桥梁基础工程-浅埋基础

第2章明挖基础,2.1概述,（1）基本形式,明挖基础亦称扩大基础或浅埋基础。,（2）材料,片石（块石）,片石混凝土,素混凝土,钢筋混凝土（特殊情况下采用）,（3）特点,形式简单，施工方便，造价低。,矩形,圆端形,圆形,八角形,T形,基础底面,桥墩基础,桥台基础,明挖基础,2.1.1设计内容及程序,（1）确定基础圬工类型及立面形式。,（2）拟定基础的埋置深度和基础的平面尺寸。,（3）进行荷载计算及荷载组合。,（4）进行受力及变形检算。包括：,基础强度（刚性角）；,地基强度（持力层和软弱下卧层）；,基础倾斜（偏心距）；,抗倾覆及滑移稳定性；,沉降、沉降差（拱桥、连续梁等超静定结构）；,抗滑稳定性（建于斜坡时）；,2.1.2设计所需资料,（1）线路、桥梁及墩台资料；,（2）地形资料；,（3）水文、气象资料；,（4）工程地质资料；,（5）其他资料：工期、设备、技术条件等。,2.1.3构造要求,1.材料,混凝土：C15；,浆砌片石或块石：石料MU40，砂浆M10。,设计规范,铁路桥涵地基和基础设计规范（TB10002.5-2005）,公路桥涵地基与基础设计规范（JTGD63-2007）,铁路桥涵设计基本规范（TB10002.1-2005）,公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）,2.基础厚度的确定,要求,襟边,襟边,11（沿纵、横方向）,桥墩,基础,目的,刚性角,保证基础有足够的厚度，从而不发生“弯曲”和剪切破坏。,各层高度1m,22（沿纵、横方向）,（顶层台阶）,（非顶层台阶）,混凝土基础的刚性角要求,（1）单向受力基础（不包括圆端型桥墩的矩形基础）,145o,245o,135o,245o,（2）其他情况,纵、横向襟边相等,纵、横向襟边不相等,2.2基础埋置深度的确定,基础的埋置深度是指基础底面至设计地面或一般冲刷线的铅垂距离。,（1）基础应保证一定的埋深，不使外界各种不良因素对基础产生较大的影响。（最小埋深）,确定基础埋深的基本原则,（2）基础应置于较好的土层上，在保证地基满足承载力、沉降变形等要求的前提下，可减小基础的尺寸，节约材料。但同时还应考虑埋深不应太大，避免开挖施工的不便和工程量的增大；,埋深H,一般冲刷深度,局部冲刷深度,总冲刷深度,2.2.1基础的最小埋深,即保证基础不受外界不良因素（河流冲刷、季节性冻融、人及动物活动等）影响的最小埋置深度。,1.保证地基持力层的稳定性,铁路桥规：埋深不小于2m（特殊情况下不小于1m）。,2.河流冲刷的影响,基础埋深安全值（位于总冲刷线以下的深度，铁路桥规）,洪水对桥墩基础的冲刷,潜水检查冲刷程度,抛石以减轻冲刷,2002年6月9日下午3时，西安市灞河发生洪水，在575m3/s的洪峰作用下，陇海铁路灞河大桥的4#、3#、5#、2#、1#桥墩相继倒塌，造成约150m的桥梁断裂坍塌，轨排扭曲悬空，致使陇海铁路大动脉中断。大桥坍塌的主要原因之一就是灞河下游多年的非法采砂。采砂改变了灞河河床的自然坡度及水流形态，加快了河床下切速度，河床下切对大桥带来的直接影响是，桥墩基础越来越浅，下切的河床使桥墩基础逐渐悬空并失去支撑。,3.季节性冻土冻胀和融沉的影响,基础底面应埋置在天然最大冻结线以下一定深度。,铁路桥规：冻胀、强冻胀和特强冻胀土应在冻结线以下不小于0.25m；弱冻胀土，不应小于冻结深度。,公路桥规,基础底面下容许最大冻层厚度,设计冻深,标准冻深,土的类别,土的冻胀性,环境,地形坡向,基础,2.2.2基础埋深的确定,在最小埋深以下各土层中找一个埋得较浅、压缩性较低、强度较高的稳定土层作为持力层。