地基基础设计的基本规定视频讲解（地基基础施工工艺图解）

古代修河堤原理与全地基基础工程知识分享从设计原理到施工成型全攻略（第一章）

第一章 导论

一、概述

任何建筑物都建造在一定的地层之上，其全部荷载均由下方地层承担。受建筑物影响的那部分地层称为地基，建筑物与地基接触的部分称为基础。桥梁的上部结构为桥跨结构，下部结构则包括桥墩、桥台及其基础。基础工程涵盖了建筑物的地基与基础的设计与施工。

对于地基，我们必须认识到，它是指那些承受建筑物荷载应力与应变不能忽略的土层，具有一定的和范围。而基础则是埋入土层一定的建筑物下部结构，将荷载传给地基。简而言之，地基是土，基础则是建在土里的建筑物部分。

让我们通过几个实例来深入理解地基与基础的重要性及其复杂性。世界著名的比萨斜塔，由于地基压缩层产生不均匀沉降，导致北侧下沉近1m，南侧下沉近3m，使整个塔身倾斜。而加拿大的特朗斯康谷仓，因对地基缺乏足够的勘察和了解，导致谷仓产生大量快速沉降，最终整体倾斜。这些实例都凸显了地基与基础工程的重要性和复杂性。

二、基础工程设计和施工所需的原始资料

在进行桥梁的地基与基础设计以及施工之前，我们需要掌握大量的原始资料。除了上部结构的形式、跨径、荷载、墩台结构等以及国家颁发的相关设计和施工技术规范外，我们还需要关注地质、水文资料的搜集和分析，以及对土质和建筑材料的调查和试验。主要包括各项地质、水文、地形等资料，这些资料的收集和分析对于基础工程的设计和施工至关重要。

三、基础工程设计计算的原则和注意事项

1. 基础底面的压力必须小于地基的容许承载力。

2. 地基及基础的变形值必须小于建筑物要求的沉降值。

3. 地基及基础的整体稳定性必须有足够的保证。

4. 基础本身的强度必须满足要求。

在确定地基与基础方案时，我们需要充分考虑地基土层的工程性质、水文地质条件、荷载特性、上部结构的结构形式及使用要求，以及材料的供应和施工技术等因素。原则是确保使用上的安全可靠、施工技术上的简便可行以及经济上的合理性。必要时，我们需要进行比较不同方案，选出最为适宜和合理的设计及施工方案。

四、考虑整体作用

建筑物是一个整体，地基、基础、墩台和上部结构共同工作并相互影响。任何地基的变形都会引起基础、墩台和上部结构的变形。我们在设计过程中需要充分考虑这些部分的整体作用和相互影响，确保整个结构的安全性和稳定性。

五、基础工程极限状态设计

当前，应用可靠度理论进行工程结构设计是一种国际趋势，是工程结构设计领域的一次根本性变革。在设计过程中，我们需要充分考虑各种因素，包括材料的强度、结构的形式、荷载的大小和分布等，以确保结构在极限状态下的安全性。

古代修河堤的原理与现代地基基础工程知识有着密切的联系。通过深入理解并应用这些知识，我们可以更好地进行建筑物的设计和施工，确保结构的安全性和稳定性。可靠性分析设计，是一种基于概率极限状态的设计理念，其核心在于通过统计分析确定的失效概率来度量系统的可靠性。

在基础工程学科领域，自18世纪产业革命以来，随着城建、水利、道路建筑规模的扩大，人们对基础工程的重视与研究日益加深。特别是土力学方面，如土压力理论、土的渗透理论等局部突破，都为基础工程的发展提供了坚实的理论基础。从古代赵州安济石拱桥的地基处理，到现代的系统性、完整性较强的专著问世，基础工程已成为一门独立的学科，并不断得到发展。

在我国，古代劳动人民在基础工程方面表现出高超的技艺和创造才能。许多宏伟壮丽的中国古代建筑历经千百年仍安然无恙，如赵州桥、河姆渡木桩和圣母殿等，都是我国古代基础工程技术的杰出代表。

在天然地基上的浅基础方面，刚性基础和柔性基础是重要的基础类型。刚性基础是在外力作用下，基底产生反力，若基础圬工具有足够的截面，使得材料的容许应力大于由地基反力产生的弯曲拉应力和剪应力，则不需要配置受力钢筋，这种基础类型在桥梁、涵洞和房屋等建筑物中广泛应用。刚性基础具有稳定性好、施工简便、能承受较大荷载的优点。而柔性基础则是在基底反力作用下，若产生的弯曲拉应力和剪应力超过了基础圬工的强度极限值，为了防止断裂而设置的基础形式，其整体性能较好，抗弯刚度较大。

在实际工程中，刚性扩大基础是桥涵及其它建筑物常用的基础形式。由于地基强度一般较低，需要将基础平面尺寸扩大以满足地基强度要求。扩大基础的尺寸应满足材料刚性角的限制。为了满足基底反力作用下产生的弯曲拉力和剪应力不超过基础圬工的强度限值，需要确定刚性角。

