橋樑最下部的結構。它直接坐落在巖石或土地基上,其頂端連接橋墩或橋臺,合稱為橋樑下部結構。橋樑基礎的作用是承受上部結構傳來的全部荷載,並把它們和下部結構荷載傳遞給地基。因此,為瞭全橋的安全和正常使用,要求地基和基礎要有足夠的強度、剛度和整體穩定性,使其不產生過大的水準變位或不均勻沉降。

  與一般建築物基礎相比,橋樑基礎埋置較深,其原因是:①由於作用在基礎上的荷載集中而強大,加之淺層土一般比較鬆軟,很難承受住這種荷載,故有必要要把基礎向下延伸,使置於承載力較高的地基上;②對於水中墩臺基礎,由於河床受到水流的沖刷,橋梁基礎必須有足夠的埋深,以防沖刷基礎底面(簡稱基底)而造成橋梁沉陷或傾覆事故。一般規定橋梁的明挖、沉井、沉箱等基礎的基底按其重要性和維修加固難易,應埋置在河床最低沖刷線以下至少2~5米。對於凍脹土地基,基底應在凍結線以下至少0.25米。對於陸地墩臺基礎,除考慮地基凍脹要求外,還要考慮生物和人類活動及其他自然因素對表土的破壞,基底應在地面以下不小於1.0米。對於城市橋梁,常把基礎頂置於最低水位或地面以下,以免影響市容。基頂平面尺寸應較墩臺底的截面尺寸大,以利施工。

  在水中修建基礎,不僅場地狹窄,施工不便,還經常遇到汛期威脅及漂流物的撞擊。在施工過程中如遇到水下障礙,還需進行潛水作業。因此,修建水中基礎,一般工期長,技術復雜,易出事故,工程量大,造價常常占到整個橋梁造價的一半,故橋梁基礎的修建,在整個橋梁工程中占有很重要的地位。

  按構造和施工方法不同,橋梁基礎類型可分為:明挖基礎、樁基礎、沉井基礎、沉箱基礎和管柱基礎。

  明挖基礎 也稱擴大基礎,系由塊石或混凝土砌築而成的大塊實體基礎,其埋置深度可較其他類型基礎淺,故為淺基礎。它的構造簡單,由於所用材料不能承受較大的拉應力,故基礎的厚、寬比要足夠大,使之形成所謂剛性基礎,受力時不致產生撓曲變形。為瞭節省材料,這類基礎的立面往往砌成臺階形,平面將根據墩臺截面形狀而采用矩形、圓形、T形或多邊形等。建造這種基礎多用明挖基坑的方法施工。在陸地開挖基坑,將視基坑深淺、土質好壞和地下水位高低等因素,來判斷是否采用坑壁支持結構──襯板或板樁。在水中開挖則應先築圍堰。

  明挖基礎適用於淺層土較堅實,且水流沖刷不嚴重的淺水地區。由於它的構造簡單,埋深淺,施工容易,加上可以就地取材,故造價低廉,廣泛用於中小橋涵及旱橋。中國趙州橋就是在亞粘土地基上采用瞭這種橋基。

  樁基礎 由許多根打入或沉入土中的樁和連接樁頂的承臺所構成的基礎。外力通過承臺分配到各樁頭,再通過樁身及樁端把力傳遞到周圍土及樁端深層土中,故屬於深基礎。

  樁基礎適用於土質深厚處。在所有深基礎中,它的結構最輕,施工機械化程度較高,施工進度較快,是一種較經濟的基礎結構。有些橋梁基礎要承受較大的水平力,如橋墩基礎要承受來自左右方向的水平荷載,其樁基多采用雙向斜樁;而一些梁式橋的橋臺主要承受來自一側的土壓力,多采用單向斜樁。如樁徑很大,像現在常用的大直徑鉆孔樁,具有相當大的剛度,則可不加斜樁而做成垂直樁基。

