基础工程课程设计计算书(桥台扩大基础设计)

1、实用文档啰西大学CUANGXI UNIVERSITY基础工程课程设计无筋扩展矩形基础计算书,陈召桃T ,薪.1返 tdn |a r文案大全1203110210.r /, ，；,、/ 飞;、/、，十院不 YuNj i4 / 理A,，总二土木建筑工程学院道路桥梁121班实用文档目录一、设计资料 1二、设计资料分析3三、荷载计算及组合 41、桥台自重及上部构造恒载计算 42、土压力计算 53、支座活载反力计算 84、支座摩阻力计算 105、荷载组合 11四、地基承载力验算 131、台前、台后填土对基底产生的附加应力计算 132、基底压应力计算 133、地基强度验算 14五、地基变形验算（沉降计算）

2、15六、基底偏心距验算 17七、基础稳定性验算 171、倾覆稳定性验算172、滑动稳定性验算18八、结论 19一、设计资料1、基本概况某桥上部构造采用装配式钢筋混凝土 T形梁。标准跨径20.00m,计算跨径 19.5m。摆动支座，桥面宽度为 7+2X 1.0m,双车道，参照公路桥涵地基与基 础设计规范进行设计。设计荷载：公路-I级，人群荷载为3.5kN/m2。材料：台帽、耳墙及截面a-a以上均用20号钢筋混凝土，Y1 =25.00kN/m3 ; 台身（自截面a-a以下）用7.5号浆砌片、块石（面墙用块石，其它用片石，石 料强度部少于30号），% =23.00kN/m3基础用15号素混凝土浇筑，

3、% =24.00kN/m3;台后及溜坡填土与=17.00kN/m3;填土的内摩擦角e=350 , 粘聚力c=0o基础类型：无筋扩展矩形基础基础材料：混凝土强度等级 C15C20钢筋为I、II级钢筋。2、水文地质资料水文、地质资料：设计洪水位标高离基底的距离为 6.5m （即在a-a截面处）。地 基土的物理、力学性质指标见下表：表1取土深 度自地 面算起 （m）天然状态下土的物理指标土粒密度so（t/m3）塑性界限液 性 指 数Il压缩系数a1-22(mm / N)直剪试验含水量缶（）天然容重Y（kN /m3）孔 隙 比e液 限%塑限0 P塑 性 指 数Ip粘聚力C 2.(kN/m2)内摩 擦角

4、03.23.62619.700.742.724424200.100.1555206.46.82819.100.822.713319150.60.2620163、桥墩及基础构造和初拟尺寸（如图）初步拟定基础分两层，每层厚度为 0.5m,襟边和台阶宽度相等，取0.4m,基坑边坡系数可取 m=0.751.0oO： OI文案大全4、荷载组合情况表2作用效应组合汇总表福裁组合水平力（kN）竖向力（kN）弯矩(kN.m)（一）主要1179.178129.51-2371.30附加1221.378129.51-2740.18（二）主要1421.537854.90-3683.11附加1463.737854.90

5、-4051.99（三）主要1421.537620.87-3835.24附加1463.737620.87-4204.12（四）1482.287640.02-4110.24（五）1179.178380.24-2208.32（六）1179.176696.44-3302.79二、设计资料分析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 学指标见下表：表3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直剪试验压缩性指标CkPa$度a1-2MPa-1国1-2MPa1硬塑粘土6.52619.70.742.7244200.155200.

6、1511.62软塑亚粘土4.12819.10.822.7134150.620160.2673软质基岩21.5由表可知上层粘土的液性指数远小于 0.75属于硬塑土，中层软塑亚粘土相 对的承载力较弱，则该基础应浅埋，采用无筋刚性扩展基础，初步拟定埋深2.0m, 见图1。基础分两层，每层厚度为 0.5m,襟边和台阶等宽，取 0.4m。根据襟边和台 阶构造要求初拟出平面较小尺寸，见图 1.1 ,经验算不满足要求时再调整尺寸。基础用C15的素混凝土浇筑，混凝土的刚性角 max = 40%基础的扩散角为:0.8二=tan =38.66 :二: max = 401.0满足要求三、荷载计算及组合1、上部构造恒

