桥梁施工技术T讲义全套150516

学习情境三桥梁基础设计学习情境三桥梁基础设计工作任务一桥涵设计流量推算及河道冲刷深度计算学习目标：1.了解设计流量的含义；

2.熟悉推求设计流量的基本原理及计算方法；

3.理解冲刷计算的目的及冲刷过程；4.熟悉河道冲刷深度的计算方法。任务描述：根据所学知识及公路桥涵有关设计标准及规范的相关内容，完成桥位的设计洪水流量

及设计洪水位、河道冲刷深度计算，并上交《×××桥梁设计洪水流量及设计洪水位、

河道冲刷深度计算说明书》。学习引导：本工作任务沿着以下脉络进行学习:一、桥涵设计流量推算设计洪水流量：对应于某一设计洪水频率的洪峰流量，简称设计流量。设计洪水位：桥位设计计算断面上通过设计流量相应的水位，简称设计水位。设计流速：设计流量通过时桥位断面的河槽平均流速。因此，应根据工程实际情况，按国家颁发的有关规范选定合适的设计标准，依此推算设计洪水。《公路工程技术标准》（JTGB01）桥涵所在地区、河流等情况不同，推求设计流量的方法也不同，尽量搜集多的桥位水文资料，采用不同方法推算设计洪水流量。一般来说，中等以上河流上的桥梁可搜集到桥梁附近水文站历年来的年最大洪水流量观测资料，甚至能调查到观测资料以前发生的特大洪水资料，可应用水文统计的分析方法推算设计流量。较小流域的中小河流难以搜集到水文站实测洪水资料，但可以搜集到降雨资料或地区性水文资料，则可应用地区性公式、暴雨径流的推理公式等方法推算设计流量。桥位附近资料较少，但相邻地区或河段有较多资料，可应用相关分析插补、延长水文资料系列。水文统计法经验公式或推理公式相关分析资料多，中等以上流域小流域资料较少地区经验公式无水文站观测资料（一）利用实测流量资料推算设计流量1.资料的审查资料的一致性资料的代表性资料的独立性资料的可靠性（一）利用实测流量资料推算设计流量2.资料的插补和延长流域面积比拟法相关分析法过程线叠加法