,影响因素：土的类别、冻前天然含水量、地下水位低于冻结线的最小距离、平均冻胀率。,2.3基础上的荷载计算,主力,附加力,特殊荷载,铁路桥规（荷载发生频率）：,永久作用,可变作用,偶然作用,公路桥规（荷载发生频率）：,2.3.1主力,主力是永久性或经常性作用的荷载，包括恒载和活载两部分。,主力,恒载,活载,结构构件及附属设备自重,恒载土压力,浮力,混凝土收缩和徐变的影响,列车竖向静活载,离心力,活载土压力,横向摇摆力,铁路桥规,1.恒载,（1）结构构件及附属设备自重；,（2）恒载土压力,（3）浮力,（4）混凝土收缩和徐变的影响,桥台：库仑主动土压；桥墩：静土压（分析滑动稳定性时）。,基底土、岩层透水时考虑。,按降低温度的方法计算。,2.活载,（1）列车竖向静活载,“中活载”（普通铁路）,ZK标准荷载（高速铁路）,中华人民共和国铁路标准荷载,采用“中活载”计算桥墩基础时的常用加载图（最不利受力）,单孔重载,单孔轻载,双孔重载,活载,双孔空车活载,“中活载”（普通铁路）,ZK标准荷载（高速铁路）,单孔重载：水平制动力最大，支座反力最大。,单孔轻载：水平制动力最大，而支座反力最小。,双孔重载：墩上竖向合力最大，水平力可能最大。,双孔空车：水平力大，竖向力小。,双孔满载：水平制动力最大，竖向合力接近最大。,加载效果（“中活载”）,1）纵向验算时,2）横向向验算时,双孔满载：风力、列车摇摆力大，竖向力最大。,桥上无车：风力大，竖向力小。,离心力指列车在曲线上产生的倾向曲线外侧的水平力。,（2）离心力,集中荷载,分布荷载,曲线半径,竖向荷载折减系数,集中荷载,分布荷载,（3）列车活载产生的土压力,列车荷载折算为土柱后，按库仑主动土压力计算。,单位换算系数,（4）列车摇摆力,列车蛇行运动、机车各部分产生的动力不对称作用等原因使列车在行进中发生左右摇摆，产生作用于轨面的横向摇摆力。,一般取为100kN，作为一个集中荷载取最不利位置，以水平方向垂直线路中心线作用于钢轨顶面。,2.3.1附加力,非经常性作用的荷载，一般多是水平方向。,附加力,制动力或牵引力,风力,流水压力,冰压力,温度变化的作用,冻胀力,（1）制动力或牵引力,列车制动或启动时对桥梁产生的水平力。,1）按列车竖向静活载的10%（与离心力同时计算时，按7%）计算。,2）计算桥墩基础时作用在轨顶以上2m，墩台时支座中心，计算台顶活载时移到轨底。,3）对简支梁桥，传至墩台上的力通过固定支座为全孔的100%，滑动支座为50%，滚动支座为25%。,（2）风荷载,风荷载强度,基本风压,计算风速,体形系数,高度变化系数,地形、地理条件系数,桥上有车时取0.8W。,2007年2月28日2时05分，乌鲁木齐开往阿克苏的5807次旅客列车因大风（13级）脱轨，造成3名旅客死亡，34名旅客受伤。,（3）流水压力,流水压力,桥墩形状系数,桥墩阻水面积,计算流速,2.3.3特殊荷载,出现几率极小的荷载。,船只（排筏）撞击力,汽车撞击力,施工临时荷载,地震力,列车脱轨荷载,长钢轨断轨力,附加力,武汉长江大桥自1957年建成以来，被撞近百次。2011年6月6日，遭万吨级驳船撞击。,2007年6月15日，“南桂机035”运沙船从佛山高明开往顺德途中偏离主航道，触碰九江大桥非通航的桥墩，造成九江大桥3个桥墩倒塌，约200m桥面坍塌，“南桂机035”运沙船沉没，4辆汽车坠入河中，并造成9人失踪。