无筋扩展基础基础设计

任务一浅基础设计基本知识回顾浅基础通常指埋深小于5米的基础，在所有基础形式中应用最广。具有施工简单、设计计算明确、造价低等特点，一般情况下，在条件允许时优先选择浅基础形式。由于通常采用明挖法施工，也称明挖基础。浅基础定义桥墩基础桥台基础上部结构基础应力和变形地基荷载基底压力矩形圆端形圆形八角形T形基础底面基本知识回顾材料片石（块石）片石混凝土素混凝土钢筋混凝土（特殊情况下采用）特点形式简单，施工方便，造价低。基本知识回顾浅基础根据受力条件及构造刚性基础（也称无筋扩展基础）钢筋混凝土扩展基础基本知识回顾钢筋混凝土扩展基础刚性基础基本知识回顾

当基础在外力作用下，基础底面将承受地基的反力，工作条件像个倒置的两边外伸的悬臂，这种结构受力后，在靠近柱、墙边或断面高度突然变化的台阶边缘处容易产生弯曲破坏或剪切破坏，因此，设计时必须保证基础的拉应力和切应力不超过相应的材料强度设计值。

刚性基础受力破坏简图如图所示，基础一侧的大放脚，在基底反力作用下，如同倒置的短悬壁板；当设计的台阶根部高度小时，就会弯曲拉裂或剪裂.基本知识回顾设计内容及程序进行荷载计算及荷载组合拟定基础的埋置深度和基础的平面尺寸。确定基础圬工类型及立面形式。进行受力及变形检算。设计内容及程序基础强度受力检算地基强度稳定性变形检算基础倾斜沉降和沉降差设计内容及程序设计与计算的主要内容

基础埋置深度的确定刚性扩大基础尺寸的拟定地基承载力验算基底合力偏心距验算基础稳定性和地基稳定性验算基础沉降验算一、基础埋置深度的确定将基础设置在变形较小，而强度又比较大的持力层上，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。还要使基础有足够的埋置深度，以保证基础的稳定性，确保基础的安全。必须综合考虑地基的地质和地形条件、河流的冲刷程度、当地的冻结深度、上部结构形式以及保证持力层稳定所需的最小埋深和施工技术条件、造价等因素。

一、基础埋置深度的确定刚性扩大基础

沉井基础

桩基础一、基础埋置深度的确定1、地基的地质条件岩石地基:覆盖土层较薄时，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；如岩石的风化层很厚，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、冲刷深度及相应的容许承载力来确定。如岩层表面倾斜时，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台时，还应注意岩体的稳定性。一、基础埋置深度的确定1、地基的地质条件

非岩石地基:如受压层范围内为均质土，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）。当地质条件较复杂如地层为多层土组成等或对大中型桥梁及其它建筑物基础持力层的选定，应通过较详细计算或方案比较后确定。一、基础埋置深度的确定冲刷的基本概念:洪水冲刷后，整个河床面要下降，这叫一般冲刷.被冲下去的深度叫一般冲刷深度.同时由于桥墩的阻水作用，使洪水在桥墩四周冲出一个深坑，这叫局部冲刷.2、河流的冲刷深度一、基础埋置深度的确定2、河流的冲刷深度一、基础埋置深度的确定2、河流的冲刷深度

对于大、中桥基础的基底在设计洪水冲刷总深度以下的最小埋置深度，建议根据桥梁大小、技术的复杂性和重要性，参照下表采用。

冲刷总深度(m)

最小埋置深度(m)桥梁类型0<3≥3≥8≥15≥20一般桥梁1.01.52.02.53.03.5技术复杂修复困难的特大桥及其它重要大桥1.52.02.53.03.54.0一、基础埋置深度的确定2、河流的冲刷深度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一、基础埋置深度的确定2、河流的冲刷深度一、基础埋置深度的确定3、当地的冻结深度

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，基础底面应埋置在天然最大冻结线以下一定深度。《公桥基规》规定，当上部结构为超静定结构时，基底应埋置在最深冻结线以下不小于0.25m；对静定结构的基础，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也可将基底置于最大冻结线以上。

一、基础埋置深度的确定3、当地的冻结深度一、基础埋置深度的确定3、当地的冻结深度影响因素：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。基础底面应埋置在天然最大冻结线以下一定深度。《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对冻深的影响系数一、基础埋置深度的确定4、上部结构型式

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。但对超静定结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。一、基础埋置深度的确定5、当地的地形条件当墩台、挡土墙等结构位于较陡的土坡上，在确定基础埋深时，还应考虑土坡连同结构物基础一起滑动的稳定性。一、基础埋置深度的确定5、当地的地形条件当地基为倾斜土坡时，应结合实际情况，对地基容许承载力适当折减。若基础位于较陡的岩体上，可将基础做成台阶形，但要注意岩体的稳定性。一、基础埋置深度的确定6、保证持力层稳定所需的最小埋置深度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，也会影响其强度和稳定，所以一般地表土不宜作为持力层.为了保证地基和基础的稳定性，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1m。在确定基础埋置深度时，还应考虑相邻建筑物的影响。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。一、基础埋置深度的确定

（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二、刚性扩大基础尺寸的拟定基础厚度基础平面尺寸基础剖面尺寸二、刚性扩大基础尺寸的拟定1、基础厚度

