虑基础需要的最小埋深)。当地质条件较复杂,如地层为多层土组成等,或对大中型桥梁及其他建筑物基础持力层的选定,应通过较详细计算或方案比较后确定。
二、河流的冲刷深度
在有水流的河床上修建基础时,要考虑洪水对基础下地基土的冲刷作用。特别是在山区和丘陵地区的河流,更应注意考虑季节性洪水的冲刷作用。洪水水流越急,流量越大,洪水的冲刷越大,整个河床面被洪水冲刷后要下降,这叫一般冲刷,被冲下去的深度叫一般冲刷深度。同时由于桥墩的阻水作用,使洪水在桥墩四周冲出一个深坑,这叫局部冲刷。
在有冲刷的河流中,为了防止桥梁墩、台基础四周和基底下土层被水流掏空、冲走,以致倒塌,基础必须埋置在设计洪水的最大冲刷线以下一定深度,以保证基础的稳定性。
《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTG D63—2007)规定如下:
(1)涵洞基础,基底应埋置在局部冲刷线以下不小于1m。如河床上有铺砌层时,基底宜设置在铺砌层顶面以下不小于1m。
(2)非岩石河床桥梁墩台基底埋深安全值可按表5-1确定。
表5-1 基底埋深安全值 (单位:m)
注:1.总冲刷深度为自河床面算起的河床自然演变冲刷、一般冲刷与局部冲刷深度之和。
2.表列数值为墩台基底埋入总冲刷深度以下的最小值;若对设计流量、水位和原始断面资料无把握,或不能获得河床演变准确资料时,其值宜适当加大。
3.若桥位上下游有已建桥梁,应调查已建桥梁的特大洪水冲刷情况,新建桥梁墩台基础埋置深度不宜小于已建桥梁的冲刷深度,且酌加必要的安全值。
4.如河床上有铺砌层时,基础底面宜设置在铺砌层顶面以下不小于1m处。
(3)位于河槽的桥台,当其最大冲刷深度小于桥墩总冲刷深度时,桥台基底的埋深应与桥墩基底相同。当桥台位于河滩时,对河槽摆动不稳定河流,桥台基底高程应与桥墩基底高程相同;在稳定河流上,桥台基底高程可按照桥台冲刷结果确定。
修筑在覆盖土层较薄的岩石地基上,河床冲刷又较严重的大桥桥墩基础,基础应置于新鲜岩面或弱风化层中并有足够埋深,以保证其稳定性。也可用其他锚固等的措施,使基础与岩层能联成整体,以保证整个基础的稳定性。如风化层较厚,在满足冲刷深度要求下,一般桥梁的基础可设置在风化层内,此时,地基各项条件均按非岩石考虑。
三、当地的冻结深度(www.daowen.com)
在寒冷地区,应该考虑由于季节性的冰冻和融化对地基土引起的冻胀影响。
产生冻胀的原因是由于冬季气温下降,当地面下一定深度内土中的温度达到冰冻温度时,土中孔隙水分开始冻结,体积增大,使土体产生一定的隆胀。对于冻胀性土,如土温在较长时间内保持在冻结温度以下,水分能从未冻结土层不断地向冻结区迁移,引起地基的冻胀和隆起,这些都可能使基础遭受损坏。
为了保证结构物不受地基土季节性冻胀的影响,除地基为非冻胀性土外,基础底面应埋置在天然最大冻结线以下一定深度。我国《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTG D63—2007)规定,当上部结构为超静定结构时,基底应埋置在冻结线以下不小于0.25m;对上部为静定结构的基础,一般也按此要求。
但在冻结较深地区,为了减少基础埋深,有些类别的冻土经计算后也可将基底置于最大冻结线以上。我国幅员辽阔,地理气候不一,各地冻结深度应按实测资料确定。无资料时,可参照《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTG D63—2007)附录H中的“准冻深线图”结合实地调查确定。
四、上部结构形式
上部结构的形式不同,对基础产生的位移要求也不同。对中、小跨度简支梁桥来说,这项因素对确定基础的埋置深度影响不大。但对超静定结构,即使基础发生较小的不均匀沉降也会使内力产生一定变化。例如:对拱桥桥台,为了减少可能产生的水平位移和沉降差值,有时需将基础设置在埋藏较深的坚实土层上。
五、当地的地形条件
当墩台、挡土墙等结构位于较陡的土坡上,在确定基础埋深时,还应考虑土坡连同结构物基础一起滑动的稳定性。由于在确定地基允许承载力时,一般是按地面为水平的情况下确定的,因而当地基为倾斜土坡时,应结合实际情况,予以适当折减并采取以下措施。若基础位于较陡的岩体上,可将基础做成台阶形,但要注意岩体的稳定性。
六、保证持力层稳定所需的最小埋置深度
地表土在温度和湿度的影响下,会产生一定的风化作用,其性质是不稳定的。加上人类和动物的活动以及植物的生长作用,也会破坏地表土层的结构,影响其强度和稳定性,所以一般地表土不宜作为持力层。为了保证地基和基础的稳定性,基础的埋置深度(除岩石地基外)应在天然地面或无冲刷河底以下不小于1m。
除此以外,在确定基础埋置深度时,还应考虑相邻建筑物的影响,如新建筑物基础比原有建筑物基础深,则施工挖土有可能影响原有基础的稳定。施工技术条件(施工设备、排水条件、支撑要求等)及经济分析等对基础埋深也有一定影响,这些因素也应考虑。
上述影响基础埋深的因素不仅适用于天然地基上的浅基础,有些因素也适用于其他类型的基础(如沉井基础)。
【例5-1】 某大桥建于长年有流水的河中,其河流的地质、水文资料如图5-2所示,试根据资料确定基础的埋置深度。
图5-2 基础埋深的方案
a)方案一 b)方案二 c)方案三
解:根据已知水文地质资料,由于基础修建在长年有流水的河中,所以可以不考虑冻结深度的影响,而主要根据最大冲刷深度来确定基础的埋置深度。土层Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ均可作为持力层,具体可选择如下三种方案:
方案一 将基础埋置在第I层硬塑亚黏土中。考虑到经济简便的原则,基础应尽量浅埋,做成浅基础。由表5-1可知,基础应埋于最大冲刷线以下至少1.5~2.0m。确定基础埋深后,需要进行以承载力为主的各项验算,若不满足要求,则可以考虑将基础埋置深度加大或埋置在第Ⅲ或第Ⅳ层中。
方案二 将基础埋置在第Ⅲ层硬塑黏土中。此时基础位于最大冲刷线以下的最小埋置深度为8m。若采用刚性扩大基础,施工开挖和防排水工作量较大,需要考虑技术和经济的合理性。可以考虑采用沉井基础或桩基础方案,这样可以减免基坑开挖和排水工作,具体方案应根据技术、经济比较后选定。
方案三 如荷载较大,要求基础埋置深度更深时,可以采用桩基础,将桩端设置在第Ⅳ层密实粗砂土中。这样可以避免水下施工。
免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。