基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)(橋臺(tái)擴(kuò)大基礎(chǔ)設(shè)計(jì))

1、基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)(橋臺(tái)擴(kuò)大基礎(chǔ)設(shè)計(jì))基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)無(wú)筋擴(kuò)展矩形基礎(chǔ) 計(jì)算書(shū)土木建筑工程學(xué)院道路橋梁121班 陳召桃 102目錄一、設(shè)計(jì)資料 1二、設(shè)計(jì)資料分析 3三、荷載計(jì)算及組合 41、橋臺(tái)自重及上部構(gòu)造恒載計(jì)算 42、土壓力計(jì)算 53、 支座活載反力計(jì)算 84、 支座摩阻力計(jì)算 105、 荷載組合 11四、地基承載力驗(yàn)算 131、臺(tái)前、臺(tái)后填土對(duì)基底產(chǎn)生的附加應(yīng)力計(jì)算 132、基底壓應(yīng)力計(jì)算 133、地基強(qiáng)度驗(yàn)算 14五、地基變形驗(yàn)算（沉降計(jì)算）156、 基底偏心距驗(yàn)算 17七、基礎(chǔ)穩(wěn)定性驗(yàn)算 171、傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算 172、滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算 18八、結(jié)論 192一、設(shè)計(jì)資料1、基本

2、概況某橋上部構(gòu)造采用裝配式鋼筋混凝土t形梁。標(biāo)準(zhǔn)跨徑，計(jì)算跨徑。擺動(dòng)支座，橋面寬度為7+2×，雙車(chē)道，參照公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)荷載：公路-級(jí)，人群荷載為m2。材料：臺(tái)帽、耳墻及截面a-a以上均用20號(hào)鋼筋混凝土，；臺(tái)身（自截面a-a以下）用號(hào)漿砌片、塊石（面墻用塊石，其它用片石，石料強(qiáng)度部少于30號(hào)），基礎(chǔ)用15號(hào)素混凝土澆筑，；臺(tái)后及溜坡填土；填土的內(nèi)摩擦角，粘聚力c=0。基礎(chǔ)類(lèi)型：無(wú)筋擴(kuò)展矩形基礎(chǔ)基礎(chǔ)材料：混凝土強(qiáng)度等級(jí)c15c20，鋼筋為、級(jí)鋼筋。2、水文地質(zhì)資料水文、地質(zhì)資料：設(shè)計(jì)洪水位標(biāo)高離基底的距離為（即在a-a截面處）。地基土的物理、力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)下

3、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(biāo)土粒密度塑性界限液性指數(shù)il壓縮系數(shù)a1-2直剪試驗(yàn)含水量（%）天然容重孔隙比e液限塑限塑性指數(shù)ip粘聚力c（kn/m2）內(nèi)摩擦角2644242055202833191520163、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，襟邊和臺(tái)階寬度相等，取，基坑邊坡系數(shù)可取m=。圖14、 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（一）主要附加（二）主要附加（三）主要附加（四）（五）（六）二、設(shè)計(jì)資料分析設(shè)計(jì)洪水位高程離基底的距離為（在a-a截面處），地基土的物理、力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)下表： 表3 各

4、土層物理力學(xué)指標(biāo)序號(hào)土層名稱(chēng)層厚m含水量重度kn/m3孔隙比比重液限塑性指數(shù)液性指數(shù)直剪試驗(yàn)壓縮性指標(biāo)ckpa度a1-2mpa-1es1-2mpa1硬塑粘土26442055202軟塑亞粘土283415201673軟質(zhì)基巖 由表可知上層粘土的液性指數(shù)遠(yuǎn)小于屬于硬塑土，中層軟塑亞粘土相對(duì)的承載力較弱，則該基礎(chǔ)應(yīng)淺埋，采用無(wú)筋剛性擴(kuò)展基礎(chǔ)，初步擬定埋深，見(jiàn)圖1?；A(chǔ)分兩層，每層厚度為，襟邊和臺(tái)階等寬，取。根據(jù)襟邊和臺(tái)階構(gòu)造要求初擬出平面較小尺寸，見(jiàn)圖，經(jīng)驗(yàn)算不滿(mǎn)足要求時(shí)再調(diào)整尺寸。基礎(chǔ)用c15的素混凝土澆筑，混凝土的剛性角?；A(chǔ)的擴(kuò)散角為：滿(mǎn)足要求。三、荷載計(jì)算及組合1、上部構(gòu)造恒載反力及橋臺(tái)臺(tái)身、

