基礎(chǔ)工程課程設(shè)計計算書橋臺擴大基礎(chǔ)設(shè)計x

1、基礎(chǔ)工程課程設(shè)計無筋擴展矩形基礎(chǔ)計算書土木建筑工程學(xué)院道路橋梁121班陳召桃 1203110210目錄一、設(shè)計資料二、設(shè)計資料分析三、荷載計算及組合1、臺自重及上部構(gòu)造恒 算 42、土力算 53、支座活反力算 84、支座摩阻力算 105、荷合 11四、地基承載力驗算131、臺前、臺后填土基底生的附加力算132、基底力算 133、地基度算 14五、地基變形驗算（沉降計算）1517六、基底偏心距驗算七、基礎(chǔ)穩(wěn)定性驗算 171、覆定性算 172、滑定性算 1819八、結(jié)論一、設(shè)計資料1、基本概況某橋上部構(gòu)造采用裝配式鋼筋混凝土 T形梁。標準跨徑20.00m，計算跨徑 19.5mo擺動支座，橋面寬度為

2、7+2X 1.0m,雙車道，參照公路橋涵地基與基 礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范進行設(shè)計。設(shè)計荷載：公路I級，人群荷載為3.5kN/m2 o材料：臺帽、耳墻及截面a-a以上均用20號鋼筋混凝土， Vi =25.00kN/m3 ； 臺身（自截面a-a以下）用7.5號漿砌片、塊石（面墻用塊石，其它用片石，石 料強度部少于30號），2 23 .0OkN / m3基礎(chǔ) 用15號素 混凝土澆 筑，=24.00kN/m 3 ；臺后及溜坡填土 74 =17.00kN/m 3 ；填土的內(nèi)摩擦角=35。, 粘聚力c=0o基礎(chǔ)類型：無筋擴展矩形基礎(chǔ)基礎(chǔ)材料：混凝土強度等級 C15C20,鋼筋為I、II級鋼筋。2、水文地質(zhì)資料水文、地

3、質(zhì)資料：設(shè)計洪水位標高離基底的距離為65m （即在aa截面處）。地基 土的物理、力學(xué)性質(zhì)指標見下表：表1取土深度自地面算起（m）天然狀態(tài)下土的物理指標土粒密度7so(t / m3 )塑性界限液性指 數(shù)II壓縮系數(shù)1-2a(mm2 /N)直剪試驗含水量3（%）天然容重y( kN / m3 )孔隙比e液限塑限塑性指數(shù)Ip粘聚力C (kN/m 2 )內(nèi)摩擦角*03.23.62619.700.742.724424200.100.1555206.4-6.82819.100.822.713319150.60.2620163、橋墩及基礎(chǔ)構(gòu)造和初擬尺寸（如圖）初步擬定基礎(chǔ)分兩層，每層厚度為0.5m,襟邊和臺階

4、寬度相等，取0.4m,基坑 邊坡系數(shù)可取m二0.751.0。4、荷載組合情況表2作用效應(yīng)組合匯總表荷載組合水平力（kN）豎向力（kN）彎矩（kN.m）(-)主要1179.178129.512371.30附加1221.378129.51-2740.18（一）主要1421.537854.90-3683.11附加1463.737854.904051.99（三）主要1421.537620.873835.24附加1463.737620.87-4204.12（四）1482.287640.02-4110.24（五）1179.178380.242208.32()1179.176696.443302.79二、設(shè)

5、計資料分析設(shè)計洪水位高程離基底的距離為 6.5m （在aa截面處），地基土的物理、力學(xué)指標見下表：表3 各土層物理力學(xué)指標序號土層名稱層厚m含水量%重度kN/m 孔A城比比重液限塑性指數(shù)液性指數(shù)直剪試驗壓縮性指標CkPa4）度a 1-2MPa1Esl-2MPa1硬塑粘土6.52619.70.742.7244200.155200.1511.62軟塑亞粘土4.12819.10.822.7134150.620160.2673軟質(zhì)基巖21.5由表可知上層粘土的液性指數(shù)遠小于 0.75屬于碩塑土，中層軟塑亞粘土相 對的承載力較弱，則該基礎(chǔ)應(yīng)淺埋，采用無筋剛性擴展基礎(chǔ)，初步擬定埋深2.0m, 見圖lo基礎(chǔ)

