桥梁浅基础工程课程设计(详细版)

2015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塔里木大学课程设计-1-1.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土层代号名称容重（kN/m3）含水量ω（%）液限ωL（%）塑限ωP（%）孔隙比e0压缩模量（MPa）Ⅰ硬塑粘土19.72644240.7416Ⅱ软塑粘土19.12834190.828表2墩底中心的作用组合墩底中心处合力作用情况1、恒载、两孔活载、制动力、低水位时风力，不计浮力2、恒载、一孔活载、制动力、高水位时计算浮力3、恒载、常水位时计算浮力竖向力P（kN）980076006000水平力H（kN）500380—力矩M（kN•m）6906900—11.0m常水位9.0m河底8.0m一般冲刷线7.0m最大冲刷线1.0m-1.0m图1地质柱状图ⅠⅡ塔里木大学课程设计-2-2.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）。表3桥梁墩台基础基底最小埋置深度(m)总冲刷深度（m）桥梁类别05101520大桥、中桥、小桥(不铺砌)1.52.02.53.03.5特大桥2.02.53.03.54.02.2基础的尺寸拟定由规范知“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：4066.380.18.0tanmax1满足要求。则基础底面尺寸为：mHla4.78.0128.5tan2mHdb6.68.0125tan2图2拟定尺寸图5.005.00横桥向桥墩，基础立面图顺桥向桥墩，基础立面图基础尺寸平面图注：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混凝土浇筑塔里木大学课程设计-3-kPaWMAPP71.2626.64.76111906.64.7117492maxkPaWMAPP41.2186.64.76111906.64.7117492min1.0%24%44%24%26pLpLI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=903.05kNP=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》（JTGD63-2007）及《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004），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基底中心处合力作用情况1、恒载、两孔活载、制动力、低水位时风力，不计浮力2、恒载、一孔活载、制动力、高水位时计算浮力3、恒载、常水位时计算浮力竖向力P（kN）9800+1949=117497600+1949=95496000+1949=7949水平力H（kN）500380—力矩M（kN•m）690+500×1=11906900+380×1=7280—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：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：按《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）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，则塔里木大学课程设计-4-6.0%19%34%19%28pLpLI[f0]=[fa0]=354kPaPmax=262.71kPa满足要求。表5一般黏性土地基承载力基本容许值[fa0]eIL00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.11.20.5450440430420400380350310270240220——0.6420410400380360340310280250220200180—0.74003703503303102902702402201901701601500.83803303002802602402302101801601501401300.93202802602402202101901801601401301201001.0250230220210190170160150140120110——1.1——16015014013012011010090———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：按《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）：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》（JTGD63-2007）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=252kPaPh+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=0.60.5,故k2=1.5，则[Ph+z]=[f0]=[fa0]+k1γ1(b-2)+k2γ2(h-3)=222+1.5×19.7×(7-3)=340.2kPaPh+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土类系数黏性土粉土砂土碎石土老黏性土一般黏性土新近沉积黏性土—粉砂细砂中砂砾砂、粗砂碎石、圆砾、角砾暖石IL≥0.5IL0.5—中密密实中密密实中密密实中密密实中密密实中密密实K1000001.01.21.52.02.03.03.04.03.04.03.04.0k22.51.52.51.01.52.02.53.04.04.05.55.06.05.06.06.010.0塔里木大学课程设计-5-mbAW1.16.66161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e0=∑M/∑P=7280/9549=0.76m1.1m满足要求。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k01.5（具体要求见表7）,已知∑M=7280kN•m，∑P=9549kN，则s=b/2=6.6/2=3.3me0=∑M/∑P=0.76mk0=s/e0=3.3/0.76=4.341.5满足要求。表7墩台基础抗倾覆稳定性系数k0作用组合稳定性系数k0使用阶段永久作用（不计混凝土收缩、浮力）和汽车、人群的标准值效应组合1.5各种作用（不包括地震作用）的标准值效应组合1.3施工阶段作用的标准值效应组合1.26.2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kc1.3（具体要求见表9）,则Kc=μ∑P/∑H=0.25×11749/500=5.87451.3满足要求。表8摩擦系数μ地基土分类黏土（流塑～坚硬）、粉土砂土（粉砂～砾砂）砂石土（松散～密实）软岩（极软岩～较软岩）硬岩（较硬岩～坚硬岩）摩擦系数μ0.250.30～0.400.40～0.500.40～0.600.60～0.70塔里木大学课程设计-6-表9墩台基础抗滑动稳定性系数kc作用组合稳定性系数kc使用阶段永久作用（不计混凝土收缩、浮力）和汽车、人群的标准值效应组合1.3各种作用（不包括地震作用）的标准值效应组合1.2施工阶段作用的标准值效应组合1.27.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)=11.5m7.2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，可知塔里木大学课程设计-7-MPaEAAEsiiis29.10758.080275.7833075.416472.3