第十章天然地基上的浅基础设计.pptx

2013年11月1第一节 概述第1页/共138页结构荷载基底压力2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系2第2页/共138页2013年11月3桥梁基础第3页/共138页2013年11月4第4页/共138页地基基础设计基 础地 基安 全 可 靠经 济 合 理技 术 先 进便 于 施 工第一节 概述2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系5第5页/共138页2013年11月6 地基的强度条件：地基有足够的强度，在荷载作用下，地基土不发生剪切破坏或失稳。地基的变形条件：不使地基产生过大的沉降或不均匀沉降，保证建筑物正常使用。基础结构本身应有足够的强度和刚度，在地基反力作用下不会产生过大强度破坏，并具有改善沉降与不均匀沉降的能力。综上所述：地基种类分 人工地基：经过处理而达到设计要求的地基。天然地基：不需处理而直接利用的地基。第一节 概述第6页/共138页2013年11月7基础浅基(造价低、施工方便)刚性扩大基础深基（埋深大于5米）桩、沉井基础设计原则对地基:pfa,ss,或对基础:强度、刚度、耐久性天然地基，人工地基（地基处理）第一节 概述第7页/共138页规范手册：公路桥梁地基基础设计规范建筑地基基础设计规范公路工程抗震设计规范建筑地基处理设计规范桥梁墩台与基础基础工程手册第一节 概述2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系8第8页/共138页2013年11月91、桥位及上部结构基础资料2、桥位地基勘察资料及地质剖面；3、地基土质调查试验报告；4、河流水文资料等；一、基础工程设计与施工所需资料设计施工所需资料P215表10-1第9页/共138页2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系10几个术语几个术语作用 荷载作用代表值 作用标准值 作用频遇值 作用准永久值设计基准期 作用效应 作用效应设计值作用效应组合 分项系数 结构重要性系数 作用效应组合系数承载能力极限状态设计法 正常使用极限状态设计法 作用效应基本组合 作用效应偶然组合 作用短期效应组合 作用长期效应组合 第10页/共138页二、作用与作用效应组合（一）作用分类 永久作用：经常作用的其数值不随时间变化或变化微 小的作用 1、结构物的自重；2、土重及土的自重产生的侧压力；3、水的浮力；4、预应力结构中的预应力；5、超静定结构中因混凝土的收缩徐变和基础变位而产生的影响力。2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系11第11页/共138页二、作用与作用效应组合（一）作用分类 可变作用：数值随时间变化,且变化值与平均值比较不可忽略的作用 1、汽车荷载；2、汽车冲击力；3、离心力；4、汽车引起的土侧压力；5、人群荷载；6、平板挂车或履带车荷载引起的土侧压力；7、风力；8、汽车制动力；9、流水压力；10、冰压力；11、支座摩阻力；12、在超静定结构中尚须考虑通过基础温度变化的影响力。2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系12第12页/共138页二、作用与作用效应组合（一）作用分类 偶然作用：作用时间短暂，且发生的机率很小的作用 1、船只或漂浮物的撞击力；2、施工荷载；3、地震荷载。4、汽车撞击作用等。详见公路桥涵设计通用规范。2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系13第13页/共138页2013年11月14（二）作用效应组合1、基本组合：永久作用的设计值效应与可变作用设计值效应相组合 第14页/共138页2013年11月152 2、偶然组合、偶然组合 永久作用标准值效应与可变作用某种代表值效应、一种偶然作用标准值效应相组合。偶然作用的效应分项系数取1.0；与偶然作用同时出现的可变作用，可根据观测资料和工程经验取用适当的代表值。地震作用标准值及其表达式按现行公路工程抗震设计规范规定采用。第15页/共138页2013年11月163 3、短期组合、短期组合 永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应相组合第16页/共138页2013年11月174 4、长期组合、长期组合 永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应相组合 第17页/共138页2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系18二、作用与作用效应组合偶然作用 详见公路桥涵设计通用规范。