小橋涵基礎(chǔ)設(shè)計(jì)淺析

陳靜

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

【關(guān)鍵詞】小橋 涵地質(zhì) 設(shè)計(jì) 基礎(chǔ)類型

一、前言

對于小橋涵基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)，應(yīng)保證其有足夠的強(qiáng)度、穩(wěn)定及耐久性（應(yīng)符合《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D63-2007）的有關(guān)規(guī)定及要求），應(yīng)結(jié)合結(jié)構(gòu)物和地基的特點(diǎn)和要求，根據(jù)橋涵處的地質(zhì)、水文、地形、結(jié)構(gòu)形式、施工條件和材料供應(yīng)，全面分析、綜合考慮、精心設(shè)計(jì)。

小橋涵基礎(chǔ)設(shè)計(jì)分為幾部分，首先要收集地質(zhì)資料，然后選擇基礎(chǔ)類型、確定基礎(chǔ)埋深，最后根據(jù)承載力確定基礎(chǔ)尺寸。

二、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)資料收集

基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)掌握有關(guān)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(zhì)勘測報(bào)告及工程地質(zhì)縱剖面圖、地基土質(zhì)調(diào)查試驗(yàn)報(bào)告、河流水文調(diào)查報(bào)告以及其他調(diào)查資料（地震、建筑材料、氣象、附近橋涵的調(diào)查、施工調(diào)查資料）等，還應(yīng)需掌握結(jié)構(gòu)形式、跨徑、荷載及國家頒發(fā)的設(shè)計(jì)、施工技術(shù)規(guī)范，除此之外，應(yīng)注意水文、地質(zhì)資料的搜集和分析，重視土質(zhì)、建筑材料的調(diào)查和試驗(yàn)。

三、基礎(chǔ)類型的選擇

小橋涵基礎(chǔ)類型很多，可根據(jù)使用材料、構(gòu)造形式以及工作條件來劃分。基礎(chǔ)類型及各類基礎(chǔ)的特點(diǎn)和適用條件如下：

1.按建筑材料可劃分為石料基礎(chǔ)（多用于盛產(chǎn)石料地區(qū)，一般為水泥砂漿砌片石，石料的強(qiáng)度等級不應(yīng)小于MU30，砌筑砂漿強(qiáng)度等級不應(yīng)小于M5）、磚基礎(chǔ)（多用于缺乏石料地區(qū)）、混凝土基礎(chǔ)（最低強(qiáng)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(qiáng)度等級不低于MU25，且不低于混凝土強(qiáng)度等級）、鋼筋混凝土基礎(chǔ)（基礎(chǔ)承受較大撓曲時(shí)，可采用，強(qiáng)度等級應(yīng)在C15以上）。

選擇材料時(shí)，主要從材料的耐久性（包括抗水、抗冰性），能否就地取材，并結(jié)合機(jī)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(yīng)符合抗凍性指標(biāo)。

2.按構(gòu)造形式劃分為整體式基礎(chǔ)（地基土質(zhì)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(chǔ)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(jié)構(gòu)大小而定，不受地基承載力控制）、非整體式（分離式）基礎(chǔ)（跨徑較大及地基強(qiáng)度較高時(shí)采用）。如圖1所示。

3.按工作條件劃分為剛性基礎(chǔ)（當(dāng)基礎(chǔ)材料抗拉強(qiáng)度較低時(shí)，其結(jié)構(gòu)尺寸可不滿足抗彎曲強(qiáng)度要求，計(jì)算中可不計(jì)其彎曲變形。如磚、石及混凝土基礎(chǔ)等）、柔性基礎(chǔ)（在荷載作用下應(yīng)考慮其變形者。如鋼筋混凝土基礎(chǔ)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(yán)寒地區(qū)，不宜采用柔性的無基涵管，而應(yīng)敷設(shè)在用石料，混凝土或三合土筑成的凹槽剛性基礎(chǔ)上）。

