基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)計(jì)算書(橋臺(tái)擴(kuò)大基礎(chǔ)設(shè)計(jì))

1、基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)無筋擴(kuò)展矩形基礎(chǔ) 計(jì)算書土木建筑工程學(xué)院道路橋梁121班 陳召桃 1203110210目錄一、設(shè)計(jì)資料 1二、設(shè)計(jì)資料分析 3三、荷載計(jì)算及組合 41、橋臺(tái)自重及上部構(gòu)造恒載計(jì)算 42、土壓力計(jì)算 53、 支座活載反力計(jì)算 84、 支座摩阻力計(jì)算 105、 荷載組合 11四、地基承載力驗(yàn)算 131、臺(tái)前、臺(tái)后填土對(duì)基底產(chǎn)生的附加應(yīng)力計(jì)算 132、基底壓應(yīng)力計(jì)算 133、地基強(qiáng)度驗(yàn)算 14五、地基變形驗(yàn)算（沉降計(jì)算）156、 基底偏心距驗(yàn)算 17七、基礎(chǔ)穩(wěn)定性驗(yàn)算 171、傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算 172、滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算 18八、結(jié)論 192一、設(shè)計(jì)資料1、基本概況某橋上部構(gòu)造采用裝配式鋼

2、筋混凝土T形梁。標(biāo)準(zhǔn)跨徑20.00m，計(jì)算跨徑19.5m。擺動(dòng)支座，橋面寬度為7+2×1.0m，雙車道，參照公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)荷載：公路-級(jí)，人群荷載為3.5kN/m2。材料：臺(tái)帽、耳墻及截面a-a以上均用20號(hào)鋼筋混凝土，；臺(tái)身（自截面a-a以下）用7.5號(hào)漿砌片、塊石（面墻用塊石，其它用片石，石料強(qiáng)度部少于30號(hào)），基礎(chǔ)用15號(hào)素混凝土澆筑，；臺(tái)后及溜坡填土；填土的內(nèi)摩擦角，粘聚力c=0。基礎(chǔ)類型：無筋擴(kuò)展矩形基礎(chǔ)基礎(chǔ)材料：混凝土強(qiáng)度等級(jí)C15C20，鋼筋為、級(jí)鋼筋。2、水文地質(zhì)資料水文、地質(zhì)資料：設(shè)計(jì)洪水位標(biāo)高離基底的距離為6.5m（即在a-a截面處）。地

3、基土的物理、力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見下表：表 1取土深度自地面算起（m）天然狀態(tài)下土的物理指標(biāo)土粒密度塑性界限液性指數(shù)IL壓縮系數(shù)a1-2直剪試驗(yàn)含水量（%）天然容重孔隙比e液限塑限塑性指數(shù)IP粘聚力C（kN/m2）內(nèi)摩擦角3.23.62619.700.742.724424200.100.1555206.46.82819.100.822.713319150.60.2620163、橋墩及基礎(chǔ)構(gòu)造和初擬尺寸（如圖）初步擬定基礎(chǔ)分兩層，每層厚度為0.5m，襟邊和臺(tái)階寬度相等，取0.4m，基坑邊坡系數(shù)可取m=0.751.0。圖14、 荷載組合情況表 2 作用效應(yīng)組合匯總表荷載組合水平力(kN)豎向力(kN)彎矩

4、(kN.m)（一）主要1179.178129.51-2371.30附加1221.378129.51-2740.18（二）主要1421.537854.90-3683.11附加1463.737854.90-4051.99（三）主要1421.537620.87-3835.24附加1463.737620.87-4204.12（四）1482.287640.02-4110.24（五）1179.178380.24-2208.32（六）1179.176696.44-3302.79二、設(shè)計(jì)資料分析設(shè)計(jì)洪水位高程離基底的距離為6.5m（在a-a截面處），地基土的物理、力學(xué)指標(biāo)見下表： 表3 各土層物理力學(xué)指標(biāo)序號(hào)

