埋置式埋置式橋臺剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算書

1、 河南理工大學(xué) 基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)計(jì)算書  課題名稱：“埋置式橋臺剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)設(shè)計(jì)” 學(xué)生學(xué)號：   321407020422  專業(yè)班級：   道橋1204     學(xué)生姓名： 連帥龍 指導(dǎo)教師： 任連偉 課題時(shí)間： 2015-7-1 至 2015-7-10 埋置式橋臺剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算書1.設(shè)計(jì)資料及基本數(shù)據(jù)某橋上部結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土剪支T形梁，標(biāo)準(zhǔn)跨徑上20.00m，計(jì)算跨徑L=19.60m，擺動(dòng)支座，橋面寬度為凈7m+2×1.0m，雙車道，按公路橋涵地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D63200

2、7）進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。1) 設(shè)計(jì)荷載為公路級。人群荷載為。材料：臺帽、耳墻及截面aa（設(shè)計(jì)洪水位）以上混凝土強(qiáng)度等級為C20，臺身（自截面a-a以下），基礎(chǔ)用C15的素混凝土澆筑，。臺后及溜坡填土，填土的內(nèi)摩擦角，粘聚力C=0。水文、地質(zhì)資料：設(shè)計(jì)洪水位高程離基底的距離為6.5m（在a-a截面處），地基土的物理、力學(xué)指標(biāo)見表1.1 表1.1 各土層物理力學(xué)指標(biāo)序號土層名稱層厚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)固結(jié)快剪壓縮性指標(biāo)CkPa度a1-2MPa-1Es1-2MPa1粘土6.52619.70.742.7244200.155200.1511.62粉質(zhì)粘土4.12819.10.8

3、22.7134150.620160.2672橋臺與基礎(chǔ)構(gòu)造及擬定的尺寸橋臺與基礎(chǔ)構(gòu)造及擬定的尺寸如圖1.1所示，基礎(chǔ)分兩層，每層厚度為0.5m，襟邊和臺階等寬，取0.4m?；A(chǔ)用C15的混凝土澆筑，混凝土的剛性角?；A(chǔ)的擴(kuò)散角為：滿足要求。 圖1.1橋臺及基礎(chǔ)構(gòu)造和擬定的尺寸（高程單位m）3荷載計(jì)算及組合（1）上部構(gòu)造恒載反力及橋臺臺身、基礎(chǔ)自重和基礎(chǔ)上土重計(jì)算，其值列于表1.2。表1.2 恒載計(jì)算表序號計(jì)算式豎直力對基底中心偏心距彎矩備注10.8×1.34×7.7×25.00206.361.35278.5920.5×1.35×7.7×

4、;25.00129.941.075139.6930.5×2.4×0.35×25.00×221.002.9561.9540.50.2×24×0.5×(0.35+0.7)×25.00×263.002.55160.6551.66×1.25×7.7×25.00399.441.125449.3761.25×5.5×7.7×23.001271.561.1251369.7670.5×1.85×5.5×7.7×23.009

5、01.00-0.12-108.1280.5×3.7×8.5×24.00377.400.137.7490.5×4.3×9.3×24.00479.880.000.00100.5×(5.13+6.9)×2.65-0.51.85×5.5×7.7×17.001420.56-1.055-1498.70110.5×(5.13+7.73)×0.8×3.9×2×17.00682.09-0.07-47.74120.5×0.4×4.3&#

6、215;2×17.0029.240.000.00130.5×0.4×8.5×17.0028.90-1.95-56.3614上部構(gòu)造恒載845.050.65551.23 （2）土壓力計(jì)算土壓力按臺背豎直，填土內(nèi)摩擦角，則臺背與填土之間的外摩擦角計(jì)算，臺后填土水平。 臺后填土表面無汽車荷載時(shí)土壓力計(jì)算臺后填土自重引起的主動(dòng)土壓力計(jì)算式為：已知：臺后及溜坡填土的重度，B為橋臺寬度取7.7m，H為自基底至填土表面的距離，等于10.0m；為主動(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：對基底形心軸的力矩

