鋼性擴大基礎設計方案

第一章剛性擴大基礎設計第一節(jié)淺基礎尺寸及高程擬定剛性擴大基礎概述由于地基強度一般較墩臺或墻柱的強度低，因而需要將其基礎平面尺寸擴大以滿足地基強度要求，這種剛性基礎稱剛性擴大基礎。它是橋涵及其它構造物常用的基礎形式，其每邊擴大的尺寸最小為0.20~0.50m，視土質基礎厚度、埋置深度和施工方法而定。作為剛性基礎，每邊擴大的尺寸應受到材料剛性角的限制。當基礎較厚時，可在縱橫兩個剖面上都做成臺階形，以減少基礎自重，節(jié)省材料，如圖1-1所示。二、鐵路墩臺基礎埋置深度在有沖刷處，基底應在墩臺附近最大沖刷線以下，不小于下列安全值：對于一般橋梁安全值為2m加沖刷總深度的10%；對于特大橋（或大橋）屬于技術復雜、修復困難或重要者，安全值為3m加沖刷總深度的10%，如表1-1所示。表1-1鐵路橋基底埋深安全值沖刷總深度(mm)051020安全值m一般橋梁2.02.53.04.0特大橋屬于技術術復雜、修修復困難或或重要者設計頻率流量3.03.54.05.0檢算頻率流量1.51.82.02.5注：沖刷總深度為自河床面算起的一般沖刷深度與局部沖刷深度之和根據(jù)設計資料，5號墩位的沖刷總深度為5.21m。因此確定基底位于局部沖刷線以下3.5m，基底標高為6.42m。持力層為中密粗砂。剛性擴大基礎尺寸的擬定基礎頂面一般應低于設計地面10m以上，以免基礎外露，遭受外界影響而破壞。剛性擴大基礎的剖面形式一般做成矩形或臺階形，如圖1-2所示。自墩臺、臺身邊緣至基頂邊緣的距離稱襟邊，其作用一方面是擴大基底面積增加基礎承載力，同時也便于調整基礎施工時在平面尺寸上可能發(fā)生的誤差，也為了支墩、臺身模板的需要。橋梁墩臺基礎襟邊最小值為20~30cm。自墩臺身邊緣處的垂線與基底邊緣的聯(lián)線間的最大夾角，稱為剛性角。在設計時，應使每個臺階寬度與厚度保持在一定比例內，使其夾角，這是可認為屬于剛性基礎，不必對基礎進行彎曲拉應力和剪應力的強度檢算，在基礎中也可不設置受力鋼筋。圖2－1基礎類型圖2－1基礎類型我國《鐵橋基規(guī)》規(guī)定：雙向受力矩形墩臺的各種形狀基礎以及單向和雙向受力的圓端形橋墩采用的明挖基礎，其最上一層石砌，混凝土，其下各石砌混凝土?；A每層臺階高度通常為0.5m~1.0m,在一般情況下各層臺階宜采取相同厚度?？紤]上述因素，將5好墩基礎做成三層臺階，襟邊均定為30cm,臺階厚度均定為1m。如圖1-3墩身長為18.73m,墩底截面尺寸如圖1-4示第二節(jié)荷載的計算墩身及基礎采用片石混凝土。一、橋墩及基礎尺寸如圖1-5所示。二、設計低水位至墩底段墩身重量墩底截面面積設計低水位處墩身截面面積設計低水位處至墩底段墩身體積重量三、基礎自重體積重量四、覆蓋在基頂上的土重覆蓋在第一層臺階頂面上土壤面積為土重覆蓋在第二層臺階頂面上土壤面積為土重覆蓋在第三層臺階頂面上土壤面積為土重因此五、浮力設計低水位處至墩底段墩身浮力第三節(jié)剛性擴大基礎的檢算橋梁位于直線平坡地區(qū)，只考慮縱向荷載組合，故只對縱橋方向進行檢算基礎本身強度檢算基礎縱向、橫向的剛性角都滿足的要求，故縱、橫向皆能滿足基礎圬工強度要求。地基容許承載力計算持力層為中密粗砂，基本承載力，修正系數(shù)，，因持力層為透水層，故應采用浮容重，，故地基容許承載力為當荷載為主力加附加力時，可提高20%式中—地基土的基本承載力。可由教材表1-4查得。b—基礎驗算剖面最小邊寬，當時，取計，當時，按10m計算。h—基礎底面的埋置深度（m）,對于受水流沖刷的基礎，由一般沖刷線算起?！紫鲁至拥奶烊蝗葜?如持力層在水面以下且為透水性土時，應取用浮容重?！滓陨贤恋娜葜兀ㄈ鐬槎鄬油習r用換算容重），如持力層在在水面以下且為不透水性土時，不論基底以上的透水性如何，應一律采用飽和容重，如持力層為透水性土時，應一律采用采用浮容重?！闯至油令惔_定在基礎寬度和深度方面的修正系數(shù)，其值按持力層土類從教材表1-5中選用?；讐簯捌臋z算，基礎滑動及傾覆穩(wěn)定檢算。