5、土層名稱層厚m含水量重度kN/m3孔隙比比重液限塑性指數(shù)液性指數(shù)直剪試驗(yàn)壓縮性指標(biāo)CkPa度a1-2MPa-1Es1-2MPa1硬塑粘土6.52619.70.742.7244200.155200.1511.62軟塑亞粘土4.12819.10.822.7134150.620160.2673軟質(zhì)基巖 21.5 由表可知上層粘土的液性指數(shù)遠(yuǎn)小于0.75屬于硬塑土，中層軟塑亞粘土相對(duì)的承載力較弱，則該基礎(chǔ)應(yīng)淺埋，采用無筋剛性擴(kuò)展基礎(chǔ)，初步擬定埋深2.0m，見圖1?；A(chǔ)分兩層，每層厚度為0.5m，襟邊和臺(tái)階等寬，取0.4m。根據(jù)襟邊和臺(tái)階構(gòu)造要求初擬出平面較小尺寸，見圖1.1，經(jīng)驗(yàn)算不滿足要求時(shí)再調(diào)整尺

6、寸?；A(chǔ)用C15的素混凝土澆筑，混凝土的剛性角?；A(chǔ)的擴(kuò)散角為：滿足要求。三、荷載計(jì)算及組合1、上部構(gòu)造恒載反力及橋臺(tái)臺(tái)身、基礎(chǔ)自重和基礎(chǔ)上土重計(jì)算。參照?qǐng)D一基礎(chǔ)臺(tái)身結(jié)構(gòu)和給出的材料特性，可得出以下計(jì)算。、橋臺(tái)a-a截面以上自重計(jì)算：豎向力F1=0.8×1.34×7.7×25.00=206.36kN,彎矩M1=206.36×1.35=278.59kN.m；豎向力F2=0.5×1.35×7.7×25.00=129.94kN,彎矩M2=129.94×1.075=139.69kN.m；豎向力F3=0.5×2.4

7、×0.35×25.00×2=21.00kN,彎矩M3=21.00×2.95=61.95kN.m；豎向力F4=0.50.2×24×0.5×(0.35+0.7)×25.00×2=63.00kN,彎矩W4=63.00×2.55=160.65kN.m；豎向力F5=1.66×1.25×7.7×25.00=399.44kN,彎矩M5=399.44×1.125=449.37kN.m。、a-a截面以下臺(tái)身及基礎(chǔ)自重計(jì)算：豎向力F6=1.25×5.5×7

8、.7×23.00=1217.56kN,彎矩M6=1217.56×1.125=1369.76kN.m；豎向力F7=0.5×1.85×5.5×7.7×23.00=901.00kN,彎矩M7=901.00×（-0.12）=-108.12kN.m；豎向力F8=0.5×3.7×8.5×24.00=377.40kN,彎矩M8=377.40×0.1=37.74kN.m；豎向力F9=0.5×4.3×9.3×24.00=479.88kN,彎矩M9=479.88×0

9、=0kN.m。、臺(tái)后及溜坡填土自重計(jì)算：豎向力F10=0.5×(5.13+6.9)×2.65-0.51.85×5.5×7.7×17.00=1382.16kN,彎矩M10=1382.16×（-1.0618）=-1467.58kN.m；豎向力F11=0.5×(5.13+7.73)×0.8×3.9×2×17.00=682.10kN,彎矩M11=682.10×（-0.07）=-47.75kN.m；豎向力F12=0.5×0.4×4.3×2×17.

10、00=29.24kN,彎矩M12=29.24×（-1.95）=57.02kN.m；豎向力F13=0.5×0.4×8.5×17.00=28.90kN,彎矩M13=28.90×0.65=18.79kN.m。、上部構(gòu)造恒載計(jì)算：上部構(gòu)造恒載取值F14=1100kN,彎矩W13=1100×0.65=715.00kN.m。綜上所述，恒載豎向力之和，彎矩2、土壓力計(jì)算。土壓力按臺(tái)背豎直，填土內(nèi)摩擦角，則臺(tái)背與填土之間的外摩擦角計(jì)算，臺(tái)后填土水平。 、臺(tái)后填土表面無汽車荷載時(shí)土壓力計(jì)算臺(tái)后填土自重引起的主動(dòng)土壓力計(jì)算式為：式中：Ea臺(tái)后填土自重引起

