重力式橋墩剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)課程名稱(chēng)基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)題 目 重力式橋墩剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)設(shè)計(jì)姓名專(zhuān)業(yè)年級(jí)學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師成績(jī)?nèi)掌?2011 年6月26日基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)評(píng)語(yǔ)指導(dǎo)教師（簽名）：2011年6月30日目錄：一、 設(shè)計(jì)資料 4二、 擬定剛性擴(kuò)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(jì)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(chē)和人群荷載計(jì)算3.3汽車(chē)制動(dòng)力：3.4風(fēng)荷載計(jì)算四、 地基壓應(yīng)力計(jì)算 9五、 持力層承載力驗(yàn)算 105.1基底應(yīng)力計(jì)5.2持力層承載力驗(yàn)算5.3下臥層承載力驗(yàn)算六、 基底偏心距驗(yàn)算 106.1恒載作用時(shí)6.2由合力偏心距七、 基礎(chǔ)穩(wěn)定性驗(yàn)算 117.

2、1傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算7.2.滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算八、 沉降計(jì)算 11九、 參考文獻(xiàn) 12、設(shè)計(jì)資料1.某一級(jí)公路橋梁，上部結(jié)構(gòu)為 35 m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁（計(jì)算跨徑1=33.98 m）, 橋面寬度為凈10（三車(chē)道）+2 X 1.5 m，弧形滑動(dòng)支座，摩擦系數(shù) 卩=0.2。2.設(shè)計(jì)荷載：公路-I級(jí)，人群荷載3. 5 kN/m 2。3.4.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。 橫向基本風(fēng)壓W=0.83 kN/m2。5. 材料：墩帽混凝土 30#，容重丫 =25 kN/m3;墩身混凝土 20#，容重丫 =24 kN/m3。6. 每跨上部結(jié)構(gòu)自重60

3、00 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(jiàn)表1。表1地基土層分布及計(jì)算指標(biāo)名稱(chēng)厚度/m容重/kN/m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(qiáng)風(fēng)化巖6.022.5一一一一350112.00 m。8. 沖刷線(xiàn)：最大沖刷線(xiàn)和一般沖刷線(xiàn)就是現(xiàn)有的地面線(xiàn)，標(biāo)高為9. 橋墩形式和尺寸示意圖，見(jiàn)圖1|、擬定剛性擴(kuò)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(jì)荷載資料知道，本橋是重力式橋墩剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)，并且為公路一I級(jí)，從地質(zhì)條件看最大沖刷線(xiàn)和一般沖刷線(xiàn)就

4、是現(xiàn)有的地面線(xiàn)，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(xiàn)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(tái)基礎(chǔ)基底最小埋置深度(m)表2總沖刷深度橋梁類(lèi)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(tái)基礎(chǔ)厚度在1 2m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

5、坡度值10:1的，墩底截面長(zhǎng)為15.28m，寬為3.48m?；A(chǔ)分兩層，臺(tái)階寬30cm,故臺(tái)階擴(kuò)展角 :一 arctan 30 =22 :訂，小于剛性角容許值=40,符合剛性角的要求。75則基礎(chǔ)底面尺寸為：a=15.28+4 x 0.3=16.48mb=3.48+4x 0.3=4.68m擬定尺寸圖(二)三、橋墩荷載計(jì)算3.1上部構(gòu)造恒載反力、橋墩、墩帽自重及浮力等。(1)計(jì)算值列表3恒載計(jì)算表表(3)部位計(jì)算式豎直力P(kN)對(duì)基底中心軸偏心距e(m)彎矩M(kN.m)備注橋帽2(n x 1.05 +11.8 x 2.1) x 1.2 x 25847.3100彎矩正負(fù) 值規(guī)定如 下：順時(shí) 針為