  橋梁基礎多置於水中,故要求樁材不僅強度高,而且要耐腐蝕。在橋梁中常用的樁材為木材、鋼筋混凝土和鋼材。由於木材長度有限,強度和耐腐蝕性較低,故木樁多用於中小橋梁,且樁頂必須埋在低水位以下,才能長期保存。鋼筋混凝土樁的強度和耐久性均較木樁為優,多用於較大或重要橋梁,但當遇到含鹽量較高的水文地質條件,也有腐蝕問題,應采取防護措施。中國在1908~1912年修建津浦(天津—浦口)鐵路洛口黃河橋時,其基礎就采用瞭外接圓直徑為50厘米的正五邊形鋼筋混凝土預制樁,樁長15~17米。自50年代以後,曾廣泛采用工廠預制的鋼筋混凝土空心的管樁、樁外徑多為40和55厘米,如1953~1954年在武漢修建的漢水鐵路橋和公路橋,以及60年代修建的南京長江橋引橋的大部分基礎均采用這種樁基。此外,鋼筋混凝土鉆孔灌註樁(也稱鉆孔樁),近幾十年在世界范圍內發展很快,如1972年在中國山東北鎮建成的黃河公路橋,采用直徑1.5米、最大入土深達107米的鋼筋混凝土鉆孔樁;70年代末在阿根廷建成跨巴拉那河的兩座斜張橋,全部采用直徑達2.0米,最大入土深達73米的鋼筋混凝土鉆孔樁。至於鋼樁主要是鋼管樁及H形鋼樁,其強度甚高,在土中穿透能力強,在工業發達國傢使用較多,在中國有少數橋梁(如上海黃浦江橋)也使用過。

  沉井基礎 是一種古老而且常見的深基礎類型,它的剛性大,穩定性好,與樁基相比,在荷載作用下變位甚微,具有較好的抗震性能,尤其適用於對基礎承載力要求較高,對基礎變位敏感的橋梁。如大跨度懸索橋、拱橋、連續梁橋等。

  沉箱基礎 在橋梁工程中主要指氣壓沉箱基礎。它主要用於大型橋梁,當水下土層中有障礙物而沉井無法下沉,樁無法穿透時;或地基為不平整的基巖且風化嚴重,需要人員直接檢驗或處理時,常采用沉箱基礎。但沉箱工程需要復雜的施工設備,人在高氣壓下工作,既不安全,效率也低,其水下下沉深度也受到一定限制,故現今一般較少采用。

  管柱基礎 是主要用於橋梁的一種深基礎,管柱外形類似管樁,其區別在於:管柱一般直徑較大,最下端一節制成開口狀,在一般情況下,靠專門設備強迫振動或扭動,並輔以管內排土而下沉,如落於基巖,可以通過鑿巖使錨固於巖盤;而管樁直徑一般較小,樁尖制成閉合端,常用打樁機具打入土中,一般較難通過硬層或障礙,更不能錨固於基巖。大型管柱的外形又類似圓形沉井,但沉井主要是靠自重下沉,其壁較厚,而管柱是靠外力強迫下沉,其壁較薄。

  管柱基礎適用於較復雜的水文地質條件,尤其在某些特殊條件下,更能顯示其廣泛適應性。如中國武漢長江橋橋址的水文地質條件為:持力層在水面之下深達40米而洪水期長達8個月,顯然對氣壓沉箱不利;河床覆蓋層很淺,不能用管樁基礎;基巖表面不平,在同一墩位處高差達5~6米,也不能用沉井基礎。在此情況下,以管柱基礎最為適宜,它不受水深限制,且下端可錨固於巖盤,無需較厚的覆蓋層維持柱體穩定,而基礎是由分散的柱體支承於巖面,故巖面不平也易於處理。

  橋梁基礎除瞭上述幾種類型外,還可根據不同地質和水文條件而采用一些組合型基礎結構。如中國杭州錢塘江橋正橋7~15號墩基礎,是在沉箱下接木樁;南京長江橋正橋2號和3號墩,則是鋼沉井套預應力混凝土管柱基礎。

  

參考書目

 G.A.Leonards,Foundation Engineering,McGraw-Hill,New York,1962.

 M.J.Tomlinson,Foundation Design and Construction,Pitman,London,1980.