基础工程课程设计计算书桥台扩大基础设计x0001

1、基础工程课程设计无筋扩展矩形基础计算书土木建筑工程学院道路桥梁121班陈召桃 1203110210目录一、设计资料二、设计资料分析三、荷载计算及组合1、台自重及上部构造恒 算 42、土力算 53、支座活反力算 84、支座摩阻力算 105、荷合 11四、地基承载力验算131、台前、台后填土基底生的附加力算132、基底力算 133、地基度算 14五、地基变形验算（沉降计算）1517六、基底偏心距验算七、基础稳定性验算 171、覆定性算 172、滑定性算 1819八、结论一、设计资料1、基本概况某桥上部构造采用装配式钢筋混凝土 T形梁。标准跨径20.00m，计算跨径 19.5mo摆动支座，桥面宽度为

2、7+2X 1.0m,双车道，参照公路桥涵地基与基 础设计规范进行设计。设计荷载：公路I级，人群荷载为3.5kN/m2 o材料：台帽、耳墙及截面a-a以上均用20号钢筋混凝土， Vi =25.00kN/m3 ； 台身（自截面a-a以下）用7.5号浆砌片、块石（面墙用块石，其它用片石，石 料强度部少于30号），2 23 .0OkN / m3基础 用15号素 混凝土浇 筑，=24.00kN/m 3 ；台后及溜坡填土 74 =17.00kN/m 3 ；填土的内摩擦角©=35。, 粘聚力c=0o基础类型：无筋扩展矩形基础基础材料：混凝土强度等级 C15C20,钢筋为I、II级钢筋。2、水文地质

3、资料水文、地质资料：设计洪水位标高离基底的距离为65m （即在aa截面处）。地基 土的物理、力学性质指标见下表：表1取土深度自地面算起（m）天然状态下土的物理指标土粒密度7so(t / m3 )塑性界限液性指 数II压缩系数1-2a(mm2 /N)直剪试验含水量3（%）天然容重y( kN / m3 )孔隙比e液限塑限塑性指数Ip粘聚力C (kN/m 2 )内摩擦角*03.23.62619.700.742.724424200.100.1555206.4-6.82819.100.822.713319150.60.2620163、桥墩及基础构造和初拟尺寸（如图）初步拟定基础分两层，每层厚度为0.5m

4、,襟边和台阶宽度相等，取0.4m,基坑 边坡系数可取m二0.751.0。4、荷载组合情况表2作用效应组合汇总表荷载组合水平力（kN）竖向力（kN）弯矩（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

5、.79二、设计资料分析设计洪水位高程离基底的距离为 6.5m （在aa截面处），地基土的物理、力学指标见下表：表3 各土层物理力学指标序号土层名称层厚m含水量%重度kN/m 孔A城比比重液限塑性指数液性指数直剪试验压缩性指标CkPa4）度a 1-2MPa'1Esl-2MPa1硬塑粘土6.52619.70.742.7244200.155200.1511.62软塑亚粘土4.12819.10.822.7134150.620160.2673软质基岩21.5由表可知上层粘土的液性指数远小于 0.75属于硕塑土，中层软塑亚粘土相 对的承载力较弱，则该基础应浅埋，采用无筋刚性扩展基础，初步拟定埋深2

6、.0m, 见图lo基础分两层，每层厚度为 0.5m,襟边和台阶等宽，取0.4m。根据襟边和台阶构造要求初拟出平面较小尺寸，见图 11 ,经验算不满足要求时再调整尺寸。基础用C15的素混凝土浇筑，混凝土的刚性角 amax= 40%基础的扩散角为:40a - tan38.66,<ocmax -°1.0满足要求。三、荷载计算及组合1、上部构造恒载反力及桥台台身、基础自重和基础上土重计算。参照图一基础台身结构和给岀的材料特性，可得出以下计算。、桥台aa截面以上自重计算：竖向力 Fi=0.8 XI.34 X7.7 X25.00二206.36kN,弯矩 Mi=2O6.36 X1.35=27

7、8.59kN.m ；竖向力 F2=0.5 XI.35 X7.7 X25.00二 129.94kN,弯矩 血二129.94 X1.075=139.69kN.m ；竖向力 F3=0.5 X2.4 X0.35 X25.00 X2=21.00kN,弯矩 M=21.00 X2.95=61.95kN.m ；竖向力 F4=0.5 xo.2 X24X 0.5 X(0.35+0.7) X 25.00 X2=63.00kN,弯矩 W4=63.00 X 2.55二 16065kN.m；竖向力 F5=1.66 X 1.25 X 7.7 X25.00二39944kN,弯矩 M二399.44X 1.125=449.37k