5、基礎(chǔ)自重和基礎(chǔ)上土重計(jì)算。參照?qǐng)D一基礎(chǔ)臺(tái)身結(jié)構(gòu)和給出的材料特性，可得出以下計(jì)算。、橋臺(tái)a-a截面以上自重計(jì)算：豎向力f1=×××=,彎矩m1=×=；豎向力f2=×××=,彎矩m2=×=；豎向力f3=××××2=,彎矩m3=×=；豎向力f4=彎矩w4=×=；豎向力f5=×××=,彎矩m5=×=。、a-a截面以下臺(tái)身及基礎(chǔ)自重計(jì)算：豎向力f6=×××=,彎矩m6=×=；豎向力f7=

6、××××=,彎矩m7=×（）=；豎向力f8=×××=,彎矩m8=×=；豎向力f9=×××=,彎矩m9=×0=。、臺(tái)后及溜坡填土自重計(jì)算：豎向力f10=×+×彎矩m10=×（）=；豎向力f11=×+×××2×=,彎矩m11=×（）=；豎向力f12=×××2×=,彎矩m12=×（）=；豎向力f13=×××

7、;=,彎矩m13=×=。、上部構(gòu)造恒載計(jì)算：上部構(gòu)造恒載取值f14=1100kn,彎矩w13=1100×=。綜上所述，恒載豎向力之和，彎矩2、土壓力計(jì)算。土壓力按臺(tái)背豎直，填土內(nèi)摩擦角，則臺(tái)背與填土之間的外摩擦角計(jì)算，臺(tái)后填土水平。 、臺(tái)后填土表面無(wú)汽車(chē)荷載時(shí)土壓力計(jì)算臺(tái)后填土自重引起的主動(dòng)土壓力計(jì)算式為：式中：ea臺(tái)后填土自重引起的主動(dòng)土壓力，kn； b橋臺(tái)寬度??； 主動(dòng)土壓力系數(shù)； 臺(tái)后及溜坡填土的重度，?。?h自基底至填土表面的距離，取。主動(dòng)土壓力系數(shù)求?。簞t：其水平向分力：離基礎(chǔ)底面的距離：對(duì)基底形心軸的力矩：其豎直向分力：作用點(diǎn)離基礎(chǔ)形心軸的距離：對(duì)基底形心軸的力

8、矩： 、臺(tái)后填土表面有汽車(chē)荷載時(shí)根據(jù)墻后破裂棱體范圍內(nèi)布置的車(chē)輛荷載換算為墻后填土相同高度的均布土層，其厚度h0為：式中：q布置在b0l范圍內(nèi)的車(chē)輪總重，q為每輛標(biāo)準(zhǔn)汽車(chē)總重550kn； b0不計(jì)車(chē)輛荷載作用時(shí)破裂棱體的寬度，m； l擋土墻的計(jì)算長(zhǎng)度，m； 其中：在破壞棱體長(zhǎng)度范圍內(nèi)只能放一列汽車(chē)，因是雙車(chē)道，所以：臺(tái)背在填土連同破壞棱體上車(chē)輛荷載作用下引起的土壓力： 其水平向分力：作用點(diǎn)離基礎(chǔ)底面的距離：對(duì)基底形心軸的力矩：其豎直向分力：作用點(diǎn)離基礎(chǔ)形心軸的距離：對(duì)基底形心軸的力矩：、臺(tái)前溜坡填土自重對(duì)橋臺(tái)前側(cè)面上的主動(dòng)土壓力計(jì)算時(shí)，以基礎(chǔ)前側(cè)邊緣垂線(xiàn)作為假想臺(tái)背，土表面的傾斜度以溜坡坡度為

9、1:算得，則基礎(chǔ)邊緣至坡面的垂直距離為，若?。ㄍ僚c土之間的摩擦角），主動(dòng)土壓力系數(shù)：其水平向分力：離基礎(chǔ)底面的距離：對(duì)基底形心軸的力矩：其豎直向分力：作用點(diǎn)離基礎(chǔ)形心軸的距離：對(duì)基底形心軸的力矩：6、 支座活載反力計(jì)算支座反力計(jì)算考慮如下三種情況。、臺(tái)后無(wú)荷載，橋上有汽車(chē)及人群荷載）汽車(chē)及人群荷載反力：公路-級(jí)車(chē)道荷載的均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值，集中荷載隨計(jì)算跨徑而變，計(jì)算跨徑小于或等于5 m時(shí)，；計(jì)算跨徑大于或等于50m時(shí)， ；計(jì)算跨徑在5-50m時(shí)，按照直線(xiàn)內(nèi)插求取。人群荷載m2。則：橋跨上的汽車(chē)荷載如圖所示，荷載布置圖如下：圖 2汽車(chē)荷載支座反力：人群荷載支座反力： 支座反力作用點(diǎn)距離基底形心軸的

