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

1、基礎(chǔ)工程課程設(shè)計無筋擴(kuò)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 1二、設(shè)計資料分析 3三、荷載計算及組合 41、橋臺自重及上部構(gòu)造恒載計算 42、土壓力計算 53、 支座活載反力計算 84、 支座摩阻力計算 105、 荷載組合 11四、地基承載力驗算 131、臺前、臺后填土對基底產(chǎn)生的附加應(yīng)力計算 132、基底壓應(yīng)力計算 133、地基強(qiáng)度驗算 14五、地基變形驗算（沉降計算）156、 基底偏心距驗算 17七、基礎(chǔ)穩(wěn)定性驗算 171、傾覆穩(wěn)定性驗算 172、滑動穩(wěn)定性驗算 18八、結(jié)論 192一、設(shè)計資料1、基本概況某橋上部構(gòu)造采用裝配式鋼

2、筋混凝土T形梁。標(biāo)準(zhǔn)跨徑20.00m，計算跨徑19.5m。擺動支座，橋面寬度為7+2×1.0m，雙車道，參照公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范進(jìn)行設(shè)計。設(shè)計荷載：公路-級，人群荷載為3.5kN/m2。材料：臺帽、耳墻及截面a-a以上均用20號鋼筋混凝土，；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(qiáng)度部少于30號），基礎(chǔ)用15號素混凝土澆筑，；臺后及溜坡填土；填土的內(nèi)摩擦角，粘聚力c=0?；A(chǔ)類型：無筋擴(kuò)展矩形基礎(chǔ)基礎(chǔ)材料：混凝土強(qiáng)度等級C15C20，鋼筋為、級鋼筋。2、水文地質(zhì)資料水文、地質(zhì)資料：設(shè)計洪水位標(biāo)高離基底的距離為6.5m（即在a-a截面處）。地

3、基土的物理、力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)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(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3.23.62619.700.742.724424200.100.1555206.46.82819.100.822.713319150.60.2620163、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，襟邊和臺階寬度相等，取0.4m，基坑邊坡系數(shù)可取m=0.751.0。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

4、(kN.m)（一）主要1179.178129.51-2371.30附加1221.378129.51-2740.18（二）主要1421.537854.90-3683.11附加1463.737854.90-4051.99（三）主要1421.537620.87-3835.24附加1463.737620.87-4204.12（四）1482.287640.02-4110.24（五）1179.178380.24-2208.32（六）1179.176696.44-3302.79二、設(shè)計資料分析設(shè)計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)見下表： 表3 各土層物理力學(xué)指標(biāo)序號

5、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)直剪試驗壓縮性指標(biāo)CkPa度a1-2MPa-1Es1-2MPa1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(yuǎn)小于0.75屬于硬塑土，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(kuò)展基礎(chǔ)，初步擬定埋深2.0m，見圖1。基礎(chǔ)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1.1，經(jīng)驗算不滿足要求時再調(diào)整尺

6、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：滿足要求。三、荷載計算及組合1、上部構(gòu)造恒載反力及橋臺臺身、基礎(chǔ)自重和基礎(chǔ)上土重計算。參照圖一基礎(chǔ)臺身結(jié)構(gòu)和給出的材料特性，可得出以下計算。、橋臺a-a截面以上自重計算：豎向力F1=0.8×1.34×7.7×25.00=206.36kN,彎矩M1=206.36×1.35=278.59kN.m；豎向力F2=0.5×1.35×7.7×25.00=129.94kN,彎矩M2=129.94×1.075=139.69kN.m；豎向力F3=0.5×2.4

7、×0.35×25.00×2=21.00kN,彎矩M3=21.00×2.95=61.95kN.m；豎向力F4=0.50.2×24×0.5×(0.35+0.7)×25.00×2=63.00kN,彎矩W4=63.00×2.55=160.65kN.m；豎向力F5=1.66×1.25×7.7×25.00=399.44kN,彎矩M5=399.44×1.125=449.37kN.m。、a-a截面以下臺身及基礎(chǔ)自重計算：豎向力F6=1.25×5.5×7

8、.7×23.00=1217.56kN,彎矩M6=1217.56×1.125=1369.76kN.m；豎向力F7=0.5×1.85×5.5×7.7×23.00=901.00kN,彎矩M7=901.00×（-0.12）=-108.12kN.m；豎向力F8=0.5×3.7×8.5×24.00=377.40kN,彎矩M8=377.40×0.1=37.74kN.m；豎向力F9=0.5×4.3×9.3×24.00=479.88kN,彎矩M9=479.88×0

9、=0kN.m。、臺后及溜坡填土自重計算：豎向力F10=0.5×(5.13+6.9)×2.65-0.51.85×5.5×7.7×17.00=1382.16kN,彎矩M10=1382.16×（-1.0618）=-1467.58kN.m；豎向力F11=0.5×(5.13+7.73)×0.8×3.9×2×17.00=682.10kN,彎矩M11=682.10×（-0.07）=-47.75kN.m；豎向力F12=0.5×0.4×4.3×2×17.