7、载反力及桥台台身、基础自重和基础上土重计算。参照图一基础台身结构和给出的材料特性，可得出以下计算。、桥台a-a截面以上自重计算：竖向力-=0.8 X1.34 X7.7 X25.00=206.36kN,弯矩 M=206.36 乂1.35=278.59kN.m；竖向力 F2=0.5 X1.35 X7.7 X25.00=129.94kN,弯矩 M=129.94X1.075=139.69kN.m；竖向力 F3=0.5 X 2.4 X 0.35 X 25.00 乂 2=21.00kN,弯矩 M3=21.00 乂 2.95=61.95kN.m ;竖向力 F4=0.5 乂 0.2 X24X 0.5 X (0

8、.35+0.7) 乂 25.00 乂 2=63.00kN,弯矩 W=63.00 义 2.55=160.65kN.m;竖向力 F5=1.66 X 1.25 X 7.7 X 25.00=399.44kN,弯矩 M=399.44 X 1.125=449.37kN.m。、a-a截面以下台身及基础自重计算：竖向力 F6=1.25X5.5 X7.7 X 23.00=1217.56kN,弯矩 M=1217.56X1.125=1369.76kN.m；竖向力 F7=0.5 X 1.85 X 5.5 X 7.7 乂 23.00=901.00kN,弯矩 M7=901.00 乂(-0.12 ) =-108.12kN.

9、m；竖向力 F8=0.5 X3.7 X8.5 义 24.00=377.40kN,弯矩 M8=377.40 义 0.1=37.74kN.m ;竖向力 F9=0.5 X4.3 X9.3 X24.00=479.88kN,弯矩 M9=479.88 X 0=0kN.m= 、台后及溜坡填土自重计算：竖向力 Fio=0.5 X (5.13+6.9) X 2.65-0.5 - 1.85X5.5 X 7.7 X17.00=1382.16kN,弯矩 Mo=1382.16X (-1.0618 ) =-1467.58kN.m;竖向力-1=0.5 X(5.13+7.73) X0.8 X3.9 X2X17.00=682.

10、10kN,弯矩M1=682.10X (-0.07 ) =-47.75kN.m；竖向力 F12=0.5 X 0.4 X4.3 X2X 17.00=29.24kN,弯矩 Mz=29.24 X (-1.95 ) =57.02kN.m；竖向力-3=0.5 X 0.4 X 8.5 X 17.00=28.90kN,弯矩 M3=28.90 乂0.65=18.79kN.m。、上部构造恒载计算：上部构造恒载取值 F*1100kN,弯矩 WA=1100X 0.65=715.00kN.m。综上所述，恒载竖向力之和 Z Fi =7017.98kN ,弯矩Z Mi =1512.91kN m2、土压力计算。土压力按台背竖

11、直，a =0,填土内摩擦角中=35则台背与填土之间的外摩擦角6 = =17.5计算，台后填土水平0 =002、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的主动土压力计算式为：Ea4H22式中：Ea一台后填土自重引起的主动土压力，kN;B 一桥台宽度取7.7m；打一主动土压力系数；34一台后及溜坡填土的重度，取17KN/m ;H 一自基底至填土表面的距离，取 10.0m。主动土压力系数求取:Icos2 (：-:)a -22/=. I. I sin(邛 +6)sin(邛 一口)cos a -cos(a +d) |1 + /- cos(a + 6 )cos( a - P )= 0.247co

12、s235口 ：sin 52.5 sin 35 0 Tcos17.5J 1+Jc cos17.5WJ: Ea -0.5 17 102 7.7 0.247 =1616.62(KN)其水平向分力：Eax=Ea cos(、=)=1616.62 cos17.50 = 1541.80(KN )离基础底面的距离:ey = ? = 3.33(m)对基底形心轴的力矩:Max - -Eaxey - -1541.80 3.33 - -5134.20( KN，m)其竖直向分力：Eay = Easin。=)=1616.62 sin17.50 =486.13(KN)作用点离基础形心轴的距离：ex =2.15-0.4 =1

