小橋涵基礎設計淺析

陳靜

【摘要】任何土木建筑結構物都建造在一定的地層（巖層或土層）上，基礎是結構物直接與地層接觸的下部分，在基礎底面下，承受由基礎傳來的荷載的那一部分地層稱為結構物地基。

【關鍵詞】小橋 涵地質 設計 基礎類型

一、前言

對于小橋涵基礎的設計，應保證其有足夠的強度、穩(wěn)定及耐久性（應符合《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范》（JTG D63-2007）的有關規(guī)定及要求），應結合結構物和地基的特點和要求，根據(jù)橋涵處的地質、水文、地形、結構形式、施工條件和材料供應，全面分析、綜合考慮、精心設計。

小橋涵基礎設計分為幾部分，首先要收集地質資料，然后選擇基礎類型、確定基礎埋深，最后根據(jù)承載力確定基礎尺寸。

二、基礎設計資料收集

基礎設計應掌握有關該橋涵所需的資料，種類有橋位平面圖（或橋址地形圖）、橋位工程地質勘測報告及工程地質縱剖面圖、地基土質調查試驗報告、河流水文調查報告以及其他調查資料（地震、建筑材料、氣象、附近橋涵的調查、施工調查資料）等，還應需掌握結構形式、跨徑、荷載及國家頒發(fā)的設計、施工技術規(guī)范，除此之外，應注意水文、地質資料的搜集和分析，重視土質、建筑材料的調查和試驗。

三、基礎類型的選擇

小橋涵基礎類型很多，可根據(jù)使用材料、構造形式以及工作條件來劃分?；A類型及各類基礎的特點和適用條件如下：

1.按建筑材料可劃分為石料基礎（多用于盛產石料地區(qū)，一般為水泥砂漿砌片石，石料的強度等級不應小于MU30，砌筑砂漿強度等級不應小于M5）、磚基礎（多用于缺乏石料地區(qū)）、混凝土基礎（最低強度等級為C15，為節(jié)約水泥，可摻入含量不多于1/4的片石，片石的強度等級不低于MU25，且不低于混凝土強度等級）、鋼筋混凝土基礎（基礎承受較大撓曲時，可采用，強度等級應在C15以上）。

選擇材料時，主要從材料的耐久性（包括抗水、抗冰性），能否就地取材，并結合機械化程度等方面綜合考慮。

一月份平均氣溫低于-10℃的地區(qū)，所有磚石及混凝士材料，除氣候干旱地區(qū)的不受冰凍部位以外，還應符合抗凍性指標。

2.按構造形式劃分為整體式基礎（地基土質不均勻，為防止不均勻沉降和局部破壞，或涵洞跨徑較小、基礎距離近，為了施工方便而采用。一般為矩形，尺寸通常由上部結構大小而定，不受地基承載力控制）、非整體式（分離式）基礎（跨徑較大及地基強度較高時采用）。如圖1所示。

3.按工作條件劃分為剛性基礎（當基礎材料抗拉強度較低時，其結構尺寸可不滿足抗彎曲強度要求，計算中可不計其彎曲變形。如磚、石及混凝土基礎等）、柔性基礎（在荷載作用下應考慮其變形者。如鋼筋混凝土基礎和將涵管置于天然土層或砂礫石墊層上的無基涵管。但在經(jīng)常有水或涵前壅水較高以及淤泥、沼澤和嚴寒地區(qū)，不宜采用柔性的無基涵管，而應敷設在用石料，混凝土或三合土筑成的凹槽剛性基礎上）。

四、基礎埋置深度

有三個因素主要影響小橋涵基礎的埋置深度：其一是地基土壤的強度，即承載力的大小，其二是水流的沖刷強度，其三是地基冰凍的程度?？紤]這三方面的因素，基礎埋置深度應符合下面幾個要求：

（1）設于基巖上的基礎，在清除風化層后，可直接置于基巖上。但如果風化較厚難以清鑿時，也可將基礎置于風化層中，基礎埋深視承載力、沖刷情況及風化程度而定。

（2）當?shù)鼗鶠橐话阃寥篮哟?，又無沖刷時，基礎應埋于地面下不小于0.6m或1.0m（蓋板涵用0.6m，石拱涵及小橋用1.0m）深。如河床上有河底鋪砌時，一般宜設在鋪砌層底面以下1.0m深。

