桥梁浅基础工程课程设计(详细版)

届本科生课程设计

《桥梁基础工程》课程设计

—浅基础设计

学生姓名 张召召

学 号 96110

所属学院 水利与建筑工程学院

专 业 土木工程

班 级 土木15-4班

指导教师 张勤玲

塔里木大学教务处制

1.设计资料

(1) 上部结构：16m钢筋混凝土装配式T型简支梁，桥面净宽为：净7+2×0.75m， 墩底尺寸为5m×5.8m；

(2) 下部结构：混凝土重力式桥墩，刚性扩大基础；

(3) 设计作用：公路-Ⅱ级；

(4) 地质资料：

①地质柱状图（图1）

②地基土的物理性质指标（见表1）

(5) 水文资料：常水位标高为11.0m，一般冲刷线标高为8.0m,局部冲刷线标高为7.0m；

(6) 墩底中心的作用组合已给出三种情况，见表2（均不包括基础与台阶上的土重）；

(7) 其他：桥梁处于公路直线上，冻结深度1.00m，拟在枯水季节施工。

表1 各土层的物理性质指标

11.0m常水位

9.0m河底

8.0m 一般冲刷线

Ⅰ 7.0m最大冲刷线

1.0m

Ⅱ -1.0m

图1 地质柱状图

- 1 -

2.拟定刚性扩大基础尺寸

2.1确定基础埋置深度

由上部结构和设计荷载资料可知，本桥是重力式桥墩刚性扩大基础，并且为公路-Ⅱ级，从地质条件看最大冲刷线标高为7.0m，一般冲刷线标高为8.0m。再由（如表3）初步拟定基础底面在最大冲刷线以下2.0m处，标高为7.0-2.0=5.0m，基础埋深为3m（从一般冲刷线记）。

由规范知“水中基础顶面不宜高于最低水位，并在一般情况下大、中桥墩、台混凝土基础厚度在1.0-2.0m之间”。现初步拟定基础材料为C15混凝土浇筑基础，混凝土的刚性角αmax=40°，γ=24.00kN/m3, 厚度为1.0m，基础顶面标高为5.0+1.0=6.0m，基础分两层，每层厚度为0.5m，襟边与台阶宽度相等，取0.4m，已知墩底截面长为5.8m，宽为5.0m，拟定尺寸图如图2所示，现基础扩散角为：

tan10.838.66max40 1.0

满足要求。则基础底面尺寸为： al2Htan5.8210.87.4m bd2Htan5210.86.6m

5.00

横桥向桥墩，基础立面图 顺桥向桥墩，基础立面图 5.00

注：1、图中基础、桥墩构造和拟定尺寸

（尺寸单位：cm，高程单位：m）

2、基础材料采用C15混凝土浇筑

基础尺寸平面图

图2 拟定尺寸图

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3.荷载作用及荷载作用组合

因为墩底中心的作用组合已经给定三种情况（见表2），但是三种情况均不包括基础的重和台阶上的土重，因此，需计算基础重和台阶土重，则

基础自重：

P1=0.5×(7.4×6.6+6.6×5.8)×24.00=1045.44kN

台阶土重:

P2=[（7.4×6.6×0.5-6.6×5.8×0.5+7.4×6.6×2-0.5×(5+4.6)×2×5.8]×19.1 =903.05kN

P=P1+P2=1045.44+903.05=1949kN

这里不需计算相应浮力，因为表2中已包含。

4.地基承载力验算

因为该基础为刚性扩大基础，上部为混凝土重力式桥墩，采用浅基础大开挖施工方案，且填土高度较低，填土分布均匀，所以在基底压应力计算时无需考虑填土对基底的附加应力。

4.1 基底压应力计算

根据《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）及《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004），进行地基承载力验算时，传至基底的作用效应应按正常使用极限状态的短期作用效应组合采用，这里的基础自重和台阶土重的分项系数都为1.0，因此，只需要把墩底中心的作用组合（见表2）转换为基础底面中心的作用组合即可（见表4）。

