《刚性扩大基础设计》PPT课件.ppt

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1、设计与计算的主要内容：设计与计算的主要内容：l基基础埋置深度的确定埋置深度的确定l刚性性扩大基大基础尺寸的尺寸的拟定定l地基承地基承载力力验算算l基底合力偏心距基底合力偏心距验算算l基基础稳定性和地基定性和地基稳定性定性验算算l基基础沉降沉降验算算第五节第五节 刚性扩大基础的设计与计算刚性扩大基础的设计与计算一、基一、基础埋置深度的确定埋置深度的确定u将基将基础设置在置在变形形较小，而小，而强度又比度又比较大的大的持力持力层上，以保上，以保证地基地基强度度满足要求，且不致足要求，且不致产生生过大的沉降或沉降差。大的沉降或沉降差。u还要使基要使基础有有足足够的埋置深度的埋置深度，以保，以保证基基

2、础的的稳定性，确保基定性，确保基础的安全。的安全。u必必须综合考合考虑地基的地基的地地质和和地形条件地形条件、河流的冲河流的冲刷程度刷程度、当地的当地的冻结深度深度、上部上部结构形式构形式以及保以及保证持力持力层稳定所需的定所需的最小埋深最小埋深和和施工技施工技术条件条件、造价造价等因素。等因素。刚性扩大基础刚性扩大基础 沉井基础沉井基础 桩基础桩基础基础埋深的不同方案基础埋深的不同方案地基的地质条件地基的地质条件岩石地基岩石地基:u覆盖土覆盖土层较薄薄时，一般，一般应清除覆盖土和清除覆盖土和风化化层后，将后，将基基础直接修建在新直接修建在新鲜岩面上；岩面上；u如岩石的如岩石的风化化层很厚很厚

3、，难以全部清除以全部清除时，基，基础放在放在风化化层中的埋置深度中的埋置深度应根据其根据其风化程度、冲刷深度及相化程度、冲刷深度及相应的容的容许承承载力来确定。力来确定。u如岩如岩层表面表面倾斜斜时，不得将基，不得将基础的一部分置于岩的一部分置于岩层上，上，而另一部分而另一部分则置于土置于土层上。在陡峭山坡上修建上。在陡峭山坡上修建桥台台时，还应注意岩体的注意岩体的稳定性。定性。非岩石地基非岩石地基:u如受如受压层范范围内内为均均质土土，基，基础埋置深度除埋置深度除满足足冲刷、冲刷、冻胀等要求外，可根据荷等要求外，可根据荷载大小，由地基大小，由地基土的承土的承载能力和沉降特性来确定（同能力和沉

4、降特性来确定（同时考考虑基基础需要的最小埋深）。需要的最小埋深）。u当地当地质条件条件较复复杂如地如地层为多多层土土组成等或成等或对大大中型中型桥梁及其它建筑物基梁及其它建筑物基础持力持力层的的选定，定，应通通过较详细计算或方案比算或方案比较后确定。后确定。河流的冲刷深度河流的冲刷深度 冲刷的基本概念冲刷的基本概念:洪水冲刷后，整个河床面要下降，这叫洪水冲刷后，整个河床面要下降，这叫一般冲刷一般冲刷.被冲下去的深度叫被冲下去的深度叫一般冲刷深度一般冲刷深度.同时由于桥墩的阻水作用，使洪水在桥墩四周冲同时由于桥墩的阻水作用，使洪水在桥墩四周冲出一个深坑，这叫出一个深坑，这叫局部冲刷局部冲刷.河流

5、的冲刷作用河流的冲刷作用在有冲刷的河流中，在有冲刷的河流中，为了防止了防止桥梁墩、梁墩、台基台基础四周和基底下土四周和基底下土层被水流掏空冲走被水流掏空冲走以致倒塌，以致倒塌，基基础必必须埋置在埋置在设计洪水的最洪水的最大冲刷大冲刷线以下不小于以下不小于1m1m。特。特别是在山区和是在山区和丘陵地区的河流，更丘陵地区的河流，更应注意考注意考虑季季节性洪性洪水的冲刷作用。水的冲刷作用。冲刷冲刷总总深度深度(m)最小埋置深度最小埋置深度(m)桥桥梁梁类类型型0333881515220 0一一 般般 桥桥 梁梁1.01.52.02.53.03.5技技术术复复杂杂修复困修复困难难的特大的特大桥桥及其它

