重力式桥墩刚性扩大基础课程设计

课 程 设 计课 程 名 称 基 础 工 程 设 计 题 目 重力式桥墩刚性扩大基础设计 姓 名 专 业 年 级 学 号 指 导 教 师 成 绩 日 期 2011 年6 月 26 日 基础工程课程设计评 语 指导教师(签名)： 2011年 6 月 30 日目录：一、设计资料4二、拟定刚性扩大基础尺寸42.1确定基础埋置深度2.2基础的尺寸拟定三、桥墩荷载计算53.1上部构造恒载反力、桥墩、墩帽自重及浮力等。3.2汽车和人群荷载计算3.3汽车制动力：3.4风荷载计算 四、地基压应力计算9五、持力层承载力验算105.1基底应力计5.2持力层承载力验算5.3下卧层承载力验算六、基底偏心距验算106.1恒载作用时6.2由合力偏心距七、基础稳定性验算117.1倾覆稳定性验算7.2.滑动稳定性验算八、沉降计算11九、参考文献12一、设计资料1. 某一级公路桥梁，上部结构为35 m预应力钢筋混凝土简支梁(计算跨径l=33.98 m)，桥面宽度为净10(三车道)+21.5 m，弧形滑动支座，摩擦系数=0.2。2. 设计荷载：公路-级，人群荷载3. 5 kN/m2。3. 桥址处河流最高水位为116.66 m，最低水位为112.8 m，通航水位为115.33 m。4. 横向基本风压W0=0.83 kN/m2。5. 材料：墩帽混凝土30#，容重=25 kN/m3；墩身混凝土20#，容重=24 kN/m3。6. 每跨上部结构自重6000 kN(中心荷载)。7. 地基情况及土的物理力学性质指标，见表1。表1 地基土层分布及计算指标名 称厚度/m容重/kN/m3孔隙比含水量/%液限/%塑限/%压缩模量/MPa黏 土6.020.20.65122.034.316.116.5亚黏土3.018.30.97833.136.019.87.5强风化岩6.022.5358. 冲刷线：最大冲刷线和一般冲刷线就是现有的地面线，标高为112.00 m。9. 桥墩形式和尺寸示意图，见图1。二、拟定刚性扩大基础尺寸2.1确定基础埋置深度由上部结构和设计荷载资料知道，本桥是重力式桥墩刚性扩大基础，并且为公路级，从地质条件看最大冲刷线和一般冲刷线就是现有的地面线，标高为112.00 m。再由(如表2：)初步拟定基础底面在最大冲刷线以下1.8 m处，标高为112.00-1.8=110.20m，基础埋深为1.8m桥梁墩台基础基底最小埋置深度(m) 表2 总冲刷深度桥梁类别05101520大中小桥(不铺砌)1.52.02.53.03.5特大桥2.02.53.03.54.02.2基础的尺寸拟定由规范知“水中基础顶面不宜高于最低水位，并在一般情况下大、中桥墩、台基础厚度在12m左右”。现初定基础材料为C20混凝土浇筑基础，厚度为1.5m，基础顶面标高为110.2+1.5=111.7m，则墩身高为120.8-1.2-111.7=7.9m，由墩身坡度值10:1的，墩底截面长为15.28m，宽为3.48m。基础分两层，台阶宽30cm，故台阶扩展角，小于刚性角容许值= ,符合刚性角的要求。则基础底面尺寸为：a=15.28+40.3=16.48m b=3.48+40.3=4.68m拟定尺寸图（二）三、桥墩荷载计算3.1上部构造恒载反力、桥墩、墩帽自重及浮力等。(1)计算值列表3恒载计算表 表(3)部位计算式竖直力P(kN)对基底中心轴偏心距e(m)弯矩M(kN.m)备注桥帽(1.052+11.82.1) 1.225847.3100弯矩正负值规定如下：顺时针为正，逆时针为负桥身 (1.9+3.7)7.911.8+ (0.79+0. 95) 2(7.9+9.5)0.9529.5247372.9000台基(16.74.90.75+16.14.30.75)242719.0800左跨上部构造6000/230000.51-1530右跨上部构造6000/230000.511530P=16939.29kN,M=1530kN.m(2)浮力重力式桥墩刚性扩大基础在水中的水位线图（三）最低低水位浮力：F1=【(1.9+1.9+0.762)7.611.8+(0.76+0.95) 2(7.6+9.5)0.9529.5(1.9+1.9+0.682)6.811.8+(0.68+0.95) 2(6.8+9.5)0.9529.5】10=385.4kN最高水位浮力：F1=【(1.9+1.9+0.762)7.611.8+(0.76+0.95) 2(7.6+9.5)0.9529.5(1.9+1.9+0.2942)2.9411.8+(0.294+0.95) 2(2.94+9.5)0.9529.5】10=1946.37kN(3)上覆土重3.2汽车和人群荷载计算对于桥墩基础的设计，汽车荷载采用车道荷载，车道荷载包括均部和集中荷载两部分组成。对于公路-级汽车荷载，集中荷载与计算跨径有关，计算跨径小于或等于5m时，= 180kN；桥涵计算跨径等于或大于50m 时，=360kN，桥涵计算跨径大于5m小于50m 时值采用直线内插求得。