（一）利用实测流量资料推算设计流量3.资料中的特大值1）流域面积比拟法2）相关分析法3）过程线叠加法实测资料累计频率统计参数经验频率曲线理论频率曲线

但是，由于洪水观测年限与总体相比差之甚远，经验频率点群分布并不是一条光滑的连续曲线；而由三个参数确定的皮尔逊Ⅲ型理论频率曲线，抽样误差也比较大，从而使由计算参数得到的皮尔逊Ⅲ理论频率曲线，与经验频率点群偏离较大，即两者配合不是很好，因此必须采用某种方法来确定合适的统计参数，使两者拟合最好。通过调整统计参数CS、CV，选择一条与经验频率曲线点群拟合最好的理论频率曲线，这种方法叫适线法。（一）利用实测流量资料推算设计流量4.设计流量的推算方法（一））利用用实测测流量量资料料推算算设计计流量量4.设计流流量的的推算算方法法选取样样本绘制经经验频频率曲曲线计算水水文统统计的的三个个参数数Q、Cv和Cs的初始始值绘制理理论频频率曲曲线，，用适线法法选定Q、Cv和Cs值计算设设计流流量审查计计算结结果（二））利用用洪水水调查查资料料推算算设计计流量量1.实测洪洪水流流量1）水文文断面面的选选择计算流流量所所依据据的河河流横横断面面称为为水文断断面，应选选在近近似于于均匀流流的河段段上。。水文文断面面必须须垂直于洪水水流向向。水文断断面应应尽量量靠近调调查的的历史史洪水水位，但距距桥位位也不不宜过过远。。水文文断面面与桥桥位断断面之之间，，应无无支流流汇入入，无无分流流或壅壅水现现象。。水文断断面的的数量量应结结合实实际需需要而而定，，一般般可在在桥位位上下游游各选一一个，，符合合条件件的桥桥位断断面，，也可可以作作为水水文断断面使使用。。2）水文文断面面的流流速和和流量量计算算式中：：V——断面平平均流流速，，m/s，对于于复式式断面面，河河槽与与河滩滩的的断面面平均流速速应分分别计计算；；n———粗糙系系数（（糙率率）；；R——水力半半径，，m；i——洪水比比降，，以小小数计计。（二））利用用洪水水调查查资料料推算算设计计流量量1.实测洪洪水流流量2）水文文断面面的流流速和和流量量计算算对于宽宽浅河河段，，当水水面宽宽度大大于断断面平平均水水深的的10倍以上上时，，湿周周可近近似地地用水水面宽宽度代代替，，即水水力半半径R近似等等于断断面平平均水水深。。水文断断面的的流量量则为为：单式断断面时时复式断断面时时（二））利用用洪水水调查查资料料推算算设计计流量量1.实测洪洪水流流量3）洪水水比降降的确确定河流中中出现现洪峰峰时的的水面面比降降，称称为洪水比降。由于天然河河流中水流流并不完全全符合均匀匀流的条件件，其水面面比降随水水位而变化化，应尽量量采用与历历史洪水位位相对应的的洪水比降降。（二）利用洪洪水调查资料料推算设计流流量1.实测洪水流量量4）河床粗糙系系数的选择河床的粗糙系系数反映水流流所受河床阻阻力的大小，，直接影响流流速和流量，，应根据河流类型及河河床特征综合考虑选定定。河床的粗糙系系数最好采用用水文断面所所在河段的实实测值，或根根据水文站的的观测资料确确定。如无实实测资料，则则可参照有关关规范中的粗粗糙系数表（（糙率表）或或手册中推荐荐的粗糙系数数表（糙率表表），结合实实际情况选定定。河槽与河滩的的粗糙系数应应分别确定。。（二）利用洪洪水调查资料料推算设计流流量2.根据洪水流量量的混合资料料推算设计流流量不连续系列（（有特大值））的经验频率率计算不连续系列的的统计参数Q、Cv和Cs的确定设计频率的推推算（二）利用洪洪水调查资料料推算设计流流量2.根据洪水流量量的混合资料料推算设计流流量不连续系列（（有特大值））的经验频率率计算混合资料构成成一个不连续续系列（总体体），其中实实测资料为样样本。通常经经验频率计算算有以下两种种方法。第一种方法。。从数理统计计中总体和样样本的关系可可知，可以把把一个不连续续系列划分为几个连续续系列，作为从总体体年抽取的几几个独立样本本，随机变量量（年最大流流量等）在每每个相应的独独立样本中分分别排位，每每一个独立样样本都可以按按连续系列来来处理，分别别计算经验频频率。（二）利用洪洪水调查资料料推算设计流流量2.根据洪水流量量的混合资料料推算设计流流量不连续系列（（有特大值））的经验频率率计算无论是水文站站的实测流量量资料，还是是洪水调查和和文献考证的的流量资料，，往往都会存存在一些比一一般年洪峰流流量大得多的的特大洪峰流流量。