可变作用：按不同的极限状态分别考虑永久作用标准值承载力极限状态设计及按弹性阶段计算结构强度时标准值正常使用极限状态频遇值准永久值准永久组合标准值作用的代表值按下列规定取用：第18页/共138页对结构自重（包括结构附加重力），可按结构构件的设计尺寸与材料的重度计算确定。永久作用的标准值三、作用的计算2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系19第19页/共138页可变作用的标准值 （1）汽车荷载汽车荷载分为公路级和公路级两个等级。汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成。车道荷载由均布荷载和集中荷载组成，桥梁结构的整体计算采用车道荷载公路桥涵设计通用规范（JTG D602004），其计算图式如下。公路级车道荷载的均布荷载标准值和集中荷载标准值按公路级车道荷载的0.75倍采用。三、作用的计算2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系20第20页/共138页公路-级：车道荷载的均布荷载标准值为qk=10.5 kN/m;集中荷载Pk标准值按以下规定选取：桥涵计算跨径小于或等于5m 时,Pk=180kN桥涵计算跨径等于或大于50m 时;Pk=360kN桥涵计算跨径大于5m 小于 50m 时,Pk值采用直线内插求得.2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系21第21页/共138页（2）汽车荷载冲击力汽车荷载冲击力标准值为汽车荷载标准值乘以冲击系数。汽车荷载的局部加载及在T梁、箱梁悬臂板上的冲击系数采用1.3。三、作用的计算2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系22第22页/共138页2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系23（3）汽车荷载离心力当弯道桥的曲线半径等于或小于250m时，应计算汽车荷载引起的离心力。汽车荷载离心力标准值为车辆荷载标准值乘以离心力系数。计算多车道桥梁汽车荷载离心力时应乘以横向折减系数；离心力的着力点在桥面以上1.2m处（为计算方便也可移至桥面上，不计由此引起的作用效应）。三、作用的计算第23页/共138页三、作用的计算（4）人群荷载当桥梁计算跨径小于或等于50m时，人群荷载标准值为3.0kN/m2；当桥梁计算跨径等于或大于150m时，人群荷载标准值为2.5kN/m2；当桥梁计算跨径50m150m时，可线性内插得到人群荷载标准值。人群荷载在横向应布置在人行道的净宽度内，在纵向施加于使结构产生最不利荷载效应的区段内。2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系24第24页/共138页三、作用的计算（5）汽车荷载制动力汽车荷载制动力按同向行驶的汽车荷载（不计冲击力）计算。一个设计车道上由汽车荷载产生的制动力标准值按车道荷载标准值在加载长度上计算的总重力的10%计算，但公路级汽车荷载的制动力标准值不得小于165kN;和公路级汽车荷载的制动力标准值不得小于90kN。2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系25第25页/共138页三、作用的计算2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系26同向行驶双车道的汽车荷载制动力标准值为一个设计车道制动力标准值的2倍，同向行驶三车道为一个设计车道制动力标准值的2.34倍;同向行驶四车道为一个设计车道制动力标准值的2.68倍。制动力的着力点在桥面以上1.2m处。（5）汽车荷载制动力第26页/共138页三、作用的计算2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系27K-桥墩形状影响系数，查规范（6）作用在桥墩上的流水压力作用在桥墩上的流水压力标准值 第27页/共138页（7）支座摩阻力支座摩阻力标准值 W作用于活动支座上的结构重力产生的效应；摩擦系数。三、作用的计算2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系28第28页/共138页可变作用的其他代表值可变作用频遇值为可变作用标准值乘以频遇值系数。可变作用准永久值为可变作用标准值乘以准永久值系数。作用的设计值规定为作用的标准值乘以相应的作用分项系数。2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系29第29页/共138页2013年11月30（四）浮力的处理1：透水地基基础，稳定性验算考虑设计水位的浮力；地基应力计算可考虑低水位或不考虑水的浮力。