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?nèi)掌?011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年目錄：一、設(shè)計資料……………………4二、擬定剛性擴大基礎(chǔ)尺寸……………………4確定基礎(chǔ)埋置深度基礎(chǔ)的尺寸擬定三、橋墩荷載計算………………5上部構(gòu)造恒載反力、橋墩、墩帽自重及浮力等。汽車和人群荷載計算汽車制動力：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…………10基底應(yīng)力計持力層承載力驗算下臥層承載力驗算六、基底偏心距驗算……………10恒載作用時由合力偏心距七、基礎(chǔ)穩(wěn)定性驗算……………11傾覆穩(wěn)定性驗算.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35m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡支梁(計算跨徑l=33.98m)，橋面寬度為凈10(三車道)+2×m，弧形滑動支座，摩擦系數(shù)μ2.設(shè)計荷載：公路-Ⅰ級，人群荷載3.5kN/m2。3.橋址處河流最高水位為116.66m，最低水位為112.8m，通航水位為115.33m。4.橫向基本風(fēng)壓W0=kN/m2。5.材料：墩帽混凝土30#，容重γ=25kN/m3；墩身混凝土20#，容重γ=24kN/m3。每跨上部結(jié)構(gòu)自重6000kN(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黏土亞黏土強風(fēng)化巖————358.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112.009.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—Ⅰ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112.00m。再由(如表2：)初步擬定基礎(chǔ)底面在最大沖刷線以下1.8m處橋梁墩臺基礎(chǔ)基底最小埋置深度(m)表2總沖刷深度橋梁類別05101520大\中\(zhòng)小橋(不鋪砌)特大橋基礎(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，基礎(chǔ)頂面標(biāo)高為+=，則墩身高為，由墩身坡度值10:1的，墩底截面長為，寬為?；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=+4×=b=+4×=擬定尺寸圖（二）三、橋墩荷載計算上部構(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備注橋帽(π×+×××2500彎矩正負(fù)值規(guī)定如下：順時針為正，逆時針為負(fù)橋身{×+××+π+0.95)2×+－π××}×2400臺基××+×××2400左跨上部構(gòu)造6000/23000-1530右跨上部構(gòu)造6000/230001530∑P=,∑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=【{×++×2)××+π+2×+－π××}－{×++×2)××+π+2×+－π××}】×10=最高水位浮力：F1=【{×++×2)××+π+2×+－π××}－{×++×2)××+π+2×+－π××}】×10=(3)上覆土重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-Ⅰ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，=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)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=M’R1=×=M’R2=×=(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=×=M’R1=0MR2=×=M’R2=0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=（×35+）×10%=<165kN，則H1取為165kN。因此簡支梁板式支座的汽車荷載產(chǎn)生的制動力為：H==×165=風(fēng)荷載計算

橫橋向風(fēng)荷載假定水平地垂直作用于橋梁各部分迎風(fēng)面積的形心上，則：地形、地理條件系數(shù)k3表(5)地表分類k2表(6)風(fēng)速高度變化修正系數(shù)表(7)由規(guī)范得公式風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值Fwh=k0k1k3WdAwh；Wd=γVd2/2g；W0=γV102/2g；Vd=k2?k5?V10；

因此Fwh=k0?k1?k3?（k2?k5）2W0?Awh；查規(guī)范可知，k0=、k1=、k3=、k5=、k2=；計算簡圖看圖荷載作用示意圖（六）墩帽Fwh=×××（×）2××（×）=。按最高水位計算；墩身Fwh=×××（×）2××（+）×2=按最低水位計算；墩身Fwh=×××（×）2××（+）×2=

四、地基壓應(yīng)力計算荷載組合I：恒載（最低水位）+雙孔汽車荷載+雙孔兩側(cè)行人荷載+風(fēng)力+制動力；荷載組合Ⅱ：恒載（最高水位）+單孔汽車荷載—20+單孔兩側(cè)行人荷載+風(fēng)力+制動力；荷載組合Ⅲ：恒載（最高水位）+風(fēng)力；荷載組合Ⅳ：恒載（最低水位）+雙孔汽車荷載+雙孔兩側(cè)行人荷載；計算見表(11)表各種荷載組合下作用于基礎(chǔ)底面形心處得H、N和M值不同荷載組合下作用于基底形心處得力表(8)組合水平力H(kN)豎直力N(kN)彎矩M(kN·m)I82．5++=++×2+－=×+×+×=Ⅱ++=+++－=×+×+×++=Ⅲ+=+－=×+×=Ⅳ0++×2+－=0五、持力層承載力驗算基底應(yīng)力計持力層承載力驗算持力層為一般黏性土，按《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（JTGD63-2007）；當(dāng)e=，IL=時，查表得[fa0]=,因埋置深度為地基承載力不予修正，則[f0]=[fa0]=>Pmax=,滿足要求下臥層承載力驗算下臥層為亞黏土，e=，IL=時，查表得[fa0]=<持力層[fa0]=,故必須予以驗算?；字羴嗮ね翆禹斆嫣幍木嚯xz為；z==，當(dāng)a/b==，z/b==，由《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（JTGD63-2007）查得附加應(yīng)力系數(shù)α=。計算下臥層頂面處的壓應(yīng)力σh+z，當(dāng)z/b<1，基底壓應(yīng)力取離最大壓應(yīng)力距離b/3=處的壓應(yīng)力，P=251kPa，則Ph+z=×（+）+×（×2）=而下臥層頂面處的承載力容許值可按課本公式（2-16）計算，其中K1=0，而IL=>，故K2=，則[P]h+z=+××（+）=>Ph+z=，滿足要求。六、基底偏心距驗算恒載作用時e0=0，ρ=b=e0<ρ，滿足要求。由合力偏心距對照表（8）中所列荷載組合情況，按荷載組合Ⅱ計算e0===<ρ滿足要求七、基礎(chǔ)穩(wěn)定性驗算傾覆穩(wěn)定性驗算按荷載組合Ⅲ：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＞；s===e0=[0+×+×]/=k0=s/e0==1800>滿足要求。.滑動穩(wěn)定性驗算因基底處地基土為硬塑黏土，查表得μ=按荷載組合Ⅲ：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＞；Kc=×++/+=>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（）=×（）=確定分層厚度；第一層從基礎(chǔ)底部向下；第二層從第一層底部向下3m；第三層從第二層底部向下；確定各層土的壓縮模量；（單位MPa）第一層Es1=第二層Es2=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，汽車荷載和人群荷載均為.荷載組合Ⅳ(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=++×2+－=kN基礎(chǔ)底面處附加應(yīng)力；P0=N/A-rh=/（×）×=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-1Esi△s’iS’=△s’i單位(mm)0035注：查JTGD63-2007公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范的矩形面積上均布荷載作用下中點平均附加壓力系數(shù)。⑥確定沉降經(jīng)驗系數(shù)Es=∑Ai/∑（Ai/Esi）=（++）/[+(+(35)]=Ψs=+×計算地基的最終沉降量S=Ψs·S’=×=根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（JTGD63-2007）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%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