6、重及其它重要大要大桥桥1.52.02.53.03.54.0 对于大、中桥基础的基底在对于大、中桥基础的基底在设计洪水冲刷总深设计洪水冲刷总深度以下的最小埋置深度度以下的最小埋置深度，建议根据桥梁大小、技术，建议根据桥梁大小、技术的复杂性和重要性，参照下表采用的复杂性和重要性，参照下表采用。当地的冻结深度当地的冻结深度为了保了保证建筑物不受地基土季建筑物不受地基土季节性性冻胀的影响，的影响，除地基除地基为非非冻胀性土外，性土外，基基础底面底面应埋置在天然最大埋置在天然最大冻结线以下一定深度以下一定深度。u公公桥基基规规定，当上部定，当上部结构构为超静定超静定结构构时，基，基底底应埋置在最深埋置在

7、最深冻结线以下不小于；以下不小于；u对静定静定结构的基构的基础，一般也按此要求，但在，一般也按此要求，但在冻结较深深地区，地区，为了减少基了减少基础埋深，有些埋深，有些类别的的冻土土经计算后算后也可将基底置于最大也可将基底置于最大冻结线以上。以上。上部结构型式上部结构型式 对中、小跨度中、小跨度简支梁支梁桥来来说，这项因素因素对确定基确定基础的埋置深度影响不大。但的埋置深度影响不大。但对超静定超静定结构即使基构即使基础发生生较小的不均匀沉降也会使内力小的不均匀沉降也会使内力产生一定生一定变化。化。当地的地形条件当地的地形条件当墩台、当墩台、挡土土墙等等结构位于构位于较陡的土坡上，陡的土坡上，在

8、确定基在确定基础埋深埋深时，还应考考虑土坡土坡连同同结构物基构物基础一起滑一起滑动的的稳定性。定性。当地基当地基为倾斜土坡斜土坡时，应结合合实际情况，情况，对地基地基容容许承承载力适当折减。力适当折减。若基若基若基若基础础位于位于位于位于较较陡的岩体陡的岩体陡的岩体陡的岩体上，可将基上，可将基上，可将基上，可将基础础做成台做成台做成台做成台阶阶形，形，形，形，但要注意岩体的但要注意岩体的但要注意岩体的但要注意岩体的稳稳定性。定性。定性。定性。保证持力层稳定所需的最小埋置深度保证持力层稳定所需的最小埋置深度地表土的性地表土的性质是不是不稳定的。人定的。人类和和动物的活物的活动以及以及植物的生植物

9、的生长作用，也会影响其作用，也会影响其强度和度和稳定，所以一定，所以一般地表土不宜作般地表土不宜作为持力持力层.为了保了保证地基和基地基和基础的的稳定性，定性，基基础的埋置深度（除岩石地基外）的埋置深度（除岩石地基外）应在天在天然地面或无冲刷河底以下不小于然地面或无冲刷河底以下不小于1m1m。在确定基在确定基础埋置深度埋置深度时，还应考考虑相相邻建筑物的影建筑物的影响。响。现举一一简例来例来说明如何明如何较合理地确定基合理地确定基础埋埋置深度和置深度和选择持力持力层。刚性扩大基础刚性扩大基础 沉井基础沉井基础 桩基础桩基础二、二、刚性性扩大基大基础尺寸的尺寸的拟定定l基基础厚度厚度l基基础平面

10、尺寸平面尺寸l基基础剖面尺寸剖面尺寸刚性扩大基础立面、平面图刚性扩大基础立面、平面图刚性扩大基础立面、平面图刚性扩大基础立面、平面图基础厚度基础厚度 应根根据据墩墩、台台身身结构构形形式式，荷荷载大大小小，选用用的的基基础材料等因素来确定。材料等因素来确定。基基底底标高高应按按基基础埋埋深深的的要要求求确确定定。水水中中基基础顶面面一一般般不不高高于于最最低低水水位位，在在季季节性性流流水水的的河河流流或或旱旱地地上上的的桥梁梁墩墩、台台基基础，则不不宜宜高高出出地地面面，以以防防碰碰损。这样，基基础厚厚度度可可按按上上述述要要求求所所确确定定的的基基础底面和底面和顶面面标高求得。高求得。基础