2：不透水地基（密实粘土、完整基岩）且接触良好，可不考虑水的浮力。3：不能确定透水不透水时，取不利情况。4：作用在桩基承台底面浮力，应考虑全部底面积，但嵌岩灌注桩，不应考虑桩的浮力，在计算承台浮力时应扣除桩截面积。详见地基基础规范。第30页/共138页重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系31三、作用的计算有些荷载不需同时考虑：1.考虑汽车制动力时，不计支座摩阻力，流水压力、冰压力，2.考虑支座摩阻力时不计汽车制动力。3.考虑冰压力时，除不计制动力外，还不计流水压力;4.考虑流水压力时，也不计汽车制动力和冰压力;5.地震力、船只或漂浮物撞击力、施工荷载三者不同时考虑。2013年11月第31页/共138页2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系32（五）最不利组合1：组合起来的作用，产生最大的力学效应，如最大沉降、最大应力、最小安全系数等，对应的组合即为最不利。2：最不利组合难以判别时需要对可能组合进行计算；而且主要组合和附加组合控制标准不一样。（六）纵桥向和横桥向 一般纵桥向控制设计，但大跨桥梁、横向荷载较大时需进行横桥向计算。详见地基基础规范。第32页/共138页2013年11月33基础工程设计计算原则：1：基底压应力小于地基容许承载力。2：地基基础变形值小于建筑物容许沉降值。3：地基基础的整体稳定性有足够保证。4：基础本身的强度满足要求。四、基础工程设计计算步骤与原则第33页/共138页第二节 浅基础的类型与构造浅基础通常指埋深小于5 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。浅基础由于埋入地层较浅，设计计算时可以忽略基础侧面土体对基础的影响，如不计基础侧边与土间的摩阻力等；而深基础则在设计计算中需考虑侧面土体对基础的影响，施工方法也稍复杂。2013年11月34第34页/共138页浅浅基基础础分分类类按材料分类按材料分类按构造分类按构造分类按受力性能分类按受力性能分类第二节 浅基础的类型与构造2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系35第35页/共138页扩展基础刚性基础柔性基础联合基础条形基础箱形基础独立基础筏板基础十字交叉梁基础壳体基础按构造类型第二节 浅基础的类型与构造受力条件及构造2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系36第36页/共138页一、浅基础的类型和适用条件天然地基浅基础，根据受力条件及构造可分为刚性基础和柔性基础两大类。(一)刚性基础2013年11月37第37页/共138页当基础在外力（包括基础自重）作用下，基底承受着强度为当基础在外力（包括基础自重）作用下，基底承受着强度为 的的反力，基础的悬出部分即反力，基础的悬出部分即a-aa-a断面左端，相当于承受着强度为断面左端，相当于承受着强度为 的均布作用的悬臂梁，在荷载作用下，的均布作用的悬臂梁，在荷载作用下，a-aa-a断面将产生弯曲拉应断面将产生弯曲拉应力和剪应力。当基础圬工具有足够的截面使材料的容许应力大力和剪应力。当基础圬工具有足够的截面使材料的容许应力大于由地基反力产生的弯曲拉应力和剪应力时，于由地基反力产生的弯曲拉应力和剪应力时，a-aa-a断面不会出现断面不会出现裂缝，这时，基础内不需配置受力钢筋，这种基础称为刚性基裂缝，这时，基础内不需配置受力钢筋，这种基础称为刚性基础。础。2013年11月38第38页/共138页 一、浅基础的类型和适用条件 适用于地基条件较好的中小桥梁基础；多层民用建筑和轻型厂房(1)刚性基础2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系39第39页/共138页刚性基础的特点：稳定性好，施工简便，能承刚性基础的特点：稳定性好，施工简便，能承受较大的作用。是桥涵、房屋、公共设施等结受较大的作用。是桥涵、房屋、公共设施等结构物首先考虑的基础型式。构物首先考虑的基础型式。主要缺点是自重大，并且在持力层为软弱土时，主要缺点是自重大，并且在持力层为软弱土时，由于基础底面积受一定限制，需要对地基进行由于基础底面积受一定限制，需要对地基进行处理或加固后才能采用，否则会因所受的压力处理或加固后才能采用，否则会因所受的压力超过地基强度而影响结构物的正常使用。因此超过地基强度而影响结构物的正常使用。因此对于作用大、上部结构对差异变形量较为敏感对于作用大、上部结构对差异变形量较为敏感的结构物，当持力层土质较差又较厚时，刚性的结构物，当持力层土质较差又较厚时，刚性基础作为浅基础是不适宜的。基础作为浅基础是不适宜的。2013年11月40第40页/共138页刚性基础的材料都具有较好的抗压性能，但抗刚性基础的材料都具有较好的抗压性能，但抗拉、抗剪强度不高。设计时必须保证发生在基拉、抗剪强度不高。