11、的主動(dòng)土壓力，kN； B橋臺(tái)寬度取7.7m； 主動(dòng)土壓力系數(shù)； 臺(tái)后及溜坡填土的重度，??； H自基底至填土表面的距離，取10.0m。主動(dòng)土壓力系數(shù)求?。簞t：其水平向分力：離基礎(chǔ)底面的距離：對(duì)基底形心軸的力矩：其豎直向分力：作用點(diǎn)離基礎(chǔ)形心軸的距離：對(duì)基底形心軸的力矩： 、臺(tái)后填土表面有汽車荷載時(shí)根據(jù)墻后破裂棱體范圍內(nèi)布置的車輛荷載換算為墻后填土相同高度的均布土層，其厚度h0為：式中：Q布置在B0L范圍內(nèi)的車輪總重，Q為每輛標(biāo)準(zhǔn)汽車總重550kN； B0不計(jì)車輛荷載作用時(shí)破裂棱體的寬度，m； L擋土墻的計(jì)算長(zhǎng)度，m； 其中：在破壞棱體長(zhǎng)度范圍內(nèi)只能放一列汽車，因是雙車道，所以：臺(tái)背在填土連同破壞

12、棱體上車輛荷載作用下引起的土壓力： 其水平向分力：作用點(diǎn)離基礎(chǔ)底面的距離：對(duì)基底形心軸的力矩：其豎直向分力：作用點(diǎn)離基礎(chǔ)形心軸的距離：對(duì)基底形心軸的力矩：、臺(tái)前溜坡填土自重對(duì)橋臺(tái)前側(cè)面上的主動(dòng)土壓力計(jì)算時(shí)，以基礎(chǔ)前側(cè)邊緣垂線作為假想臺(tái)背，土表面的傾斜度以溜坡坡度為1:1.5算得，則基礎(chǔ)邊緣至坡面的垂直距離為，若取（土與土之間的摩擦角），主動(dòng)土壓力系數(shù)：其水平向分力：離基礎(chǔ)底面的距離：對(duì)基底形心軸的力矩：其豎直向分力：作用點(diǎn)離基礎(chǔ)形心軸的距離：對(duì)基底形心軸的力矩：6、 支座活載反力計(jì)算支座反力計(jì)算考慮如下三種情況。、臺(tái)后無荷載，橋上有汽車及人群荷載）汽車及人群荷載反力：公路-級(jí)車道荷載的均布荷載

13、標(biāo)準(zhǔn)值，集中荷載隨計(jì)算跨徑而變，計(jì)算跨徑小于或等于5 m時(shí)，；計(jì)算跨徑大于或等于50m時(shí)， ；計(jì)算跨徑在5-50m時(shí)，按照直線內(nèi)插求取。人群荷載3.5kN/m2。則：橋跨上的汽車荷載如圖所示，荷載布置圖如下：圖 2汽車荷載支座反力：人群荷載支座反力： 支座反力作用點(diǎn)距離基底形心軸的距離：對(duì)基底形心軸的力矩：）汽車荷載制動(dòng)力重力式墩臺(tái)不計(jì)沖擊系數(shù)。一個(gè)設(shè)計(jì)車道上的汽車制動(dòng)力標(biāo)準(zhǔn)值，為布置在加載長(zhǎng)度上計(jì)算的總重力的10%，但公路一級(jí)汽車制動(dòng)力標(biāo)準(zhǔn)值不得小于165kN。 則制動(dòng)力取值為：H=165×0.25=41.25kN。、臺(tái)后橋上均有荷載，車輛荷載在臺(tái)后）汽車及人群荷載反力：由于支座作