1、5號橋墩作用于設計低水位處的設計荷載如表1-2.表1-2設計低水位處設計荷載兩孔滿載（低水水位）一空重載（低水水位）一孔輕載（高水水位）一孔輕載（低水水位）8858.2406.72720.17956.4406.73160.16130.4402.73039.87334.6406.73055.7注：豎向力和水平力的的單位為Kn,力矩M的單位為,和的符號相同表示兩者對基礎的轉向效應相同。2、5號橋墩作用于基礎底面形心處的設計荷載如表1-3.表1-2設計低水位處設計荷載兩孔滿載（低水水位）一空重載（低水水位）一孔輕載（高水水位）一孔輕載（低水水位）14920.22406.79056.514018.44406.79496.512192.44402.79313.913396.66406.79392.1注：豎向力和水平力的的單位為Kn,力矩M的單位為,和的符號相同表示兩者對基礎的轉向效應相同。3、基底壓應力及偏心檢算，基礎滑動及傾覆穩(wěn)定檢算,詳見表1-4。表1-4縱橋向檢算檢算項目兩空滿載（低水水位）一空重載（低水水位）一孔輕載（高水水位）一孔輕載（低水水位）抗傾覆力矩=37022.22傾覆穩(wěn)定系數(shù)3.97容許最小穩(wěn)定系系數(shù)1.50基底摩擦力滑動穩(wěn)定系數(shù)12.11容許最小滑動穩(wěn)穩(wěn)定系數(shù)1.30基底面積59.9659.9659.96基底截面模量52.4852.4852.48248.8+1172.66=4211.4233.8+1181.00=4144.8223.4+1179.00=4022.476.252.844.4地基容許承載力力豎向合力偏心0.610.680.701容許偏心1.0121.0121.012檢算結果表明都符合要求四、基礎沉降檢算因持力層下無軟弱下臥層，故不必進行軟弱下臥層檢算，橋下地質條件簡單，故只要基底壓應力小于，可不必進行沉降檢算。樁基礎的設計樁和承臺尺寸的擬定一、樁類，樁徑，樁底標高及承臺頂面標高的擬定樁基礎采用高承臺式嵌巖樁。承臺頂面設置于河床面處，此處高程15.51m。據(jù)此可確定墩底截面尺寸如圖2-1所示。樁擬用鉆空灌注樁，鉆孔灌注樁的設計樁徑一般為0.8、1.0、1.25和1.5m,因此擬用樁徑為1.5m,以沖抓錐施工。樁底擬定在風化砂巖面以下2m,高程為-3.5m。承臺及樁采用混凝土。二、估算樁數(shù)n1、設計低水位處至墩底段墩身重量低水位處墩身截面面積為。墩底截面面積為體積重量2、設計低水位處至墩底段墩身所受浮力作用在承承臺頂面中中心的豎向向荷載為荷載加兩兩孔滿載（低低水位）時時3、計算算嵌巖樁軸軸向受壓容容許承載力力《鐵鐵橋基規(guī)》規(guī)規(guī)定，支承承于巖石層層上于嵌入入巖石層內內的鉆孔灌灌注樁的容容許承載力力，，，，式中—單樁樁軸向受壓壓容許承載載力；—嵌入巖石石層內的樁樁及管柱的的鉆孔周長長；——自新鮮巖巖石面算其其的嵌入深深度；——系數(shù)，根根據(jù)巖石層層破碎程度度和清底情情況決定，按按表2-22-1采用用?！獛r石試塊塊單軸抗壓壓極限強度度；—樁底面積積。表2-1系數(shù)值條件條件良好的0.60.05一般的0.40.03較差的0.50.044、估算樁數(shù)n估計計為135000,,故取式中—樁的根數(shù)數(shù)；——作用在承承臺底面上上的豎向荷荷載;—考慮偏心心荷載時各各樁受力不不均而適當當增加樁數(shù)數(shù)的經驗系系數(shù)，可取取。三、擬定承臺的的尺寸及樁樁的排列方方式根據(jù)據(jù)墩底面尺尺寸及樁尺尺寸，擬定定承臺尺寸寸為。群樁樁布置擬用用6根灌注樁樁，其排列列見圖2-2所示，為為對稱豎直直雙排樁。第二節(jié)樁基礎礎的計算一、樁基礎計算算簡圖樁基礎縱向斷面面及橫向斷斷面如圖2-2所示二、計算承臺底底面形心點點的位移、、1、承臺重量2、計算作用在承承臺底面中中心的荷載載恒載加兩兩孔滿載（低低水位）時時3、樁的計算寬度度4樁的的變形系數(shù)數(shù)樁在局部部沖刷線以以下深度，其其計算長度度為，因此此按彈性樁樁計算。