6、分兩層，每層厚度為 0.5m,襟邊和臺階等寬，取0.4m。根據(jù)襟邊和臺階構(gòu)造要求初擬出平面較小尺寸，見圖 11 ,經(jīng)驗算不滿足要求時再調(diào)整尺寸?；A(chǔ)用C15的素混凝土澆筑，混凝土的剛性角 amax= 40%基礎(chǔ)的擴散角為:40a - tan38.66,、臺后填土表面有汽車荷載時根據(jù)墻后破裂棱體范圍內(nèi)布置的車輛荷載換算為墻后填土相同高度的均布 土層，其厚度ho為：式中：刀Q布置在Bo L范圍內(nèi)的車輪總重，Q為每輛標準汽車總重550kN；B。一不計車輛荷載作用時破裂棱體的寬度，gL 擋土墻的計算長度，m；Y 墻后填土重度，kN3 o其中：co =9 +6 +a = 52.5tan =_tan +

7、J(cot +tan3)(tan3 -tan 書.583Bo = ( H + a) tan& - H tana -b =(10+0)只0583IO* 0-0=5.83m在破壞棱體長度范圍內(nèi)只能放一列汽車，因是雙車道，所以：z Q & 550* 2 ho = = 0.721mBoL Z 5.83： 7./17臺背在填土連同破壞棱體上車輛荷載作用下引起的土壓力：Ea =-T)H(2h H)B ka =-lx I7x 1( (2 0.721 tO) 7幻 0.47 1849.73(kN)2 2其水平向分力：Eax = Ea C0S(5 +a)=t849.73 ebsl7.5 =1764.12(kN)

8、作用點離基礎(chǔ)底面的距離：10 l(k 乂 0.721 ey =x= 3.54(m)316 f 0.721對基底形心軸的力矩：Max 1764.12 3.54 6244.98(kN/m)二x =-其豎直向分力：Eay = Easing ) =1849.73 冬inl7.5 =556.22(kN)作用點離基礎(chǔ)形心軸的距離：ex 2.15 0.4 1.75( m)= 一 =對基底形心軸的力矩：May556.221.75 973.39(kN m)x、臺前溜坡填土自重對橋臺前側(cè)面上的主動土壓力計算時，以基礎(chǔ)前側(cè)邊緣垂線作為假想臺背，土表面的傾斜度以溜坡坡度為1:1.5算得，33.60,則基礎(chǔ)邊緣至坡面的

9、垂直距離為H，10-8=6.13m,1.5若取6 =P=35( 土與土之間的摩擦角)，主動土壓力系數(shù):cos2 35 = 0.180J sin70 sin 6&69Ycos35 cos33.69 Ear =P it!2 Bl-a = + xi7x6.132 X 7.7 (19.5_ 5J一238kNPk180+ 材二 =橋跨上的汽車荷載如圖所示，荷載布置圖如下:處5呎 I沁N/綃貪fl以*堪:汽車荷載支座反力:Ri =2x(qk O + Pky)= (10.5x + x 19.5x1 4238 *) &80.76kN 2人群荷載支座反力：Rir= 2 (3.5XJ-X 1X19.5) =68.

10、25kN2支座反力作用點距離基底形心軸的距離：eri 2.151.5 0.65m=對基底形心軸的力矩：Mri (680.76 68.25)0.65486.86kN / nf x =II)汽車荷載制動力重力式墩臺不計沖擊系數(shù)。一個設(shè)計車道上的汽車制動力標準值，為布置在加載長度上計算的總重力的10%,但公路一級汽車制動力標準值不得小于165kN。制動力：(10.5 19.5238)X10% =44.28kN 165kN則制動力取值為：H=165X0.25=41.25kN。、臺后橋上均有荷載，車輛荷載在臺后I）汽車及人群荷載反力：由于支座作用點在基底形心軸的右側(cè)，為了 在活載作用下得到最大的逆時針方

11、向力矩，因此將重車后軸貼橋臺后側(cè)的邊 緣，以使橋跨上活載所產(chǎn)生的順時針力矩最小，汽車荷載布置圖如下：圖3則支座反力為：1Ri = 2x（qkO + Pk羊）運（10.5-xl9.5xl 38 的 &80.76kN2人群荷載支座反力：R1 = 268.25kN2對基底形心軸的力矩：Mri (680.76 68.25)0.65486.86kN / nt 乂II）汽車荷載制動力：根據(jù)上面分析，汽車制動力H二4125kN4、支座摩阻力計算取擺動支座摩擦系數(shù)f =0.05 ,則支座摩阻力:F P 恒 f 11000.05 55kN = A =*=對基底形心軸的彎矩：Mf 55 8.7 478.50kNm

