重力式橋墩剛性擴大基礎(chǔ)課程設(shè)計

課 程 設(shè) 計課 程 名 稱 基 礎(chǔ) 工 程 設(shè) 計 題 目 重力式橋墩剛性擴大基礎(chǔ)設(shè)計 姓 名 專 業(yè) 年 級 學(xué) 號 指 導(dǎo) 教 師 成 績 日 期 2011 年6 月 26 日 基礎(chǔ)工程課程設(shè)計評 語 指導(dǎo)教師(簽名)： 2011年 6 月 30 日目錄：一、設(shè)計資料4二、擬定剛性擴大基礎(chǔ)尺寸42.1確定基礎(chǔ)埋置深度2.2基礎(chǔ)的尺寸擬定三、橋墩荷載計算53.1上部構(gòu)造恒載反力、橋墩、墩帽自重及浮力等。3.2汽車和人群荷載計算3.3汽車制動力：3.4風(fēng)荷載計算 四、地基壓應(yīng)力計算9五、持力層承載力驗算105.1基底應(yīng)力計5.2持力層承載力驗算5.3下臥層承載力驗算六、基底偏心距驗算106.1恒載作用時6.2由合力偏心距七、基礎(chǔ)穩(wěn)定性驗算117.1傾覆穩(wěn)定性驗算7.2.滑動穩(wěn)定性驗算八、沉降計算11九、參考文獻12一、設(shè)計資料1. 某一級公路橋梁，上部結(jié)構(gòu)為35 m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡支梁(計算跨徑l=33.98 m)，橋面寬度為凈10(三車道)+21.5 m，弧形滑動支座，摩擦系數(shù)=0.2。2. 設(shè)計荷載：公路-級，人群荷載3. 5 kN/m2。3. 橋址處河流最高水位為116.66 m，最低水位為112.8 m，通航水位為115.33 m。4. 橫向基本風(fēng)壓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. 每跨上部結(jié)構(gòu)自重6000 kN(中心荷載)。7. 地基情況及土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，見表1。表1 地基土層分布及計算指標(biāo)名 稱厚度/m容重/kN/m3孔隙比含水量/%液限/%塑限/%壓縮模量/MPa黏 土6.020.20.65122.034.316.116.5亞黏土3.018.30.97833.136.019.87.5強風(fēng)化巖6.022.5358. 沖刷線：最大沖刷線和一般沖刷線就是現(xiàn)有的地面線，標(biāo)高為112.00 m。9. 橋墩形式和尺寸示意圖，見圖1。二、擬定剛性擴大基礎(chǔ)尺寸2.1確定基礎(chǔ)埋置深度由上部結(jié)構(gòu)和設(shè)計荷載資料知道，本橋是重力式橋墩剛性擴大基礎(chǔ)，并且為公路級，從地質(zhì)條件看最大沖刷線和一般沖刷線就是現(xiàn)有的地面線，標(biāo)高為112.00 m。再由(如表2：)初步擬定基礎(chǔ)底面在最大沖刷線以下1.8 m處，標(biāo)高為112.00-1.8=110.20m，基礎(chǔ)埋深為1.8m橋梁墩臺基礎(chǔ)基底最小埋置深度(m) 表2 總沖刷深度橋梁類別05101520大中小橋(不鋪砌)1.52.02.53.03.5特大橋2.02.53.03.54.02.2基礎(chǔ)的尺寸擬定由規(guī)范知“水中基礎(chǔ)頂面不宜高于最低水位，并在一般情況下大、中橋墩、臺基礎(chǔ)厚度在12m左右”?，F(xiàn)初定基礎(chǔ)材料為C20混凝土澆筑基礎(chǔ)，厚度為1.5m，基礎(chǔ)頂面標(biāo)高為110.2+1.5=111.7m，則墩身高為120.8-1.2-111.7=7.9m，由墩身坡度值10:1的，墩底截面長為15.28m，寬為3.48m?；A(chǔ)分兩層，臺階寬30cm，故臺階擴展角，小于剛性角容許值= ,符合剛性角的要求。則基礎(chǔ)底面尺寸為：a=15.28+40.3=16.48m b=3.48+40.3=4.68m擬定尺寸圖（二）三、橋墩荷載計算3.1上部構(gòu)造恒載反力、橋墩、墩帽自重及浮力等。(1)計算值列表3恒載計算表 表(3)部位計算式豎直力P(kN)對基底中心軸偏心距e(m)彎矩M(kN.m)備注橋帽(1.052+11.82.1) 1.225847.3100彎矩正負值規(guī)定如下：順時針為正，逆時針為負橋身 (1.9+3.7)7.911.8+ (0.79+0. 95) 2(7.9+9.5)0.9529.5247372.9000臺基(16.74.90.75+16.14.30.75)242719.0800左跨上部構(gòu)造6000/230000.51-1530右跨上部構(gòu)造6000/230000.511530P=16939.29kN,M=1530kN.m(2)浮力重力式橋墩剛性擴大基礎(chǔ)在水中的水位線圖（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汽車和人群荷載計算對于橋墩基礎(chǔ)的設(shè)計，汽車荷載采用車道荷載，車道荷載包括均部和集中荷載兩部分組成。