埋置式埋置式桥台刚性扩大基础设计计算书.doc

河南理工大学
基础工程课程设计计算书

课题名称：“埋置式桥台刚性扩大基础设计”
学生学号：   321407020422 
专业班级：   道桥1204    
学生姓名： 连帅龙
指导教师： 任连伟
课题时间： 2015-7-1 至 2015-7-10
埋置式桥台刚性扩大基础设计计算书
1、设计资料及基本数据
某桥上部结构采用钢筋混凝土剪支T形梁，标准跨径上20、00m，计算跨径L=19、60m，摆动支座，桥面宽度为净7m+2×1、0m，双车道，按《公路桥涵地基基础设计规范》（JTG D63—2007）进行设计计算。
1) 设计荷载为公路Ⅱ级。人群荷载为。
材料：台帽、耳墙及截面a—a（设计洪水位）以上混凝土强度等级为C20，，台身（自截面a-a以下），基础用C15得素混凝土浇筑，。台后及溜坡填土，填土得内摩擦角，粘聚力C=0。
水文、地质资料：设计洪水位高程离基底得距离为6、5m（在a-a截面处），地基土得物理、力学指标见表1、1
表1、1 各土层物理力学指标
序号
土层名称
层厚m
含水量
％
重度
kN/m3
孔隙比
比重
液限％
塑性指数
液性指数
固结快剪
压缩性指标
C
kPa
φ
度
a1-2
MPa-1
Es1-2
MPa
1
粘土
6、5
26
19、7
0、74
2、72
44
20
0、1
55
20
0、15
11、6
2
粉质粘土
4、1
28
19、1
0、82
2、71
34
15
0、6
20
16
0、26
7
2桥台与基础构造及拟定得尺寸
桥台与基础构造及拟定得尺寸如图1、1所示，基础分两层，每层厚度为0、5m，襟边与台阶等宽，取0、4m。基础用C15得混凝土浇筑，混凝土得刚性角。基础得扩散角为：

满足要求。

图1、1桥台及基础构造与拟定得尺寸（高程单位m）
3荷载计算及组合
（1）上部构造恒载反力及桥台台身、基础自重与基础上土重计算，其值列于表1、2。
表1、2 恒载计算表
序号
计算式
竖直力
对基底中心偏心距
弯矩
备注
1
0、8×1、34×7、7×25、00
206、36
1、35
278、59

2
0、5×1、35×7、7×25、00
129、94
1、075
139、69
3
0、5×2、4×0、35×25、00×2
21、00
2、95
61、95
4
0、50、2×24×0、5×(0、35+0、7)×25、00×2
63、00
2、55
160、65
5
1、66×1、25×7、7×25、00
399、44
1、125
449、37
6
1、25×5、5×7、7×23、00
1271、56
1、125
1369、76
7
0、5×1、85×5、5×7、7×23、00
901、00
-0、12
-108、12
8
0、5×3、7×8、5×24、00
377、40
0、1
37、74
9
0、5×4、3×9、3×24、00
479、88
0、00
0、00
10
[0、5×(5、13+6、9)×2、65-0、51、85×5、5]×7、7×17、00
1420、56
-1、055
-1498、70
11
0、5×(5、13+7、73)×0、8×3、9×2×17、00
682、09
-0、07
-47、74
12
0、5×0、4×4、3×2×17、00
29、24
0、00
0、00
13
0、5×0、4×8、5×17、00
28、90
-1、95
-56、36
14
上部构造恒载
845、05
0、65
551、23