设计时必须保证发生在基础内的拉应力和剪应力不超过相应材料的强度础内的拉应力和剪应力不超过相应材料的强度设计值。设计值。2013年11月41第41页/共138页设自柱身（或墩、台身）边缘处的垂线与基础边缘联线间的夹设自柱身（或墩、台身）边缘处的垂线与基础边缘联线间的夹角为角为 ，既能保证基础安全，又能充分发挥材料强度的最大夹，既能保证基础安全，又能充分发挥材料强度的最大夹角角 maxmax 称为材料的刚性角。刚性基础只要满足刚性角的要求称为材料的刚性角。刚性基础只要满足刚性角的要求(即即 )，就是安全的。材料刚性角的正切值称为容许宽高比。设计时，就是安全的。材料刚性角的正切值称为容许宽高比。设计时，基础的悬出长度与高度之比以及每个台阶的宽度与厚度之比，基础的悬出长度与高度之比以及每个台阶的宽度与厚度之比，都要满足容许宽高比的要求。都要满足容许宽高比的要求。2013年11月42第42页/共138页 在基底反力作用下，基础悬臂部分产生的拉剪应力不超过基础材料强度时，墩台边缘到基底边缘连线与垂直线的最大夹角，即为刚性角。满足刚性角要求及基础强度满足要求，相应基础即为刚性基础；悬臂长度超出刚性角时，需对基础进行配筋，相应基础即为柔性基础。2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系43第43页/共138页2013年11月44第44页/共138页(二)柔性基础 理论上的柔性基础基底反力分布与作用于基础理论上的柔性基础基底反力分布与作用于基础上的荷载分布一致，工程上的柔性基础是指钢筋上的荷载分布一致，工程上的柔性基础是指钢筋混凝土基础。混凝土基础。柔性基础整体性能较好，抗弯刚度较大。柔性基础整体性能较好，抗弯刚度较大。如筏板和联合基础在外力作用下只产生均匀沉降如筏板和联合基础在外力作用下只产生均匀沉降或整体倾斜，这样对上部结构产生的附加应力比或整体倾斜，这样对上部结构产生的附加应力比较小，基本上消除了由于地基沉降不均匀引起结较小，基本上消除了由于地基沉降不均匀引起结构损坏的影响。所以，在土质较差的地基上修建构损坏的影响。所以，在土质较差的地基上修建高层建筑时，采用这种基础型式是适宜的。高层建筑时，采用这种基础型式是适宜的。2013年11月45第45页/共138页二、浅基础的构造 u单独基础u联合基础u条形基础u十字交叉u筏板u箱形按构造分类2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系46第46页/共138页二、浅基础的构造1、刚性扩大基础2013年11月47第47页/共138页2 2、单独和联合基础、单独和联合基础2013年11月48第48页/共138页砼与毛石砼基础：强度、耐久性和抗冻性均较好，适于荷载大及地下水位以下结构。掺入毛石要求：占体积2030%，尺寸300mm。掺入毛石 节约水泥柱下砼基础墙下砼基础2.单独基础和联合基础2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系49第49页/共138页2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系50第50页/共138页2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系51第51页/共138页2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系52第52页/共138页二、浅基础的构造 2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系53第53页/共138页2、条形基础长度远大于宽度的基础条形基础分为墙下和柱下条形基础，墙下条形基础是挡土墙下或涵洞下常用的基础形式。其横剖面可以是矩形或将一侧筑成台阶形。有时为了增强柱下基础的承载能力，将同一排若干个柱子的基础联合起来，也就成为柱下条形基础。其构造与倒置的T形截面梁相类似，在沿柱子的排列方向的剖面可以是等截面的，也可以在柱位处加腋的。一般是做成刚性基础，个别的也可做成柔性基础。2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系54第54页/共138页3、条形基础长度远大于宽度的基础2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系55第55页/共138页条形基础条形基础挡土墙下条形基础 柱下条形基础2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系56第56页/共138页4、十字交叉梁基础2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系57第57页/共138页联合基础柱下十字交叉基础柱基础底板梁2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系58第58页/共138页4 