13、.75(m)对基底形心轴的力矩：May =486.13 1.75 =850.73(KN *m)、台后填土表面有汽车荷载时根据墙后破裂棱体范围内布置的车辆荷载换算为墙后填土相同高度的均布土层，其厚度h0为：Qh0=BT式中：工Q-布置在B0L范围内的车轮总重，Q为每辆标准汽车总重550kN;B 0一不计车辆荷载作用时破裂棱体的宽度，m；l一挡土墙的计算长度，m 一墙后填土重度，kN/m3。其中:，=：、. 二=52.5tan- - tan (cot tan )(tan -tan： ) =0.583B0 = (H a)tanu - H tan二 一b = (10 0) 0.583-10 0-0 =

14、5.83m在破坏棱体长度范围内只能放一列汽车，因是双车道，所以: Q 2 550-： 2h0 = = 0.721mB0L5.83 7.7 17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:_1_ .1Ea =- H(2h H)Ba =- 17 10 (2 0.721 10) 7.7 0.247 =1849.73(kN)其水平向分力：Eax = Ea cos(：. ： ) =1849.73 cos17.50 = 1764.12(kN)作用点离基础底面的距离:ey10 10 3 0.7213.54(m)3 10 2 0.721对基底形心轴的力矩:Max - -1764.12 3.54 - -

15、6244.98(kN / m)其竖直向分力:Eay =Easin(、：)=1849.73 sin17.50 =556.22(kN)作用点离基础形心轴的距离:ex =2.15-0.4 =1.75(m)对基底形心轴的力矩:May =556.22 1.75 =973.39(kN ,m)、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5 81:1.5算得，P = 43.69)则基础边缘至坡面的垂直距离为 H = 10 58 =6.13m,1.5若取5=5=35 (土与土之间的摩擦角)，主动土压力系数:2.cos (:-：)a =22/ 人、

16、心 | sin(邛 +6)sin(邛一口) Icos a cos(a +6) |1 + =1 7 cos(a + 6 )cos( a - P )2 l= 0.180cos 35cos35、J|1 - 2/sin 70 0sin68.69sV cos35 0cos33.69 s1212EaH 2BJa =- 17 6.132 7.7 0.18 = 442.69(kN)其水平向分力：Eax = Eacos(、. : ) -442.69 cos17.50 =422.20(kN)离基础底面的距离：ey = 6.13 = 2.04( m)对基底形心轴的力矩：Mex =422.20 2.04 =861.2

17、9(kN ,m)其竖直向分力：Eay =Easin(、：)=442.69 sin17.50 =133.12(kN)作用点离基础形心轴的距离：ey = -2.15(m)对基底形心轴的力矩：M ey - -133.12 2.15 - -286.21(kN *m)6、支座活载反力计算支座反力计算考虑如下三种情况。、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：公路-I级车道荷载的均布荷载标准值qk =10.5kN/m2,集中荷载随计算跨径而变，计算跨径小于或等于5 m时,PK =180kN ;计算跨径大于或等于 50m时，PK =360kN ;计算跨径在5-50m时,PK按照直线内插求取。

18、人群荷载 3.5kN/m2。则:(360 -180) (19.5-5)R = 180 - 二238kNk50 -5桥跨上的汽车荷载如图所小，荷载布置图如下:序汽车荷载支座反力:1R = 2 (qji Pky) =2 (10.5 - 19.5 1 238 1) = 680.76kN人群荷载支座反力:-1 . R1=2 (3.5 : 1 19.5) =68.25kN支座反力作用点距离基底形心轴的距离：e.1 -2.15 -1.5 -0.65m对基底形心轴的力矩：M 卬=(680.76 68.25) 0.65 = 486.86kN / mn)汽车荷载制动力重力式墩台不计冲击系数。一个设计车道上的汽车

19、制动力标准值，为布置在加载长度上计算的总重力的10%但公路一级汽车制动力标准值不得小于165kNo制动力：(10.5 19.5 238) 10% =44.28kN ；165kN则制动力取值为：H=1650.25=41.25kN 。、台后桥上均有荷载，车辆荷载在台后I)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，汽车荷载布置图如下：图3则支座反力为：1Ri=2 (qji Pky)=2 (10.5 - 19.5 1 238 1) = 680.76kN人群荷载支座反力：一 _