12、=向按荷載組合需要確定）對實體式埋置式橋臺不計汽車荷載的沖擊力，同時從以上對制動力和支座摩阻力的計算結(jié)果表明，支座摩阻力大于制動力。因此，在以后的組合中，以支座摩阻力作為控制設(shè)計。5、荷載組合根據(jù)實際可能出現(xiàn)的荷載情況，可分為橋上有活載，臺后無汽車荷載；橋上 無活載，臺后有汽車荷載；橋上有活載，臺后也有汽車荷載等荷載組合，同時還應(yīng)對施工期間橋臺僅受臺身自重及土壓力作用的情況進行驗算。現(xiàn)將上述組合分別 計算如下：1、橋上有活載，臺后無汽車荷載（1）主要組合：包括恒載，橋上活載及臺前、臺后土壓力。（2）附加組合：主要組合荷載+支座摩阻力。2、橋上有活載，臺后也有汽車荷載（1）主要組合：包括恒載、橋

13、上活載、橋前土壓力及臺后有汽車荷載作用 時的土壓力。（2）附加組合：主要組合荷載+支座摩阻力。3、橋上無活載，臺后無汽車荷載（1）、主要組合：包括恒載，臺前、臺后土壓力。（2）、附加組合：主要組合荷載+支座摩阻力。4、橋上無活載，臺后有汽車荷載（1）主要組合：包括恒載、臺前土壓力及臺后汽車荷載時的土壓力（重車在臺后）。（2）附加組合：主要組合荷載+支座摩阻力。5、無上部構(gòu)造時橋臺基礎(chǔ)自重、臺前臺后上壓力O表4荷載組合計算表序號情況公路一級工況一橋上有活載，臺后無汽車荷載工況二橋上有活載，臺后有汽車荷載工況三橋上無活載臺后無汽車荷載工況四橋上無活載，臺后有汽車荷載工況五無上部構(gòu)造時1上部荷載豎向

14、力（kN ）1100110011001 100彎矩(kN m)715.00715.00715.00715.002臺身、基礎(chǔ) 自重弓基礎(chǔ)上土重豎向力（kN ）5917.985917.985917.985917.985917.98彎矩(kN m)797.91797.91797.91797.91797.913汽車荷載引起的支座反力豎向力（kN ）680.76680.76彎矩(kN m)442.49442.494人群荷載引 起的支座反力豎向力（kN ）68.2568.25彎矩(kN m)44.3644.365臺后土壓力力(kN)水平：1541.80豎直：486.13水平17642豎直：556.22水平

15、：1541.80豎直：486.13水平 1764.12豎直：556.22水平：1541.80豎直：486.13彎矩(kN m)水平：-5134.20豎直：850.73水平：-6244.98豎直：973.39水平：-5134.20豎直：850.73水平：6244.98豎直：973.39水平：-5134.20豎直：850.736臺前溜坡土壓力力（kN）水平：-422.20豎直：133.12水平：-422.20豎直：133.12水平：-422.20豎直：133.12水平：-422.20豎直：133.12水平：-422.20豎直：133.12彎矩(kN*m)水平：861.29豎直：-286.21水平：

16、861.29豎直：-286.21水平：861.29豎直:-286.21水平：861.29豎直：-286.21水平：861.29豎直：-286.217支座摩阻力 取與臺后土壓力同向水平力（kN ）55.0055.0055.0055.00彎矩(kN rii)-478.50-478.50-478.50-478.508組合水平力（kN ）1174.61396.921119.61341.9211 18.80豎直力（kN）8386.248456.337637.237707.326537.23彎矩(kN m)-2187.12-3175.25-2673.973662.1 2910.48四、地基承載力驗算1、臺

17、前、臺后填土對基底產(chǎn)生的附加應(yīng)力計算因臺后填土較高，由填土自重在基底下地基土中所產(chǎn)生的附加應(yīng)力：1 1 1臺后填土高度（從原地面起算）h=8mo當(dāng)基礎(chǔ)埋置深度為2.0m時，取基礎(chǔ)后邊緣附加應(yīng)力系數(shù) 5=0.46,基礎(chǔ)前邊緣的附加應(yīng)力系數(shù)5=0.069。貝9后邊緣處：Qi =0.46x17 8 =62.56KPa前邊緣處：cri =0.069x17 8 =9.38KPa此處，計算臺前溜坡椎體對基礎(chǔ)前邊緣地面處引起的附加應(yīng)力時，填土高度可近似取基礎(chǔ)邊緣作垂線與坡面交點的距離（h=4.13 ）,并取系數(shù)20.25X,=則a2 1 r=0.25x17x4.13 =17.55KPa因此，基礎(chǔ)前邊緣總的豎

