刚性扩大基础设计

1、l基础埋置深度的确定基础埋置深度的确定l刚性扩大基础尺寸的拟定刚性扩大基础尺寸的拟定l地基承载力验算地基承载力验算l基底合力偏心距验算基底合力偏心距验算l基础稳定性和地基稳定性验算基础稳定性和地基稳定性验算l基础沉降验算基础沉降验算u将基础设置在变形较小，而强度又比较大的将基础设置在变形较小，而强度又比较大的持力持力层层上，以保证地基强度满足要求，且不致产生过上，以保证地基强度满足要求，且不致产生过大的沉降或沉降差。大的沉降或沉降差。u还要使基础有还要使基础有足够的埋置深度足够的埋置深度，以保证基础的稳，以保证基础的稳定性，确保基础的安全。定性，确保基础的安全。u必须综合考虑必须综合考虑地基的

2、地质和地形条件、河流的冲地基的地质和地形条件、河流的冲刷程度、当地的冻结深度、上部结构形式刷程度、当地的冻结深度、上部结构形式以及保以及保证持力层稳定所需的证持力层稳定所需的最小埋深最小埋深和和施工技术条件施工技术条件、造价造价等因素。等因素。 基 础 埋 深 的 不 同 方 案c )b )a )h3h2h1刚性扩大基础刚性扩大基础 沉井基础沉井基础 桩基础桩基础基础埋深的不同方案基础埋深的不同方案岩石地基岩石地基: :u覆盖土层较薄时覆盖土层较薄时，一般应清除覆盖土和风化层后，一般应清除覆盖土和风化层后，将基础直接修建在新鲜岩面上；将基础直接修建在新鲜岩面上；u如岩石的风化层很厚如岩石的风化

3、层很厚，难以全部清除时，基础放在，难以全部清除时，基础放在风化层中的埋置深度应根据其风化程度、冲刷深度及风化层中的埋置深度应根据其风化程度、冲刷深度及相应的容许承载力来确定。相应的容许承载力来确定。u如岩层表面倾斜时如岩层表面倾斜时，不得将基础的一部分置于岩层，不得将基础的一部分置于岩层上，而另一部分则置于土层上。在陡峭山坡上修建桥上，而另一部分则置于土层上。在陡峭山坡上修建桥台时，还应注意岩体的稳定性。台时，还应注意岩体的稳定性。 非岩石地基非岩石地基: :u如受压层范围内为均质土如受压层范围内为均质土，基础埋置深度除满足，基础埋置深度除满足冲刷、冻胀等要求外，可根据荷载大小，由地基冲刷、冻

4、胀等要求外，可根据荷载大小，由地基土的承载能力和沉降特性来确定（同时考虑基础土的承载能力和沉降特性来确定（同时考虑基础需要的最小埋深）。需要的最小埋深）。u当地质条件较复杂如地层为当地质条件较复杂如地层为多层土多层土组成等或对大组成等或对大中型桥梁及其它建筑物基础持力层的选定，应通中型桥梁及其它建筑物基础持力层的选定，应通过较详细计算或方案比较后确定。过较详细计算或方案比较后确定。冲刷的基本概念冲刷的基本概念:洪水冲刷后，整个河床面要下降，这叫洪水冲刷后，整个河床面要下降，这叫一般冲刷一般冲刷.被冲下去的深度叫被冲下去的深度叫一般冲刷深度一般冲刷深度.同时由于桥墩的阻水作用，使洪水在桥墩四周冲

5、同时由于桥墩的阻水作用，使洪水在桥墩四周冲出一个深坑，这叫出一个深坑，这叫局部冲刷局部冲刷.局 部 冲 刷原 河 床 面一 般 冲 刷河流的冲刷作用河流的冲刷作用 在有冲刷的河流中，为了防止桥梁墩、在有冲刷的河流中，为了防止桥梁墩、台基础四周和基底下土层被水流掏空冲走台基础四周和基底下土层被水流掏空冲走以致倒塌，以致倒塌，基础必须埋置在设计洪水的最基础必须埋置在设计洪水的最大冲刷线以下不小于大冲刷线以下不小于1m1m。特别是在山区和。特别是在山区和丘陵地区的河流，更应注意考虑季节性洪丘陵地区的河流，更应注意考虑季节性洪水的冲刷作用。水的冲刷作用。 冲刷总深度冲刷总深度(m) 最小埋置深度最小埋

6、置深度(m)桥梁类型桥梁类型0333881515220 0一一 般般 桥桥 梁梁1.01.52.02.53.03.5技术复杂修复困难的特大桥及其它技术复杂修复困难的特大桥及其它重要大桥重要大桥1.52.02.53.03.54.0 对于大、中桥基础的基底在对于大、中桥基础的基底在设计洪水冲刷总深设计洪水冲刷总深度以下的最小埋置深度度以下的最小埋置深度，建议根据桥梁大小、技术，建议根据桥梁大小、技术的复杂性和重要性，参照下表采用的复杂性和重要性，参照下表采用 为了保证建筑物不受地基土季节性冻胀的影响，为了保证建筑物不受地基土季节性冻胀的影响，除地基为非冻胀性土外，除地基为非冻胀性土外，基础底面应埋

