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第六节天然地基上刚性扩大基础设计计算步骤与算例一、设计计算步骤1.阅读与分析设汁所必须的场地地形图、地质勘测报告、地基上试验报告、上部结构总体布豊图及设计计算说明书等；2.选择基础类型；3.确進基础的埋置深度：4.拟左基础各部分尺寸（包括基础厚度、平面尺寸及台阶宽度）：5.验算基础的刚性角；6.荷载讣算（应计算出各种荷载作用于基底形心处的力及力矩）：7.荷载组合（应列表表示）：8.合力偏心距验算：9.地基强度验算（包括持力层强度验算和软弱下卧层强度验算）：10.基础稳左性验算（包括抗倾覆稳左性和抗滑动稳泄性）：11.沉降验算。
二、刚性扩大基础设计算例（一）设计资料1.下部结构.标准跨径为20m。
计算跨径为19. 5m的钢筋混凝丄简支梁中桥，位于直线桥面净宽为：7十2X（双车道），由5片梁组成。
2.下部结构：重力式圆端形实体桥墩，尺寸如例图2。
28所示。
3.设计荷载：汽一20,挂—100,人群3kN/m2涮动力77 =印LN）。
4.气象资料：本桥修建在平原区，基本风压为0. 25kN/m2。
'拟采用刚性扩大基础。
5.地质水文资料：见图2。
28。
其中河流不通航，无冰冻和严重漂流物。
（二）设计任务设计桥的中墩基础。
（三）确定基础埋置深度由上部结构和设计荷载资料知道，本桥对地基要求不高，但从地质条件看，表层上厚在最大冲刷线以下只有40cm,而且是软塑状的亚粘土。
查表2-5得容许承载力[ao] = 180kPa, 故表层上不可作为持力层，下层土为中密中砂，2o] = 350kPa,强度较高，可作为持力层。
初拟左基础底而在最大冲刷线以下l*8m 处，标高为145. 30-1. 8 = 143. 50m«（四）拟定基础尺寸由规范知“水中基础顶而不宜高于最低水位，并在一般情况下大、中桥墩、台基础厚度在1-2左右”。
现初N基础厚度为，基础顶而标髙为十= 145. 00m,则墩身髙为，墩底截 30面长为8. 65m,宽为。
交通与汽车工程学院科技论文写作课程名称: 科技论文写作课程代码: 6010419论文题目:成渝高速公路A标段基础工程设计年级/专业/班: 2011级交通工程3班学生姓名: 景浩学号: 332011081802105科技论文写作成绩：学习态度及平时成绩（30）文献查阅能力（20）创新（5）论文撰写质量（45）总分（100）教师签名：年月日目录1、天然地基上浅基础类型、适用条件........................................................ 错误！未定义书签。
1.1天然地基浅基础的一般分类............................. 错误！未定义书签。
1.2天然地基浅基础的各种分类............................. 错误！未定义书签。
2、刚性扩大基础施工.................................................................................... 错误！未定义书签。
2.1旱地上基坑开挖及围护................................. 错误！未定义书签。
2.2基坑排水 (3)2.2.1表面排水法 (3)2.2.2井点法降低地下水位 (3)2.3水中刚性扩大基础修筑时的围堰工程..................... 错误！未定义书签。
2.3.1表面排水法 (3)2.3.2地下连续墙围堰法 (4)3、成渝高速公路A标段刚性扩大基础的设计与计算 (4)3.1设计资料 (4)3.2确定基础埋置深度..................................... 错误！未定义书签。
3.3基础的尺寸拟定 (5)3.4作用效应计算 (6)3.5作用效应组合 (8)3.6地基承载力验算 (8)3.7基底合力偏心距验算 (9)3.8基础稳定性验算....................................... 错误！未定义书签。
交通与汽车工程学院科技论文写作课程名称: _____________ 课程代码: __________________ 6010419 ________________ 论文题目:成渝高速公路A标段基础工程设计年级/专业/班: 20行级交通工程3班 _______________________________ 学生姓名: _________________ 景渣____________________ 学号: __________________________科技论文写作成绩:学习态度及平时成绩(30) 文献查阅能力 (20)创新(5) 论文撰写质量(45)总分(100)教师签名：年月日1＞天然地基上浅基础类型、适用条件................................................................. 错误!未定义书签。
天然地基浅基础的一般分类.............................................................................. 错误!未定义书签。
天然地基浅基础的各种分类.............................................................................. 错误!未定义书签。
2、刚性扩大基础施工................................................................................................. 错误!未定义书签。
