基础工程 第二章5.ppt

第二章天然地基上的浅基础 2 5 2刚性扩大基础设计2 6其它基础形式设计 刚性扩大基础设计 一 确定基础埋深二 基础尺寸的拟定基础厚度应考虑墩 台身结构形式 荷载大小及基础材料等因素 基底标高应按基础埋深的要求确定 这样 基础厚度可按所确定的基础底面和顶面标高求得 在一般情况下 大 中桥墩 台混凝土基础厚度在1 0 2 0m左右 1 基础平面尺寸 基础平面形状常用矩形 基础底面长宽尺寸与高度有如下的关系式 式中 l 墩 台身底截面长度 m d 墩 台身底截面宽度 m H 基础高度 m 墩 台身底截面边缘至基础边缘线与垂线间的夹角 刚性扩大基础设计 2 基础剖面尺寸 刚性扩大基础的剖面形式一般做成矩形或台阶形 自墩 台身底边缘至基顶边缘距离c1称襟边 其值应视基底面积的要求 基础厚度及施工方法而定 桥梁墩台基础襟边最小值为20cm 30cm 基础悬出总长度 应使悬出部分在基底反力作用下 在a a截面所产生的弯曲拉力和剪应力不超过基础圬工的强度限值 基础每层台阶高度ti 常为0 50m 1 00m 在一般情况下各层台阶宜采用相同厚度 刚性扩大基础设计 三 地基承载力验算 一 持力层强度验算持力层强度验算要求荷载在基底产生的地基应力不超过持力层的地基容许承载力 其计算式为 式中 基底应力 kPa N 基底以上竖向荷载 kN A 基底面积 m2 M 作用于墩 台上各外力对基底形心轴之力矩其中Ti为水平力 hi为水平作用点至基底的距离 Pi为竖向力 ei为竖向力Pi作用点至基底形心的偏心距 eo为合力偏心距 W 基底截面模量 m3 对矩形基础 为基底核心半径 基底处持力层地基容许承载力 kPa 刚性扩大基础设计 二 软弱下卧层承载力验算验算软弱下卧层的承载力应先计算软弱下卧层顶面A的应力不得大于该处地基土的容许承载力 即式中 相应于深度 h z 以内土的换算重度 kN m3 深度h范围内土层的换算重度 kN m3 h 基底埋深 m z 从基底到软弱土层顶面的距离 m 基底中心下土中附加应力系数 可按土力学教材或规范提供系数表查用 由计算荷载产生的基底压应力 kPa 软下卧层顶面处的容许承载力 kPa 刚性扩大基础设计 四 基底合力偏心距验算对于非岩石地基 以不出现拉应力为原则 当墩 台仅受恒载作用时 基底合力偏心距e0应分别不大于基底核心半径的0 1倍 桥墩 和0 75倍 桥台 当墩 台受荷载组合是短时的 对基底偏心距的要求可以放宽 一般只要求基底偏心距e0不超过核心半径即可 对于修建在岩石地基上的基础 参阅有关桥涵设计规范当外力合力作用点不在基底二个对称轴中任一对称轴上 或当基底截面为不对称时 可直接按下式求e0与的比值 使其满足规定的要求 刚性扩大基础设计 五 基础稳定性和地基稳定性验算 一 基础稳定性验算1 基础倾覆稳定性验算设基底截面重心至压力最大一边的边缘的距离为y 外力合力偏心距e0 则两者的比值可反映基础倾覆稳定性的安全度 称为抗倾覆稳定系数 即如外力合力不作用在形心轴上或基底截面有一个方向为不对称 那么基底压力最大一边的边缘线是外包线 y值应是通过形心与合力作用点的连线并延长与外包线相交点至形心的距离 一般对主要荷载组合K0 1 5 在各种附加荷载组合时 K0 1 1 1 3 刚性扩大基础设计 2 基础滑动稳定性验算基础在水平推力作用下沿基础底面滑动的可能性即基础抗滑动安全度的大小 可用基底与土之间的摩擦阻力和水平推力的比值Kc来表示 Kc称为抗滑动稳定系数 即式中 u 基础底面 圬工材料 与地基之间的摩擦系数 验算桥台基础的滑动稳定性时 如台前填土保证不受冲刷 可同时考虑计入与台后土压力方向相反的台前土压力 其数值可按主动或静止土压力进行计算 按上式求得的抗滑动稳定系数Kc值 必须大于规范规定的设计容许值 一般根据荷载性质 K0 1 2 1 3 二 地基稳定性验算基底下地基如在不深处有软弱夹层时 在台后土推力作用下 基础也有可能沿软弱夹层土 的层面滑动 在较陡的土质斜坡上的桥台 挡土墙也有滑动的可能 这种地基稳定性验算方法可按土坡稳定分析方法 即用圆弧滑动面法来进行验算 刚性扩大基础设计 六 基础沉降验算基础的沉降验算包括沉降量 相邻基础沉降差 基础由于地基不均匀沉降而发生的倾斜等 修建在一般土质条件下的中 小型桥梁的基础 只要满足了地基的强度要求 地基 基础 的沉降也就满足要求 但对于下列情况 则必须验算基础的沉降 使其不大于规定的容许值 1 修建在地质情况复杂 地层分布不均或强度较小的软粘土地基及湿陷性黄土上的基础 2 修建在非岩石地基上的拱桥 连续梁桥等超静定结构的基础 3 