7、置在天然最大基础底面应埋置在天然最大冻结线以下一定深度冻结线以下一定深度。u公桥基规公桥基规规定，当上部结构为规定，当上部结构为超静定超静定结构时，基结构时，基底应埋置在最深冻结线以下不小于底应埋置在最深冻结线以下不小于0.25m0.25m；u对对静定静定结构的基础，一般也按此要求，但在冻结较深结构的基础，一般也按此要求，但在冻结较深地区，为了减少基础埋深，有些类别的冻土经计算后地区，为了减少基础埋深，有些类别的冻土经计算后也可将基底置于最大冻结线以上。也可将基底置于最大冻结线以上。 对中、小跨度简支梁桥来说，这项因素对对中、小跨度简支梁桥来说，这项因素对确定基础的埋置深度影响不大。但对确定基

8、础的埋置深度影响不大。但对超静定超静定结结构即使基础发生较小的不均匀沉降也会使内力构即使基础发生较小的不均匀沉降也会使内力产生一定变化。产生一定变化。 当墩台、挡土墙等结当墩台、挡土墙等结构位于较陡的土坡上，构位于较陡的土坡上，在确定基础埋深时，在确定基础埋深时，还应考虑土坡连同结还应考虑土坡连同结构物基础一起滑动的构物基础一起滑动的稳定性。稳定性。当地基为当地基为倾斜土坡倾斜土坡时，应结合实际情况，对地基时，应结合实际情况，对地基容许承载力适当折减。容许承载力适当折减。lsDbhDhlb地表土的性质是不稳定的。人类和动物的活动以及地表土的性质是不稳定的。人类和动物的活动以及植物的生长作用，也

9、会影响其强度和稳定，所以一植物的生长作用，也会影响其强度和稳定，所以一般地表土不宜作为持力层般地表土不宜作为持力层. .为了保证地基和基础的为了保证地基和基础的稳定性，稳定性，基础的埋置深度（除岩石地基外）应在天基础的埋置深度（除岩石地基外）应在天然地面或无冲刷河底以下不小于然地面或无冲刷河底以下不小于1m1m。在确定基础埋置深度时，还应考虑相邻建筑物的影在确定基础埋置深度时，还应考虑相邻建筑物的影响。响。基础埋深的不同方案c)b)a)()硬塑亚粘土0=250kPa()硬塑粘土0=300kPa()软粘土0=100kPa()硬塑亚粘土0=250kPa最大冲刷线一般冲刷线h3h2h111.0 常水

10、位9.0 河底8.0 7.01.0-1.0-5.0刚性扩大基础刚性扩大基础 沉井基础沉井基础 桩基础桩基础l基础厚度基础厚度l基础平面尺寸基础平面尺寸l基础剖面尺寸基础剖面尺寸b )a )bl/2a/2t3t2t1c2c1aaHhc1aaHhd 应根据墩、台身结构形式，荷载大小，选用的应根据墩、台身结构形式，荷载大小，选用的基础材料等因素来确定。基础材料等因素来确定。 基底标高基底标高应按基础埋深的要求确定。水中应按基础埋深的要求确定。水中基础基础顶面顶面一般不高于最低水位，在季节性流水的河流或一般不高于最低水位，在季节性流水的河流或旱地上的桥梁墩、台基础，则不宜高出地面，以防旱地上的桥梁墩、

11、台基础，则不宜高出地面，以防碰损。这样，基础厚度可按上述要求所确定的基础碰损。这样，基础厚度可按上述要求所确定的基础底面和顶面标高求得。底面和顶面标高求得。 基础平面形式一般应考虑墩、台身底基础平面形式一般应考虑墩、台身底面的形状而确定，基础平面形状常用矩形。面的形状而确定，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：基础底面长宽尺寸与高度有如下的关系式：tan2)(tan2)(HdbHla顺桥向宽度横桥向长度l持力层强度验算持力层强度验算l软弱下卧层承载力验算软弱下卧层承载力验算 持力层是指直接与基底相接触的土层，持力持力层是指直接与基底相接触的土层，持力层承载力验算要求荷载

12、在基底产生的地基应力不层承载力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。超过持力层的地基容许承载力。 基底应力分布公式如下基底应力分布公式如下 ( (由于浅基础埋置深由于浅基础埋置深度小，在计算中可不计基础四周土的摩阻力和弹度小，在计算中可不计基础四周土的摩阻力和弹性抗力的作用性抗力的作用) ) 。maxminaRfWMANp偏心竖直力作用在任意点偏心竖直力作用在任意点基底应力分布图基底应力分布图对于曲线桥，计算基底应力时，应按下式计算对于曲线桥，计算基底应力时，应按下式计算：maxminaRyyxxfWMWMANp 当受压层范围内地基为多层土，且持力层以当受压层范围内地基