6、正，逆時(shí)針為 負(fù)橋身 1 x (1.9+3.7) x 7.9 x 11.8+1 nF32 2(0.79+0. 95)x (7.9+9.5)- 1 nx 0.95 x39.5 x 247372.9000臺(tái)基(16.7 x4.9 x 0.75+16.1 x 4.3 x 0.75) x 242719.0800左跨上 部構(gòu)造6000/230000.51-1530右跨上 部構(gòu)造6000/230000.511530刀 P=16939.29kN,刀 M=1530kN.m(2)浮力誦訕匚刖心I重力式橋墩剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)在水中的水位線(xiàn)圖(三)最低低水位浮力：2 2 Fi=【 x (1.9+1.9+0.76 x 2)

7、 x 7.6 x 11.8+1 n (0.76+0.95) x (7.6+9.5)丄 n x 0.95 3T2x 9.5 x (1.9+1.9+0.68 x 2) x 6.8 x 11.8+1 n (0.68+0.95) x (6.8+9.5)丄 n x330.95 2x 9.5】x 10=385.4kN最高水位浮力：2 2R=【 x (1.9+1.9+0.76 x 2) x 7.6 x 11.8+1 n (0.76+0.95) x (7.6+9.5)丄 n x 0.95332x 9.5 = x (1.9+1.9+0.294 x 2) x 2.94 x 11.8+1 n (0.294+0.95

8、) x (2.94+9.5)丄 n F3Tx 0.95 x 9.5】x 10=1946.37kN(3)上覆土重W =(4.68 16.48 -0.6) 2 0.3 1.05 20.2(4.68 -0.60 16.48 -1.2) 2 0.3 0.3 20.21(11.8 2 5.5 2)0.03 0.3 20.2 = 336.35kN23.2汽車(chē)和人群荷載計(jì)算對(duì)于橋墩基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)，汽車(chē)荷載采用車(chē)道荷載，車(chē)道荷載包括均部qk和集中荷載Pk兩部分組成。對(duì)于公路-I級(jí)汽車(chē)荷載，qk =10.5kN/m，集中荷載Pk與計(jì)算跨徑有關(guān)，計(jì)算 跨徑小于或等于5m時(shí)，pk= 180kN;橋涵計(jì)算跨徑等于或大于

9、50m時(shí)，pk=360kN,橋涵計(jì)算跨徑大于5m小于50m時(shí)pk值采用直線(xiàn)內(nèi)插求得。本算例中，Pk=295.92kN由于本橋梁是（三）車(chē)道，所以查表橫向折減系數(shù)表（4）橫向布置設(shè)計(jì)車(chē)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(chē)荷載+雙孔兩側(cè)行人荷載Pk1 1PkkQr ir r i1i1i1i1i1i1 11 11 11 11 1 11 1 1 1!J33PSm1 133.9S1HJR： 電雙孔汽車(chē)荷載+雙孔兩側(cè)行人荷載圖（四） 則支座反力為：R, = R, =（295.92） 2 = 948.63kN人群

10、荷載引起的支座反力為R2和R235漢1 5疋3R2 二 R22 =157.5kN2對(duì)基底形心軸的彎矩為：MRi = M ri=948.63 X Mk= M rf157.5 X 0.51=80.3 kN.m(2)單孔汽車(chē)荷載一20+單孔兩側(cè)行人荷載33.98m單孔汽車(chē)荷載一20+單孔兩側(cè)行人荷載圖（五） 則支座反力為：Ri=(10.5 33.982295.92) 2 = 948.63kNR =0人群荷載引起的支座反力為R2和R,R22=157.5kN& =02對(duì)基底形心軸的彎矩為：MR1 =948.63 X r=0MRf157.5 X 0.51=80.3 kN.m M R2=03.3汽車(chē)制動(dòng)力：