4、片筏基础、片筏基础2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系59第59页/共138页5、筏板基础2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系60第60页/共138页联合基础筏形基础（板式与梁板式）梁柱底板2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系61第61页/共138页2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系62第62页/共138页2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系63第63页/共138页2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系64第64页/共138页2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系65第65页/共138页6、箱形基础目前在高层建筑中多采用箱形基础目前在高层建筑中多采用箱形基础2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系66第66页/共138页6 6、箱型基础、箱型基础2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系67第67页/共138页联合基础箱形基础柱顶板底版梁隔板2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系68第68页/共138页7 7、壳体基础 适用于水塔、烟囱、料仓和中小型高炉等高耸的构筑物的基础。适用于水塔、烟囱、料仓和中小型高炉等高耸的构筑物的基础。2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系69第69页/共138页按材料分类砖基础片石基础砼及片石砼基础钢筋砼基础灰土及三合土基础2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系70混凝土:是修筑基础最常用的材料，它的优点是强度高、耐久性好，可浇筑成任意形状的砌体，混凝土强度等级一般不宜小于C15号。第70页/共138页片石混凝土:对于大体积混凝土基础，为了节约水泥用量，可掺入不多于砌体体积25%的片石（称片石混凝土）但片石的强度等级不应低于MU25号，也不应低于混凝土的强度等级。粗料石：要求石料外形大致方整，厚度约20cm30cm,宽度和长度分别为厚度的1.01.5倍和2.54.0倍，石料强度等级不应小于MU25号，砌筑时应错缝，一般采用M5号水泥砂浆。片石：常用于小桥涵基础，石料厚度不小于15cm，强度不小于MU25号，一般采用M5号或M2.5号砂浆砌筑。2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系71第71页/共138页第三节 刚性扩大基础的设计与计算设计计算内容：设计计算内容：在基础埋置深度和构造尺寸确定后，应先根据最不利而且在基础埋置深度和构造尺寸确定后，应先根据最不利而且有可能的作用效应组合，计算出基底的应力，然后进行基础的有可能的作用效应组合，计算出基底的应力，然后进行基础的合力偏心距、稳定性以及地基的强度（包括持力层、软弱下卧合力偏心距、稳定性以及地基的强度（包括持力层、软弱下卧层的强度）的验算，需要时还应进行地基变形的验算。层的强度）的验算，需要时还应进行地基变形的验算。2013年11月72第72页/共138页2013年11月73 刚性扩大基础设计计算内容及步骤：1.选择基础的埋置深度；2.选择基础的材料、类型和平面布置；3.地基承载力验算；4.基底合力偏心距验算；5.基础和地基稳定性验算；6.基础沉降验算；7.绘制基础施工图，提出施工说明。第73页/共138页一、埋置深度的确定确定基础的埋置深度时，必须综合考虑地基的地质、地形条件、确定基础的埋置深度时，必须综合考虑地基的地质、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等因素。持力层稳定所需的最小埋深和施工技术条件等因素。2013年11月74 根据实际情况，选择良好的土层作为基础持力层，尽量浅埋，减小基础尺寸，减少土方开挖，使基础的造价最低。埋深对桥梁基础从地面或最大冲刷线起算；建筑基础从最小地坪埋深起算。