小桥涵基础设计浅析

陈静

【摘要】任何土木建筑结构物都建造在一定的地层（岩层或土层）上，基础是结构物直接与地层接触的下部分，在基础底面下，承受由基础传来的荷载的那一部分地层称为结构物地基。

【关键词】小桥 涵地质 设计 基础类型

一、前言

对于小桥涵基础的设计，应保证其有足够的强度、稳定及耐久性（应符合《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）的有关规定及要求），应结合结构物和地基的特点和要求，根据桥涵处的地质、水文、地形、结构形式、施工条件和材料供应，全面分析、综合考虑、精心设计。

小桥涵基础设计分为几部分，首先要收集地质资料，然后选择基础类型、确定基础埋深，最后根据承载力确定基础尺寸。

二、基础设计资料收集

基础设计应掌握有关该桥涵所需的资料，种类有桥位平面图（或桥址地形图）、桥位工程地质勘测报告及工程地质纵剖面图、地基土质调查试验报告、河流水文调查报告以及其他调查资料（地震、建筑材料、气象、附近桥涵的调查、施工调查资料）等，还应需掌握结构形式、跨径、荷载及国家颁发的设计、施工技术规范，除此之外，应注意水文、地质资料的搜集和分析，重视土质、建筑材料的调查和试验。

三、基础类型的选择

小桥涵基础类型很多，可根据使用材料、构造形式以及工作条件来划分。基础类型及各类基础的特点和适用条件如下：

1.按建筑材料可劃分为石料基础（多用于盛产石料地区，一般为水泥砂浆砌片石，石料的强度等级不应小于MU30，砌筑砂浆强度等级不应小于M5）、砖基础（多用于缺乏石料地区）、混凝土基础（最低强度等级为C15，为节约水泥，可掺入含量不多于1/4的片石，片石的强度等级不低于MU25，且不低于混凝土强度等级）、钢筋混凝土基础（基础承受较大挠曲时，可采用，强度等级应在C15以上）。

选择材料时，主要从材料的耐久性（包括抗水、抗冰性），能否就地取材，并结合机械化程度等方面综合考虑。

一月份平均气温低于-10℃的地区，所有砖石及混凝士材料，除气候干旱地区的不受冰冻部位以外，还应符合抗冻性指标。

2.按构造形式划分为整体式基础（地基土质不均匀，为防止不均匀沉降和局部破坏，或涵洞跨径较小、基础距离近，为了施工方便而采用。一般为矩形，尺寸通常由上部结构大小而定，不受地基承载力控制）、非整体式（分离式）基础（跨径较大及地基强度较高时采用）。如图1所示。

3.按工作条件划分为刚性基础（当基础材料抗拉强度较低时，其结构尺寸可不满足抗弯曲强度要求，计算中可不计其弯曲变形。如砖、石及混凝土基础等）、柔性基础（在荷载作用下应考虑其变形者。如钢筋混凝土基础和将涵管置于天然土层或砂砾石垫层上的无基涵管。但在经常有水或涵前壅水较高以及淤泥、沼泽和严寒地区，不宜采用柔性的无基涵管，而应敷设在用石料，混凝土或三合土筑成的凹槽刚性基础上）。

四、基础埋置深度

有三个因素主要影响小桥涵基础的埋置深度：其一是地基土壤的强度，即承载力的大小，其二是水流的冲刷强度，其三是地基冰冻的程度。考虑这三方面的因素，基础埋置深度应符合下面几个要求：

（1）设于基岩上的基础，在清除风化层后，可直接置于基岩上。但如果风化较厚难以清凿时，也可将基础置于风化层中，基础埋深视承载力、冲刷情况及风化程度而定。

（2）当地基为一般土壤河床，又无冲刷时，基础应埋于地面下不小于0.6m或1.0m（盖板涵用0.6m，石拱涵及小桥用1.0m）深。如河床上有河底铺砌时，一般宜设在铺砌层底面以下1.0m深。

（3）当地基为一般淤泥或软弱层时，应根据地质情况采取扩大基础、块石挤淤、倒拱、砂（土、石灰）、换土、砂垫层、小木桩挤密等加固措施。

（4）在有冲刷的河流上，因涵洞都设有涵底铺砌，一般不考虑冲刷深度对基础埋置深度的影响。小桥基础应在设计洪水位冲刷线以下不小于1.0m深。

（5）基础埋深还应考虑基底土质的实际情况，以基底土质确定埋置深度主要是考虑地基土质的承载力，对于板涵来说，地基承载力要求一般为0.2～0. 3MPa；对拱涵，地基承载力要求一般不小于0.5MPa。在一般情况下，基底的埋置深度不得小于1m，当小桥涵以常规的埋深而确定所在的基底高程位置的地基承载力小于相应拱板涵的允许承载力时，有时为减少涵洞埋深通常采用地基加固的措施，来提高地基的承载力。

五、基础尺寸

基础设计首先选择单层基础 ，但当地基承载能力不足时，可采用多层扩大基础。刚性基础扩大时，其台阶的高度应与台阶挑出长度保持一定的比例，通常用刚性角α来控制。对于砖、片石、块石、料石砌体，当用M5级以下砂浆砌筑时，α≤30°；当用M5级以上砂浆砌筑时，α≤35°；采用混凝土浇筑时，α≤40°或α≤45°。

基础的厚度：应根据荷载大，墩、台身结构形式，选用的基础材料等来确定。基底高程应按上述的埋置深度要求来确定，水中基础顶面一般不高于最低水位，在季节性河流或旱地上的墩台基础，则不宜高出地面，以免碰损。这样，基础的厚度可按上述要求所确定的基础底面和顶面高程求得。

基础的平面尺寸：基础平面形状一般应根据墩、台身底面的形状而确定，实体墩身截面常使用圆端形。基础底面高度与长宽尺寸有如下的关系式。

长度（横桥向）：α=l+2Htanα

宽度（顺桥向）：B=d+ 2Htanα

式中：l— 墩、台身底截面的长度（m）；

d—墩、台身底截面的宽度（m）；

H—基础高度（m）；

α—墩、台身底截面边缘至基础边缘的边线与垂线间的夹角。

基础的剖面尺寸。刚性扩大基础的剖面形状一般做成台阶形或矩形。自基顶边缘至墩台身底边缘的距离称为襟边，其一方面是扩大基底面积，增加基础承载力，同时也便于对基础施工时在平面尺寸上可能发生的误差进行调整，同时也为了满足支立墩、台身模板的需要。其值应视基础厚度、基底面积的要求及施工方法而定。桥梁墩、台基础的襟边最小值为20～50cm。

所拟定的基础尺寸，应是在可能的最不利荷载组合条件下，能保证基础本身足够的结构强度，并能使地基与基础的承载力和稳定性均能满足规定的要求。基础每层台阶高度，通常为0.5～1.00m，通常在一般情况下各层台阶宜采用相同厚度。

五、结论

工程实践表明，结构的地基与基础设计与施工质量的好坏，是整个结构物质量的根本。基础工程因为是隐蔽工程，如果出现缺陷较难发现，也比较难弥补或修复，而这些缺陷往往直接影响整个结构物的使用甚至安危。基础工程施工的进度，还经常控制着整个结构物施工的进度。因此说，小桥涵基础设计是整个桥涵设计中非常重要的一部分。