7、： 臺后填土表面有汽車荷載時(shí)由汽車荷載換算的等代均布土層厚度：式中：破壞棱體長度，當(dāng)臺背豎直時(shí)，。由其中，得：在破壞棱體長度范圍內(nèi)只能放一列汽車，因是雙車道，故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： 其水平向分力：作用點(diǎn)離基礎(chǔ)底面的距離：1對基底形心軸的力矩：其豎直向分力：作用點(diǎn)離基礎(chǔ)形心軸的距離：對基底形心軸的力矩：臺前溜坡填土自重對橋臺前側(cè)面上的主動(dòng)土壓力計(jì)算時(shí)，以基礎(chǔ)前側(cè)邊緣垂線作為假想臺背，土表面的傾斜度以溜坡坡度為1:1.5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：對基底形心軸的力矩：其豎直向分力：作

8、用點(diǎn)離基礎(chǔ)形心軸的距離：對基底形心軸的力矩：（3）支座活載反力計(jì)算支座反力計(jì)算考慮如下兩種情況。臺后無荷載，橋上有汽車及人群荷載）汽車及人群荷載反力：橋跨上的汽車荷載如圖所示，反力影響線的縱距分別為： 圖1.3人群荷載支座反力： 支座反力作用點(diǎn)距離基底形心軸的距離：對基底形心軸的力矩： 58.80.75=44.10）汽車荷載制動(dòng)力由汽車荷載制動(dòng)力按車道荷載標(biāo)準(zhǔn)值在加載長度上計(jì)算的總重力的10%計(jì)算，但公路級不得小于90KN，依照上面的規(guī)定分別為： 因此簡支梁板式橡膠支座的汽車荷載產(chǎn)生的制動(dòng)力為 臺后橋上均有荷載，車輛荷載在臺后A. 汽車及人群荷載反力：由于支座作用點(diǎn)在基底形心軸的右側(cè)，為了在活

9、載作用下得到最大的逆時(shí)針方向力矩，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(shí)針力矩最小，其荷載布置如圖1.3所示，則支座反力為： 人群荷載支座反力：對基底形心軸的力矩：B. 汽車荷載制動(dòng)力：根據(jù)上面分析，按一輛重車的30%計(jì)算： （4）支座摩阻力計(jì)算取擺動(dòng)支座摩擦系數(shù)，則支座摩阻力：對基底形心軸的彎矩：（方向按荷載組合需要確定）對實(shí)體式埋置式橋臺不計(jì)汽車荷載的沖擊力，同時(shí)從以上對制動(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，臺后無汽車荷載；橋上無活載，臺后有汽車

10、荷載；橋上無活載，臺后無活載，橋上有活載，臺后也有汽車荷載，同時(shí)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(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，臺后無汽車荷載（1） 恒載+橋上活載及臺前、臺后土壓力+支座摩阻力。2橋上有活載，臺后也有汽車荷載（1） 恒載+橋上活載+橋前土壓力及臺后有汽車荷載作用時(shí)的土壓力+支座摩阻力。3橋上無活載，臺后無活載（1） 恒載+臺前土壓力 +臺后土壓力4橋上無活載，臺后也有汽車荷載恒載、臺前土壓力及臺后有車輛荷載作用時(shí)的土壓力。5無上部構(gòu)造時(shí)橋臺及基礎(chǔ)自重 +臺前土壓力 +臺后土壓力。各種荷載組合表見表1.3。對地基承載力驗(yàn)算，以荷載組合（3）中的

