钢性扩大基础设计方案

第一章刚性扩大基础设计第一节浅基础尺寸及高程拟定刚性扩大基础概述由于地基强度一般较墩台或墙柱的强度低，因而需要将其基础平面尺寸扩大以满足地基强度要求，这种刚性基础称刚性扩大基础。它是桥涵及其它构造物常用的基础形式，其每边扩大的尺寸最小为0.20~0.50m，视土质基础厚度、埋置深度和施工方法而定。作为刚性基础，每边扩大的尺寸应受到材料刚性角的限制。当基础较厚时，可在纵横两个剖面上都做成台阶形，以减少基础自重，节省材料，如图1-1所示。二、铁路墩台基础埋置深度在有冲刷处，基底应在墩台附近最大冲刷线以下，不小于下列安全值：对于一般桥梁安全值为2m加冲刷总深度的10%；对于特大桥（或大桥）属于技术复杂、修复困难或重要者，安全值为3m加冲刷总深度的10%，如表1-1所示。表1-1铁路桥基底埋深安全值冲刷总深度(mm)051020安全值m一般桥梁2.02.53.04.0特大桥属于技术术复杂、修修复困难或或重要者设计频率流量3.03.54.05.0检算频率流量1.51.82.02.5注：冲刷总深度为自河床面算起的一般冲刷深度与局部冲刷深度之和根据设计资料，5号墩位的冲刷总深度为5.21m。因此确定基底位于局部冲刷线以下3.5m，基底标高为6.42m。持力层为中密粗砂。刚性扩大基础尺寸的拟定基础顶面一般应低于设计地面10m以上，以免基础外露，遭受外界影响而破坏。刚性扩大基础的剖面形式一般做成矩形或台阶形，如图1-2所示。自墩台、台身边缘至基顶边缘的距离称襟边，其作用一方面是扩大基底面积增加基础承载力，同时也便于调整基础施工时在平面尺寸上可能发生的误差，也为了支墩、台身模板的需要。桥梁墩台基础襟边最小值为20~30cm。自墩台身边缘处的垂线与基底边缘的联线间的最大夹角，称为刚性角。在设计时，应使每个台阶宽度与厚度保持在一定比例内，使其夹角，这是可认为属于刚性基础，不必对基础进行弯曲拉应力和剪应力的强度检算，在基础中也可不设置受力钢筋。图2－1基础类型图2－1基础类型我国《铁桥基规》规定：双向受力矩形墩台的各种形状基础以及单向和双向受力的圆端形桥墩采用的明挖基础，其最上一层石砌，混凝土，其下各石砌混凝土。基础每层台阶高度通常为0.5m~1.0m,在一般情况下各层台阶宜采取相同厚度。考虑上述因素，将5好墩基础做成三层台阶，襟边均定为30cm,台阶厚度均定为1m。如图1-3墩身长为18.73m,墩底截面尺寸如图1-4示第二节荷载的计算墩身及基础采用片石混凝土。一、桥墩及基础尺寸如图1-5所示。二、设计低水位至墩底段墩身重量墩底截面面积设计低水位处墩身截面面积设计低水位处至墩底段墩身体积重量三、基础自重体积重量四、覆盖在基顶上的土重覆盖在第一层台阶顶面上土壤面积为土重覆盖在第二层台阶顶面上土壤面积为土重覆盖在第三层台阶顶面上土壤面积为土重因此五、浮力设计低水位处至墩底段墩身浮力第三节刚性扩大基础的检算桥梁位于直线平坡地区，只考虑纵向荷载组合，故只对纵桥方向进行检算基础本身强度检算基础纵向、横向的刚性角都满足的要求，故纵、横向皆能满足基础圬工强度要求。地基容许承载力计算持力层为中密粗砂，基本承载力，修正系数，，因持力层为透水层，故应采用浮容重，，故地基容许承载力为当荷载为主力加附加力时，可提高20%式中—地基土的基本承载力。可由教材表1-4查得。b—基础验算剖面最小边宽，当时，取计，当时，按10m计算。h—基础底面的埋置深度（m）,对于受水流冲刷的基础，由一般冲刷线算起。—基底下持力层的天然容重,如持力层在水面以下且为透水性土时，应取用浮容重。—基底以上土的容重（如为多层土时用换算容重），如持力层在在水面以下且为不透水性土时，不论基底以上的透水性如何，应一律采用饱和容重，如持力层为透水性土时，应一律采用采用浮容重。—按持力层土类确定在基础宽度和深度方面的修正系数，其值按持力层土类从教材表1-5中选用。基底压应力及偏心检算，基础滑动及倾覆稳定检算。