第74页/共138页(一一)工程地质条件工程地质条件(二二)河流的冲刷深度河流的冲刷深度(三三)当地的冻结深度当地的冻结深度(四四)上部结构形式上部结构形式(五五)当地的地形条件当地的地形条件(六六)保证持力层稳定所需的最小埋置深度保证持力层稳定所需的最小埋置深度相邻建筑物的影响、施工条件及经济条件等相邻建筑物的影响、施工条件及经济条件等2013年11月75第75页/共138页2013年11月76一）、地基的地质条件应选好土层作为持力层。1、若表层土好、下层土软，基础应尽量浅埋。2、若表层土软、下层土好，如图。H软土好土、基岩H5米，采用深基、或采用人工地基第76页/共138页二、河流的冲刷深度2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系77第77页/共138页2013年11月78二）、河流的冲刷深度1、一般冲刷：整个河床下降；局部冲刷：墩台周围局部冲刷；二者相加即为最大冲刷深度。2、有冲刷河流基础必须埋置于最大冲刷线以下不小于1米。3、桥梁越重要、修复越困难则最小埋深越大，见P224表10-2及规范。第78页/共138页2013年11月79三）三）、冻结深度东北及西北地区冻结深度东北及西北地区 高寒地区，产生冻胀现象。规范规定：一般而言要埋置于最深冻结线以下不小于0.25米，见规范。四）四）、上部结构形式上部结构形式 对中小静定桥梁埋深影响不大；但超静定桥梁结构，要埋置于较深的坚实地基上。第79页/共138页2013年11月80五）、当地地形条件 斜坡地带位保证基础及地基稳定，要控制基础边缘的埋深及到坡表的距离，见P225表10-3及规范要求。六）、保证持力层稳定所需的最小埋深 应至少位于地表以下1米。其它相邻建筑影响、施工条件、经济性、地下水等综合确定最佳埋深。第80页/共138页七）、邻近建筑物的影响 新建的不宜大于原有的埋深：挖土可能会影响原有基础的稳定；考虑新加荷载对原有建筑的不利作用。如果新建建筑的埋深大，要考虑与原有建筑的净距，根据原有荷载大小、土质情况、基础形式而定。2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系81第81页/共138页2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系82第82页/共138页施工条件、经济性、地下水等综合施工条件、经济性、地下水等综合确定最佳埋深。确定最佳埋深。在条件许可的情况下，尽量浅埋。在条件许可的情况下，尽量浅埋。2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系83第83页/共138页2013年11月84二、二、刚性扩大基础尺寸的拟定刚性扩大基础尺寸的拟定 基础厚度：一般1-2米，分层厚度0.5-1米。平面尺寸：一般为矩形，襟边最小0.2-0.3米，基础长宽分别为：l为墩台截面长度，d墩台截面宽度，H为基础高度，a=刚性角。第84页/共138页2013年11月85 地基进行竖向承载力验算时,传至基底或承台底面的作用效应应按正常使用极限状态的短期效应组合正常使用极限状态的短期效应组合采用,同时尚应考虑作用效应的偶然组合偶然组合(不包括地震作用)。当采用短期效应组合时，可变作用的频遇值系数可变作用的频遇值系数均取为均取为1.01.0，且汽车荷载应计入冲击系数，且汽车荷载应计入冲击系数。填料厚度（包括路面厚度）0.5m的拱桥、涵洞，以及重力式墩台，其地基计算可不计汽车冲击系数。当采用偶然组合时，所有系数均取为1.0。在桥梁工程中由于基础顺桥向的宽度比横桥向的长度要小，而且横桥向的上部结构通常是对称的，因此一般用纵桥向控制设计计算。三、地基承载力验算三、地基承载力验算第85页/共138页(一）持力层强度验算单向偏心 单向偏心（重分布）三、三、地基承载力验算地基承载力验算2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系861.基地应力计算第86页/共138页(一）持力层强度验算根据现场试验确定按地基承载力理论公计算根据规范确定三、三、地基承载力验算地基承载力验算2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系872.地基容许承载力确定第87页/共138页当基础只受轴心作用时：当基础单向偏心受压时：除满足上式要求外，还应满足：2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系883.持力层强度验算(一）持力层强度验算第88页/共138页2013年11月89(一）持力层强度验算 单向偏心（重分布）为抗力系数，可取1.25，但仅受直接作用或承载力容许值小于150kpa时，应取1.0。3.持力层强度验算第89页/共138页2013年11月90三、三、地基承载力验算地基承载力验算双向偏心式中，M、N分别为最不利工况下的偏心矩和竖向力合力，且为同一作用组合求得。