11、由汽車(chē)荷載產(chǎn)生的制動(dòng)力按車(chē)道荷載標(biāo)準(zhǔn)值在加載長(zhǎng)度上計(jì)算的總重力的10%+算，但 公路-I級(jí)汽車(chē)制動(dòng)力不小于165kN。H1= (10.5 X 35+295.92) X 10%=66.34kN Pmax=257.57kPa, 滿(mǎn)足要求5.3下臥層承載力驗(yàn)算下臥層為亞黏土，e=0.978，I l=0.82 時(shí)，查表得fa0=159.8kPa 持力層fa0=379.7kPa, 故必須予以驗(yàn)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(jì)規(guī)范 (JTG D63-2007)查得附加應(yīng)力

12、 系數(shù)a =0.583。計(jì)算下臥層頂面處的壓應(yīng)力c h+z,當(dāng)z/b 0.5，故 K2=1.5，則P h+z=159.8+1.5 X 10.2 X( 1.8+4.2-3 ) =205.7kPa Ph+z=195.64kPa， 滿(mǎn)足要求。六、基底偏心距驗(yàn)算6.1恒載作用時(shí)1e=0,p = b=0.78e00.1 p，滿(mǎn)足要求。66.2由合力偏心距對(duì)照表(8)中所列荷載組合情況，按荷載組合U計(jì)算M 1120.13 門(mén)eo=0.07 7.1傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算按荷載組合川：恒載(最高水位)+風(fēng)力驗(yàn)算；則要滿(mǎn)足墩臺(tái)基礎(chǔ)抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)1.5 ;=2.34mb 4.68 s=2 2eo=0+1.79 X 7.

13、1+4.59 X 1.54 /15329.27=0.0013ko=s/e。=2.34/0.0013=18001.5滿(mǎn)足要求。72滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算因基底處地基土為硬塑黏土，查表得卩=0.25按荷載組合川：恒載(最高水位)+風(fēng)力驗(yàn)算；則要滿(mǎn)足墩臺(tái)基礎(chǔ)抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù) k0 1.3 ;Kc=(0.25 X 15329.27+1.79+4.59”(1.79+4.59)=601.71.3滿(mǎn)足要求。八、沉降計(jì)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(duì)基礎(chǔ) 沉降影響較大，故應(yīng)計(jì)算基礎(chǔ)沉降。計(jì)算圖列如圖五； 確定地基變形的計(jì)算深度；乙=b (2.5-0.41 nb ) =4.68

14、X( 2.5-0.4 X In4.68 ) =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(zhǎng)期效應(yīng)組合采用，各項(xiàng)作用效應(yīng)的分項(xiàng)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(chē)荷載和人群荷載均為0.4.荷載組合W (最低水位)+雙 孔汽車(chē)荷載+雙孔兩側(cè)行人荷載，驗(yàn)算基礎(chǔ)沉降量。N=16939.29+(948.63+157.5) X 2+336.35 385.4=19102.5 kN

15、基礎(chǔ)底面處附加應(yīng)力；P0=N/A-rh=19102.5 /(16.48 X 4.68 ) -10.2 X 1.8=229.3kPa 計(jì)算地基沉降計(jì)算深度范圍內(nèi)各土層的壓縮變形量見(jiàn)表(9)Z單位(ml/bz/baiZi ai乙 ai - Zi-1 ai-1Esi s iS = s i 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：a查JTG D63-2007公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范的矩形面積上均布荷載作用下中點(diǎn)平均附加壓力系數(shù)。 確定沉降經(jīng)驗(yàn)系數(shù)Es=EAi/ E (Ai/Esi )=(3.486+1.367+0.506 ) /(3.486/16.5)+(1.367/7.5)+( 0.506/35)=13.13W s=0.7+(13.13-7) X (0.4-0.7)/(15-7)=0.47 計(jì)算地基的最終沉降量S= W s S =0.47 X 93.55=43.97mm根據(jù)公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 (JTG D63-2007)規(guī)定：相鄰墩臺(tái)間不均勻沉降差 值，不應(yīng)使橋面形成大于 0.2%的附加縱