8、N.m。、aa截面以下台身及基础自重计算：竖向力 F6=1.25 X 5.5 X7.7 X23.00二 1217.56kN,弯矩 M6=1217.56X1.125=1369.76kN.m；竖向力 F7=0.5 XI.85 X5.5 X7.7 X 23.00=901.OOkN,弯矩 M7=901.00 X(-0.12 ) =-108.12kN.m ；竖向力 F8=0.5 X3.7 X8.5 X 24.00=377.40kN,弯矩 Ms=377.40 X0.1=37.74kN.m ；竖向力 F9=0.5 X4.3 X9.3 X 24.00=479.88kN,弯矩 Mv=479.88 X0=0kN.

9、m。、台后及溜坡填土自重计算:竖向力 Fio=O.5 X(5.13+6.9)X2.65-0.5 xl.85 X5.5 X7.7 X17.00=1382.16kN,弯矩 Mio=1382.16X ( -1.0618 ) =-1467.58kN.m；竖向力 Fh=0.5 X(5.13+7.73) X0.8 X3.9 X2 X 17.00=682.lOkN,弯矩Md=682.10X ( -0.07 ) =-47.75kN.m ；竖向力 Fi2=0.5 X0.4 X 4.3 X2 X 17.00=29.24kN,弯矩 Mi2=29.24 X ( -1.95 ) =57.02kN.m；竖向力 Fb=0.

10、5 X0.4 X 8.5 X17.00二28.90kN,弯矩 Mi3=28.90 X0.65=18.79kN.m。、上部构造恒载计算：上部构造恒载取值 Fi4=1100kN湾矩 Wis=l 100X0.65=715.00kN.m。综上所述，恒载竖向力之和 Z Fi =7017.98kN ,弯矩无Mi=1512.91kNm2、土压力计算。土压力按台背竖直，a =0°,填土内摩擦角9=35。，则台背与填土之间的外cp摩擦角6 =-=17.5 °if算，台后填土水平P =0 o2、台后填土表面无汽车荷载时土压力计算台后填土自重引起的主动土压力计算式为：2式中：Ea一台后填土自重引

11、起的主动土压力，kN；B桥台宽度取7.7m；仏一主动土压力系数；-台后及溜坡填土的重度，取17 KN/m3 ；H 自基底至填土表面的距离，取 lO.Omo主动土压力系数求取:cos2 呼-a )cos2a .cos(a +§ ) A sin# +§)sin(甲 _ 匚 'cos2COS17.5- |1 +L V cosf +6)cos(a - P )j2= 0.247sin 52§jin 35" cosl7.5°则：Ea = 0.5xIX 102x 7.7X 0.247 = 1616.62( KN )其水平向分力：EaF E釣 cos&

12、#169;+a )= 1616.62xcos 17.5° =1541.80( KN)离基础底面的距离：10ey = =3.33(m)一 3对基底形心轴的力矩：MaxEaxey 1541.80 3.33 513420( KN二 m)x其竖直向分力：Eay= Ea sinf ) 4616.62 inl7.5° =4863(KN)作用点离基础形心轴的距离：ex 2.150.4 1.75( m)=对基底形心轴的力矩：May486.131.75 850.73( KN m) =>、台后填土表面有汽车荷载时根据墙后破裂棱体范围内布置的车辆荷载换算为墙后填土相同高度的均布 土层，其厚

13、度ho为：式中：刀Q布置在Bo L范围内的车轮总重，Q为每辆标准汽车总重550kN；B。一不计车辆荷载作用时破裂棱体的宽度，gL 挡土墙的计算长度，m；Y 墙后填土重度，kN3 o其中：co =9 +6 +a = 52.5°tan® =_tan® + J(cot® +tan3)(tan3 -tan® 书.583Bo = ( H + a) tan& - H tana -b =(10+0)只0583IO* 0-0=5.83m在破坏棱体长度范围内只能放一列汽车，因是双车道，所以：z Q & 550* 2 ho = = 0.721mBo

14、L Z 5.83>： 7./17台背在填土连同破坏棱体上车辆荷载作用下引起的土压力：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)作用点离基础底面的距离：10 l(k 乂 0.721 ey =x= 3.54(m)316 f 0.721对基底形心轴的力矩：Max 1764.12 3.54 6244.98(kN/m)二x =-其竖直向分力：Eay = Easing ) =1849.