10、00=29.24kN,彎矩M12=29.24×（-1.95）=57.02kN.m；豎向力F13=0.5×0.4×8.5×17.00=28.90kN,彎矩M13=28.90×0.65=18.79kN.m。、上部構(gòu)造恒載計算：上部構(gòu)造恒載取值F14=1100kN,彎矩W13=1100×0.65=715.00kN.m。綜上所述，恒載豎向力之和，彎矩2、土壓力計算。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算，臺后填土水平。 、臺后填土表面無汽車荷載時土壓力計算臺后填土自重引起的主動土壓力計算式為：式中：Ea臺后填土自重引起

11、的主動土壓力，kN； B橋臺寬度取7.7m； 主動土壓力系數(shù)； 臺后及溜坡填土的重度，??； H自基底至填土表面的距離，取10.0m。主動土壓力系數(shù)求?。簞t：其水平向分力：離基礎(chǔ)底面的距離：對基底形心軸的力矩：其豎直向分力：作用點離基礎(chǔ)形心軸的距離：對基底形心軸的力矩： 、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h0為：式中：Q布置在B0L范圍內(nèi)的車輪總重，Q為每輛標(biāo)準(zhǔn)汽車總重550kN； B0不計車輛荷載作用時破裂棱體的寬度，m； L擋土墻的計算長度，m； 其中：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：臺背在填土連同破壞

12、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，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：作用點離基礎(chǔ)形心軸的距離：對基底形心軸的力矩：6、 支座活載反力計算支座反力計算考慮如下三種情況。、臺后無荷載，橋上有汽車及人群荷載）汽車及人群荷載反力：公路-級車道荷載的均布荷載

13、標(biāo)準(zhǔn)值，集中荷載隨計算跨徑而變，計算跨徑小于或等于5 m時，；計算跨徑大于或等于50m時， ；計算跨徑在5-50m時，按照直線內(nèi)插求取。人群荷載3.5kN/m2。則：橋跨上的汽車荷載如圖所示，荷載布置圖如下：圖 2汽車荷載支座反力：人群荷載支座反力： 支座反力作用點距離基底形心軸的距離：對基底形心軸的力矩：）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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)值不得小于165kN。 則制動力取值為：H=165×0.25=41.25kN。、臺后橋上均有荷載，車輛荷載在臺后）汽車及人群荷載反力：由于支座作

14、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：人群荷載支座反力：對基底形心軸的力矩： ）汽車荷載制動力：根據(jù)上面分析，汽車制動力H=41.25kN4、支座摩阻力計算取擺動支座摩擦系數(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

15、；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(jìn)行驗算?，F(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

16、（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、臺前臺后土壓力。表4 荷載組合計算表序號荷載作用情況計算項目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上部荷載豎向力1100110011001100彎矩715.00715.00715.00715.002臺身、基礎(chǔ)自重與基礎(chǔ)上土重豎向力5917.985917.985917.985917.985917.98彎矩797.91797.91

17、797.91797.91797.913汽車荷載引起的支座反力豎向力680.76680.76彎矩442.49442.494人群荷載引起的支座反力豎向力68.2568.25彎矩44.3644.365臺后土壓力力水平：1541.80豎直：486.13水平1764.12豎直：556.22水平：1541.80豎直：486.13水平1764.12豎直：556.22水平：1541.80豎直：486.13彎矩水平：-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

18、前溜坡土壓力力水平：-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彎矩水平：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：-286.21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55.0055.0055.0055.00彎矩-478.50-478.50-478.50-478.508組合水平力1174.61396.921119.61341.921

19、118.80豎直力8386.248456.337637.237707.326537.23彎矩-2187.12-3175.25-2673.97-3662.1-2910.48四、地基承載力驗算1、臺前、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： 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，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)，則因此，基礎(chǔ)前

20、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)力計算進(jìn)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。（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?；讐簯?yīng)力計算：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：（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 。

21、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、地基強(qiáng)度驗算（1）、持力層強(qiáng)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)，時，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。（2）、下臥層強(qiáng)度驗算下臥層為一般黏性土，由e=0.82，可查得容許承載力=222.00KPa，小于持力層的容許承載力=354KPa，故作如下驗算?；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，且計算下臥層頂面處壓應(yīng)力時，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算：其中：，而,則=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