（2）土压力计算
土压力按台背竖直，，填土内摩擦角，则台背与填土之间得外摩擦角计算，台后填土水平。

① 台后填土表面无汽车荷载时土压力计算
台后填土自重引起得主动土压力计算式为：

已知：台后及溜坡填土得重度，B为桥台宽度取7、7m，H为自基底至填土表面得距离，等于10、0m；为主动土压力系数。

其水平向分力：

离基础底面得距离：

对基底形心轴得力矩：

其竖直向分力：

作用点离基础形心轴得距离：

对基底形心轴得力矩：

② 台后填土表面有汽车荷载时
由汽车荷载换算得等代均布土层厚度：

式中：——破坏棱体长度，当台背竖直时，，。
由

其中，
得：
在破坏棱体长度范围内只能放一列汽车，因就是双车道，故

台背在填土连同破坏棱体上车辆荷载作用下引起得土压力：
其水平向分力：

作用点离基础底面得距离：1`

对基底形心轴得力矩：

其竖直向分力：

作用点离基础形心轴得距离：

对基底形心轴得力矩：

③台前溜坡填土自重对桥台前侧面上得主动土压力
计算时，以基础前侧边缘垂线作为假想台背，土表面得倾斜度以溜坡坡度为1:1、5算得，，则基础边缘至坡面得垂直距离为，若取（土与土之间得摩擦角），主动土压力系数：

其水平向分力：

离基础底面得距离：

对基底形心轴得力矩：

其竖直向分力：

作用点离基础形心轴得距离：

对基底形心轴得力矩：

（3）支座活载反力计算
支座反力计算考虑如下两种情况。
①台后无荷载，桥上有汽车及人群荷载
Ⅰ）汽车及人群荷载反力：桥跨上得汽车荷载如图所示，反力影响线得纵距分别为：
图1、3

人群荷载支座反力：

支座反力作用点距离基底形心轴得距离：

对基底形心轴得力矩：

58、80、75=44、10
Ⅱ）汽车荷载制动力
由汽车荷载制动力按车道荷载标准值在加载长度上计算得总重力得10%计算，但公路Ⅱ级不得小于90KN，依照上面得规定分别为：

因此简支梁板式橡胶支座得汽车荷载产生得制动力为

②台后桥上均有荷载，车辆荷载在台后
A. 汽车及人群荷载反力：由于支座作用点在基底形心轴得右侧，为了在活载作用下得到最大得逆时针方向力矩，因此将重车后轴贴桥台后侧得边缘，以使桥跨上活载所产生得顺时针力矩最小，其荷载布置如图1、3所示，
则支座反力为：

人群荷载支座反力：
对基底形心轴得力矩：

B、 汽车荷载制动力：根据上面分析，按一辆重车得30%计算：

（4）支座摩阻力计算
取摆动支座摩擦系数，则支座摩阻力：

对基底形心轴得弯矩：
（方向按荷载组合需要确定）
对实体式埋置式桥台不计汽车荷载得冲击力，同时从以上对制动力与支座摩阻力得计算结果表明，支座摩阻力大于制动力。因此，在以后得组合中，以支座摩阻力作为控制设计。
（5）荷载组合
根据实际可能出现得荷载情况，可分为桥上有活载，台后无汽车荷载；桥上无活载，台后有汽车荷载；桥上无活载，台后无活载，桥上有活载，台后也有汽车荷载，同时还应对施工期间桥台仅受台身自重及土压力作用得情况进行验算。现将上述组合分别计算如下。
1桥上有活载，台后无汽车荷载
（1） 恒载+桥上活载及台前、台后土压力+支座摩阻力。
2桥上有活载，台后也有汽车荷载
（1） 恒载+桥上活载+桥前土压力及台后有汽车荷载作用时得土压力+支座摩阻力。
3桥上无活载，台后无活载
（1） 恒载+台前土压力 +台后土压力
4桥上无活载，台后也有汽车荷载
恒载、台前土压力及台后有车辆荷载作用时得土压力。
5无上部构造时
桥台及基础自重 +台前土压力 +台后土压力。
各种荷载组合表见表1、3。对地基承载力验算，以荷载组合（3）中得主要组合验算。稳定性验算时，倾覆与滑动分别以组合（3）中得附加组合与组合（4）为最不利，因此应分情况予以验算。
荷载组合计算表1、3
工况
1
2
3
4
水平力
1312
1538
1270
1496
竖直力
7841
7912
7424
7495
弯矩
-2426
-3444
-2370
-3388
4地基承载力验算
（1）台前、台后填土对基底产生得附加应力计算
因台后填土较高，由填土自重在基底下地基土中所产生得附加应力：