15、73 冬inl7.5° =556.22(kN)作用点离基础形心轴的距离：ex 2.15 0.4 1.75( m)= 一 =对基底形心轴的力矩：May556.221.75 973.39(kN m)x、台前溜坡填土自重对桥台前侧面上的主动土压力计算时，以基础前侧边缘垂线作为假想台背，土表面的倾斜度以溜坡坡度为1:1.5算得，33.60,则基础边缘至坡面的垂直距离为H，10-8=6.13m,1.5若取6 =P=35°( 土与土之间的摩擦角)，主动土压力系数:cos2 35 °= 0.180J sin70 °sin 6&69°Ycos35 &#

16、176;cos33.69 °Ear =P it!2 Bl-a = + xi7x6.132 X 7.7< 0.18= 442.69(kN )2 2其水平向分力：Eax =Ea cos(6)=442.69 x cos 17.5°= 422.20( kN )离基础底面的距离:6.13Cy = = 2.04( m)3对基底形心轴的力矩:Mex422.202.04 861.29( kN m)其竖直向分力：Eay = E； sinp+a)m4269 §inl7.5° =133.12( kN)作用点离基础形心轴的距离：对基底形心轴的力矩:Mey = - 133.

17、11 2.15=-286.21 (kN tn)6、支座活载反力计算支座反力计算考虑如下三种情况。、台后无荷载，桥上有汽车及人群荷载I )汽车及人群荷载反力：公路I级车道荷载的均布荷载标准值qk =10.5kN/m 2 ,集中荷载随计算跨径而变，计算跨径小于或等于5 m时,PK=180kN ；计算跨径大于或等于50m时，PK= 360kN ；计算跨径在550m时,Pk按照直线内插求取。人群荷载3.5kN/m 2o则:-(360_ 180> (19.5_ 5J一238kNPk180+ 材二 =桥跨上的汽车荷载如图所示，荷载布置图如下:处5呎 I沁N/绡貪fl以*堪:汽车荷载支座反力:Ri =

18、2x(qk O + Pky)= (10.5x + x 19.5x1 4238 *) &80.76kN 2人群荷载支座反力：Rir= 2< (3.5XJ-X 1X19.5) =68.25kN2支座反力作用点距离基底形心轴的距离：eri 2.151.5 0.65m=对基底形心轴的力矩：Mri (680.76 68.25)0.65486.86kN / nf x =II)汽车荷载制动力重力式墩台不计冲击系数。一个设计车道上的汽车制动力标准值，为布置在加载长度上计算的总重力的10%,但公路一级汽车制动力标准值不得小于165kN。制动力：(10.5 19.5238)X10% =44.28kN

19、 <165kN则制动力取值为：H=165X0.25=41.25kN。、台后桥上均有荷载，车辆荷载在台后I）汽车及人群荷载反力：由于支座作用点在基底形心轴的右侧，为了 在活载作用下得到最大的逆时针方向力矩，因此将重车后轴贴桥台后侧的边 缘，以使桥跨上活载所产生的顺时针力矩最小，汽车荷载布置图如下：图3则支座反力为：1Ri = 2x（qkO + Pk羊）运（10.5-xl9.5xl £38 的 &80.76kN2人群荷载支座反力：R1 = 2< (35lx lx 19.5>68.25kN2对基底形心轴的力矩：Mri (680.76 68.25)0.65486.8

20、6kN / nt 乂II）汽车荷载制动力：根据上面分析，汽车制动力H二4125kN4、支座摩阻力计算取摆动支座摩擦系数f =0.05 ,则支座摩阻力:F P 恒 f 11000.05 55kN = A =*=对基底形心轴的弯矩：Mf 55 8.7 478.50kNm=向按荷载组合需要确定）对实体式埋置式桥台不计汽车荷载的冲击力，同时从以上对制动力和支座摩阻力的计算结果表明，支座摩阻力大于制动力。因此，在以后的组合中，以支座摩阻力作为控制设计。5、荷载组合根据实际可能出现的荷载情况，可分为桥上有活载，台后无汽车荷载；桥上 无活载，台后有汽车荷载；桥上有活载，台后也有汽车荷载等荷载组合，同时还应对