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。

基底标高应按基础埋深的要求确定。水中基础顶面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。二、刚性扩大基础尺寸的拟定1、基础厚度要求襟边襟边α1≤[α1]（沿纵、横方向）桥墩基础目的刚性角α[α]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≥1mα2≤[α2]（沿纵、横方向）（顶层台阶）（非顶层台阶）二、刚性扩大基础尺寸的拟定2、基础平面尺寸刚性扩大基础立面、平面图二、刚性扩大基础尺寸的拟定2、基础平面尺寸

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。基础底面长宽尺寸与高度有如下的关系式：二、刚性扩大基础尺寸的拟定3、基础剖面尺寸

刚性基础的宽度应使所产生的基础截面弯曲拉应力和剪应力不超过基础材料的强度限值。如果基础底面积越大，其底面压力越小，对地基负荷越有利。但放大尺寸超过一定范围，超过基础材料本身的抗拉、抗剪能力，就容易因受剪切而引起破坏。对于刚性基础材料而言，材料强度越高，允许的台阶宽高比（刚性角）越大。二、刚性扩大基础尺寸的拟定FFFF安全不安全浪费浪费二、刚性扩大基础尺寸的拟定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）α1≤45oα2≤45oα1≤35oα2≤45o（2）其他情况纵、横向襟边相等纵、横向襟边不相等其中，纵、横向襟边不等时，要求：eb3、基础剖面尺寸三、地基承载力验算FdG主要受力层持力层（受力层）下卧层持力层强度验算软弱下卧层承载力验算地基容许承载力的确定三、地基承载力验算1、持力层强度验算持力层是直接与基底相接触的土层，持力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。基底应力分布公式如下(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性抗力的作用)。三、地基承载力验算1、持力层强度验算

三、地基承载力验算1、持力层强度验算三、地基承载力验算1、持力层强度验算在曲线上的桥梁，除顺桥向引起的Mx外，尚有离心力（横桥向水平力）在横桥向产生的力矩My；若桥面上活载考虑横向分布的偏向作用时，则偏心竖向力对基底两个方向中心轴均有偏心距，并产生偏心力矩。当受压层范围内地基为多层土，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载力，验算时先计算软弱下卧层顶面（在基底形心轴下）的应力（包括自重应力及附加力），不得大于该处地基土的承载力容许值。即:三、地基承载力验算2、软弱下卧层验算三、地基承载力验算3、地基容许承载力的确定

当基础最小边宽b<2m，埋深h<3m时，地基土的容许承载力值[fa]为规范查得的承载力基本容许值：[fa]=[fa0]

当基础最小边宽b≥2m，埋深h≥3m时，且h/b≤4时，地基承载力计算公式为

容许承载力[fa]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三、地基承载力验算3、地基容许承载力的确定四、基底合力偏心距验算原则对于非岩石地基，以不出现拉应力为原则：对于修建在岩石地基上的基础，可以允许出现拉应力。外力作用点对基底重心轴的偏心距按下式验算：四、基底合力偏心距验算

非岩石地基: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、台受荷载标准值组合时，一般只要求基底偏心距e0不超过核心半径即可。

岩石地基:根据岩石的强度，合力偏心距e0最大可为基底核心半径的1.2～1.5倍，以保证必要的安全储备。四、基底合力偏心距验算核心半径的计算公式当外力合力作用点不在任何一个对称轴上时，可以下式直接求解。五、基础稳定性和地基稳定性验算

基础倾覆稳定性验算基础稳定性验算基础滑动稳定性验算地基稳定性验算

五、基础稳定性和地基稳定性验算1、基础倾覆稳定性验算k0为抗倾覆稳定系数,不同的作用组合，对墩台基础抗倾覆稳定性系数k0的容许值均有不同要求，详见下表所示。作用组合稳定性系数k0使用阶段永久作用（不计混凝土收缩及徐变、浮力）和汽车、人群的标准值效应组合1.5各种作用（不包括地震作用）的标准值效应组合1.3施工阶段作用的标准值效应组合1.2五、基础稳定性和地基稳定性验算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kc为抗滑动稳定系数，不同的作用组合，对墩台基础抗滑动稳定性系数kc的容许值均有不同要求，详见下表所示。作用组合稳定性系数kc使用阶段永久作用（不计混凝土收缩及徐变、浮力）和汽车、人群的标准值效应组合1.3各种作用（不包括地震作用）的标准值效应组合1.2施工阶段作用的标准值效应组合1.2五、基础稳定性和地基稳定性验算3、地基稳定性验算地基稳定性验算：位于软土地基上较高的桥台须验算桥台沿滑裂曲面滑动的稳定性。

地基稳定性验算同土坡稳定验算，特别在基底有软弱下卧层时应引起重视。六、基础沉降验算A地质复杂、不均、软弱地基及湿陷性黄土地基B非岩石地基上的超静定结构桥梁C相邻基础地基差别大、或两侧跨度差别大，必须考虑沉降差D跨线、通航必须保证净空时。验算沉降的情况六、基础沉降验算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。对于公路桥梁，基础上结构重力和土重力作用对沉降是主要的，汽车等活载作用时间短暂，对沉降影响小，所以在沉降计算中不予考虑。在设计时，为了防止由于偏心荷载使同一基础两侧产生较大的不均匀沉降，而导致结构物倾斜和造成墩、台顶面发生过大的水平位移等后果。对于较低的墩、台可用