11、平面尺寸基础平面尺寸 基基础平面形式一般平面形式一般应考考虑墩、台身底墩、台身底面的形状而确定，基面的形状而确定，基础平面形状常用矩形。平面形状常用矩形。基基础底面底面长宽尺寸与高度有如下的关系式：尺寸与高度有如下的关系式：三、地基承三、地基承载力力验算算l持力持力层强度度验算算l软弱下卧弱下卧层承承载力力验算算持力层强度验算持力层强度验算 持力持力层是指直接与基底相接触的土是指直接与基底相接触的土层，持力，持力层承承载力力验算要求荷算要求荷载在基底在基底产生的地基生的地基应力不力不超超过持力持力层的地基容的地基容许承承载力。力。基底基底应力分布公式如下力分布公式如下(由于浅基由于浅基础埋置深

12、埋置深度小，在度小，在计算中可不算中可不计基基础四周土的摩阻力和四周土的摩阻力和弹性抗力的作用性抗力的作用)。偏心竖直力作用在任意点偏心竖直力作用在任意点基底应力分布图基底应力分布图讨论讨论:对公路公路桥梁，一般由梁，一般由顺桥向控制基底向控制基底应力力计算。但算。但对通航河流或河流中有漂流物通航河流或河流中有漂流物时，应计算撞算撞击力在横力在横桥向向产生的基底生的基底应力，并与力，并与顺桥向基底向基底应力比力比较，取其大者控制，取其大者控制设计。对于曲于曲线桥，计算基底算基底应力力时，应按下式按下式计算算：软弱下卧层承载力验算软弱下卧层承载力验算 当当受受压层范范围内内地地基基为多多层土土，

13、且且持持力力层以以下下有有软弱弱下下卧卧层，这时还应验算算软弱弱下下卧卧层的的承承载力力，验算算时先先计算算软弱弱下下卧卧层顶面面（在在基基底底形形心心轴下下）的的应力力（包包括括自自重重应力力及及附附加加力力），不不得大于得大于该处地基土的容地基土的容许承承载力力。即。即:四、基底合力偏心距四、基底合力偏心距验算算 目的目的:尽可能使基底尽可能使基底应力分布比力分布比较均匀，以免均匀，以免基底两基底两侧应力相差力相差过大，使基大，使基础产生生较大的不大的不均匀沉降，墩、台均匀沉降，墩、台发生生倾斜，影响正常使用斜，影响正常使用。设计原则设计原则:非非岩岩石石地地基基:以以不不出出现拉拉应力力

14、为原原则，当当墩墩、台台仅受受恒恒载作作用用时，基基底底合合力力偏偏心心距距e e0 0应分分别不不大大于于基基底底核核心心半半径径的的倍倍（桥墩墩）和和倍倍（桥台台）；当当墩墩、台台受受荷荷载标准准值组合合时，一一般般只只要要求求基基底底偏心距偏心距e e0 0不超不超过核心半径即可。核心半径即可。岩岩石石地地基基:可可以以允允许出出现拉拉应力力，根根据据岩岩石石的的强度度，合合力力偏偏心心距距e e0 0最最大大可可为基基底底核核心心半半径径的的倍倍，以保以保证必要的安全必要的安全储备。基底应力分布图基底应力分布图五、五、基基础稳定性和地基定性和地基稳定性定性验算算 基础倾覆稳定性验算基础

15、倾覆稳定性验算 基础稳定性验算基础稳定性验算 基础滑动稳定性验算基础滑动稳定性验算地基稳定性验算地基稳定性验算 基础倾覆稳定性验算基础倾覆稳定性验算 基基础倾覆覆稳定性与合力的偏心距有关。合定性与合力的偏心距有关。合力偏心距愈大，力偏心距愈大，则基基础抗抗倾覆的安全覆的安全储备愈小，愈小，如下如下图所示，因此，在所示，因此，在设计时，可以用限制合力，可以用限制合力偏心距偏心距e e0 0来保来保证基基础的的倾覆覆稳定性。定性。K0为抗倾覆稳定系数为抗倾覆稳定系数,一般一般对主要荷载组合对主要荷载组合K0，在各种，在各种附加荷载组合时，附加荷载组合时，K0。基础倾覆稳定性计算基础倾覆稳定性计算基

