橋梁淺基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　《橋梁基礎(chǔ)工程》課程設(shè)計(jì)</p><p><b>　　—淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1.設(shè)計(jì)資料</b></p><p>　　(1) 上部結(jié)構(gòu)：16m鋼筋混凝土裝配式T型簡(jiǎn)支梁，橋面凈寬為：凈7+2×0.75m， 墩底尺寸為5m×5.8m；</p>

2、<p>　　(2) 下部結(jié)構(gòu)：混凝土重力式橋墩，剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)；</p><p>　　(3) 設(shè)計(jì)作用：公路-Ⅱ級(jí)；</p><p><b>　　(4) 地質(zhì)資料：</b></p><p>　?、俚刭|(zhì)柱狀圖（圖1）</p><p>　?、诘鼗恋奈锢硇再|(zhì)指標(biāo)（見表1）</p><p>　

3、　(5) 水文資料：常水位標(biāo)高為11.0m，一般沖刷線標(biāo)高為8.0m,局部沖刷線標(biāo)高為7.0m；</p><p>　　(6) 墩底中心的作用組合已給出三種情況，見表2（均不包括基礎(chǔ)與臺(tái)階上的土重）；</p><p>　　(7) 其他：橋梁處于公路直線上，凍結(jié)深度1.00m，擬在枯水季節(jié)施工。</p><p>　　表1 各土層的物理性質(zhì)指標(biāo)</p>&l

4、t;p>　　表2 墩底中心的作用組合</p><p><b>　　圖1 地質(zhì)柱狀圖</b></p><p>　　2.擬定剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)尺寸</p><p>　　2.1確定基礎(chǔ)埋置深度</p><p>　　由上部結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)荷載資料可知，本橋是重力式橋墩剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)，并且為公路-Ⅱ級(jí)，從地質(zhì)條件看最大沖刷線標(biāo)高為7.0m

5、，一般沖刷線標(biāo)高為8.0m。再由（如表3）初步擬定基礎(chǔ)底面在最大沖刷線以下2.0m處，標(biāo)高為7.0-2.0=5.0m，基礎(chǔ)埋深為3m（從一般沖刷線記）。</p><p>　　表3 橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)基底最小埋置深度(m) </p><p>　　2.2基礎(chǔ)的尺寸擬定</p><p>　　由規(guī)范知“水中基礎(chǔ)頂面不宜高于最低水位，

6、并在一般情況下大、中橋墩、臺(tái)混凝土基礎(chǔ)厚度在1.0-2.0m之間”。現(xiàn)初步擬定基礎(chǔ)材料為C15混凝土澆筑基礎(chǔ)，混凝土的剛性角αmax=40°，γ=24.00kN/m3, 厚度為1.0m，基礎(chǔ)頂面標(biāo)高為5.0+1.0=6.0m，基礎(chǔ)分兩層，每層厚度為0.5m，襟邊與臺(tái)階寬度相等，取0.4m，已知墩底截面長(zhǎng)為5.8m，寬為5.0m，擬定尺寸圖如圖2所示，現(xiàn)基礎(chǔ)擴(kuò)散角為：</p><p>　　滿足要求。則基礎(chǔ)

7、底面尺寸為： </p><p><b>　　圖2 擬定尺寸圖</b></p><p>　　3.荷載作用及荷載作用組合 </p><p>　　因?yàn)槎盏字行牡淖饔媒M合已經(jīng)給定三種情況（見表2），但是三種情況均不包括基礎(chǔ)的重和臺(tái)階上的土重，因此，需計(jì)算基礎(chǔ)重和臺(tái)階土重，則</p><p><b

8、>　　基礎(chǔ)自重：</b></p><p>　　P1=0.5×(7.4×6.6+6.6×5.8)×24.00=1045.44kN</p><p><b>　　臺(tái)階土重:</b></p><p>　　P2=[（7.4×6.6×0.5-6.6×5.8×0

9、.5+7.4×6.6×2-0.5×(5+4.6)×2×5.8]×19.1</p><p>　　=903.05kN </p><p>　　P=P1+P2=1045.44+903.05=1949kN</p><p>　　這里不需計(jì)算相應(yīng)浮力，因?yàn)楸?中已包含。</p><p>

10、<b>　　4.地基承載力驗(yàn)算</b></p><p>　　因?yàn)樵摶A(chǔ)為剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)，上部為混凝土重力式橋墩，采用淺基礎(chǔ)大開挖施工方案，且填土高度較低，填土分布均勻，所以在基底壓應(yīng)力計(jì)算時(shí)無需考慮填土對(duì)基底的附加應(yīng)力。</p><p>　　4.1 基底壓應(yīng)力計(jì)算</p><p>　　根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D63-2007）