在水文文计算中不能能把这些特大大值与其他值值等同对待，，而需要进行行适当地调整整和处理，这这就称为特大洪水处理理。（二）利用洪洪水调查资料料推算设计流流量2.根据洪水流量量的混合资料料推算设计流流量不连续系列（（有特大值））的经验频率率计算具有特大洪水水的混合资料料，确定其主主要三参数的的思路是在同同一公式中分分两类计算：a个特大洪峰流流量考虑其特特殊性，单独独作一类处理计算；剩下的的（N–a）个一般洪峰峰流量其分布布规律，认为为以剩下的实实测和调查（（n–l）个资料的分分布规律为代代表，作另一类处理计算。（二）利用洪洪水调查资料料推算设计流流量2.根据洪水流量量的混合资料料推算设计流流量不连续系列的的统计参数Q、Cv和Cs的确定Cs采用适线法或或参考地区经经验选定Cs/Cv值后求得。（二）利用洪洪水调查资料料推算设计流流量2.根据洪水流量量的混合资料料推算设计流流量、设计频率的推推算当确定了3个主要参数Q、Cv和Cs的初选值后，，混合资料不不连续系列的的设计流量推推算方法，与与连续观测资资料的推算方方法相同。及及最终的Q、Cv和Cs仍采用适线法确定。（三）根据暴暴雨资料推算算设计流量1.推理公式公式形式推理公式中两两个参数的计计算（三）根据暴暴雨资料推算算设计流量1.推理公式推理公式中两两个参数的计计算损失参数的计计算北方多多采用用南方多多采用用（三））根据据暴雨雨资料料推算算设计计流量量1.推理公公式推理公公式中中两个个参数数的计计算汇流时时间的的计算算北方多多采用用南方多多采用用（三））根据据暴雨雨资料料推算算设计计流量量2.经验公公式经验公公式Ⅰ经验公公式Ⅱ二、河河道冲冲刷深深度计计算河床自自然演演变冲冲刷的的四种种类型型河流发发育成成长过过程中河床床纵断断面的的变形形河槽横横向移移动所引起起的变变形河段深深泓线线摆动动引起的的冲刷刷变形形河槽周周期性性变形一般冲冲刷的的基本本概念念建桥后后，由由于桥桥孔压压缩河河床，，桥下下过水水面积积减小小，从从而引引起桥桥下流流速的的增大大，水水流挟挟沙能能力也也随之之增大大，造造成整整个断断面的的河床床冲刷刷。这这一冲冲刷过过程，，称为为桥下下断面面的一般冲冲刷。随着一一般冲冲刷的的发展展，桥桥下过过水断断面逐逐渐增增大，，流速速逐渐渐降低低，冲冲刷速速率逐逐渐减减小。。当桥桥下河河槽各各点泥泥沙的的冲刷刷及淤淤积达达到平平衡时时，一一般冲冲刷趋趋于停停止，，一般般冲刷刷的深深度达达到最最大。。（一））桥下下一般般冲刷刷计算算1．非粘粘性土土河床床的一一般冲冲刷1）河槽槽部分分64-2简化式式64-2简化式式是根根据我我国实实测观观测资资料，，依据据桥下下河槽槽输沙沙平衡衡原理理建立立的，，比较较符合合我国国河流流桥下下一般般冲刷刷的实实际情情况，，仅适适用于于有推推移质质运动动的非非粘性性土河河床。。（一））桥下下一般般冲刷刷计算算1．非粘粘性土土河床床的一一般冲冲刷1）河槽槽部分分64-1修正式式64-1修正式式是根根据我我国各各类河河段实实测洪洪水冲冲刷资资料，，参照照国内内外同同类公公式，，根据据水力力学的的连续续性原原理建建立的的。（一））桥下下一般般冲刷刷计算算1．非粘粘性土土河床床的一一般冲冲刷2）河滩滩部分分（一））桥下下一般般冲刷刷计算算2.粘性土土河床床的一一般冲冲刷粘土粘粘结力力越大大，抗冲刷刷能力力越强强，冲止止速度度越大大。1）河槽槽部分分（一））桥下下一般般冲刷刷计算算2.粘性土土河床床的一一般冲冲刷2）河滩滩部分分（一））桥下下一般般冲刷刷计算算3.桥台偏偏斜冲冲刷当桥前前无导导流堤堤，而而河滩滩引道道路堤堤阻挡挡流量量较大大时，，河滩滩水流流在桥桥台附附近集集中，，形成成偏斜斜冲刷刷。（二））桥墩墩局部部冲刷刷计算算水流流流向桥桥墩时时，受受桥墩墩阻挡挡水流流结构构发生生急剧剧变化化，围围着桥桥墩发发生绕绕流，，在桥桥墩附附近床床面形形成螺螺旋形形漩涡涡体系系，桥桥墩周周围发发生剧剧烈冲冲刷，，形成成桥墩墩周围围局部部冲刷刷坑的的现象象，称称为局部冲冲刷，引引起局局部冲冲刷的的水流流结构构如图图3-1-7所示。。（二））桥墩墩局部部冲刷刷计算算局部冲冲刷时时，冲冲刷坑坑内会会发生生土壤壤粗化化现象象，留留下粗粗粒泥泥沙，，覆盖盖在冲冲刷坑坑表面面上，，增大大了抗抗冲能能力和和粗糙糙度，，一直直到水水流对对河床床泥沙沙的冲冲刷作作用与与河床床泥沙沙抗冲冲作用用达到到平衡衡时，，冲刷刷就停停止。。