向冻胀力。

3．选用抗冻胀性基础改变基础断面形状，利用冻胀反力的自锚作用增加基础抗冻拔的能力。

二、多年冻土地区基础工程

（一）多年冻土按其融沉性的等级划分

多年冻土的融沉性是评价其工程性质的重要指标，可用融化下沉系数A作为分级的直接控制指标。

A?hm?hT?100% （7-17） hm式中：hm——季节融化层冻土试样冻结时的高度（m）（季冻层土质与其下多年冻土相同）；

hT——季节融化层冻土试样融化后（侧限条件下）的高度（m）。

Ⅰ级（不融沉）：A小于1%，是仅次于岩石的地基土，在其上修筑建筑物时可不考虑冻融问题。

Ⅱ级（弱融沉）：1%≤A＜5%，是多年冻土中较好的地基土，可直接作为建筑物的地基，当控制基底最大融化深度在3m以内时，建筑物不会遭受明显融沉破坏。

Ⅲ级（融沉）：5%≤A＜10%，具有较大的融化下沉量而且冬季回冻时有较大冻胀量。作为地基的一般基底融深不得大于1m，并采取专门措施，如深基、保温防止基底融化等。

Ⅳ级（强融沉）：10%≤A＜25%，融化下沉量很大，因此施工、运营时内不允许地基发生融化，设计时应保持冻土不融或采用桩基础。

Ⅴ级（融陷）：A≥25%，为含土冰层，融化后呈流动、饱和状态，不能直接作地基，应进行专门处理。

（二）多年冻土地基设计原则

多年冻土地区的地基，应根据冻土的稳定状态和修筑建筑物后地基地温、冻深等可能发生的变化，分别采取两种原则设计，即保持冻结原则和容许融化原则。 （三）多年冻土地基容许承载力的确定

决定多年冻土承载力的主要因素有粒度成分，含水（冰）量和地温，具体的确定方法可用如下几种：

1．根据规范推荐值确定 2．理论公式计算

理论上可通过临塑荷载pcr(kPa)和极限荷载pu(kPa)确定冻土容许承载力，计算公式形式较多，可参考下式计算：

pcr?2cs??2h

pu?5.71cs??2h （7-18）

式中：cs——冻土的长期粘聚力（kPa），应由试验求得；

?2h——基底埋置深度以上土的自重压力（kPa）；

pcr可以直接作为冻土的容许承载力，而pu应除以安全系数1.5～2.0。

此外也可通过现场荷载试验（考虑地基强度随荷载作用时间而降低的规律），调查观测地质、水文、植被条件等基本相同的邻近建筑物等方法来确定。 （四）多年冻土融沉计算

冻土地基总融沉量由两部分组成，一是冻土解冻后冰融化体积缩小和部分水在融化过程中被挤出，土粒重新排列所产生下沉量；一是融化完成后，在土自重和恒载作用下产生的压缩下沉。最终沉降量S(m)计算如下：

S??Aihi???i?cihi???i?pihi （7-19）

i?1i?1i?1nnn式中：Ai——第i层冻土融化系数，见式（7-17）；

hi——第i层冻土厚度（m）；

?i——第i层冻土压缩系数（1/kPa）由试验确定； ?ci——第i层冻土中点处自重应力（kPa）；

?pi——第i层冻土中点处建筑物恒载附加应力（kPa）。

（五）多年冻土地基基桩承载力的确定

采取保持冻结原则时，多年冻土地基基桩轴向容许承载力由季节融土层的摩阻力F（冬1

季则变成切向冻胀力），多年冻土层内桩侧冻结力F2和桩尖反力R三部分组成。其中桩与桩侧土的冻结力是承载力的主要部分。除通过试桩的静载试验外，单桩轴向容许承载力[P（]kN）可由下式计算