,2.3.4荷载组合,指所有可能以最大值或较大值同时出现的荷载。,主力组合,主力+附加力,主力+特殊荷载,荷载组合,最不利荷载组合,活载的加载图式对基础设计检算项目的最不利荷载组合起控制性作用。,（2）基底偏心距和基底稳定性：单孔轻载（竖向力最小，纵向力矩较大）；,（1）基底压应力：单孔重载或双孔重载（纵向力矩或竖向力较大）；,（3）基底偏心距和基底压应力（曲线桥）：双孔重载（支点反力和离心力最大）。,2.4浅基础的设计计算,浅基础设计,地基,结构,承载力,沉降,稳定性,持力层,软弱下卧层,满足刚性角要求,2.4.1地基承载力验算,1.持力层强度检算,要求,主力组合：,主力+附加力：,地基容许承载力,主力+特殊荷载：,基底压应力计算,弯矩,基底的截面模量,基底面积,竖向荷载,容许承载力的计算,基底以下,由地基（基底以下）土确定,容许承载力,基本承载力,宽度修正系数,深度修正系数,基底以上,2.软弱下卧层强度检算,埋深h,（1）无冲刷时：自天然地面算起。,（软弱下卧层顶面处的）,总的竖向应力,自重应力,附加应力,容许承载力,（2）有冲刷时：自一般冲刷线算起。,附加应力系数,基底压力h的确定方法,z/b（z/d）,1:取基底的平均压力,1:取距max边b/4b/4处的压力值,2.4.2基底偏心距检算,目的,（1）避免基底与地基土层脱离；（2）避免基底压力两端应力相差过大，造成两端沉降相差太大，使墩台发生过大倾斜。,要求,核心半径,偏心距容许值（桥规，部分）,2.4.3稳定性检算,1.倾覆稳定性,倾覆稳定系数,1.5,1.3（临时施工）,2.滑动稳定性,基底与土层间的摩擦系数,Kc1.5,Kc1.3（临时施工）,2.4.4沉降检算,（1）在确定地基容许承载力时，已考虑到了对沉降的控制。,（2）铁路桥规采用恒载，公路桥规采用恒载+汽车+人群。,1.沉降容许值（铁路）,铁路桥涵地基和基础设计规范新建时速200公里客货共线铁路设计暂行规定新建时速300500公里客运专线铁路设计暂行规定,墩台总沉降量与墩台施工完成时的沉降量之差,2.计算方法（分层总和法）,沉降计算深度内的土层数,基底处的附加压应力,经验修正系数,第i层土的压缩量,压缩模量,zi范围内的附加应力系数平均值,第i层土底到基底的距离,第i层土顶到基底的距离,（1）计算公式,（2）沉降计算深度的确定,（3）沉降修正系数ms的计算方法,z的压缩量,n层土的总压缩量,地基压缩模量当量值,第i层土的平均附加应力系数面积,上式实际是各层土压缩模量的倒数对其应力系数面积的加权平均值，反映其对沉降的贡献。,3.基底倾斜度（控制墩顶水平位移）,基底倾斜度,基底到墩顶的高度,弹性变形产生的墩顶位移,墩定水平位移容许值,2.4.5稳定性检算,土坡,土质边坡,岩石边坡,最小安全距离,2.5涵洞基础设计,2.5.1涵洞基础类型,无基础,整体式,分离式,材料：素混凝土、浆砌片石、砖、钢筋混凝土等。,无基础,整体式,分离式,2.5.2钢筋混凝土盖板箱涵基础设计,1.对基础埋深的要求,与浅基础埋深的要求相比，箱涵基础的要求更高。,台阶型基础,2.荷载的确定,采用主力检算：涵洞自重、路堤填方作用在涵洞上的压力、静水压力和列车重量及由此产生的土压力。,（1）路堤填方作用在涵洞上的压力,竖向压力,水平压力,1,竖向压力大于自重压力,取0.25或0.35,（2）列车活载产生的压力,竖向压力,水平压力,取0.25或0.35,采用中活载时，假定活载在轨底平面上的横向分布宽度为2.5m其在路基内以扩散角(正切为0.5)向外扩散。,2.6浅