14、用點(diǎn)在基底形心軸的右側(cè)，為了在活載作用下得到最大的逆時(shí)針方向力矩，因此將重車后軸貼橋臺(tái)后側(cè)的邊緣，以使橋跨上活載所產(chǎn)生的順時(shí)針力矩最小，汽車荷載布置圖如下：圖3則支座反力為：人群荷載支座反力：對(duì)基底形心軸的力矩： ）汽車荷載制動(dòng)力：根據(jù)上面分析，汽車制動(dòng)力H=41.25kN4、支座摩阻力計(jì)算取擺動(dòng)支座摩擦系數(shù)，則支座摩阻力：對(duì)基底形心軸的彎矩：（方向按荷載組合需要確定）對(duì)實(shí)體式埋置式橋臺(tái)不計(jì)汽車荷載的沖擊力，同時(shí)從以上對(duì)制動(dòng)力和支座摩阻力的計(jì)算結(jié)果表明，支座摩阻力大于制動(dòng)力。因此，在以后的組合中，以支座摩阻力作為控制設(shè)計(jì)。5、荷載組合根據(jù)實(shí)際可能出現(xiàn)的荷載情況，可分為橋上有活載，臺(tái)后無汽車荷載

15、；橋上無活載，臺(tái)后有汽車荷載；橋上有活載，臺(tái)后也有汽車荷載等荷載組合，同時(shí)還應(yīng)對(duì)施工期間橋臺(tái)僅受臺(tái)身自重及土壓力作用的情況進(jìn)行驗(yàn)算?，F(xiàn)將上述組合分別計(jì)算如下：1、橋上有活載，臺(tái)后無汽車荷載（1） 主要組合：包括恒載，橋上活載及臺(tái)前、臺(tái)后土壓力。（2） 附加組合：主要組合荷載+支座摩阻力。2、橋上有活載，臺(tái)后也有汽車荷載（1） 主要組合：包括恒載、橋上活載、橋前土壓力及臺(tái)后有汽車荷載作用時(shí)的土壓力。（2） 附加組合：主要組合荷載+支座摩阻力。3、 橋上無活載，臺(tái)后無汽車荷載 （1）、主要組合：包括恒載，臺(tái)前、臺(tái)后土壓力。 （2）、附加組合：主要組合荷載+支座摩阻力。4、橋上無活載，臺(tái)后有汽車荷載

16、（1） 主要組合：包括恒載、臺(tái)前土壓力及臺(tái)后汽車荷載時(shí)的土壓力（重車在臺(tái)后）。（2） 附加組合：主要組合荷載+支座摩阻力。5、 無上部構(gòu)造時(shí)橋臺(tái)基礎(chǔ)自重、臺(tái)前臺(tái)后土壓力。表4 荷載組合計(jì)算表序號(hào)荷載作用情況計(jì)算項(xiàng)目公路一級(jí)工況一橋上有活載，臺(tái)后無汽車荷載工況二橋上有活載，臺(tái)后有汽車荷載工況三橋上無活載臺(tái)后無汽車荷載工況四橋上無活載，臺(tái)后有汽車荷載 工況五無上部構(gòu)造時(shí)1上部荷載豎向力1100110011001100彎矩715.00715.00715.00715.002臺(tái)身、基礎(chǔ)自重與基礎(chǔ)上土重豎向力5917.985917.985917.985917.985917.98彎矩797.91797.91

17、797.91797.91797.913汽車荷載引起的支座反力豎向力680.76680.76彎矩442.49442.494人群荷載引起的支座反力豎向力68.2568.25彎矩44.3644.365臺(tái)后土壓力力水平：1541.80豎直：486.13水平1764.12豎直：556.22水平：1541.80豎直：486.13水平1764.12豎直：556.22水平：1541.80豎直：486.13彎矩水平：-5134.20豎直：850.73水平：-6244.98豎直：973.39水平：-5134.20豎直：850.73水平：-6244.98豎直：973.39水平：-5134.20豎直：850.736臺(tái)

18、前溜坡土壓力力水平：-422.20豎直：133.12水平：-422.20豎直：133.12水平：-422.20豎直：133.12水平：-422.20豎直：133.12水平：-422.20豎直：133.12彎矩水平：861.29豎直：-286.21水平：861.29豎直：-286.21水平：861.29豎直：-286.21水平：861.29豎直：-286.21水平：861.29豎直：-286.217支座摩阻力取與臺(tái)后土壓力同向水平力55.0055.0055.0055.00彎矩-478.50-478.50-478.50-478.508組合水平力1174.61396.921119.61341.921