對于公路-級汽車荷載，集中荷載與計算跨徑有關(guān)，計算跨徑小于或等于5m時，= 180kN；橋涵計算跨徑等于或大于50m 時，=360kN，橋涵計算跨徑大于5m小于50m 時值采用直線內(nèi)插求得。本算例中，=295.92kN由于本橋梁是(三)車道，所以查表橫向折減系數(shù) 表(4) 橫向布置設(shè)計車道數(shù)(條)2345678橫向折減系數(shù)1.000.780.670.600.550.520.5支座反力按以下兩種情況考慮：(1)雙孔汽車荷載+雙孔兩側(cè)行人荷載雙孔汽車荷載+雙孔兩側(cè)行人荷載圖（四）則支座反力為：人群荷載引起的支座反力為和 對基底形心軸的彎矩為：MR1 = MR1=948.630.51=483.8kN.mMR2= MR2=157.50.51=80.3 kN.m(2)單孔汽車荷載20+單孔兩側(cè)行人荷載單孔汽車荷載20+單孔兩側(cè)行人荷載圖（五）則支座反力為： 人群荷載引起的支座反力為和 對基底形心軸的彎矩為：MR1 =948.630.51=483.8kN.m MR1=0MR2=157.50.51=80.3 kN.m MR2=03.3汽車制動力：由汽車荷載產(chǎn)生的制動力按車道荷載標(biāo)準(zhǔn)值在加載長度上計算的總重力的10%計算，但公路-I級汽車制動力不小于165kN。H1=（10.535+295.92）10%=66.34kN Pmax=257.57kPa,滿足要求5.3下臥層承載力驗算下臥層為亞黏土，e=0.978，IL=0.82時，查表得fa0=159.8kPa 持力層fa0=379.7kPa,故必須予以驗算?；字羴嗮ね翆禹斆嫣幍木嚯xz為；z=6-1.8=4.2m，當(dāng)a/b=16.48/4.68=3.52，z/b=4.2/4.68=0.9，由公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（JTG D63-2007）查得附加應(yīng)力系數(shù)=0.583。計算下臥層頂面處的壓應(yīng)力h+z，當(dāng)z/b 0.5，故K2=1.5，則P h+z=159.8+1.510.2（1.8+4.2-3）=205.7kPa Ph+z=195.64kPa，滿足要求。六、基底偏心距驗算6.1恒載作用時e0=0，=b=0.78 e00.1，滿足要求。6.2由合力偏心距對照表（8）中所列荷載組合情況，按荷載組合計算e0=0.071.5 滿足要求。7.2.滑動穩(wěn)定性驗算因基底處地基土為硬塑黏土，查表得=0.25按荷載組合：恒載(最高水位)+風(fēng)力驗算；則要滿足墩臺基礎(chǔ)抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)k0 1.3；Kc=(0.2515329.27+1.79+4.59)/(1.79+4.59)=601.71.3滿足要求。八、沉降計算由于持力層以下的土層為亞黏土為軟弱下臥層，按其壓縮系數(shù)為中壓縮性土，對基礎(chǔ)沉降影響較大，故應(yīng)計算基礎(chǔ)沉降。計算圖列如圖五； 確定地基變形的計算深度；Zn=b（2.5-0.4lnb）=4.68（2.5-0.4ln4.68）=8.8m 確定分層厚度；第一層從基礎(chǔ)底部向下4.2m；第二層從第一層底部向下3m；第三層從第二層底部向下1.6m； 確定各層土的壓縮模量；（單位MPa）第一層 Es1=16.5第二層 Es2=7.5第三層 Es3=35 求基礎(chǔ)底面處附加應(yīng)力按正常使用極限狀態(tài)的長期效應(yīng)組合采用，各項作用效應(yīng)的分項系數(shù)分別為:上部構(gòu)造恒載、橋墩及基礎(chǔ)自重均為1.0，汽車荷載和人群荷載均為0.4. 荷載組合(最低水位)+ 雙孔汽車荷載+雙孔兩側(cè)行人荷載，驗算基礎(chǔ)沉降量。N=16939.29+(948.63+157.5)2+336.35385.4=19102.5 kN基礎(chǔ)底面處附加應(yīng)力；P0=N/A-rh=19102.5 /（16.484.68）-10.21.8=229.3kPa 計算地基沉降計算深度范圍內(nèi)各土層的壓縮變形量見 表(9)Z單位（m）l/bz/biziizii - zi-1i-1EsisiS=si 單位(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公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范M.0.2的矩形面積上均布荷載作用下中點平均附加壓力系數(shù)。 確定沉降經(jīng)驗系數(shù)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 計算地基的最終沉降量 S=sS=0.4793.55=43.97mm根據(jù)公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（JTG D63-2007）規(guī)定：相鄰墩臺間不均勻沉降差值，不應(yīng)使橋面形成大于0.2%的附加縱坡（折角）。因此該橋的沉降量是否滿足要求，還應(yīng)知道相鄰墩臺的沉降量。沉降量計算圖示圖(七)九、參考文獻1. 公路橋涵