1、 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+21.0m，双车道，按公路桥涵地基基础设计规范 （JTG D632007）进行设计计算。1) 设计荷载为公路级。人群荷载为 。23kNm材料：台帽、耳墙及截面 aa（设计洪水位）以上混凝
2、土强度等级为 C20，台身（自截面 a-a 以下） ， 基础用 C15 的素混凝3125kNm 32土浇筑， 。台后及溜坡填土 ，填土的内摩擦角3344172kN，粘聚力 C=0。水文、地质资料：设计洪水位高程离基底的距离为 6.5m（在 a-a 截面处） ，地基土的物理、力学指标见表 1.1表 1.1 各土层物理力学指标固结快剪 压缩性指标序号 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CkPa度a1-2MPa-1Es1-2MPa1 粘土 6.5 26 19.7 0.74 2.72 44 20 0.1 55 20 0.15 11.62 粉质粘土 4.1 28 19.
3、1 0.82 2.71 34 15 0.6 20 16 0.26 72 桥台与基础构造及拟定的尺寸桥台与基础构造及拟定的尺寸如图 1.1 所示，基础分两层，每层厚度为0.5m，襟边和台阶等宽，取 0.4m。基础用 C15 的混凝土浇筑，混凝土的刚性角。基础的扩散角为：max401max0.8tan3.640满足要求。图 1.1 桥台及基础构造和拟定的尺寸（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、基础自重和基础上土重计算，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 0.81.347.725.00 206.36 1.35 278
4、.592 0.51.357.725.00 129.94 1.075 139.693 0.52.40.3525.002 21.00 2.95 61.9540.5 0.2240.5(0.35+0.7)25.00263.00 2.55 160.655 1.661.257.725.00 399.44 1.125 449.376 1.255.57.723.00 1271.56 1.1251369.767 0.51.855.57.723.00 901.00 -0.12-108.128 0.53.78.524.00 377.40 0.1 37.749 0.54.39.324.00 479.88 0.00 0
5、.00100.5(5.13+6.9)2.65-0.5 1.855.57.717.001420.56 -1.055-1498.70110.5(5.13+7.73)0.83.9217.00682.09 -0.07 -47.7412 0.50.44.3217.00 29.24 0.00 0.0013 0.50.48.517.00 28.90 -1.95 -56.3614 上部构造恒载 845.05 0.65 551.236804.1kKNP138.05/MKNm（2）土压力计算土压力按台背竖直， ，填土内摩擦角 ，则台背与填土之间的035外摩擦角 计算，台后填土水平 。17.520 台后填土表面无汽
6、车荷载时土压力计算台后填土自重引起的主动土压力计算式为： 241aaEBH已知：台后及溜坡填土的重度 ，B 为桥台宽度取 7.7m，H 为34/8mKN自基底至填土表面的距离，等于 10.0m； 为主动土压力系数。a2 2222cos()insi()cos()1co350.47si.ics17.co17a 20.50.16.()aEKN其水平向分力： 0cos()16.cos7.54.8()ax离基础底面的距离： )(3.0mey对基底形心轴的力矩：154.803514.9()axxyMEeKNm其竖直向分力： 0sin()6.2sin7.86.3()ay作用点离基础形心轴的距离： )(5.1
7、4.mex对基底形心轴的力矩： 86.3780.2()ayMKN 台后填土表面有汽车荷载时由汽车荷载换算的等代均布土层厚度： 0GhBl式中： 破坏棱体长度，当台背竖直时， ， 。0l tanHm10由 tant(cotan)(tt).583其中 ，52.得： )(83.01ml在破坏棱体长度范围内只能放一列汽车，因是双车道，故 kNG56028.734()7.1hm台背在填土连同破坏棱体上车辆荷载作用下引起的土压力：11(2)0(2.0).271853.9()aaEHhB kN其水平向分力： 0cos()853.9cos17.56.()axEk作用点离基础底面的距离：1103.74.5()2
8、yem对基底形心轴的力矩： 768.6.83(/)axMkN其竖直向分力： 0sin()153.9sin7.5.49()ayE作用点离基础形心轴的距离： )(.4.2mex对基底形心轴的力矩： 57.9175.6()ayMkN台前溜坡填土自重对桥台前侧面上的主动土压力计算时，以基础前侧边缘垂线作为假想台背，土表面的倾斜度以溜坡坡度为1:1.5 算得， ，则基础边缘至坡面的垂直距离为3.69，若取 （土与土之间的摩擦角） ，主动土压力系,15.80mH 35数： 2 2222cos()insi()cos()1co350.18sin7068.9cs35coa 2 211.37.4.69()aaEH
9、BkN其水平向分力： 0cos()4.69cos52.()ax离基础底面的距离： )(.231.mey对基底形心轴的力矩： 4.086.9()exMkN其竖直向分力： 0sin()42.69sin17.53.2()ayE kN作用点离基础形心轴的距离： ,.()xem对基底形心轴的力矩： 13.2586.21()eyMkN（3）支座活载反力计算支座反力计算考虑如下两种情况。台后无荷载，桥上有汽车及人群荷载）汽车及人群荷载反力：桥跨上的汽车荷载如图所示，反力影响线的纵距分别为：图 1.312.0h178.0.51967.8251.9()RxkN人群荷载支座反力：1(.3).()2支座反力作用点距
10、离基底形心轴的距离： 1.540.7()rem对基底形心轴的力矩： 1.938.96(/)RMkN58.8 0.75=44.10,）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的总重力的 10%计算，但公路级不得小于 90KN，依照上面的规定分别为：1(7.859.6178.)03.2()90HkNK因此简支梁板式橡胶支座的汽车荷载产生的制动力为0.3()kN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的右侧，为了在活载作用下得到最大的逆时针方向力矩，因此将重车后轴贴桥台后侧的边缘，以使桥跨上活载所产生的顺时针力矩最小，其荷载布置如图