[P]??fA???i1ii?1i?1nnjiA2i ?m0[?0]A （7-20）

（六）多年冻土地区基础抗拔验算

多年冻土地区，当季节融化层为冻胀土或强冻胀土时，扩大基础（或基桩）冻拔稳定验算：

N?W?QT?Qm?kT （7-21）

（七）防融沉措施

1．换填基底土 对采用融化原则的基底土可换填碎、卵、砾石或粗砂等，换填深度可到季节融化深度或到受压层深度。

2．选择好施工季节 采用保持冻结原则时基础宜在冬季施工，采用融化原则时，最好在夏季施工。

3．选择好基础型式 对融沉、强融沉土宜用轻型墩台，适当增大基底面积，减少压应力，或结合具体情况，加深基础埋置深度。

4．注意隔热措施 采取保持冻结原则时施工中注意保护地表上覆盖植被，或以保温性能较好的材料铺盖地表，减少热渗入量。施工和养护中，保证建筑物周围排水通畅，防止地

表水灌入基坑内。

如抗冻胀稳定性不够，可在季节融化层范围内，按前介绍的防冻胀措施第1、2条处理。

第四节 地震区的基础工程

一、地基与基础的震害

（一）地基土的液化

地震时地基土的液化是指地面以下，一定深度范围内（一般指20m）的饱和粉细砂土、亚砂土层，在地震过程中出现软化、稀释、失去承载力而形成类似液体性状的现象。它使地面下沉，土坡滑坍，地基失效、失稳，天然地基和摩擦桩上的建筑物大量下沉、倾斜、水平位移等损害。

（二）地基与基础的震沉，边坡的滑坍以及地裂

软弱粘性土和松散砂土地基，在地震作用下，结构被扰动，强度降低，产生附加的沉陷（土层的液化也会引起地基的沉陷），且往往是不均匀的沉陷，使建筑物遭到破坏；陡峻山区土坡，层理倾斜或有软弱夹层等不稳定的边坡、岸坡等，在地震时由于附加水平力的作用或土层强度的降低而发生滑动（有时规模较大），会导致修筑在其上或邻近的建筑物遭到损坏；构造地震发生时地面常出现与地下断裂带走向基本一致的呈带状的地裂带。地裂带一般在土质松软区、故河道、河堤岸边、陡坡、半填半挖处较易出现，它大小不一，有时长达几十公里，对建筑物常造成破坏和患害。 （三）基础的其他震害

在较大的地震作用下，基础也常因其本身强度、稳定性不足抗衡附加的地震作用力而发生断裂、折损，倾斜等损坏。刚性扩大基础如埋置深度较浅时，会在地震水平力作用下发生移动或倾覆。

基础、承台与墩、台身联结处也是抗震的薄弱处，由于断面改变、应力集中使混凝土发生断裂。

二、基础工程抗震设计

（一）基础工程抗震设计的基本要求

结合目前抗震工程的技术发展水平和公路的特点，建筑物发生基本烈度的地震时，按不受任何损坏的原则进行设计，在经济上是不合理的，在技术上也常是不可行的。因此，公路建筑物的基础工程抗震设计的基本要求应与整个建筑物一致，《公路抗震规》根据建筑物所属公路等级和所处地质条件，要求发生相当基本裂度地震时，建筑物位于一般地段的高速公路和一级公路，经一般整修即可正常使用；位于一般地段的二级公路及位于软弱粘性土层或液化土层上的高速公路和一级公路建筑物经短期抢修即可恢复使用；三四级公路工程和位于抗震危险地段的软弱粘性土层或液化土层上的二级公路以及位于抗震危险地段的高速公路和一级公路应保证桥梁、隧道及重要的构造物不发生严重破坏。

（二）选择对抗震有利的场地和地基

我国公路抗震工程中，将场地土（建筑物所在地的土层）分为四类： Ⅰ类场地土：岩石，紧密的碎石土。

Ⅱ类场地土：中密、松散的碎石土，密实、中密的砾、粗中砂；[?0]＞250kPa的粘性土。 Ⅲ类场地土：松散的砾、粗、中砂，密实、中密的细砂、粉砂，[?0]≤250kPa的粘性土。 Ⅳ类场地土：淤泥质土，松散的细、粉砂，新近沉积的粘性土；[?0]＜130kPa的填土。 对于多层土，当建筑物位于Ⅰ类土时，即属于Ⅰ类场地土；位于Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类土上时，则按建筑物所在地表以下20m范围内的土层综合评定。

Ⅰ类场地土及开阔平坦、均匀的Ⅱ类场地土对抗震有利，应尽量利用；Ⅳ类场地土、软土、可液化土以及地基土层在平面分布上强弱不匀，非岩质的陡坡边缘等处一般震害较严重，河床下基岩向河槽倾斜较甚，并被切割成槽处，地基下有暗河、溶洞等地段以及前述抗震危险地段都应注意避开。选择有利的工程地质条件，有利抗震地段布置建筑物可以减轻甚至避免地基、基础的震害，也能使地震反应减少，是提高建筑物抗震效果的重要措施。 （三）地基、基础抗震强度和稳定性的验算