5、樁樁頂剛度系系數(shù)的計算算按樁中心心距計算面面積，故取取式中—豎向地地基系數(shù)。對對于巖石的的豎向地基基系數(shù)，認認為不隨巖巖層面的埋埋置深度而而變，可參參考表2-2采用。表2-2巖石的豎豎向地基系系數(shù)值1注：為巖石的單單軸向抗壓壓極限強度度；當為中中間值時，采采用內插法法。已知：取用4查教材附附表3—17、3—18、3—19得：6、計算承臺底面面形心點的的位移、、由教材式（3--40）得三、計算作用每每根樁頂上上的作用力力按教教材（3-41）計算，得得豎向力水平力彎矩校核：單樁承受受的最大豎豎向荷載故設計滿滿足要求繪制承受最大荷荷載單樁樁樁身彎矩圖圖、剪力圖圖、樁側土土的橫向抗抗力圖計算局部沖刷線線處樁身彎彎矩，水平平剪力及軸軸向力N，繪制彎矩分布圖圖換算深度因此可用教材公公式（3-15）中的相相應公式，可取取無量綱系系數(shù)及有教材附附表3-3，3-7查得，值計計算如圖2-3，其彎矩矩分布如圖2-3-所示表2-3，值y00401.000000062.9362.930.510.240.1969660.99806632.3362.8195.141.520.640.5293880.95861186.9060.33147.232.541.040.7320550.850899120.1653.55173.713.811.540.7546660.640811123.8740.33164.205.082.040.6141330.406588100.8129.31130.126.602.640.3545880.17546658.2011.0469.247.613.040.1930550.07595531.694.7836.478.893.540.0508110.0135448.340.859.1910.154.040.0000550.0000990.010.630.64繪制樁側土的橫橫向抗力圖圖無量綱系數(shù)及由由教材附表表3-1，3-5查得，值計計算如表2-4，其分布如如圖2-4表2-4值y002.4406661.6210000.000.000.000.510.22.1177991.2908886.681.568.241.520.61.50680.74981114.252.7216.972.541.00.9704110.36119915.302.1817.483.811.50.4661440.06288811.020.5711.595.082.00.146966-0.0757724.63-0.923.716.602.6-0.039886-0.111336-1.63-1.75-3.387.613.0-0.087441-0.094771-4.13-1.72-5.858.893.5-0.104995-0.056998-5.79-1.21-710.154.0-0.107888-0.014887-6.80-0.36-7.16繪制剪力分布圖圖無量綱系數(shù)及由由教材附表表3-4，3-8查得，值計計算如表2-5，其分布如如圖2-5表2-5值y001.000000067.30067.300.510.20.955511-0.02799564.31-0.7263.591.520.60.674866-0.18199145.42-4.6940.732.541.00.289011-0.35055919.45-9.0510.43.811.5-0.139552-0.467115-9.39-12.05-21.445.082.0-0.388339-0.449114-26.14-11.59-37.376.602.6-0.436551-0.307332-29.38-7.93-37.317.613.0-0.360665-0.190552-24.27-4.92-29.198.893.5-0.199775-0.016772-13.44-0.43-13.0110.154.0-0.000002-0.0004450-0.01-0.0