1、5号桥墩作用于设计低水位处的设计荷载如表1-2.表1-2设计低水位处设计荷载两孔满载（低水水位）一空重载（低水水位）一孔轻载（高水水位）一孔轻载（低水水位）8858.2406.72720.17956.4406.73160.16130.4402.73039.87334.6406.73055.7注：竖向力和水平力的的单位为Kn,力矩M的单位为,和的符号相同表示两者对基础的转向效应相同。2、5号桥墩作用于基础底面形心处的设计荷载如表1-3.表1-2设计低水位处设计荷载两孔满载（低水水位）一空重载（低水水位）一孔轻载（高水水位）一孔轻载（低水水位）14920.22406.79056.514018.44406.79496.512192.44402.79313.913396.66406.79392.1注：竖向力和水平力的的单位为Kn,力矩M的单位为,和的符号相同表示两者对基础的转向效应相同。3、基底压应力及偏心检算，基础滑动及倾覆稳定检算,详见表1-4。表1-4纵桥向检算检算项目两空满载（低水水位）一空重载（低水水位）一孔轻载（高水水位）一孔轻载（低水水位）抗倾覆力矩=37022.22倾覆稳定系数3.97容许最小稳定系系数1.50基底摩擦力滑动稳定系数12.11容许最小滑动稳稳定系数1.30基底面积59.9659.9659.96基底截面模量52.4852.4852.48248.8+1172.66=4211.4233.8+1181.00=4144.8223.4+1179.00=4022.476.252.844.4地基容许承载力力竖向合力偏心0.610.680.701容许偏心1.0121.0121.012检算结果表明都符合要求四、基础沉降检算因持力层下无软弱下卧层，故不必进行软弱下卧层检算，桥下地质条件简单，故只要基底压应力小于，可不必进行沉降检算。桩基础的设计桩和承台尺寸的拟定一、桩类，桩径，桩底标高及承台顶面标高的拟定桩基础采用高承台式嵌岩桩。承台顶面设置于河床面处，此处高程15.51m。据此可确定墩底截面尺寸如图2-1所示。桩拟用钻空灌注桩，钻孔灌注桩的设计桩径一般为0.8、1.0、1.25和1.5m,因此拟用桩径为1.5m,以冲抓锥施工。桩底拟定在风化砂岩面以下2m,高程为-3.5m。承台及桩采用混凝土。二、估算桩数n1、设计低水位处至墩底段墩身重量低水位处墩身截面面积为。墩底截面面积为体积重量2、设计低水位处至墩底段墩身所受浮力作用在承承台顶面中中心的竖向向荷载为荷载加两两孔满载（低低水位）时时3、计算算嵌岩桩轴轴向受压容容许承载力力《铁铁桥基规》规规定，支承承于岩石层层上于嵌入入岩石层内内的钻孔灌灌注桩的容容许承载力力，，，，式中—单桩桩轴向受压压容许承载载力；—嵌入岩石石层内的桩桩及管柱的的钻孔周长长；——自新鲜岩岩石面算其其的嵌入深深度；——系数，根根据岩石层层破碎程度度和清底情情况决定，按按表2-22-1采用用。—岩石试块块单轴抗压压极限强度度；—桩底面积积。表2-1系数值条件条件良好的0.60.05一般的0.40.03较差的0.50.044、估算桩数n估计计为135000,,故取式中—桩的根数数；——作用在承承台底面上上的竖向荷荷载;—考虑偏心心荷载时各各桩受力不不均而适当当增加桩数数的经验系系数，可取取。三、拟定承台的的尺寸及桩桩的排列方方式根据据墩底面尺尺寸及桩尺尺寸，拟定定承台尺寸寸为。群桩桩布置拟用用6根灌注桩桩，其排列列见图2-2所示，为为对称竖直直双排桩。第二节桩基础础的计算一、桩基础计算算简图桩基础纵向断面面及横向断断面如图2-2所示二、计算承台底底面形心点点的位移、、1、承台重量2、计算作用在承承台底面中中心的荷载载恒载加两两孔满载（低低水位）时时3、桩的计算宽度度4桩的的变形系数数桩在局部部冲刷线以以下深度，其其计算长度度为，因此此按弹性桩桩计算。