20、 _1_ R =2 (3.5 - 1 19.5) =68.25kN对基底形心轴的力矩：M R1 =(680.76 68.25) 0.65 =486.86kN /mII)汽车荷载制动力：根据上面分析，汽车制动力H=41.25kN4、支座摩阻力计算取摆动支座摩擦系数f =0.05 ,则支座摩阻力：F =P恒 f =1100 0.05 =55kN对基底形心轴的弯矩：Mf =55M8.7 =478.50kN m (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

21、组合根据实际可能出现的荷载情况，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；桥上有活载，台后也有汽车荷载等荷载组合，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)主要组合：包括恒载，桥上活载及台前、台后土压力。(2)附加组合：主要组合荷载+支座摩阻力。2、桥上有活载，台后也有汽车荷载(1)主要组合：包括恒载、桥上活载、桥前土压力及台后有汽车荷载作用 时的土压力。(2)附加组合：主要组合荷载+支座摩阻力。3、桥上无活载，台后无汽车荷载(1)、主要组合：包括恒载，台前、台后土压力。(2)、附加组合：

22、主要组合荷载+支座摩阻力。4、桥上无活载，台后有汽车荷载(1)主要组合：包括恒载、台前土压力及台后汽车荷载时的土压力 (重车 在台后)。(2)附加组合：主要组合荷载+支座摩阻力。5、无上部构造时桥台基础自重、台前台后土压力。表4荷载组合计算表序 号载空用情况 计/诩氏、公路一级工况一桥上有活载，台 后无汽车荷载工况二桥上有活载，台后 有汽车荷载工况三桥上无活载台 后无汽车荷载工况四桥上无活载，台后 有汽车荷载工况五无上部构造时1上部荷载竖向力（kN）1100110011001100弯矩（kN m）715.00715.00715.00715.002台身、基础 自重与基础 上士重竖向力（kN）59

23、17.985917.985917.985917.985917.98弯矩（kN m）797.91797.91797.91797.91797.913汽车荷载引 起的支座反 力竖向力（kN）680.76680.76弯矩（kN m）442.49442.494人群荷载引 起的支座反 力竖向力（kN）68.2568.25弯矩（kN m）44.3644.365台后土压力力（kN）水平：1541.80 竖直：486.13水平 1764.12竖直：556.22水平：1541.80竖直：486.13水平 1764.12竖直：556.22水平：1541.80竖直：486.13弯矩（kN m）水平：-5134.20竖

24、直：850.73水平：-6244.98竖直：973.39水平：-5134.20竖直：850.73水平：-6244.98竖直：973.39水平：-5134.20竖直：850.736台前溜坡土压力力3)水平：-422.20竖直：133.12水平：-422.20竖直：133.12水平：-422.20竖直：133.12水平：-422.20竖直：133.12水平：-422.20竖直：133.12弯矩（kN m）水平：861.29竖直：-286.21水平：861.29竖直：-286.21水平：861.29竖直：-286.21水平：861.29竖直：-286.21水平：861.29竖直：-286.217支座

25、摩阻力 取与台后土 压力同向水平力（kN）55.0055.0055.0055.00弯矩（kN m）-478.50-478.50-478.50-478.508组合水平力（kN）1174.61396.921119.61341.921118.80竖直力（kN）8386.248456.337637.237707.326537.23弯矩（kN m）-2187.12-3175.25-2673.97-3662.1-2910.48四、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：二i -hi台后填土高度（从原地面起算）h=8mi当基础埋置深

26、度为2.0m时，取基础后边缘附加应力系数a 1=0.46,基础前边缘的附加应力系数a 1=0.069 o则后边缘处： = 0.46 17 8 =62.56KPa前边缘处：-1-0.069 17 8 =9.38KPa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）,并取系数汽2=0.25,则二2 = 0.25 17 4.13 =17.55KPa因此，基础前边缘总的竖向附加应力：基础后边缘：:一1 =；11 = 62.56KPa基础前边缘：:二1 二2一9.38 17.55 = 26.93KPa2、基底压应力计算进行基底承载力