11、1.3 所示，则支座反力为：1(78.0.519.675)21.95()R kN人群荷载支座反力： 2.38.K对基底形心轴的力矩： 15.907.96/RMkNmB. 汽车荷载制动力：根据上面分析，按一辆重车的 30%计算：1.2.H（4）支座摩阻力计算取摆动支座摩擦系数 ，则支座摩阻力：0.5f84.0542.FPkNA对基底形心轴的弯矩：（方向按荷载组合需要确定）42.08736./FMkNm对实体式埋置式桥台不计汽车荷载的冲击力，同时从以上对制动力和支座摩阻力的计算结果表明，支座摩阻力大于制动力。因此，在以后的组合中，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的荷载情况，
12、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的情况进行验算。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的土压力+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的土压力。5 无上部构造时桥台及基础自重 +台前土压力 +台后土压力
13、。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）中的主要组合验算。稳定性验算时，倾覆和滑动分别以组合（3）中的附加组合和组合（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 ()kN1312 1538 1270 1496竖直力 ()7841 7912 7424 7495弯矩()kNm-2426 -3444 -2370 -33884 地基承载力验算（1）台前、台后填土对基底产生的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的附加应力： iih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
14、应力系数 =0.46，基础前边缘的附加应力系数 =0.069。则11后边缘处： 0.467.862.5KPa前边缘处： 1993此处，计算台前溜坡椎体对基础前边缘地面处引起的附加应力时，填土高度可近似取基础边缘作垂线与坡面交点的距离（h=4.13） ，并取系数 ，25.0则 20.5174.3.5KPa因此，基础前边缘总的竖向附加应力：2129.3817.6.9KPa（2）基底压应力计算建成后使用时，由于工况 2 作用下产生的竖向应力最大，所以以工况 2 来控制设计。此时基底压应力为 maxin 2318.0791.34.764.6KPaPMAW考虑台前、台后填土产生附加应力后的总应力：台前：
15、 max318.026.934.5KPa台后： in710.2（3）地基承载力验算持力层强度验算 1根据土工试验资料，持力层为一般黏性土，根据公桥基规 ，当 ，74.0e时，查得 =354KPa，因基础置埋深度为原地面下 2.0m（3.0m）,10.LIo不考虑深度修正；对黏性土地基，虽 ，不进行宽度修正。2.0bm = 0ax35434.95KPKPa满足要求。下卧层强度验算 2下卧层为一般黏性土，由 e=0.82， ，可查得容许承载力 6.0LI o=222.00KPa，小于持力层的容许承载力 =370KPa，故作如下验算。基底至土层顶面（高层为+5.0）处的距离为：Z=11.5-2.0-
16、5.0=4.5m当 ，附加应力系数 =0.469，且计05.134/./,16.234/.9/ bzba 算下卧层顶面处压应力 时， ，基底压应力取平均值，即hZmaxin.9.24.602KPaA19.70(24.5)06(4.01.7)18.59.32.5hz Pa而下卧层顶面处的容许承载力可按下式计算：其中： ，而 ,则10k,5.06LI.12K=223. KPazh 43.25.0)3(719.2 zh35KPa 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，非岩石地基上的桥台应满足mbAW72.034618.514.986.2.12370MKNm.34p02370
17、7502.40.754Memmp （2）考虑作用标准值效应组合时，非岩石地基应满足 。0e由工况 4 来控制设计即桥上无荷载、台后有车辆荷载作用： 038.45.7279em5 基础稳定性验算（1）倾覆稳定性验算永久作用和汽车人群的标准值效应组合：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， 04.31528.90.67.5.41.bymeK满足要求。各种作用的标准值效应组合：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038.5792.143eK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。永久作用和汽车人群
18、的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0.3865.713124cK满足要求。各种作用的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 0.37952.15.2168cK满足要求6 地基变形验算（沉降计算）由于持力层以下的土层 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，桥梁墩台基础的沉降量按恒载用单向分层总和法计算。A 确定地基变形的计算深度=b(2.5-0.4Inb)=4.3(2.5-In4.3)=8.2nZB 确定分层厚度第一层：从基础底部向下 4.5 米
19、第二层：从一层底部向下 3.7 米C 确定各层土的压缩模量第一层： =1 0.15=6.67 MPa 1SE/第二层: =1 0.26=3.85MPa2D 求基底处的附加应力以工况 2 来控制设计，传至基础底面的作用效应应按正常是用极限状态的长期效应组合才用，各项作用效应的分项系数分别为;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，汽车荷载和人群荷载均为 0.4基底处附加应力为：N=6804.41+557.49+133.12+0.4(511.95+58.8)=7723.32KN0723.19.84pKPaE 计算地基沉降计算深度范围内各层土的压缩变形量见表 1.4计
20、算深度范围内各层土的压缩变形量 表 1.4/zm/lbziiz1iizsiiis0 2.2 0 4.5 2.2 1.5 0.308 1.386 1.386 6.67 40.13 40.138.2 2.2 1.9 0.220 1.804 0.418 3.85 20.97 61.10F 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： /()(1.3860.4)/(1.386/.70.418/3.5).04/.3165.7SiIiEAS175./sG 计算地基的最终沉降量 S= .136.09.46.0s mc按规范得，墩台允许均匀总沉降量为 2.0 cm，当 L25m 时，取 L=25m，则容许的总沉L降S= 2.0 ，故可以满足要求。250.cm