21、施工期间桥台仅受台身自重及土压力作用的情况进行验算。现将上述组合分别 计算如下：1、桥上有活载，台后无汽车荷载（1）主要组合：包括恒载，桥上活载及台前、台后土压力。（2）附加组合：主要组合荷载+支座摩阻力。2、桥上有活载，台后也有汽车荷载（1）主要组合：包括恒载、桥上活载、桥前土压力及台后有汽车荷载作用 时的土压力。（2）附加组合：主要组合荷载+支座摩阻力。3、桥上无活载，台后无汽车荷载（1）、主要组合：包括恒载，台前、台后土压力。（2）、附加组合：主要组合荷载+支座摩阻力。4、桥上无活载，台后有汽车荷载（1）主要组合：包括恒载、台前土压力及台后汽车荷载时的土压力（重车在台后）。（2）附加组合

22、：主要组合荷载+支座摩阻力。5、无上部构造时桥台基础自重、台前台后上压力O表4荷载组合计算表序号情况公路一级工况一桥上有活载，台后无汽车荷载工况二桥上有活载，台后有汽车荷载工况三桥上无活载台后无汽车荷载工况四桥上无活载，台后有汽车荷载工况五无上部构造时1上部荷载竖向力（kN ）1100110011001 100弯矩(kN m)715.00715.00715.00715.002台身、基础 自重弓基础上土重竖向力（kN ）5917.985917.985917.985917.985917.98弯矩(kN m)797.91797.91797.91797.91797.913汽车荷载引起的支座反力竖向力（

23、kN ）680.76680.76弯矩(kN m)442.49442.494人群荷载引 起的支座反力竖向力（kN ）68.2568.25弯矩(kN m)44.3644.365台后土压力力(kN)水平：1541.80竖直：486.13水平17642竖直：556.22水平：1541.80竖直：486.13水平 1764.12竖直：556.22水平：1541.80竖直：486.13弯矩(kN m)水平：-5134.20竖直：850.73水平：-6244.98竖直：973.39水平：-5134.20竖直：850.73水平：6244.98竖直：973.39水平：-5134.20竖直：850.736台前溜坡

24、土压力力（kN）水平：-422.20竖直：133.12水平：-422.20竖直：133.12水平：-422.20竖直：133.12水平：-422.20竖直：133.12水平：-422.20竖直：133.12弯矩(kN*m)水平：861.29竖直：-286.21水平：861.29竖直：-286.21水平：861.29竖直:-286.21水平：861.29竖直：-286.21水平：861.29竖直：-286.217支座摩阻力 取与台后土压力同向水平力（kN ）55.0055.0055.0055.00弯矩(kN rii)-478.50-478.50-478.50-478.508组合水平力（kN ）1

25、174.61396.921119.61341.9211 18.80竖直力（kN）8386.248456.337637.237707.326537.23弯矩(kN m)-2187.12-3175.25-2673.973662.1 2910.48四、地基承载力验算1、台前、台后填土对基底产生的附加应力计算因台后填土较高，由填土自重在基底下地基土中所产生的附加应力：1 1 1台后填土高度（从原地面起算）h=8mo当基础埋置深度为2.0m时，取基础后边缘附加应力系数 5=0.46,基础前边缘的附加应力系数5=0.069。贝9后边缘处：Qi =0.46x17 >8 =62.56KPa前边缘处：cr

26、i =0.069x17 >8 =9.38KPa此处，计算台前溜坡椎体对基础前边缘地面处引起的附加应力时，填土高度可近似取基础边缘作垂线与坡面交点的距离（h=4.13 ）,并取系数20.25X,=则a2 1 r=0.25x17x4.13 =17.55KPa因此，基础前边缘总的竖向附加应力：基础后边缘：W"r2.56KPa基础前边缘： 吩巧 叫心938+17.55 =2693KPa2、基底压应力计算进行基底承载力验算时，传至基底的作用效应应该按照正常使用极限状态的短期 效应组合采用，各项作用效应的分项系数分别为：上部构造恒载、桥台及基础自重、 台前及台后土压力、支座摩阻力、人群荷载