早地上基坑开挖及国护...................................................................................... 错误!未定义书签。
10.4 刚性扩大基础计算算例一、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24.5m 。
行车道9m ，人行道m 5.12⨯。
上部构造（梁与桥面铺装）恒重所产生的支座反力：1500kN; 2、 支座：活动支座采用摆动支座，摩擦系数0.05； 3、 设计荷载：公路-Ⅰ级，人群荷载3.0kN/m 2; 4、 桥墩形式：采用双柱式加悬挑盖梁墩帽（见图）; 5、设计基准风压：0.6 kN/m 2;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：第一层：粉质粘土，3/2.19m kN sat =γ，8.0=L I ，8.00=e ，kpa f a 1800=；第二层：中密中砂，62.00=e ，3/20m kN sat =γ，kpa f a 3000=；第三层：粉质粘土，3/5.19m kN sat =γ，9.0=L I ，8.00=e ，kpa f a 1600=。
（最大冲刷线）（设计洪水位）（最低水位）148146150（河床及一般冲刷线）139143.5144粉质粘土中密中砂软塑粉质粘土地质水文情况21030301537808010104201801801060顺桥向(单位：)横桥向（单位：）桥墩构造图145图10-14 桥墩构造图 图10-15 地质水文情况二、确定基础埋置深度从地质条件看，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kpa f ao 180][=，故选用第二层土（中密中砂）作为持力层，kpa f ao 350][=，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 。
三、基础的尺寸拟定基础分两层，每层厚度0.8m ，襟边取0.60m ，基础用C15，刚性角0max 40=α，基础的刚性角验算为：max 019.368.026.02tan αα<=⨯⨯=-，满足刚性扩大基础的刚性角要求。
10.4 刚性扩大基础计算算例一、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24.5m 。
行车道9m ，人行道m 5.12⨯。
上部构造（梁与桥面铺装）恒重所产生的支座反力：1500kN; 2、 支座：活动支座采用摆动支座，摩擦系数0.05； 3、 设计荷载：公路-Ⅰ级，人群荷载3.0kN/m 2; 4、 桥墩形式：采用双柱式加悬挑盖梁墩帽（见图）; 5、设计基准风压：0.6 kN/m 2;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：第一层：粉质粘土，3/2.19m kN sat =γ，8.0=L I ，8.00=e ，kpa f a 1800=；第二层：中密中砂，62.00=e ，3/20m kN sat =γ，kpa f a 3000=；第三层：粉质粘土，3/5.19m kN sat =γ，9.0=L I ，8.00=e ，kpa f a 1600=。
（最大冲刷线）（设计洪水位）（最低水位）148146150（河床及一般冲刷线）139143.5144粉质粘土中密中砂软塑粉质粘土地质水文情况21030301537808010104201801801060顺桥向(单位：)横桥向（单位：）桥墩构造图145图10-14 桥墩构造图 图10-15 地质水文情况二、确定基础埋置深度从地质条件看，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kpa f ao 180][=，故选用第二层土（中密中砂）作为持力层，kpa f ao 350][=，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 。
三、基础的尺寸拟定基础分两层，每层厚度0.8m ，襟边取0.60m ，基础用C15，刚性角0m ax 40=α，基础的刚性角验算为：max 019.368.026.02tan αα<=⨯⨯=-，满足刚性扩大基础的刚性角要求。
即基础的剖面尺寸b a ⨯为m a 2.1060.048.7=⨯+=m b 2.460.048.1=⨯+=基础厚度：m H 6.18.02=⨯=基础顶面高程为143.8m ，墩柱高150-143.8=6.2m 。
四、作用效应计算（一）永久作用标准值计算 1．桥墩自重：kN W 25.88256.109.037.01=⨯⨯⨯=kN W 8.83525]1.28.0)86.10(211.26.108.0[2=⨯⨯⨯++⨯⨯=kN W 45.7882252.69.014.323=⨯⨯⨯⨯=2．基础自重：kN W 8.139625)8.00.30.98.02.42.10(4=⨯⨯⨯+⨯⨯=3．上覆土重kNW 05.6412.192.1)9.014.320.90.3(2.193.0)20.360.022.460.0(205.0)20.360.022.460.0(25=⨯⨯⨯⨯-⨯+⨯⨯⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯⨯⨯+⨯⨯=4．浮力 低水位浮力：kN F 63.67010)2.29.014.328.00.30.98.02.42.10(21=⨯⨯⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯=设计洪水位浮力：kN F 37.77210)2.49.014.328.00.30.98.02.42.10(21=⨯⨯⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯=（二）可变作用标准值计算 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）kkq 24.4mR 1R 124.4mp图10-16 单孔汽车荷载对于桥墩基础的设计，汽车荷载采用车道荷载，车道荷载包括均部k q 和集中荷载k p 两部分组成。