11、及《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60-2004），進(jìn)行地基承載力驗(yàn)算時(shí)，傳至基底的作用效應(yīng)應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)的短期作用效應(yīng)組合采用，這里的基礎(chǔ)自重和臺(tái)階土重的分項(xiàng)系數(shù)都為1.0，因此，只需要把墩底中心的作用組合（見表2）轉(zhuǎn)換為基礎(chǔ)底面中心的作用組合即可（見表4）。</p><p>　　表4 基底中心的作用效應(yīng)組合</p><p>　　由于第1組的作用下所產(chǎn)生的豎直力最大，為最不利作

12、用組合，則最不利作用組合的基底壓應(yīng)力為：</p><p>　　4.2 持力層承載力驗(yàn)算</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)資料，可知持力層為硬塑粘土，由表1各土層的物理性質(zhì)指標(biāo) ，可得：</p><p>　　按《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D63-2007）要求：當(dāng)e=0.74，IL=0.1時(shí)，查表5用內(nèi)插法求得 [fa0]=370-(370-330)&#

13、215;(0.74-0.7)/(0.8-0.7)=370-16=354kPa</p><p>　　因基礎(chǔ)埋置深度為一般沖刷線下3m，故地基承載力不予修正，則</p><p>　　[f0]=[fa0]=354kPa>Pmax=262.71kPa</p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p>　　表5

14、 一般黏性土地基承載力基本容許值[fa0]</p><p>　　4.3 下臥層承載力驗(yàn)算</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)資料，可知下臥層為軟塑黏土，由表1各土層的物理性質(zhì)指標(biāo) ，可得：</p><p>　　按《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D63-2007）：當(dāng)e=0.82，IL=0.6時(shí)，查表5采用內(nèi)插法求得 [fa0]=230-(230-190)

15、15;(0.82-0.8)/(0.9-0.8)=230-8=222kPa，</p><p>　　小于持力層[fa0]=354kPa，故必須予以驗(yàn)算。</p><p>　　基底至土層Ⅱ頂面（高程為+1.0）處的距離為：z=8.0-3.0-1.0=4.0m</p><p>　　當(dāng)a/b=7.4/6.6=1.1,z/b=4/6.6=0.6時(shí)，由《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范

16、》（JTG D63-2007）中表M.0.1基底中點(diǎn)下臥層附加應(yīng)力系數(shù)α（見附表1），查得附加應(yīng)力系數(shù)α=（0.651+0.606）/2=0.6285。計(jì)算下臥層頂面處的壓應(yīng)力Ph+z，當(dāng)z/b≦1時(shí)，按基底壓應(yīng)力圖形采用距最大壓應(yīng)力點(diǎn)b/3-b/4處的壓應(yīng)力，這里采用b/4處的壓應(yīng)力。已知γ1=γ2=19.7kN/m3,h=3m ,則</p><p>　　P=262.71-（262.71-218.41）/4=2

17、52kPa</p><p>　　Ph+z=γ1(h+z)+α(P-γ2h)=19.7×(3+4)+0.6285×(252-19.7×3)=259.14kPa</p><p>　　而下臥層頂面處的容許承載力可按公式[f0]=[fa0]+k1γ1(b-2)+k2γ2(h-3)計(jì)算，其中查表6得k1=0，而IL=0.6>0.5,故k2=1.5，則</p&

18、gt;<p>　　[Ph+z]=[f0]=[fa0]+k1γ1(b-2)+k2γ2(h-3)</p><p>　　=222+1.5×19.7×(7-3)=340.2kPa>Ph+z=259.14kPa</p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p>　　表6 地基土承載力寬度、深度修正系數(shù)

19、k1、k2</p><p><b>　　5.基底偏心距驗(yàn)算</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)資料，由于表4基底中心的作用組合中第2種組合彎矩最大，故以此來控制設(shè)計(jì)，已知∑M=7280kN?m，∑P=9549kN，則</p><p>　　e0=∑M/∑P=7280/9549=0.76m<1.1m</p><p>

20、<b>　　滿足要求。</b></p><p><b>　　6.基礎(chǔ)穩(wěn)定性驗(yàn)算</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)資料，選擇相應(yīng)的最不利組合進(jìn)行基礎(chǔ)穩(wěn)定性驗(yàn)算，主要包括抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算和抗滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算。</p><p>　　6.1傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)資料，在抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)