5、桩桩顶刚度系系数的计算算按桩中心心距计算面面积，故取取式中—竖向地地基系数。对对于岩石的的竖向地基基系数，认认为不随岩岩层面的埋埋置深度而而变，可参参考表2-2采用。表2-2岩石的竖竖向地基系系数值1注：为岩石的单单轴向抗压压极限强度度；当为中中间值时，采采用内插法法。已知：取用4查教材附附表3—17、3—18、3—19得：6、计算承台底面面形心点的的位移、、由教材式（3--40）得三、计算作用每每根桩顶上上的作用力力按教教材（3-41）计算，得得竖向力水平力弯矩校核：单桩承受受的最大竖竖向荷载故设计满满足要求绘制承受最大荷荷载单桩桩桩身弯矩图图、剪力图图、桩侧土土的横向抗抗力图计算局部冲刷线线处桩身弯弯矩，水平平剪力及轴轴向力N，绘制弯矩分布图图换算深度因此可用教材公公式（3-15）中的相相应公式，可取取无量纲系系数及有教材附附表3-3，3-7查得，值计计算如图2-3，其弯矩矩分布如图2-3-所示表2-3，值y00401.000000062.9362.930.510.240.1969660.99806632.3362.8195.141.520.640.5293880.95861186.9060.33147.232.541.040.7320550.850899120.1653.55173.713.811.540.7546660.640811123.8740.33164.205.082.040.6141330.406588100.8129.31130.126.602.640.3545880.17546658.2011.0469.247.613.040.1930550.07595531.694.7836.478.893.540.0508110.0135448.340.859.1910.154.040.0000550.0000990.010.630.64绘制桩侧土的横横向抗力图图无量纲系数及由由教材附表表3-1，3-5查得，值计计算如表2-4，其分布如如图2-4表2-4值y002.4406661.6210000.000.000.000.510.22.1177991.2908886.681.568.241.520.61.50680.74981114.252.7216.972.541.00.9704110.36119915.302.1817.483.811.50.4661440.06288811.020.5711.595.082.00.146966-0.0757724.63-0.923.716.602.6-0.039886-0.111336-1.63-1.75-3.387.613.0-0.087441-0.094771-4.13-1.72-5.858.893.5-0.104995-0.056998-5.79-1.21-710.154.0-0.107888-0.014887-6.80-0.36-7.16绘制剪力分布图图无量纲系数及由由教材附表表3-4，3-8查得，值计计算如表2-5，其分布如如图2-5表2-5值y001.000000067.30067.300.510.20.955511-0.02799564.31-0.7263.591.520.60.674866-0.18199145.42-4.6940.732.541.00.289011-0.35055919.45-9.0510.43.811.5-0.139552-0.467115-9.39-12.05-21.445.082.0-0.388339-0.449114-26.14-11.59-37.376.602.6-0.436551-0.307332-29.38-7.93-37.317.613.0-0.360665-0.190552-24.27-4.92-29.198.893.5-0.199775-0.016772-13.44-0.43-13.0110.154.0-0.000002-0.0004450-0.01-0.0