19、118.80豎直力8386.248456.337637.237707.326537.23彎矩-2187.12-3175.25-2673.97-3662.1-2910.48四、地基承載力驗(yàn)算1、臺(tái)前、臺(tái)后填土對(duì)基底產(chǎn)生的附加應(yīng)力計(jì)算因臺(tái)后填土較高，由填土自重在基底下地基土中所產(chǎn)生的附加應(yīng)力： 臺(tái)后填土高度（從原地面起算）h=8m。當(dāng)基礎(chǔ)埋置深度為2.0m時(shí)，取基礎(chǔ)后邊緣附加應(yīng)力系數(shù)=0.46，基礎(chǔ)前邊緣的附加應(yīng)力系數(shù)=0.069。則后邊緣處：前邊緣處：此處，計(jì)算臺(tái)前溜坡椎體對(duì)基礎(chǔ)前邊緣地面處引起的附加應(yīng)力時(shí)，填土高度可近似取基礎(chǔ)邊緣作垂線與坡面交點(diǎn)的距離（h=4.13），并取系數(shù)，則因此，基礎(chǔ)前

20、邊緣總的豎向附加應(yīng)力：基礎(chǔ)后邊緣：基礎(chǔ)前邊緣：2、基底壓應(yīng)力計(jì)算進(jìn)行基底承載力驗(yàn)算時(shí)，傳至基底的作用效應(yīng)應(yīng)該按照正常使用極限狀態(tài)的短期效應(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、橋臺(tái)及基礎(chǔ)自重、臺(tái)前及臺(tái)后土壓力、支座摩阻力、人群荷載均為1.0，汽車荷載為0.7。（1） 建成后使用時(shí)根據(jù)表二作用效應(yīng)組合匯總表，工況（五）作用下產(chǎn)生的豎向力最大為8380.24kN，因此以工況（二）來控制設(shè)計(jì)?；讐簯?yīng)力計(jì)算：考慮臺(tái)前、臺(tái)后填土產(chǎn)生附加應(yīng)力后的總應(yīng)力：臺(tái)前：臺(tái)后：（2） 、施工時(shí)施工時(shí)按照表四荷載組合計(jì)算表中四工況五來計(jì)算，其中豎向力之和為6537.23kN，彎矩為-2910.48 。

21、考慮臺(tái)前、臺(tái)后填土產(chǎn)生附加應(yīng)力后的總應(yīng)力：臺(tái)前：臺(tái)后：3、地基強(qiáng)度驗(yàn)算（1）、持力層強(qiáng)度驗(yàn)算根據(jù)土工試驗(yàn)資料，持力層為一般黏性土，根據(jù)公橋基規(guī)，當(dāng)，時(shí)，查得=354KPa，因基礎(chǔ)置埋深度為原地面下2.0m（<3.0m）,不考慮深度修正；對(duì)黏性土地基，雖，不進(jìn)行寬度修正。=滿足要求。（2）、下臥層強(qiáng)度驗(yàn)算下臥層為一般黏性土，由e=0.82，可查得容許承載力=222.00KPa，小于持力層的容許承載力=354KPa，故作如下驗(yàn)算?；字镣翆禹斆妫ǜ邔訛?5.0）處的距離為：Z=11.5-2.0-5.0=4.5m當(dāng)，附加應(yīng)力系數(shù)=0.469，且計(jì)算下臥層頂面處壓應(yīng)力時(shí)，基底壓應(yīng)力取平均值，即而下臥層頂面處的容許承載力可按下式計(jì)算：其中：，而,則=228.84KPa 滿足要求。五、地基變形驗(yàn)算（沉降計(jì)算）由于持力層以下的土層2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，因此應(yīng)計(jì)算基礎(chǔ)沉降。根據(jù)規(guī)范，橋梁墩臺(tái)