四、基礎(chǔ)埋置深度

有三個(gè)因素主要影響小橋涵基礎(chǔ)的埋置深度：其一是地基土壤的強(qiáng)度，即承載力的大小，其二是水流的沖刷強(qiáng)度，其三是地基冰凍的程度。考慮這三方面的因素，基礎(chǔ)埋置深度應(yīng)符合下面幾個(gè)要求：

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

（2）當(dāng)?shù)鼗鶠橐话阃寥篮哟玻譄o沖刷時(shí)，基礎(chǔ)應(yīng)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(shí)，一般宜設(shè)在鋪砌層底面以下1.0m深。

（3）當(dāng)?shù)鼗鶠橐话阌倌嗷蜍浫鯇訒r(shí)，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況采取擴(kuò)大基礎(chǔ)、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(shè)有涵底鋪砌，一般不考慮沖刷深度對基礎(chǔ)埋置深度的影響。小橋基礎(chǔ)應(yīng)在設(shè)計(jì)洪水位沖刷線以下不小于1.0m深。

（5）基礎(chǔ)埋深還應(yīng)考慮基底土質(zhì)的實(shí)際情況，以基底土質(zhì)確定埋置深度主要是考慮地基土質(zhì)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(dāng)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(yīng)拱板涵的允許承載力時(shí)，有時(shí)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(chǔ)尺寸

基礎(chǔ)設(shè)計(jì)首先選擇單層基礎(chǔ) ，但當(dāng)?shù)鼗休d能力不足時(shí)，可采用多層擴(kuò)大基礎(chǔ)。剛性基礎(chǔ)擴(kuò)大時(shí)，其臺階的高度應(yīng)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(dāng)用M5級以下砂漿砌筑時(shí)，α≤30°；當(dāng)用M5級以上砂漿砌筑時(shí)，α≤35°；采用混凝土澆筑時(shí)，α≤40°或α≤45°。

基礎(chǔ)的厚度：應(yīng)根據(jù)荷載大，墩、臺身結(jié)構(gòu)形式，選用的基礎(chǔ)材料等來確定。基底高程應(yīng)按上述的埋置深度要求來確定，水中基礎(chǔ)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(chǔ)，則不宜高出地面，以免碰損。這樣，基礎(chǔ)的厚度可按上述要求所確定的基礎(chǔ)底面和頂面高程求得。

基礎(chǔ)的平面尺寸：基礎(chǔ)平面形狀一般應(yīng)根據(jù)墩、臺身底面的形狀而確定，實(shí)體墩身截面常使用圓端形。基礎(chǔ)底面高度與長寬尺寸有如下的關(guān)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(chǔ)高度（m）；

α—墩、臺身底截面邊緣至基礎(chǔ)邊緣的邊線與垂線間的夾角。

基礎(chǔ)的剖面尺寸。剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)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(kuò)大基底面積，增加基礎(chǔ)承載力，同時(shí)也便于對基礎(chǔ)施工時(shí)在平面尺寸上可能發(fā)生的誤差進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)也為了滿足支立墩、臺身模板的需要。其值應(yīng)視基礎(chǔ)厚度、基底面積的要求及施工方法而定。橋梁墩、臺基礎(chǔ)的襟邊最小值為20～50cm。

所擬定的基礎(chǔ)尺寸，應(yīng)是在可能的最不利荷載組合條件下，能保證基礎(chǔ)本身足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，并能使地基與基礎(chǔ)的承載力和穩(wěn)定性均能滿足規(guī)定的要求。基礎(chǔ)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(jié)論

工程實(shí)踐表明，結(jié)構(gòu)的地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量的好壞，是整個(gè)結(jié)構(gòu)物質(zhì)量的根本。基礎(chǔ)工程因?yàn)槭请[蔽工程，如果出現(xiàn)缺陷較難發(fā)現(xiàn)，也比較難彌補(bǔ)或修復(fù)，而這些缺陷往往直接影響整個(gè)結(jié)構(gòu)物的使用甚至安危。基礎(chǔ)工程施工的進(jìn)度，還經(jīng)常控制著整個(gè)結(jié)構(gòu)物施工的進(jìn)度。因此說，小橋涵基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是整個(gè)橋涵設(shè)計(jì)中非常重要的一部分。