21、算中，由于表4基底中心的作用組合中第2種組合為最不利組合，故以此來控制設(shè)計(jì)，但要滿足墩臺(tái)基礎(chǔ)抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)k0>1.5（具體要求見表7）,已知∑M=7280kN?m，∑P=9549kN，則</p><p>　　s=b/2=6.6/2=3.3m</p><p>　　e0=∑M/∑P=0.76m</p><p>　　k0=s/e0=3.3/0.76=4.34&g

22、t;1.5</p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p>　　表7墩臺(tái)基礎(chǔ)抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)k0</p><p>　　6.2滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)資料，在抗滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算中，由于表4基底中心的作用組合中第1種組合為最不利組合，故以此來控制設(shè)計(jì)，同時(shí)因基底處地基土為硬塑黏土，查表8得摩

23、擦系數(shù)μ=0.25,已知∑P=11749kN，∑H=500kN, 但要滿足墩臺(tái)基礎(chǔ)抗滑穩(wěn)定性系數(shù)kc>1.3（具體要求見表9）,則</p><p>　　Kc=μ∑P/∑H=0.25×11749/500=5.8745>1.3</p><p><b>　　滿足要求。</b></p><p><b>　　表8 摩擦系數(shù)

24、μ</b></p><p>　　表9 墩臺(tái)基礎(chǔ)抗滑動(dòng)穩(wěn)定性系數(shù)kc</p><p><b>　　7.基礎(chǔ)沉降計(jì)算 </b></p><p>　　由于持力層以下的土層Ⅱ?yàn)檐浫跸屡P層（軟塑黏土），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。這里按表4第三種作用組合采用分層總和法計(jì)算?；壮两涤?jì)算分層示意圖如圖3所示。

25、</p><p>　　圖3 基底沉降計(jì)算分層示意圖</p><p>　　7.1確定地基變形的計(jì)算深度</p><p>　　zn=b(2.5-0.4lnb)=6.6×(2.5-0.4ln6.6)=11.5m</p><p>　　7.2 確定分層厚度</p><p>　　第一層：從基礎(chǔ)底部向下4.0m；<

26、/p><p>　　第二層：從第一層底部向下7.5m。</p><p>　　7.3確定各層土的壓縮模量 </p><p>　　[注意：如果在設(shè)計(jì)資料中，沒有給定土的壓縮模量或壓縮系數(shù)，可以參考張克恭主編的《土力學(xué)》P105和P155，前者先求的附加應(yīng)力，再求得壓縮模量即可，但要注意的是土的e-p曲線圖，需要擁有，若沒有，就沒法求了，但可以詢問老師解決，本人在此設(shè)計(jì)中沒有

27、考慮]</p><p><b>　　根據(jù)設(shè)計(jì)資料，可知</b></p><p>　　第一層：Es1=16MPa</p><p>　　第二層：Es2=8MPa</p><p>　　7.4 求基礎(chǔ)底面處附加壓應(yīng)力</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)資料，在基礎(chǔ)沉降計(jì)算中，要求用表4中第3種作用組合控制設(shè)計(jì)，

28、已知P=6000+1949=7949kN,A=7.4m×6.6m,則</p><p>　　基礎(chǔ)底面附加壓應(yīng)力：</p><p>　　p0=P/A=7949/(7.4×6.6)=162.76kPa</p><p>　　7.5 計(jì)算地基沉降</p><p>　　計(jì)算深度范圍內(nèi)各土層的壓縮變形量見表8。</p>&

29、lt;p>　　表8 計(jì)算深度范圍內(nèi)各土層的壓縮變形量</p><p>　　注：āi為《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D63-2007）中表M.0.2 矩形面積上均布荷載作用下中點(diǎn)平均附加應(yīng)力系數(shù)（見附表2）。</p><p>　　7.6 確定沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)</p><p>　　沉降計(jì)算深度范圍內(nèi)壓縮模量的當(dāng)量值：</p><p&g

30、t;　　需要強(qiáng)調(diào)的是，沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)ψs可按下表9用內(nèi)插法求得。</p><p>　　表9 沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)ψs</p><p>　　注：表中[fa0]為地基承載力基本容許值。</p><p>　　7.7計(jì)算地基的最終沉降量</p><p>　　地基最終沉降量為： </p><p>　　s=ψss’=0.75*

31、123.43=92.57(mm)</p><p>　　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（不包括施工中的沉降），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)知道相應(yīng)墩臺(tái)的沉降量。</p><p><b>　　附表1</b></p><p><b&