对于公路-Ⅰ级汽车荷载，m kN q k /5.10=，集中荷载k p 与计算跨径有关，计算跨径小于或等于5m 时，k p = 180kN ；桥涵计算跨径等于或大于50m 时，k p =360kN ，桥涵计算跨径大于5m 小于50m 时k p 值采用直线内插求得。
本算例中，k p =257.6kN 。
kN R 4.7712)6.25724.245.10(1=⨯+⨯= 01='R人群支座反力为2R 和'2RkN R 5.1122235.1252=⨯⨯⨯=02='R（2）双孔里有汽车和人群（双孔双行即满布）p p kkkq kq 24.4mR 1R 124.4m图10-17 双孔汽车荷载kN R R 4.7712)6.25724.245.10(11=⨯+⨯='=kN R R 5.1122235.12522=⨯⨯⨯='=2．汽车制动力：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：kN H 1.77%104.7711=⨯='作用于摆动支座上的制动力为：kN H 3.1925.0%104.7711=⨯⨯="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-Ⅰ级取值不得小于165kN 。
综合以上可得汽车制动力为：kN H 1651=3．支座摩阻力：kN H 2.119)5.1124.7711500(05.02=++⨯=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 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。
kN H 56.36.108.0%706.03=⨯⨯⨯=kN H 12.3)86.10(218.0%706.04=+⨯⨯⨯⨯=kN H 05.648.12%706.05=⨯⨯⨯⨯=五、作用效应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；另外，基础的稳定性验算，由于要利用《公桥基规》（JTJ024-85）规范的稳定系数，在其基本组合中，要求结构重要性系数及作用的各项系数均取为 1.0，本算例中称其为标准值组合，因此，本算例进行作用效应的基本组合和作用效应的标准值组合。
作用效应组合汇总表 表10-5作用效应组合 单孔汽车与人群作用双孔汽车与人群作用N （kN ） T （kN ） M （kN.m ） N （kN ） T （kN ） M （kN.m ） 作用效应基本组合 8635.8 239.4 2628.0 9841.7 239.4 2256.9 作用效应标准值组合6861.88177.731895.77745.8177.731630.6六、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kpa W M A N p 0.3052.42.10619.22562.42.107.98412max =⨯⨯+⨯=+=kpa W M A N p 5.1542.42.10619.22562.42.107.98412min =⨯⨯-⨯=-=2．地基容许承载力确定kpa h k b k f f a a 394)24.4(100.2350)3()2(][][22110=-⨯⨯+=-+-+=γγ3．持力层强度验算 持力层强度验算时，要求[]a R f p γ≤max][25.10.305max a f p <=，持力层强度满足要求。
（二）软弱下卧层强度验算 1．计算软弱下卧层顶部应力kpa f h p a z h p a R z 0.210)8.264.267(6328.08.58][)()(21=-⨯+=≤-++=γγγ式中σ取距最大应力边为4/b 处的压应力值。
2．计算软弱下卧层顶部的容许承载力kpa h k b k f f a a 1.204)36(8.95.1160)3()2(][][22110=-⨯⨯+=-+-+=γγ3．软弱下卧层强度验算 软弱下卧层强度验算时，要求[]a R z f p γ≤][25.10.210a z f p <=，软弱下卧层强度满足要求。
七、基底合力偏心距验算当基础上承受着作用标准值效应组合或偶然作用标准值效应组合时，在非岩石地基上只要偏心距0e不超过核心半径ρ即可。
基底合力偏心距m N M e 30.08.86350.26280===m b7.06==ρρ<0e ，偏心距满足要求。
八、基础稳定性验算对于基础稳定性验算时，采用作用效应的标准值组合。
1．基础抗倾覆稳定性验算 m N M e 28.09.68917.18950===基础抗倾覆稳定系数： 3.15.728.01.200>===e y K ，基础抗倾覆稳定性满足要求。
2．基础滑动稳定验算 2.16.117.1779.68613.0>=⨯==T fN K c，基础滑动稳定性满足要求。
42080801020142.2420180180顺桥向(单位：)横桥向（单位：）基础构造图图10-18 基础构造图。