验算原则为基底面最大压应力小于该处地基容许承载力。第90页/共138页2013年11月91三、三、地基承载力验算地基承载力验算(二）软弱下卧层强度验算验算原则为软弱下卧层顶面处自重应力和附加应力之和小于该处地基容许承载力。注意注意p p如何取植！如何取植！第91页/共138页例:如图所示，粘土层 亚粘土层 。刚性扩大基础，底面积 ，作用于基础底面的荷载为 ，验算地基承载力是否满足要求。2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系92第92页/共138页2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系93四、四、基底合力偏心矩验算基底合力偏心矩验算 基础设计的一个原则在于使基底压力均匀，减少不均匀沉降及倾斜。作用效应组合采用基本组合但各系数均取1，即标准值组合 目的：尽可能使基底应力分布比较均匀。第93页/共138页2013年11月94四、四、基底合力偏心矩验算基底合力偏心矩验算原则：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：第94页/共138页2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系95四、四、基底合力偏心矩验算基底合力偏心矩验算 当墩台仅受永久作用标准值效应组合时，基底合力偏心矩不大于基底核心半径0.1倍（墩）和0.75倍（台）；桥墩桥台核心半径第95页/共138页2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系96四、四、基底合力偏心矩验算基底合力偏心矩验算 当受作用标准值效应组合或偶然作用标准值效应组合时，仅需e0不超过核心半径。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。注意：合力和最小应力应在同一种作用组合下求得。（1）非岩石地基（2）岩石地基第96页/共138页2013年11月97第97页/共138页2013年11月98五、五、基础和地基稳定性验算基础和地基稳定性验算 地基基础稳定性验算包括基础抗滑稳定性验算和抗倾稳定性验算两方面。(一）基础倾覆稳定性验算 倾覆稳定同合力偏心距直接相关，可以通过控制偏心距来保证基础不倾覆。式中y为基底截面重心至基底压力最大一边边缘的距离。抗倾覆稳定性系数第98页/共138页2013年11月99第99页/共138页2013年11月100五、五、基础和地基稳定性验算基础和地基稳定性验算(二）基础抗滑稳定性验算基底摩擦系数见P230表10-4或规范。抗滑稳定性系数 和 分别为两个相对主向的各自水平力总和，绝对值较大者为滑动水平力，另一为抗滑稳定力；为抗滑动稳定力。第100页/共138页2013年11月101作用组合作用组合验算项目验算项目稳定性系数稳定性系数使用阶使用阶段段永久作用永久作用(不计混凝土收缩不计混凝土收缩及徐变、浮力及徐变、浮力)和汽车、和汽车、人群的标准值效应组合人群的标准值效应组合抗倾覆抗倾覆抗滑动抗滑动1.51.51.31.3各种作用各种作用(不包括地震作用不包括地震作用)的标准值效应组合的标准值效应组合抗倾覆抗倾覆抗滑动抗滑动1.31.31.21.2施工阶段作用的标准值效应组合施工阶段作用的标准值效应组合抗倾覆抗倾覆抗滑动抗滑动1.21.2第101页/共138页2013年11月102五、五、基础和地基稳定性验算基础和地基稳定性验算(三）地基稳定性验算 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。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。第102页/共138页2013年11月103五、五、基础和地基稳定性验算基础和地基稳定性验算(四）验算不满足时的处理措施 采取构造措施，以免重复计算。第103页/共138页2013年11月104六、六、基础沉降验算基础沉降验算 沉降验算包括沉降量、沉降差及倾斜等。通常地基承载力满足时隐含沉降满足，但以下情况必须验算沉降：1.地质复杂、不均、软弱地基及湿陷性黄土地基 2.非岩石地基上的超静定结构桥梁 3.相邻基础地基差别大、或两侧跨度差别大，必须考虑沉降差。4.跨线、通航必须保证净空时。第104页/共138页2013年11月105墩台的沉降，应符合下列规定：1.相邻墩台间不均匀沉降差值（不包括施工中的沉降），不应使桥面形成大于0.2%的附加纵坡（折角）。2.外超静定结构桥梁墩台间不均匀沉降差值，还应满足结构的受力要求。墩台基础的最终沉降采用应力面积法计算。作用效应按照正常使用极限状态下作用长期效应组合采用。该组合仅为直接施加于结构上的永久作用标准值（不包括混凝土收缩及徐变作用、基础变位作用）和可变作用准永久值（仅指汽车荷载和人群荷载）引起的效应。