27、验算时，传至基底的作用效应应该按照正常使用极限状态的 短期效应组合采用，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、人群荷载均为 1.0,汽车荷载为0.7 c（1）建成后使用时根据表二作用效应组合汇总表，工况（五）作用下产生的竖向力最大为8380.24kN,因此以工况（二）来控制设计。基底压应力计算：一 max、-minP三M士A 一 W 8380.244.3 9.3-2208.32129.3 4.326= 209.56 -77.05286.61KPa=132.51KPa考虑台前、台后填土产生附加应力后的总应力:台前：二 max =286.61

28、26.93 =313.54KPa台后：；：min =132.51 62.56 =195.07KPamin(2)、施工时施工时按照表四荷载组合计算表中四工况五来计算，其中竖向力之和为6537.23kN,弯矩为-2910.48 (kN m)。max CJ .min三MW6537.23-2910.48265.02KPa163.47 -101.55 =4.3 9.31心261.92KPa9.3 4.36考虑台前、台后填土产生附加应力后的总应力:台前：cmax =265.02. 26.93 =291.95KPa mmax台后：: min =61.92 62.56 =124.48KPa min3、地基强度

29、验算(1)、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 e=0.74, Il =0.10时，查得fao=354KPa,因基础置埋深度为原地面下 2.0m (2.0m,不进行宽度修正。f = fa。 =350KPa .二max=313.54KPa满足要求。(2)、下卧层强度验算下卧层为一般黏性土，由e=0.82 , Il=0.6,可查得容许承载力 fao=222.00KPa,小于持力层的容许承载力仃=354KPa,故作如下验算。基底至土层II顶面(高层为+5.0)处的距离为：Z=11.5-2.0-5.0=4.5m当 a/b =9.3/4.3 = 2.16, z/b =4

30、.5/4.3 = 1.05 ,附加应力系数 3 =0.469 ,且计 算下卧层顶面处压应力 叫也时，Z/b1,基底压应力取平均值，即仃平均max min2313.54 195.072= 254.31KPa二h z 二i(h z) + r“p - 2h)= 19.7 (2 4.5) 0.469 (254.31 -19.7 2)=228.84KPa而下卧层顶面处的容许承载力可按下式计算:其中：匕=0 ,而 Il =0.6 0.5, K2 =1.5，则二h z =222.00 1.5 19.7(6.5 -3) =325.43KPa 二 h z=228.84KPa满足要求。五、地基变形验算（沉降计算）

31、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包 载用单向分层总和法计算。受压层深度的确定：在土层2底部的自重应力为：二 cz2= 1%2h2 =19.7 6.5 19.1 4.1 = 206.36KPa基底处附加应力为:Po7017.98 486.13 133.129.3 4.3-2 19.726.93 62.562= 196.32KPa将土层1分为2.0m和2.5m两层，土层2分为2.0m和2.1m两层，下面为软 质岩层，不必计算，分为四层即可则每一薄层的沉降分别:分层12 24.3= 0.93a 9

32、.3=2.16b 4.3附加应力系数:c =0.81附加应力 c z1 =196.32 0.81 =159.01KPa分层2a 9.3=2.16b 4.32 4.54.3= 2.1附加应力系数二%=0.44附加应力=196.32 0.44 =86.38KPa分层3b 4.39.3=2.162 6.5二 034.3附加应力系数:%二0.3附加应力 cz1 =196.32 0.3 =58.90KPa分层4b 4.393 =2.164.3附加应力系数入=0.2附力口应力 c； =196.32 0.2 =39.26KPa每一层的平均附加应力196.32 159.012= 177.67KPa159.01 86.382= 122.70KPa86.38 58.90= 72.64KPa58.90 39.262-49.08KPaa12-1hi 二1 e0.15 10，177.67 , 2000 : 30.63mm1 0.74S2a1 2- 2、h2 二1e1。15 103 122.70 2500 = 26.44mm1 0.74S3a1 2- 3 卜 _1 e2 3_ _30 26 1072 64_7264 2000 = 20.75mm1 0.82S4a1 -2- 41 e2h4 =0.26 10“ 49.