表4 基底中心的作用效应组合

由于第1组的作用下所产生的竖直力最大，为最不利作用组合，则最不利作用组合的基底压应力为： PM117491190Pmin218.41kPa 1

Pmax

4.2 持力层承载力验算

根据设计资料，可知持力层为硬塑粘土，由表1各土层的物理性质指标 ，可得：

p26%24% IL0.1Lp44%24%

按《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）要求：当e=0.74，IL=0.1时，查

表5用内插法求得 [fa0]=370-(370-330)×(0.74-0.7)/(0.8-0.7)=370-16=354kPa 因基础埋置深度为一般冲刷线下3m，故地基承载力不予修正，则 7.46.62PM1174961190262.71kPaAW7.46.67.46.626AW7.46.6

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3.荷载作用及荷载作用组合

因为墩底中心的作用组合已经给定三种情况（见表2），但是三种情况均不包括基础的重和台阶上的土重，因此，需计算基础重和台阶土重，则 基础自重：

P1=0.5×(7.4×6.6+6.6×5.8)×24.00=1045.44kN

台阶土重:

P2=[（7.4×6.6×0.5-6.6×5.8×0.5+7.4×6.6×2-0.5×(5+4.6)×2×5.8]×19.1 =903.05kN

P=P1+P2=1045.44+903.05=1949kN

这里不需计算相应浮力，因为表2中已包含。

4.地基承载力验算

因为该基础为刚性扩大基础，上部为混凝土重力式桥墩，采用浅基础大开挖施工方案，且填土高度较低，填土分布均匀，所以在基底压应力计算时无需考虑填土对基底的附加应力。 4.1 基底压应力计算

根据《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）及《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004），进行地基承载力验算时，传至基底的作用效应应按正常使用极限状态的短期作用效应组合采用，这里的基础自重和台阶土重的分项系数都为1.0，因此，只需要把墩底中心的作用组合（见表2）转换为基础底面中心的作用组合即可（见表4）。

表4 基底中心的作用效应组合

由于第1组的作用下所产生的竖直力最大，为最不利作用组合，则最不利作用组合的基底压应力为：

PM117491190Pmin218.41kPa 1

Pmax

4.2 持力层承载力验算

根据设计资料，可知持力层为硬塑粘土，由表1各土层的物理性质指标 ，可得：

p26%24%

IL0.1

Lp44%24%

按《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）要求：当e=0.74，IL=0.1时，查表5用内插法求得 [fa0]=370-(370-330)×(0.74-0.7)/(0.8-0.7)=370-16=354kPa 因基础埋置深度为一般冲刷线下3m，故地基承载力不予修正，则

7.46.62

PM1174961190262.71kPaAW7.46.67.46.62

6

AW7.46.6

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[f0]=[fa0]=354kPa>Pmax=262.71kPa 满足要求。

表5 一般黏性土地基承载力基本容许值[fa0]

4.3 下卧层承载力验算

根据设计资料，可知下卧层为软塑黏土，由表1各土层的物理性质指标 ，可得：

p28%19% IL0.6Lp34%19%

按《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）：当e=0.82，IL=0.6时，查表5采用内插法求得 [fa0]=230-(230-190)×(0.82-0.8)/(0.9-0.8)=230-8=222kPa， 小于持力层[fa0]=354kPa，故必须予以验算。

基底至土层Ⅱ顶面（高程为+1.0）处的距离为：z=8.0-3.0-1.0=4.0m 当a/b=7.4/6.6=1.1,z/b=4/6.6=0.6时，由《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）中表M.0.1基底中点下卧层附加应力系数α（见附表1），查得附加应力系数α=（0.651+0.606）/2=0.6285。计算下卧层顶面处的压应力Ph+z，当z/b≦1时，按基底压应力图形采用距最大压应力点b/3-b/4处的压应力，这里采用b/4处的压应力。已知γ1=γ2=19.7kN/m3,h=3m ,则

P=262.71-（262.71-218.41）/4=252kPa

Ph+z=γ1(h+z)+α(P-γ2h)=19.7×(3+4)+0.6285×(252-19.7×3)=259.14kPa

而下卧层顶面处的容许承载力可按公式[f0]=[fa0]+k1γ1(b-2)+k2γ2(h-3)计算，其中查表6得k1=0，而IL=0.6>0.5,故k2=1.5，则

[Ph+z]=[f0]=[fa0]+k1γ1(b-2)+k2γ2(h-3)