本算例中，=295.92kN由于本桥梁是(三)车道，所以查表横向折减系数 表(4) 横向布置设计车道数(条)2345678横向折减系数1.000.780.670.600.550.520.5支座反力按以下两种情况考虑：(1)双孔汽车荷载+双孔两侧行人荷载双孔汽车荷载+双孔两侧行人荷载图（四）则支座反力为：人群荷载引起的支座反力为和 对基底形心轴的弯矩为：MR1 = MR1=948.630.51=483.8kN.mMR2= MR2=157.50.51=80.3 kN.m(2)单孔汽车荷载20+单孔两侧行人荷载单孔汽车荷载20+单孔两侧行人荷载图（五）则支座反力为： 人群荷载引起的支座反力为和 对基底形心轴的弯矩为：MR1 =948.630.51=483.8kN.m MR1=0MR2=157.50.51=80.3 kN.m MR2=03.3汽车制动力：由汽车荷载产生的制动力按车道荷载标准值在加载长度上计算的总重力的10%计算，但公路-I级汽车制动力不小于165kN。H1=（10.535+295.92）10%=66.34kN Pmax=257.57kPa,满足要求5.3下卧层承载力验算下卧层为亚黏土，e=0.978，IL=0.82时，查表得fa0=159.8kPa 持力层fa0=379.7kPa,故必须予以验算。基底至亚黏土层顶面处的距离z为；z=6-1.8=4.2m，当a/b=16.48/4.68=3.52，z/b=4.2/4.68=0.9，由公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007）查得附加应力系数=0.583。计算下卧层顶面处的压应力h+z，当z/b 0.5，故K2=1.5，则P h+z=159.8+1.510.2（1.8+4.2-3）=205.7kPa Ph+z=195.64kPa，满足要求。六、基底偏心距验算6.1恒载作用时e0=0，=b=0.78 e00.1，满足要求。6.2由合力偏心距对照表（8）中所列荷载组合情况，按荷载组合计算e0=0.071.5 满足要求。7.2.滑动稳定性验算因基底处地基土为硬塑黏土，查表得=0.25按荷载组合：恒载(最高水位)+风力验算；则要满足墩台基础抗倾覆稳定性系数k0 1.3；Kc=(0.2515329.27+1.79+4.59)/(1.79+4.59)=601.71.3满足要求。八、沉降计算由于持力层以下的土层为亚黏土为软弱下卧层，按其压缩系数为中压缩性土，对基础沉降影响较大，故应计算基础沉降。计算图列如图五； 确定地基变形的计算深度；Zn=b（2.5-0.4lnb）=4.68（2.5-0.4ln4.68）=8.8m 确定分层厚度；第一层从基础底部向下4.2m；第二层从第一层底部向下3m；第三层从第二层底部向下1.6m； 确定各层土的压缩模量；（单位MPa）第一层 Es1=16.5第二层 Es2=7.5第三层 Es3=35 求基础底面处附加应力按正常使用极限状态的长期效应组合采用，各项作用效应的分项系数分别为:上部构造恒载、桥墩及基础自重均为1.0，汽车荷载和人群荷载均为0.4. 荷载组合(最低水位)+ 双孔汽车荷载+双孔两侧行人荷载，验算基础沉降量。N=16939.29+(948.63+157.5)2+336.35385.4=19102.5 kN基础底面处附加应力；P0=N/A-rh=19102.5 /（16.484.68）-10.21.8=229.3kPa 计算地基沉降计算深度范围内各土层的压缩变形量见 表(9)Z单位（m）l/bz/biziizii - zi-1i-1EsisiS=si 单位(mm)03.504.23.50.90.8303.4863.48616.548.4448.447.23.51.540.6744.8531.3677.541.7990.238.83.51.880.6095.3590.506353.3293.55注：查JTG D63-2007公路桥涵地基与基础设计规范M.0.2的矩形面积上均布荷载作用下中点平均附加压力系数。 确定沉降经验系数Es=Ai/（Ai/Esi）=（3.486+1.367+0.506）/(3.486/16.5)+( 1.367/7.5)+( 0.506/35)=13.13s=0.7+(13.13-7) (0.4-0.7)/(15-7)=0.47 计算地基的最终沉降量 S=sS=0.4793.55=43.97mm根据公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007）规定：相邻墩台间不均匀沉降差值，不应使桥面形成大于0.2%的附加纵坡（折角）。因此该桥的沉降量是否满足要求，还应知道相邻墩台的沉降量。沉降量计算图示图(七)九、参考文献1. 公路桥涵