10、距離：對(duì)基底形心軸的力矩：）汽車(chē)荷載制動(dòng)力重力式墩臺(tái)不計(jì)沖擊系數(shù)。一個(gè)設(shè)計(jì)車(chē)道上的汽車(chē)制動(dòng)力標(biāo)準(zhǔn)值，為布置在加載長(zhǎng)度上計(jì)算的總重力的10%，但公路一級(jí)汽車(chē)制動(dòng)力標(biāo)準(zhǔn)值不得小于165kn。 則制動(dòng)力取值為：h=165×=。、臺(tái)后橋上均有荷載，車(chē)輛荷載在臺(tái)后）汽車(chē)及人群荷載反力：由于支座作用點(diǎn)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(shí)針?lè)较蛄?，因此將重?chē)后軸貼橋臺(tái)后側(cè)的邊緣，以使橋跨上活載所產(chǎn)生的順時(shí)針力矩最小，汽車(chē)荷載布置圖如下：圖3則支座反力為：人群荷載支座反力：對(duì)基底形心軸的力矩： ）汽車(chē)荷載制動(dòng)力：根據(jù)上面分析，汽車(chē)制動(dòng)力h=4、支座摩阻力計(jì)算取擺動(dòng)支座摩擦系數(shù)，則支座

11、摩阻力：對(duì)基底形心軸的彎矩：（方向按荷載組合需要確定）對(duì)實(shí)體式埋置式橋臺(tái)不計(jì)汽車(chē)荷載的沖擊力，同時(shí)從以上對(duì)制動(dòng)力和支座摩阻力的計(jì)算結(jié)果表明，支座摩阻力大于制動(dòng)力。因此，在以后的組合中，以支座摩阻力作為控制設(shè)計(jì)。5、荷載組合根據(jù)實(shí)際可能出現(xiàn)的荷載情況，可分為橋上有活載，臺(tái)后無(wú)汽車(chē)荷載；橋上無(wú)活載，臺(tái)后有汽車(chē)荷載；橋上有活載，臺(tái)后也有汽車(chē)荷載等荷載組合，同時(shí)還應(yīng)對(duì)施工期間橋臺(tái)僅受臺(tái)身自重及土壓力作用的情況進(jìn)行驗(yàn)算?，F(xiàn)將上述組合分別計(jì)算如下：1、橋上有活載，臺(tái)后無(wú)汽車(chē)荷載（1） 主要組合：包括恒載，橋上活載及臺(tái)前、臺(tái)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(tái)后也有汽車(chē)荷

12、載（1） 主要組合：包括恒載、橋上活載、橋前土壓力及臺(tái)后有汽車(chē)荷載作用時(shí)的土壓力。（2） 附加組合：主要組合荷載+支座摩阻力。3、 橋上無(wú)活載，臺(tái)后無(wú)汽車(chē)荷載 （1）、主要組合：包括恒載，臺(tái)前、臺(tái)后土壓力。 （2）、附加組合：主要組合荷載+支座摩阻力。4、橋上無(wú)活載，臺(tái)后有汽車(chē)荷載（1） 主要組合：包括恒載、臺(tái)前土壓力及臺(tái)后汽車(chē)荷載時(shí)的土壓力（重車(chē)在臺(tái)后）。（2） 附加組合：主要組合荷載+支座摩阻力。5、 無(wú)上部構(gòu)造時(shí)橋臺(tái)基礎(chǔ)自重、臺(tái)前臺(tái)后土壓力。表4 荷載組合計(jì)算表序號(hào)荷載作用情況計(jì)算項(xiàng)目公路一級(jí)工況一橋上有活載，臺(tái)后無(wú)汽車(chē)荷載工況二橋上有活載，臺(tái)后有汽車(chē)荷載工況三橋上無(wú)活載臺(tái)后無(wú)汽車(chē)荷載工

13、況四橋上無(wú)活載，臺(tái)后有汽車(chē)荷載 工況五無(wú)上部構(gòu)造時(shí)1上部荷載豎向力1100110011001100彎矩2臺(tái)身、基礎(chǔ)自重與基礎(chǔ)上土重豎向力彎矩3汽車(chē)荷載引起的支座反力豎向力彎矩4人群荷載引起的支座反力豎向力彎矩5臺(tái)后土壓力力水平：豎直：水平豎直：水平：豎直：水平豎直：水平：豎直：彎矩水平：豎直：水平：豎直：水平：豎直：水平：豎直：水平：豎直：6臺(tái)前溜坡土壓力力水平：豎直：水平：豎直：水平：豎直：水平：豎直：水平：豎直：彎矩水平：豎直：水平：豎直：水平：豎直：水平：豎直：水平：豎直：7支座摩阻力取與臺(tái)后土壓力同向水平力彎矩8組合水平力豎直力彎矩四、地基承載力驗(yàn)算1、臺(tái)前、臺(tái)后填土對(duì)基底產(chǎn)生的附加應(yīng)