11、主要組合驗(yàn)算。穩(wěn)定性驗(yàn)算時(shí)，傾覆和滑動(dòng)分別以組合（3）中的附加組合和組合（4）為最不利，因此應(yīng)分情況予以驗(yàn)算。 荷載組合計(jì)算表1.3工況1234水平力1312153812701496豎直力7841 791274247495彎矩-2426-3444-2370-33884地基承載力驗(yàn)算（1）臺前、臺后填土對基底產(chǎn)生的附加應(yīng)力計(jì)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： 臺后填土高度（從原地面起算）h=8m。當(dāng)基礎(chǔ)埋置深度為2.0m時(shí)，取基礎(chǔ)后邊緣附加應(yīng)力系數(shù)=0.46，基礎(chǔ)前邊緣的附加應(yīng)力系數(shù)=0.069。則后邊緣處：前邊緣處：此處，計(jì)算臺前溜坡椎體對基礎(chǔ)前邊緣地面處引起的附加

12、應(yīng)力時(shí)，填土高度可近似取基礎(chǔ)邊緣作垂線與坡面交點(diǎn)的距離（h=4.13），并取系數(shù)，則因此，基礎(chǔ)前邊緣總的豎向附加應(yīng)力：（2）基底壓應(yīng)力計(jì)算建成后使用時(shí)，由于工況2作用下產(chǎn)生的豎向應(yīng)力最大，所以以工況2來控制設(shè)計(jì)。此時(shí)基底壓應(yīng)力為考慮臺前、臺后填土產(chǎn)生附加應(yīng)力后的總應(yīng)力：臺前： 臺后：（3）地基承載力驗(yàn)算持力層強(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2.0m（<3.0m）,不考慮深度修正；對黏性土地基，雖，不進(jìn)行寬度修正。=滿足要求。下臥層強(qiáng)度驗(yàn)算下臥層為一般黏性土，由e=0.82，可查得容許承載力=222.00KPa

13、，小于持力層的容許承載力=370KPa，故作如下驗(yàn)算?；字镣翆禹斆妫ǜ邔訛?5.0）處的距離為：Z=11.5-2.0-5.0=4.5m當(dāng)，附加應(yīng)力系數(shù)=0.469，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=223.35KPa 滿足要求。4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應(yīng)滿足 （2）考慮作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)組合時(shí)，非巖石地基應(yīng)滿足。由工況4來控制設(shè)計(jì)即橋上無荷載、臺后有車輛荷載作用：5基礎(chǔ)穩(wěn)定性驗(yàn)算（1）傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算永久作用和汽車人群的標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)組合：以工況2來控制設(shè)計(jì):橋上臺后均有活荷載，車道荷

14、載在橋上，車輛荷載在橋后，滿足要求。各種作用的標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)組合：以工況4來控制設(shè)計(jì) 即橋上無活荷載，臺后有車輛荷載作用。則 滿足要求。（2） 滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算 因基底處地基土為硬塑性黏土，查得u=0.30。永久作用和汽車人群的標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)組合以工況2來控制設(shè)計(jì)，即橋上臺后均有活載，車道荷載在橋上，車輛荷載在臺后，則滿足要求。各種作用的標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)組合以工況4來控制設(shè)計(jì)，即橋上無活載，臺后有車輛荷載作用。則滿足要求6 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，橋梁墩臺基礎(chǔ)的沉降量按恒載用單向分層總和法計(jì)算。 A

15、確定地基變形的計(jì)算深度 =b(2.5-0.4Inb)=4.3(2.5-In4.3)=8.2 B 確定分層厚度 第一層：從基礎(chǔ)底部向下4.5米 第二層：從一層底部向下3.7米C確定各層土的壓縮模量 第一層：=10.15=6.67 MPa 第二層: =10.26=3.85MPa D 求基底處的附加應(yīng)力 以工況2來控制設(shè)計(jì)，傳至基礎(chǔ)底面的作用效應(yīng)應(yīng)按正常是用極限狀態(tài)的長期效應(yīng)組合才用，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，橋臺及基礎(chǔ)自重，臺前及臺后土壓力，支座摩阻力均為1.0，汽車荷載和人群荷載均為0.4基底處附加應(yīng)力為： N=6804.41+557.49+133.12+0.4(511.95+58.8)=7723.32KNE計(jì)算地基沉降計(jì)算深度范圍內(nèi)各層