当相邻基础下地基土强度有显著不同或相邻跨度相差悬殊而必须考虑其沉降差时 4 对于跨线桥 跨线渡槽要保证桥 或槽 下净空高度时 地基土的沉降可根据土的压缩特性指标按 公桥基规 的单向应力分层总和法 用沉降计算经验系数ms修正 计算 验算基础的倾斜是将建筑物顶面的水平位移控制在容许范围以内 2 6其它基础形式设计 2 14减轻地基不均匀沉降的措施2 14 1建筑措施 1 建筑物体型力求简单建筑物体型是指其平面形状与立面轮廓 2 控制建筑物长高比及合理布置纵横墙长高比大的建筑物整体刚度小 纵墙很容易因挠曲变形过大而开裂 图2 88 3 设置沉降缝根据经验 沉降缝的位置通常选择在下列部位上 平面形状复杂的建筑物的转折部位 建筑物的高度或荷载突变处 长高比较大的建筑物适当部位 地基土压缩性显著变化处 建筑结构 包括基础 类型不同处 分期建造房屋的交界处 4 控制相邻建筑物基础的间距 5 调整建筑物的局部标高2 14 2结构措施 1 减轻建筑物自重 2 设置圈梁 3 减小或调整基底附加压力 4 增强上部结构刚度或采用非敏感性结构2 14 3施工措施施工顺序预压沉降期 计算作用在墙下条形基础上荷载是 计算段的选取 2 6 1概述 通常 刚性基础的荷载有以下三种情况 一种中心荷载下的基础 二 三种偏心荷载下的基础 设计计算的前提 确定了基础类型为刚性基础 确定了基础埋置深度 进而可以确定地基的承载力 可以计算作用在基础上的荷载 2 6 2中心荷载作用下的刚性基础设计 对于中心荷载作用的基础 基础通常采用对称形式 使荷载作用线通过基底形心 避免产生偏心荷载 设计步骤 计算内容 通过承载力要求确定基础底面尺寸 计算内容包括持力层土的承载力计算和软弱下卧层的验算 对需要考虑地基变形的建筑物 验算建筑物的变形特征值 并据此调整基础底面尺寸 1 确定基础底面积A 矩形 条形或正方形 式中 Fk为相应于荷载效应标准组合时上部结构传至地面标高处的荷载特征值 Gk为基础及其台阶上填土的自重 Gk G d A G为基础及回填土的平均容重 一般取20kN m3 d为基础平均埋深 2 6 2中心荷载作用下的刚性基础设计 按承载力条件 基底压力应小于地基允许承载力即 其中 整理后 得到中心荷载作用下的基础底面积A的计算公式 对于矩形单独基础 计算出A后 先选定b或L 再计算另一边长 使A L b 一般取L b 1 0 2 0 对于正方形基础 底面积A b b 公式 2 36 可改写为 2 6 2中心荷载作用下的刚性基础设计 若荷载小而地基承载力较大 计算的基础宽度很小 但为保证安全和便于施工 承重墙下的基础宽度不得小于600 700mm 非承重墙下的基础宽度不小于500mm 对于条形基础 取1m长计算 底面积A 1 b 原计算公式变为 2 6 2中心荷载作用下的刚性基础设计 2 确定基础的高度 确定基础高度 1 按中心荷载作用下的公式 2 36 计算基础底面积A0 2 6 3偏心荷载作用下刚性基础的设计 确定偏心荷载作用下的基础底面尺寸时 通常按逐次渐近试算法进行 计算步骤为 3 计算基底的最大和最小的边缘压力pkmax pkmin 2 考虑偏心荷载作用 加大A0 第一次近似值取A 1 1 1 4 A0 对矩形底面的基础 基础底面的长度和宽度一般取L b 1 2 2 0 2 6 3偏心荷载作用下刚性基础的设计 对于矩形基础 W lb2 6 对于条形基础 取1m长计算 W b2 6 再按照 地基基础设计规范 检查基底应力是否满足 根据上式验算结果 调整基底尺寸直至得到满意结果 偏心荷载作用下刚性基础高度的确定方法与中心荷载作用时相同 由各种材料的允许刚性角确定 此处不再赘述 2 6 3偏心荷载作用下刚性基础的设计 对于混凝土基础 当基础底面处的平均压力超过300kPa时 1 砖基础细部构造 2 6 4刚性基础的构造 a 二一间收 b 二皮一收 2 6 4刚性基础的构造 2 砌石基础 3 素混凝土基础 4 灰土基础 设计示例 解 1 按中心荷载作用初估基础底面积 由式2 36得 2 考虑偏心荷载作用 将基底面积扩大1 3倍 设计示例 注意单位 书上错了 A 1 3A0 6 04m2初步拟定基础尺寸为3m 2m 3 计算基底边缘最大压力Pmax 按公式2 16计算基底边缘最大应力为 设计示例 总荷载的偏心距 基底总力矩 基础的总垂直荷载 基础及回填土自重 W的计算 4 按基础埋深修正地基承载力 设计示例 6 验算中心荷载作用下的基底应力的允许条件 5 验算偏心荷载下基底反力的允许条件 查表2 10得 d 1 6 持力层以上土体容重 m 17 6kN m2 7 确定基础高度和构造尺寸 设计示例 根据素混凝土基础构造要求