27、均为1.0 ,汽车荷载为0.7 o（1）建成后使用时根据表二作用效应组合汇总表，工况（五）作用下产生的竖向力最大为8380.24kN,因此以工况（二）来控制设计。基底压应力计算：286.61KPa77氏132.51KPaIP , IM 8380.24- 2208.32b n和=±一 二+ =209.56m,n A W 4.3 9.3 _lx x 26 9.3 4.3考虑台前、台后填土产生附加应力后的总应力:台前:Qmax =286.61 +26.93 =31354KPa台后:amin =132.51+62.56=195.07KPa(2)、施工时施工时按照表四荷载组合计算表中四工况五来

28、计算，其中竖向力之和为6537.23kN,弯矩为-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考虑台前、台后填土产生附加应力后的总应力:台前：amax =265.02 +26.93 =291.95KPa台后： min 61.9262.56124.48Fa =3、地基强度验算(1) 、持力层强度验算根据土工试验资料，持力层为一般黏性土，根据公桥基规，当 eP.74,Il= 0.10时，查得fao =354KPa,因基础置埋深度为原

29、地面下2.0m (<3.0m), 不考虑深度修正；对黏性土地基，虽 b >2.0m ,不进行宽度修正。f= iao =350KPa > cimax =313.54 KPa满足要求。(2) 、下卧层强度验算下卧层为一般黏性土，由=e=0.82 , Il 0.6 ,可查得容许承载力fao =222.00KPa,小于持力层的容许承载力=354KPa,故作如下验算。基底至土层II顶面(高层为+5.0 )处的距离为：Z二 11.52050 二 4.5m=a当 a /b 9.3/4.3 2.16,z/b 4.5 / 4.3 1.05 ,附加应力系数=0.469 ,且计算下卧层顶面处压应力

30、b +/ >hz时，Zb 1,基底压应力取平均值，即C max +O min313.54 195.07G平均 = 254.31 KPa2 2巧刽徉1了+ z)+-a(p-h)= 19.7x(2 +45)+0.469x( 254.31-19.7x2)= 228.84KPa而下卧层顶面处的容许承载力可按下式计算:其中：kj =0 ,而 II =0.6 >0.5, K2 =1.5，贝96h半= 222.00 +1.5X19.7(6.5 -3) =325.43KPa > ah4Z =228.84KPa满足要求。五、地基变形验算（沉降计算）由于持力层以下的土层 2为软弱下卧层，按其压缩

31、系数为中压缩性土，对基 础沉降影响较大，因此应计算基础沉降。根据规范，桥梁墩台基础的沉降量按恒 载用单向分层总和法计算。受压层深度的确定：在土层2底部的自重应力为：acz2= 丫山1 +%h2 =19.7 X6.5 +19.1 x4.1 =206.36KPa基底处附加应力为：7017.98+ 486.1 卄 133.1226.93+ 62.56p o=一 2< 19.7+-=196.32 KPa9子 4.32将土层1分为2.0m和2.5m两层，土层2分为2.0m和2.1m两层，下面为软 质岩层，不必计算，分为四层即可。则每一薄层的沉降分别：分层1a9.3z盪 2-=2.16-= = 0.

32、93b 4.3b4.3附加应力系数a。 = 0.81附加应力a =x = KPaZ1 196.32 0.81 159.01分层2a 9.3z 2 X4.5=2.1一二一 =2.164.3b 4.3附加应力系数0.44附加应力 z2 196.32.044 86.38KPaCT =X=分层3a 9.32.162 6.5x_034.3_b 4.3附加应力系数b0.3ac =附加应力Gzlx =196.32 0.3 58.90KPa分层4a 9.32.16b 4.3附加应力系数z2 8.6x4b4.30.2附加应力 Qzi =196.32:<0.2 =39.26KPa每一层的平均附加应力bl 二

33、196.32 +159.01二c=177.67 KPa2a2 :159.01 +86.38122.70KPa2G -86.38 +58.90二=72.64KPa2U 4 :二貨駕=49.08KPa2每一层的沉降量X Xs i=ai 1 hi= 0.15 IQ 3* 2000" 30.63mm1 ei1 0.74ax xS2 Pi 】2 h2 = 250CF 26.44mm1 ei1 0.74oXXS3P12 3 h3= x 200(? 20.75mm1e210.82ax_xS4 =ai 4 h4 = 0.26 IQ3 >； 2100=14.73mm1 e21 0.82基础中心点以下的总沉降量为:5SS=rZ30.6i土+ 26.4