第105页/共138页例：荷载如图所示，a=6m,b=4m，验算基础尺寸。第106页/共138页例:地质情况如图所示，试确定基础尺寸第107页/共138页例:桥台断面埋深2m，设计桥台刚性基础。第108页/共138页例:一旱桥桥台，尺寸如图，基底面积5*8m2，作用荷载（恒载）N=800KN，G=2100KN，Q=750KN，地质资料如图，试对其进行地基强度验算及基础偏心距、稳定性验算，硬塑粘土：软塑粘土：第109页/共138页第110页/共138页第四节、刚性扩大基础计算算例2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系111一、设计资料1.上部构造：25m装配式预应力钢筋砼T形梁，大梁全长24.96m，计算跨径24.4m。行车道9m，人行道 。上部构造（梁与桥面铺装）恒重所产生的支座反力：1500kN;1.支座：活动支座采用摆动支座，摩擦系数0.05；2.设计荷载：公路-级，人群荷载3.0kN/m2;3.桥墩形式：采用双柱式加悬挑盖梁墩帽（如图10-14）;5、设计基准风压：0.6 kN/m2;6、其他：本桥跨越的河为季节性河流，不通航，不考虑漂浮物；地基土质：第111页/共138页第四节、刚性扩大基础计算算例2013年11月112第一层：粉质粘土，第二层：中密中砂，第三层：粉质粘土，。，第112页/共138页第四节、刚性扩大基础计算算例2013年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系113第113页/共138页第114页/共138页二、确定基础埋置深度故选用第二层土（中密中砂）作为持力层，初步拟定基础底面在最大冲刷线以下1.8 m处，标高为142.2m，基础埋深2.8m。从地质条件看，表层土在最大冲刷线以下只有0.5m，而且是软塑状粉质粘土，地基容许承载力第115页/共138页三、基础的尺寸拟定，基础的刚性角验算为：，满足刚性扩大基础的刚性角要求。为 基础厚度：基础顶面高程为143.8m，墩柱高150-143.8=6.2m。基础分两层，每层厚度0.8m，襟边取0.60m，基础用C15，刚性角即基础的剖面尺寸第116页/共138页四、作用效应计算（一）永久作用标准值计算 1桥墩自重：第117页/共138页2基础自重：3上覆土重：4浮力 低水位浮力：设计洪水位浮力：第118页/共138页 1汽车和人群支座反力 对于汽车荷载与人群荷载，支座反力按以下两种情况考虑：（1）单孔里有汽车和人群（双行）；（2）双孔里均有汽车和人群（即满布）。（1）单孔里有汽车和人群（单孔双行，未考虑汽车冲击力）（二）可变作用标准值计算第119页/共138页单孔汽车荷载第120页/共138页对于桥墩基础的设计，汽车荷载采用车道荷载，车道荷载包括均布荷载和集中荷载两部分组成。，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，=257.6kN。对于公路-级汽车荷载，第121页/共138页 人群支座反力为和 （2）双孔里有汽车和人群（双孔双行即满布，考虑汽车冲击力，冲击力系数）第122页/共138页 第123页/共138页2汽车制动力：作用于摆动支座上的制动力为：桥墩承受的制动力为固定支座与活动支座上的制动力之和，但公路-级取值不得小于165kN。综合以上可得汽车制动力为：一个车道上由汽车荷载产生的制动力按加载长度上计算的总荷载的10%，作用于固定支座上的制动力为：第124页/共138页3支座摩阻力：因为汽车制动力和支座摩阻力不能同时组合，汽车制动力大于支座摩阻力，所以荷载效应组合时，只组合汽车制动力第125页/共138页4风力 因为本桥是双向双车道的直线桥，主要由顺桥向控制设计，在计算风力时，计算顺桥向风荷载。桥墩上的顺桥向风荷载可按横桥向上风压的70%乘以桥墩迎风面积计算。第126页/共138页五、作用效应组合1.作用效应基本组合 按承载能力极限状态时，结构构件自身承载力和稳定性应采用作用效应基本组合和偶然组合；此算例不作地基沉降验算，暂不进行长期效应组合计算。用于稳定性验算的基本组合，根据“公桥基规”（JTG D63-2007）要求结构重要性系数、各效应的分项系数及效应组合系数均取1，并且考虑高水位浮力、汽车不计入冲击力。即得等效力系：单孔汽车和人群作用 第127页/共138页2.作用短期效应组合 根据“公桥基规”（JTG D63-2007）条，进行地基竖向承载力验算时，传至基底的作用效应应按正常使用极限状态的短期效应组合采用，其中可变作用的频遇值系数均取1，且汽车荷载应计入冲击力、仅考虑低水位浮力，即得短期效应组合的等效力系：双孔汽车和人群作用 第128页/共138页六、地基承载力验算进行地基承载力验算时，采用作用短期效应组合（一）持力层强度验算1基底应力计算 第129页/共138页2地基容许承载力确定3持力层强度验算持力层强度验算时，规范要求且（作用短期效应组合取1.