基础工程学科的发展历史悠久，从古代的实践经验到现代的系统性理论，都为我们提供了丰富的知识和技术。在实际工程中，应根据地质条件、建筑物类型和荷载要求等因素，选择合适的基础类型和施工方法，确保建筑物的安全和稳定。随着科技的不断进步，基础工程技术与理论也将得到进一步的发展与完善。刚性扩大基础与各类单独基础在建筑中扮演着重要的角色。当基础需要承受较大的荷载，尤其是在地下水位以下的结构中，我们选择了砼与片石砼基础，因其展示出了出色的强度、耐久性和抗冻性。掺入的片石占体积的20~30%，尺寸不超过300mm。

对于条形基础，它分为墙下和柱下两种类型。墙下条形基础是挡土墙或涵洞下的常见基础形式，其横剖面可以是矩形或一侧筑成台阶形。为了提升桥柱下基础的承载能力，有时会将一排柱子的基础联合起来，形成柱下条形基础。其构造类似于倒置的T形截面梁，沿柱子排列方向的剖面可以是等截面的，也可以在柱位处加腋。在桥梁基础中，一般选择刚性基础，部分情况下也会选择柔性基础。

当我们深入刚性扩大基础的施工时，我们需要注意一些关键步骤。基坑开挖是首要环节，尽量选择在枯水或少雨季节进行，且不宜中断。开挖至基底设计标高后，应立即进行基底土质及坑底情况的检验。验收合格后，应迅速修筑基础，避免基坑长时间暴露。基坑可用机械或人工开挖，接近基底设计标高时应留30cm高度由人工开挖，以防破坏基底土的结构。

在基坑开挖过程中，排水是一个重要的注意事项。基坑尺寸要比基底尺寸每边大0.5m~1.0m，以便于设置排水沟及立模板和砌筑工作。至于基坑的围护，根据土质及开挖来决定是否围护，围护的方式多种多样。水中开挖基坑还需先修筑防水围堰。

在旱地上进行基坑开挖及围护时，我们提供了无围护基坑和有围护基坑两种方案。无围护基坑适用于基坑较浅、地下水位较低或渗水量较少的情况。而有围护基坑则包括板桩墙支护和喷射砼护壁两种方式。板桩墙支护先在基坑开挖前垂直打入土中，然后边挖边设支撑。喷射砼护壁则以高压空气为动力，将搅拌均匀的砂、石、水泥等喷出，形成环形混凝土护壁结构。

在施工过程中，喷射混凝土的选择至关重要，它需要具备早强、速凝、高不透水等特性。喷射的厚度则根据土质和渗水量的大小来决定。如一次喷射达不到规定厚度，需在混凝土终凝后补喷，直至达到规定厚度。整个施工过程需要细致入微，确保每一个细节都达到标准，以保证建筑的安全与稳定。喷锚支护、喷混支护与挂网喷混支护技术

在岩土工程中，喷锚支护、喷混支护及挂网喷混支护技术广泛应用于各类土质的基坑支护。这些技术主要利用混凝土喷射和钢筋网挂技术，形成稳定的支护结构，有效承受土压力，保护基坑安全。

一、砼围圈护壁

砼围圈护壁采用混凝土环形结构，其壁厚较喷射混凝土大，一般为15cm至30cm。这种混凝土壁现场浇筑，普通混凝土材料，可适用于各种土类，可达15m至20m。施工过程中，采用分层垂直开挖，每层开挖后随即灌注一层混凝土壁。顶层混凝土应一次整体浇筑，以下各层间隔开挖和浇筑，纵向接缝错开。围圈混凝土一般采用早强混凝土，强度达到2500kPa后即可承受土压力。

二、基坑排水

在地下水位以下的基坑，施工过程中必须排水以保持基坑干燥。常用的排水方法包括表面排水法和井点法。表面排水法适用于一般土质条件，但当地基土为粘聚力较小的细粒土层时，应避免采用此法。井点法是通过在基坑四周打入井管来降低地下水位。

三、水中开挖基坑时的围堰工程

围堰是一种临时挡水结构，水中修筑桥梁基础时常用。围堰的种类有土围堰、草（麻）袋围堰、钢板桩围堰、双壁钢围堰等。各种围堰都应符合一定的要求，如顶面标高、河道断面压缩、内尺寸满足基础施工要求等。在水深较浅、流速缓慢、河床渗水较小的河流中，可采用土围堰或草袋围堰。水深较大时，则常用钢板桩围堰。双壁钢围堰一般做成圆形结构，实际上是个浮式钢沉井。