（3）當?shù)鼗鶠橐话阌倌嗷蜍浫鯇訒r，應根據(jù)地質情況采取擴大基礎、塊石擠淤、倒拱、砂（土、石灰）、換土、砂墊層、小木樁擠密等加固措施。

（4）在有沖刷的河流上，因涵洞都設有涵底鋪砌，一般不考慮沖刷深度對基礎埋置深度的影響。小橋基礎應在設計洪水位沖刷線以下不小于1.0m深。

（5）基礎埋深還應考慮基底土質的實際情況，以基底土質確定埋置深度主要是考慮地基土質的承載力，對于板涵來說，地基承載力要求一般為0.2～0. 3MPa；對拱涵，地基承載力要求一般不小于0.5MPa。在一般情況下，基底的埋置深度不得小于1m，當小橋涵以常規(guī)的埋深而確定所在的基底高程位置的地基承載力小于相應拱板涵的允許承載力時，有時為減少涵洞埋深通常采用地基加固的措施，來提高地基的承載力。

五、基礎尺寸

基礎設計首先選擇單層基礎 ，但當?shù)鼗休d能力不足時，可采用多層擴大基礎。剛性基礎擴大時，其臺階的高度應與臺階挑出長度保持一定的比例，通常用剛性角α來控制。對于磚、片石、塊石、料石砌體，當用M5級以下砂漿砌筑時，α≤30°；當用M5級以上砂漿砌筑時，α≤35°；采用混凝土澆筑時，α≤40°或α≤45°。

基礎的厚度：應根據(jù)荷載大，墩、臺身結構形式，選用的基礎材料等來確定?；赘叱虘瓷鲜龅穆裰蒙疃纫髞泶_定，水中基礎頂面一般不高于最低水位，在季節(jié)性河流或旱地上的墩臺基礎，則不宜高出地面，以免碰損。這樣，基礎的厚度可按上述要求所確定的基礎底面和頂面高程求得。

基礎的平面尺寸：基礎平面形狀一般應根據(jù)墩、臺身底面的形狀而確定，實體墩身截面常使用圓端形?；A底面高度與長寬尺寸有如下的關系式。

長度（橫橋向）：α=l+2Htanα

寬度（順橋向）：B=d+ 2Htanα

式中：l— 墩、臺身底截面的長度（m）；

d—墩、臺身底截面的寬度（m）；

H—基礎高度（m）；

α—墩、臺身底截面邊緣至基礎邊緣的邊線與垂線間的夾角。

基礎的剖面尺寸。剛性擴大基礎的剖面形狀一般做成臺階形或矩形。自基頂邊緣至墩臺身底邊緣的距離稱為襟邊，其一方面是擴大基底面積，增加基礎承載力，同時也便于對基礎施工時在平面尺寸上可能發(fā)生的誤差進行調整，同時也為了滿足支立墩、臺身模板的需要。其值應視基礎厚度、基底面積的要求及施工方法而定。橋梁墩、臺基礎的襟邊最小值為20～50cm。

所擬定的基礎尺寸，應是在可能的最不利荷載組合條件下，能保證基礎本身足夠的結構強度，并能使地基與基礎的承載力和穩(wěn)定性均能滿足規(guī)定的要求?；A每層臺階高度，通常為0.5～1.00m，通常在一般情況下各層臺階宜采用相同厚度。

五、結論

工程實踐表明，結構的地基與基礎設計與施工質量的好壞，是整個結構物質量的根本。基礎工程因為是隱蔽工程，如果出現(xiàn)缺陷較難發(fā)現(xiàn)，也比較難彌補或修復，而這些缺陷往往直接影響整個結構物的使用甚至安危?；A工程施工的進度，還經(jīng)常控制著整個結構物施工的進度。因此說，小橋涵基礎設計是整個橋涵設計中非常重要的一部分。