=222+1.5×19.7×(7-3)=340.2kPa>Ph+z=259.14kPa 满足要求。

表6 地基土承载力宽度、深度修正系数k1、k2

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5.基底偏心距验算

根据设计资料，由于表4基底中心的作用组合中第2种组合弯矩最大，故以此来控制设计，已知∑M=7280kN•m，∑P=9549kN，则

1 W1

b6.61.1m

A66

e0=∑M/∑P=7280/9549=0.76m

6.基础稳定性验算

根据设计资料，选择相应的最不利组合进行基础稳定性验算，主要包括抗倾覆稳定性验算和抗滑动稳定性验算。 6.1倾覆稳定性验算

根据设计资料，在抗倾覆稳定性验算中，由于表4基底中心的作用组合中第2种组合为最不利组合，故以此来控制设计，但要满足墩台基础抗倾覆稳定性系数k0>1.5（具体要求见表7）,已知∑M=7280kN•m，∑P=9549kN，则

s=b/2=6.6/2=3.3m e0=∑M/∑P=0.76m

k0=s/e0=3.3/0.76=4.34>1.5 满足要求。

表7墩台基础抗倾覆稳定性系数k0

6.2滑动稳定性验算

根据设计资料，在抗滑动稳定性验算中，由于表4基底中心的作用组合中第1种组合为最不利组合，故以此来控制设计，同时因基底处地基土为硬塑黏土，查表8得摩擦系数μ=0.25,已知∑P=11749kN，∑H=500kN, 但要满足墩台基础抗滑稳定性系数kc>1.3（具体要求见表9）,则

Kc=μ∑P/∑H=0.25×11749/500=5.8745>1.3 满足要求。

表8 摩擦系数μ

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表9 墩台基础抗滑动稳定性系数kc

7.基础沉降计算

由于持力层以下的土层Ⅱ为软弱下卧层（软塑黏土），按其压缩系数为中压缩性土，对基础沉降影响较大，故应计算基础沉降。这里按表4第三种作用组合采用分层总和法计算。基底沉降计算分层示意图如图3所示。

图3 基底沉降计算分层示意图

7.1确定地基变形的计算深度

zn=b(2.5-0.4lnb)=6.6×(2.5-0.4ln6.6)=11.5m 7.2 确定分层厚度

第一层：从基础底部向下4.0m； 第二层：从第一层底部向下7.5m。 7.3确定各层土的压缩模量

[注意：如果在设计资料中，没有给定土的压缩模量或压缩系数，可以参考张克恭主编的《土力学》P105和P155，前者先求的附加应力，再求得压缩模量即可，但要注意的是土的e-p曲线图，需要拥有，若没有，就没法求了，但可以询问老师解决，本人在此设计中没有考虑]

根据设计资料，可知

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第一层：Es1=16MPa 第二层：Es2=8MPa 7.4 求基础底面处附加压应力

根据设计资料，在基础沉降计算中，要求用表4中第3种作用组合控制设计，已知P=6000+1949=7949kN,A=7.4m×6.6m,则

基础底面附加压应力：

p0=P/A=7949/(7.4×6.6)=162.76kPa 7.5 计算地基沉降

计算深度范围内各土层的压缩变形量见表8。

表8 计算深度范围内各土层的压缩变形量

注：āi为《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）中表M.0.2 矩形面积上均布荷载作用下中点平均附加应力系数（见附表2）。

7.6 确定沉降计算经验系数

沉降计算深度范围内压缩模量的当量值：

_

Es

AE

i



i

si

3.4724.330757.80275

10.29MPa

0.758

168

1ψs

(10.297)(1.00.4)

0.75

157

需要强调的是，沉降计算经验系数ψs可按下表9用内插法求得。

表9 沉降计算经验系数ψs

注：表中[fa0]为地基承载力基本容许值。

7.7计算地基的最终沉降量 地基最终沉降量为：

s=ψss’=0.75*123.43=92.57(mm)

根据《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）规定：相邻墩台间不均匀沉降差值（不包括施工中的沉降），不应使桥面形成大于0.2%的附加纵坡（折角）。因此该桥的沉降量是否满足要求，还应知道相应墩台的沉降量。

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附表1

表M.0.1 基底中点下卧层附加应力系数α

注：l、b-矩形基础边缘的长边和短边（m）；z-基底至下卧层土面的距离（m）。

附表2

表M.0.2 矩形面积上均布荷载作用下中点平均附加压应力系数ā