13、为多层土，且持力层以下有软弱下卧层，这时还应验算软弱下卧层的承下有软弱下卧层，这时还应验算软弱下卧层的承载力，验算时先计算载力，验算时先计算软弱下卧层顶面软弱下卧层顶面（在基底形（在基底形心轴下）心轴下）的应力的应力（包括自重应力及附加力）（包括自重应力及附加力） ，不不得大于该处地基土的容许承载力得大于该处地基土的容许承载力。即。即: :)()(21aRZfhpzhp土 自 重应 力 线软 弱 下 卧 层附 加 应 力 线A1(h + z）2hp0= - 2hhzP0 目的目的: 尽可能使基底应力分布比较均匀，以免尽可能使基底应力分布比较均匀，以免基底两侧应力相差过大，使基础产生较大的不基底

14、两侧应力相差过大，使基础产生较大的不均匀沉降，墩、台发生倾斜，影响正常使用均匀沉降，墩、台发生倾斜，影响正常使用 。 非岩石地基非岩石地基:以不出现拉应力为原则，当墩、以不出现拉应力为原则，当墩、台仅受恒载作用时，基底合力偏心距台仅受恒载作用时，基底合力偏心距e e0 0应分别不应分别不大于基底核心半径的大于基底核心半径的0.10.1倍（桥墩）和倍（桥墩）和0.750.75倍（桥倍（桥台）；当墩、台受荷载标准值组合时，一般只要台）；当墩、台受荷载标准值组合时，一般只要求基底偏心距求基底偏心距e e0 0不超过核心半径即可。不超过核心半径即可。 岩石地基岩石地基:可以允许出现拉应力，根据岩石的可

15、以允许出现拉应力，根据岩石的强度，合力偏心距强度，合力偏心距e e0 0最大可为基底核心半径的最大可为基底核心半径的1.21.21.51.5倍，以保证必要的安全储备。倍，以保证必要的安全储备。m a xm a xm a xm i ne0NNMbNKb 基底应力分布图基底应力分布图 基础倾覆稳定性验算基础倾覆稳定性验算 基础稳定性验算基础稳定性验算 基础滑动稳定性验算基础滑动稳定性验算地基稳定性验算地基稳定性验算 基础倾覆稳定性与合力的偏心距有关。合基础倾覆稳定性与合力的偏心距有关。合力偏心距愈大，则基础抗倾覆的安全储备愈小，力偏心距愈大，则基础抗倾覆的安全储备愈小，如下图所示，因此，在设计时，

16、可以用限制合如下图所示，因此，在设计时，可以用限制合力偏心距力偏心距e e0 0来保证基础的倾覆稳定性。来保证基础的倾覆稳定性。00eyKiiiiiPhTePe0K0为抗倾覆稳定系数为抗倾覆稳定系数,一般一般对主要荷载组合对主要荷载组合K01.5，在各种附加荷载组合时，在各种附加荷载组合时，K01.21.5。 e2p1e1p2p1T1T2e0ye0yN1h1h2ye0Aooe0ya )b ）c )基 础 倾 覆 稳 定 性 验 算基础倾覆稳定性计算基础倾覆稳定性计算 基础在水平推力作用下沿基础底面滑动的可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，可用基底与土能性即基础

17、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之间的摩擦阻力和水平推力的比值KcKc来表示，来表示，KcKc称为抗滑动稳定系数。即称为抗滑动稳定系数。即iaipicHHPK Kc为抗滑动稳定系数，必须大于规范规定的设计为抗滑动稳定系数，必须大于规范规定的设计容许值，一般根据荷载性质，容许值，一般根据荷载性质，Kc1.21.3。 位于软土地基上较高的桥台需验算桥台沿滑裂位于软土地基上较高的桥台需验算桥台沿滑裂曲面滑动的稳定性；曲面滑动的稳定性； 基底下地基如在不深处有软弱夹层时，在台后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土推力作用下，基

18、础也有可能沿软弱夹层土的层面滑动；层面滑动； 在较陡的土质斜坡上的桥台、挡土墙也有滑动在较陡的土质斜坡上的桥台、挡土墙也有滑动的可能。的可能。a)hi 基础的沉降主要由竖向荷载作用下土层的压基础的沉降主要由竖向荷载作用下土层的压缩变形引起。沉降量过大将影响结构物的正常使缩变形引起。沉降量过大将影响结构物的正常使用和安全，应加以限制。在确定一般土质的地基用和安全，应加以限制。在确定一般土质的地基容许承载力时，已考虑这一变形的因素，所以修容许承载力时，已考虑这一变形的因素，所以修建在一般土质条件下的中、小型桥梁的基础，只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）的沉降要满足了地基的强度要求，地基（基础）的沉降也就满足要求。也就满足要求。 1 1修建在地质情况复杂、地层分布不均或强度较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；小的软粘土地基及湿陷性黄土上的基础； 2 2修建在非岩石地基上的拱桥、连续梁桥等超静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；定结构的基础；对于下列情况，则必须验算基础的沉降对于下列情况，则必须验算基础的沉降 3 3当相邻基础下地基土强度有显著不同或相邻当相邻基础