14、力計(jì)算因臺(tái)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： 臺(tái)后填土高度（從原地面起算）h=8m。當(dāng)基礎(chǔ)埋置深度為時(shí)，取基礎(chǔ)后邊緣附加應(yīng)力系數(shù)=，基礎(chǔ)前邊緣的附加應(yīng)力系數(shù)=。則后邊緣處：前邊緣處：此處，計(jì)算臺(tái)前溜坡椎體對(duì)基礎(chǔ)前邊緣地面處引起的附加應(yīng)力時(shí)，填土高度可近似取基礎(chǔ)邊緣作垂線(xiàn)與坡面交點(diǎn)的距離（h=），并取系數(shù)，則因此，基礎(chǔ)前邊緣總的豎向附加應(yīng)力：基礎(chǔ)后邊緣：基礎(chǔ)前邊緣：2、基底壓應(yīng)力計(jì)算進(jìn)行基底承載力驗(yàn)算時(shí)，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(xiàng)作用效應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)分別為：上部構(gòu)造恒載、橋臺(tái)及基礎(chǔ)自重、臺(tái)前及臺(tái)后土壓力、支座摩阻力、人群荷載均為，汽車(chē)荷

15、載為。（1） 建成后使用時(shí)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，因此以工況（二）來(lái)控制設(shè)計(jì)?；讐簯?yīng)力計(jì)算：考慮臺(tái)前、臺(tái)后填土產(chǎn)生附加應(yīng)力后的總應(yīng)力：臺(tái)前：臺(tái)后：（2） 、施工時(shí)施工時(shí)按照表四荷載組合計(jì)算表中四工況五來(lái)計(jì)算，其中豎向力之和為，彎矩為 。考慮臺(tái)前、臺(tái)后填土產(chǎn)生附加應(yīng)力后的總應(yīng)力：臺(tái)前：臺(tái)后：3、地基強(qiáng)度驗(yàn)算（1）、持力層強(qiáng)度驗(yàn)算根據(jù)土工試驗(yàn)資料，持力層為一般黏性土，根據(jù)公橋基規(guī)，當(dāng)，時(shí)，查得=354kpa，因基礎(chǔ)置埋深度為原地面下（<）,不考慮深度修正；對(duì)黏性土地基，雖，不進(jìn)行寬度修正。=滿(mǎn)足要求。（2）、下臥層強(qiáng)度驗(yàn)算下臥層為一般黏性土，由e=，

16、可查得容許承載力=，小于持力層的容許承載力=354kpa，故作如下驗(yàn)算。基底至土層頂面（高層為+）處的距離為：z=當(dāng)，附加應(yīng)力系數(shù)=，且計(jì)算下臥層頂面處壓應(yīng)力時(shí)，基底壓應(yīng)力取平均值，即而下臥層頂面處的容許承載力可按下式計(jì)算：其中：，而,則= 滿(mǎn)足要求。五、地基變形驗(yàn)算（沉降計(jì)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(duì)基礎(chǔ)沉降影響較大，因此應(yīng)計(jì)算基礎(chǔ)沉降。根據(jù)規(guī)范，橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)的沉降量按恒載用單向分層總和法計(jì)算。受壓層深度的確定：在土層2底部的自重應(yīng)力為：基底處附加應(yīng)力為：將土層1分為和兩層，土層2分為和兩層，下面為軟質(zhì)巖層，不必計(jì)算，分為四層即可。則每一薄層的沉降分別

17、：分層1 附加應(yīng)力系數(shù)附加應(yīng)力分層2 附加應(yīng)力系數(shù)附加應(yīng)力分層3 附加應(yīng)力系數(shù)附加應(yīng)力分層4 附加應(yīng)力系數(shù)附加應(yīng)力每一層的平均附加應(yīng)力每一層的沉降量基礎(chǔ)中心點(diǎn)以下的總沉降量為：按規(guī)范得，墩臺(tái)允許均勻總沉降量為，當(dāng)l<25m時(shí)，取l=25m，則容許的總沉降s= ，故可以滿(mǎn)足要求。六、基底偏心距驗(yàn)算1、僅受永久作用標(biāo)準(zhǔn)效應(yīng)組合時(shí)，非巖石地基上的橋臺(tái)應(yīng)滿(mǎn)足。滿(mǎn)足要求。2、考慮作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)組合時(shí)，非巖石地基應(yīng)滿(mǎn)足。由表4“荷載組合”知橋上無(wú)荷載、臺(tái)后有車(chē)輛荷載時(shí)最不利：滿(mǎn)足要求。七、基礎(chǔ)穩(wěn)定性驗(yàn)算1、傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算(1)、使用階段永久作用和汽車(chē)、人群的標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)組合，以工況二（橋上有活載，臺(tái)后有活載）計(jì)算，則：滿(mǎn)足要求。各