18、向附加應(yīng)力：基礎(chǔ)后邊緣：Wr2.56KPa基礎(chǔ)前邊緣： 吩巧 叫心938+17.55 =2693KPa2、基底壓應(yīng)力計算進行基底承載力驗算時，傳至基底的作用效應(yīng)應(yīng)該按照正常使用極限狀態(tài)的短期 效應(yīng)組合采用，各項作用效應(yīng)的分項系數(shù)分別為：上部構(gòu)造恒載、橋臺及基礎(chǔ)自重、 臺前及臺后土壓力、支座摩阻力、人群荷載均為1.0 ,汽車荷載為0.7 o（1）建成后使用時根據(jù)表二作用效應(yīng)組合匯總表，工況（五）作用下產(chǎn)生的豎向力最大為8380.24kN,因此以工況（二）來控制設(shè)計。基底壓應(yīng)力計算：286.61KPa77氏132.51KPaIP , IM 8380.24- 2208.32b n和=一 二+ =20

19、9.56m,n A W 4.3 9.3 _lx x 26 9.3 4.3考慮臺前、臺后填土產(chǎn)生附加應(yīng)力后的總應(yīng)力:臺前:Qmax =286.61 +26.93 =31354KPa臺后:amin =132.51+62.56=195.07KPa(2)、施工時施工時按照表四荷載組合計算表中四工況五來計算，其中豎向力之和為6537.23kN,彎矩為-2910.48 (kN m)。maxb minvP yM=6537.23_2910.48265.02KPa+= 163.41 101.55= 4空 9.3 _lx 9 乎 4 3 261.92KPa6考慮臺前、臺后填土產(chǎn)生附加應(yīng)力后的總應(yīng)力:臺前：amax

20、 =265.02 +26.93 =291.95KPa臺后： min 61.9262.56124.48Fa =3、地基強度驗算(1) 、持力層強度驗算根據(jù)土工試驗資料，持力層為一般黏性土，根據(jù)公橋基規(guī)，當(dāng) eP.74,Il= 0.10時，查得fao =354KPa,因基礎(chǔ)置埋深度為原地面下2.0m (2.0m ,不進行寬度修正。f= iao =350KPa cimax =313.54 KPa滿足要求。(2) 、下臥層強度驗算下臥層為一般黏性土，由=e=0.82 , Il 0.6 ,可查得容許承載力fao =222.00KPa,小于持力層的容許承載力=354KPa,故作如下驗算?；字镣翆覫I頂面

21、(高層為+5.0 )處的距離為：Z二 11.52050 二 4.5m=a當(dāng) a /b 9.3/4.3 2.16,z/b 4.5 / 4.3 1.05 ,附加應(yīng)力系數(shù)=0.469 ,且計算下臥層頂面處壓應(yīng)力b +/ hz時，Zb 1,基底壓應(yīng)力取平均值，即C max +O min313.54 195.07G平均 = 254.31 KPa2 2巧劊徉1了+ z)+-a(p-h)= 19.7x(2 +45)+0.469x( 254.31-19.7x2)= 228.84KPa而下臥層頂面處的容許承載力可按下式計算:其中：kj =0 ,而 II =0.6 0.5, K2 =1.5，貝96h半= 222.

22、00 +1.5X19.7(6.5 -3) =325.43KPa ah4Z =228.84KPa滿足要求。五、地基變形驗算（沉降計算）由于持力層以下的土層 2為軟弱下臥層，按其壓縮系數(shù)為中壓縮性土，對基 礎(chǔ)沉降影響較大，因此應(yīng)計算基礎(chǔ)沉降。根據(jù)規(guī)范，橋梁墩臺基礎(chǔ)的沉降量按恒 載用單向分層總和法計算。受壓層深度的確定：在土層2底部的自重應(yīng)力為：acz2= 丫山1 +%h2 =19.7 X6.5 +19.1 x4.1 =206.36KPa基底處附加應(yīng)力為：7017.98+ 486.1 卄 133.1226.93+ 62.56p o=一 2 19.7+-=196.32 KPa9子 4.32將土層1分為

23、2.0m和2.5m兩層，土層2分為2.0m和2.1m兩層，下面為軟 質(zhì)巖層，不必計算，分為四層即可。則每一薄層的沉降分別：分層1a9.3z盪 2-=2.16-= = 0.93b 4.3b4.3附加應(yīng)力系數(shù)a。 = 0.81附加應(yīng)力a =x = KPaZ1 196.32 0.81 159.01分層2a 9.3z 2 X4.5=2.1一二一 =2.164.3b 4.3附加應(yīng)力系數(shù)0.44附加應(yīng)力 z2 196.32.044 86.38KPaCT =X=分層3a 9.32.162 6.5x_034.3_b 4.3附加應(yīng)力系數(shù)b0.3ac =附加應(yīng)力Gzlx =196.32 0.3 58.90KPa分層4a 9.32.16b 4.3附加應(yīng)力系數(shù)z2 8.6x4b4.30.2附加應(yīng)力 Qzi =196.32:； 2100=14.73mm1 e21 0.82基礎(chǔ)中心點以下的總沉降量為:5SS=rZ