目前我国各桥梁抗震规范，对基本烈度为7、8、9度地区，在地震荷载计算中与世界各国发展趋势基本一致：对各种上部结构的桥墩、基础采用考虑地基和建筑物动力特性的反应谱理论；而对刚度大的建筑物和挡土墙、桥台采用静力设计理论；对跨度大（如超过150m）墩高大（如超过30m）或结构复杂的特大桥及烈度更高地区则建议用精确的方法（如时程反映分析法等）。

1．桥墩基础地震荷载的计算（用反应谱理论计算），反应谱理论是以大量的强震水平加速度纪录为基础，经过动力计算和数理统计分析，按照建筑物作为单质点振动体系，在一定的阻尼比条件下，其自振周期与它发生的平均最大水平加速度反应的函数的关系，用曲线表示的图谱——加速度反应谱，以此作为建筑物地震反应计算荷载的依据。

2．桥台、挡墙基础地震荷载的计算（用静力理论计算）

静力理论出发点是认为建筑物为刚性，地震时不变形，各部分受到的地震水平加速度与地面相同，也不考虑不同场地土对地震反应的影响。

（1）桥台基础地震荷载的计算 桥台重力的水平地震荷载QEa（kN），可用下式计算（作用于台身重心处）：

QEa?C1CzKhGau （7-22）

式中：Gau——基础顶面以上台身重力（kN），计算设有固定支座梁桥桥台基础时，应计入

一孔梁的重力。

（2）挡墙地震荷载的计算 为了弥补静力理论对高度较大的挡墙在计算地震荷载中的不足，《公路抗震规》采用了地震反应沿墙高增大分布系数?iw，挡墙第i截面以上墙身重心处的水平地震荷载QiEW（kN）按下式计算：

QiEW?C1CzKh?iwGiw （7-23）

式中：Cz——综合影响系数，取Cz=0.25；

?iw——水平地震荷载沿墙高的分布系数，在高速公路、一、二级公路当墙高H＞12

（m）时，?iw?1?Hiw,Hiw为验算第i截面以上墙身重心到墙底的高度，如H图7-15所示。其他情况，?iw?1；

Giw——第i截面以上，墙身圬工的重力（kN）； 其他符号意义同前。

3．墩、台、挡墙基础抗震强度及稳定性的验算

桥梁墩、台、挡墙基础按以上方法计算得到水平地震荷载后，即可根据一般静力学方法，按规定的荷载组合进行地基、基础的抗震强度和稳定性的验算。

三、基础工程的抗震措施

对建筑物及基础采取有针对性的抗震措施，在抗震工程中也是十分重要的，而且往往能取得“事半功倍”的效果。下面介绍基础工程常用的抗震措施。 （一）对松软地基及可液化土地基

1．改善土的物理力学性质，提高地基抗震性能

对松软可液化土层位较浅，厚度不大的可采用挖除换土，用砂垫层等浅层处理，此法较适用于小型建筑物。否则应考虑采用砂桩、碎石桩、振冲碎石桩、深层搅拌桩等将地基加固，地基加固范围应适当扩大到基础之外。

2．采用桩基础、沉井基础等

采用各种型式深基础，穿越松软或可液化土层，基础伸入稳定土层足够的深度。 3．减轻荷载、加大基础底面积

减轻建筑物重力，加大基础底面积以减少地基压力对松软地基抗震是有利的。增加基础及上部结构刚度常是防御震沉的有效措施。 （二）对地震时不稳定（可能滑动）的河岸地段

在此类地段修筑大、中桥墩台时应适当增加桥长，注重桥跨布置等将基础置于稳定土层上并避开河岸的滑动影响。小桥可在两墩台基础间设置支撑梁或用片块石满床铺砌，以提高基础抗位移能力。挡墙也应将基础置于稳定地基上，并在计算中考虑失稳土体的侧压力 （三）基础本身的抗震措施

地震区基础一般均应在结构上采取抗震措施。圬工墩台、挡墙与基础的联结部位，由于截面发生突变，容易震坏，应根据情况采取预埋抗剪钢筋等措施提高其抗剪能力。桩柱与承台、盖梁联结处也易遭震害，在基本烈度8度以上地区宜将基桩与承台联结处做成2∶1或3∶1的喇叭渐变形，或在该处适当增加配筋；桩基础宜做成低桩承台，发挥承台侧面土的抗震能力；柱式墩台、排架式桩墩在与盖梁、承台（基础）联结处的配筋不应少于桩柱身的最大配筋；桩柱主筋应伸入盖梁并与梁主筋焊（搭）接；柱式墩台、排架式桩墩均应加密