16、础滑动稳定性验算基础滑动稳定性验算 基基础在在水水平平推推力力作作用用下下沿沿基基础底底面面滑滑动的的可可能能性性即即基基础抗抗滑滑动安安全全度度的的大大小小，可可用用基基底底与与土土之之间的的摩摩擦擦阻阻力力和和水水平平推推力力的的比比值KcKc来来表表示示，KcKc称称为抗滑抗滑动稳定系数。即定系数。即 Kc为抗滑动稳定系数，必须大于规范规定的设计为抗滑动稳定系数，必须大于规范规定的设计容许值，一般根据荷载性质，容许值，一般根据荷载性质，K。地基稳定性验算地基稳定性验算位位于于软土土地地基基上上较高高的的桥台台需需验算算桥台台沿沿滑滑裂裂曲面滑曲面滑动的的稳定性；定性；基基底底下下地地基基

17、如如在在不不深深处有有软弱弱夹层时，在在台台后后土土推推力力作作用用下下，基基础也也有有可可能能沿沿软弱弱夹层土土的的层面滑面滑动；在在较陡陡的的土土质斜斜坡坡上上的的桥台台、挡土土墙也也有有滑滑动的可能。的可能。基础抗倾覆措施基础抗倾覆措施 六、基六、基础沉降沉降验算算 基基础的沉降主要由的沉降主要由竖向荷向荷载作用下土作用下土层的的压缩变形引起。沉降量形引起。沉降量过大将影响大将影响结构物的正常使构物的正常使用和安全，用和安全，应加以限制。在确定一般土加以限制。在确定一般土质的地基的地基容容许承承载力力时，已考，已考虑这一一变形的因素，所以修形的因素，所以修建在一般土建在一般土质条件下的中

18、、小型条件下的中、小型桥梁的基梁的基础，只，只要要满足了地基的足了地基的强度要求，地基（基度要求，地基（基础）的沉降）的沉降也就也就满足要求。足要求。1 1修建在地修建在地质情况复情况复杂、地、地层分布不均或分布不均或强度度较小的小的软粘土地基及湿陷性黄土上的基粘土地基及湿陷性黄土上的基础；2 2修建在非岩石地基上的拱修建在非岩石地基上的拱桥、连续梁梁桥等超静等超静定定结构的基构的基础；对于下列情况，则必须验算基础的沉降对于下列情况，则必须验算基础的沉降3 3当相当相邻基基础下地基土下地基土强度有度有显著不同或相著不同或相邻跨度相差跨度相差悬殊而必殊而必须考考虑其沉降差其沉降差时；4 4对于跨

19、于跨线桥、跨、跨线渡槽要保渡槽要保证桥（或槽）下（或槽）下净空高度空高度时。地基土的沉降可根据土的压缩特性指标按地基土的沉降可根据土的压缩特性指标按公桥基规的公桥基规的单向应力分层总和法单向应力分层总和法（用沉降计（用沉降计算经验系数算经验系数ms修正）计算。对于公路桥梁，修正）计算。对于公路桥梁，基基础上结构重力和土重力作用础上结构重力和土重力作用对沉降是主要的，汽对沉降是主要的，汽车等活载作用时间短暂，对沉降影响小，所以在车等活载作用时间短暂，对沉降影响小，所以在沉降计算中不予考虑。沉降计算中不予考虑。在设计时，为了防止由于偏心荷载使同一基础两侧在设计时，为了防止由于偏心荷载使同一基础两侧产生产生较大的不均匀沉降较大的不均匀沉降，而导致结构物倾斜和造成墩、，而导致结构物倾斜和造成墩、台顶面发生台顶面发生过大的水平位移过大的水平位移等后果。对于较低的墩、台等后果。对于较低的墩、台可用限制基础上合力偏心距的方法来解决；对于结构物可用限制基础上合力偏心距的方法来解决；对于结构物较高，土质又较差或上部为较高，土质又较差或上部为超静定超静定结构物时，则须验算结构物时，则须验算基础的倾斜，从而保证建筑物顶面的基础的倾斜，从而保证建筑物顶面的水平位移水平位移控制在容控制在容许范围以内。许范围以内。