台后填土高度（从原地面起算）h=8m。当基础埋置深度为2、0m时，取基础后边缘附加应力系数=0、46，基础前边缘得附加应力系数=0、069。则
后边缘处：
前边缘处：
此处，计算台前溜坡椎体对基础前边缘地面处引起得附加应力时，填土高度可近似取基础边缘作垂线与坡面交点得距离（h=4、13），并取系数，则

因此，基础前边缘总得竖向附加应力：
（2）基底压应力计算
建成后使用时，由于工况2作用下产生得竖向应力最大，所以以工况2来控制设计。此时基底压应力为

考虑台前、台后填土产生附加应力后得总应力：
台前：
台后：
（3）地基承载力验算
持力层强度验算
根据土工试验资料，持力层为一般黏性土，根据《公桥基规》，当，时，查得[]=354KPa，因基础置埋深度为原地面下2、0m（<3、0m）,不考虑深度修正；对黏性土地基，虽，不进行宽度修正。
[]=
满足要求。
下卧层强度验算
下卧层为一般黏性土，由e=0、82，，可查得容许承载力[]=222、00KPa，小于持力层得容许承载力[]=370KPa，故作如下验算。
基底至土层Ⅱ顶面（高层为+5、0）处得距离为：
Z=11、5-2、0-5、0=4、5m
当，附加应力系数=0、469，且计算下卧层顶面处压应力时，，基底压应力取平均值，即

而下卧层顶面处得容许承载力可按下式计算：
其中：，而,则
=223、35KPa
满足要求。
4基底偏心距验算
（1） 仅受永久作用标准效应组合时，非岩石地基上得桥台应满足

（2）考虑作用标准值效应组合时，非岩石地基应满足。
由工况4来控制设计即桥上无荷载、台后有车辆荷载作用：

5基础稳定性验算
（1）倾覆稳定性验算
永久作用与汽车人群得标准值效应组合：
以工况2来控制设计:桥上台后均有活荷载，车道荷载在桥上，车辆荷载在桥后，

满足要求。
各种作用得标准值效应组合：
以工况4来控制设计 即桥上无活荷载，台后有车辆荷载作用。则

满足要求。
（2） 滑动稳定性验算
因基底处地基土为硬塑性黏土，查得u=0、30。
永久作用与汽车人群得标准值效应组合
以工况2来控制设计，即桥上台后均有活载，车道荷载在桥上，车辆荷载在台后，则

满足要求。
各种作用得标准值效应组合
以工况4来控制设计，即桥上无活载，台后有车辆荷载作用。
则

满足要求
6 地基变形验算（沉降计算）
由于持力层以下得土层2为软弱下卧层，按其压缩系数为中压缩性土，对基础沉降影响较大，因此应计算基础沉降。根据规范，桥梁墩台基础得沉降量按恒载用单向分层总与法计算。
A确定地基变形得计算深度
=b(2、5-0、4Inb)=4、3(2、5-In4、3)=8、2
B 确定分层厚度
第一层：从基础底部向下4、5米
第二层：从一层底部向下3、7米
C确定各层土得压缩模量
第一层：=10、15=6、67 MPa
第二层: =10、26=3、85MPa
D 求基底处得附加应力
以工况2来控制设计，传至基础底面得作用效应应按正常就是用极限状态得长期效应组合才用，各项作用效应得分项系数分别为;上部构造恒载，桥台及基础自重，台前及台后土压力，支座摩阻力均为1、0，汽车荷载与人群荷载均为0、4
基底处附加应力为：
N=6804、41+557、49+133、12+0、4(511、95+58、8)=7723、32KN

E计算地基沉降
计算深度范围内各层土得压缩变形量见表1、4
计算深度范围内各层土得压缩变形量 表1、4

0
2、2
0

4、5
2、2
1、5
0、308
1、386
1、386
6、67
40、13
40、13
8、2
2、2
1、9
0、220
1、804
0、418
3、85
20、97
61、10
F 确定沉降计算经验系数
沉降计算深度范围内压缩模量得当量值：

G计算地基得最终沉降量
S=
按规范得，墩台允许均匀总沉降量为2、0cm，当L<25m时，取L=25m，则容许得总沉降[S]= 2、0，故可以满足要求。