在实际工程中，选择适当的支护技术和排水方案应根据具体情况综合考虑，确保施工安全和工程质量。随着技术的发展和工程需求的多样化，越来越多的创新支护结构和施工方法将会出现，为工程建设提供更丰富的选择。在设计与建造大型桥梁深水基础的过程中，巧妙地运用双壁围堰技术是关键所在。这种技术将圆形井壁巧妙地划分为数个互不连通的密封隔舱，通过向隔舱不等高灌水，实现对双壁围堰下沉的精准控制，同时调整其下沉时的倾斜度。井壁底部的刃脚设计，大大提升了其切土下沉的能力。当围堰需要穿越覆盖层下沉到岩层，且岩面高差较大时，会采用高低刃脚设计，使其密贴岩面，如图2-15所示，彰显技术的精巧与实用性。

双壁围堰的内外壁板间距维持在1.2m至1.4m之间，这使得围堰具有出色的刚度，无需内部支撑系统。目前，这种技术被广泛应用于大型桥梁深水基础的建设中。这些基础大多被放置在岩盘上，通过钻孔嵌岩技术，在孔内安装钢筋笼并灌注混凝土，使基础与岩盘牢固结合，因此被称为“双壁围堰钻孔基础”。

接下来，我们将深入刚性扩大基础的设计与计算。首先面临的是基础埋置的确定。选择持力层是这一环节的关键，需要确保地基强度满足要求，且不会产生过大的沉降或沉降差。基础的埋置必须足够，以保证基础的稳定性。这需要考虑诸多因素，包括地基的地质和地形条件、河流的冲刷程度、当地的冻结、上部结构形式以及保证持力层稳定所需的最小埋深等。

在地质条件方面，对于岩石地基，如果覆盖土层较薄，通常会清除覆盖土和风化层，将基础直接建在新鲜岩面上。如果岩石的风化层较厚，难以全部清除，基础的埋置需根据风化程度和相应的容许承载力来确定。对于非岩石地基，如受压层范围内为均质土，基础的埋置除了满足冲刷、冻胀等要求外，还需根据荷载大小、地基土的承载能力和沉降特性来确定。

在拟定基础尺寸时，需要考虑墩、台身的结构形式、荷载大小以及所选基础材料等因素。基底标高则按基础埋深的要求确定。至于基础平面尺寸，通常考虑墩、台身底面的形状来确定，常用的基础平面形状为矩形。

除此之外，还有地基承载力验算、基底合力偏心距验算、基础稳定性和地基稳定性验算以及基础沉降验算等关键环节。持力层强度验算是其中的重要一环，要求荷载在基底产生的地基应力不超过持力层的地基容许承载力。而软弱下卧层承载力验算则涉及多层土的地基情况，需确保软弱下卧层的承载力满足要求。

基础的沉降主要由竖向荷载下土层的压缩变形引起。为确保结构物的正常使用和安全，必须对沉降量加以限制。只有经过精心设计和严格计算，才能确保大型桥梁深水基础的安全稳定，实现工程的宏伟目标。必须验算基础的沉降的几种情况

在建筑工程中，基础的沉降问题至关重要。以下情况，必须进行严格的验算：

1. 地质条件复杂的区域：当建筑物建立在地质情况复杂、地层分布不均或强度较小的软粘土地基及湿陷性黄土上时，基础沉降的验算尤为关键。

2. 超静定结构的基础：对于修建在非岩石地基上的拱桥、连续梁桥等超静定结构，由于其结构特性，基础的沉降可能对其稳定性产生显著影响。

3. 地基土强度差异大的情况：当相邻基础下的地基土强度有显著不同，或相邻跨度相差悬殊时，必须考虑到沉降差对建筑物稳定性的影响。

4. 跨线桥与跨线渡槽：为确保跨线桥和跨线渡槽的安全运营，必须对其下的净空高度进行精确的基础沉降验算。

基础稳定性和地基稳定性的验算

基础倾覆稳定性的重要性：基础的倾覆稳定性与合力的偏心距息息相关。合力偏心距越大，基础抗倾覆的安全储备就越小。为确保基础的安全稳定，设计时需通过限制合力偏心距e0来进行验算。其中，抗倾覆稳定系数K0，对于主要荷载组合应达到1.5或以上，对于各种附加荷载组合，应达到1.1至1.3之间。

基础滑动稳定性的考量：位于软土地基上的较高桥台，需验算其沿滑裂曲面滑动的稳定性。若基底下存在软弱夹层，或在较陡的土质斜坡上的桥台和挡土墙，都有可能出现滑动的情况。对这些结构的滑动稳定性进行验算是非常必要的。

关于地基基础施工工艺图解，房子盖好后的抹灰时机是一个重要的环节。是立即抹灰还是等地基成型后再进行？这需要根据具体情况而定。若地基未完全成型，立即抹灰可能导致墙面开裂等问题。为确保房屋质量和安全，正确的抹灰时机至关重要。

基础抗倾覆措施：对于确保基础稳定性的抗倾覆措施也是不容忽视的。采取适当的措施可以提高基础的稳定性，从而确保整个建筑物的安全稳定。

下一章我们将深入桩基础的相关内容，敬请期待！