这时时冲刷刷坑外外缘与与坑底底的最最大高高差，，就是是该次次水流流最大局局部冲冲刷深深度。影响局局部冲冲刷的的主要要因素素有流速、、墩形形、墩墩宽、、水深深和床床沙粒粒径等。局局部冲冲刷深深度hb通常是是以一一般冲冲刷hp完成后后的标标高起起算，，所表表示的的是桥桥墩垂垂线上上的冲冲刷坑坑深度度。现规范范对桥桥墩局局部冲冲刷计计算有有两类类计算算公式式：一一类是是用于于非粘粘土河河床的的65-2修正式式和65-1修正式式；另另一类类是粘粘性土土河床床的桥桥墩局局部冲冲刷公公式。。（二））桥墩墩局部部冲刷刷计算算1.非粘性性土河河床的的桥墩墩局部部冲刷刷（1）65-2式当v≤v0时：当v>v0时：（二））桥墩墩局部部冲刷刷计算算1.非粘性性土河河床的的桥墩墩局部部冲刷刷（1）65-1修正式式当v≤v0时：当v>v0时：（二））桥墩墩局部部冲刷刷计算算2.粘性土土河床床的桥桥墩局局部冲冲刷（二）桥桥墩局部部冲刷计计算3.一般冲刷刷后墩前前行近流流速的计计算1）当采用用式（3-1-11a）（64-2简化式））计算一一般冲刷刷深度时时：2）当采用用式（3-1-12）（64-1修正式））计算一一般冲刷刷深度时时：（二）桥桥墩局部部冲刷计计算3.一般冲刷刷后墩前前行近流流速的计计算3）当采用用式（3-1-13a）式计算算一般冲冲刷深度度时：4）当采用用式（3-1-14）式计算算一般冲冲刷深度度时：5）当采用用式（3-1-15）式计算算一般冲冲刷深度度时：（三）桥桥梁墩台台基础最最小埋置置深度桥梁墩台台处桥下下河床自自然演变变等因素素冲刷深深度Δh、一般冲冲刷深度度hp及局部冲冲刷深度度hb三部分冲冲刷全部部完成后后的最大大水深线线，称为为桥下河槽槽最低冲冲刷线。全部冲冲刷完成成后的做做大水深深，称为为总冲刷深深度hs。确定桥梁梁墩台基基础埋置置深度时时，应根根据桥位位河段具具体情况况，取河床自然然演变冲冲刷、一一般冲刷刷和局部部冲刷深深度的不利组组合，作作为确定定桥梁墩墩台基础础埋深的的依据。。（三）桥桥梁墩台台基础最最小埋置置深度计算公式式三、案例例南方地区区某桥位位地处开开阔河段段，河道道基本顺顺直，上上游有河河湾，河河床平坦坦，两岸岸较为整整齐，无无坍塌现现象。实实测桥位位河流横横断面如如图所示示，可作作为水文文断面进进行流量量计算。。据形态态调查得得：河滩滩部分表表土为粗粗砂，nt=0.025，河槽部部分表土土为砾石石，nc=0.032。调查的的历史洪洪水位为为135.00m，洪水比比降为0.5‰‰，沿桥轴轴向断面面资料如如表。试试求其相相应的历历史洪水水流量。。解：（1）列表计计算水力力三要素素过水面积积A和水面宽宽度，可可根据图图3-1-8所示河流流横断面面列表计计算，如如表3-1-16所示。（2）计算流流速和流流量河槽部分：河滩部分：左滩右滩全断面总流量量：全断面平均流流速：学习情境三桥桥梁基础础设计工作任务二刚刚性性扩大基础设设计学习目标：1.了解桥梁基础础埋置深度的的确定要求；；2.理解刚性扩大大基础的作用用效应计算；；3.掌握刚性扩大大基础的设计计验算内容和和方法。任务描述：根据所学知识识及公路桥涵涵有关设计标标准及规范的的相关内容，，完成桥梁基础础的施工图设设计，并上交《×××桥梁基础设计计说明书》和基础施工图图。学习习引引导导：：本工工作作任任务务沿沿着着以以下下脉脉络络进进行行学学习习:刚性性扩扩大大基基础础设设计计计计算算的的一一般般步步骤骤和和内内容容为为：：(1)确定定结结构构物物主主要要方方案案，，包包括括基基础础类类型型与与材材料料等等；；(2)初步步选选定定基基础础的的埋埋置置深深度度；；(3)初步步拟拟定定基基础础的的形形状状和和尺尺寸寸；；(4)验算算地地基基强强度度（（持持力力层层和和软软弱弱下下卧卧层层））；；(5)验算算基基底底的的合合力力偏偏心心距距；；(6)验算算基基础础抗抗滑滑动动和和抗抗倾倾覆覆稳稳定定性性；；(7)必要要时时验验算算基基础础的的沉沉降降。。一、、基基础础的的作作用用及及作作用用效效应应组组合合1.基础础的的作作用用基础础底底面面位位于于透水水性性地地基基上的的桥桥梁梁墩墩台台，，当当验验算算稳稳定定时时，，应应考考虑虑设设计计水水位位的的浮浮力力，，当当验验算算地地基基应应力力时时可可仅仅考考虑虑低低水水位位的的浮浮力力，，或或不不考考虑虑水水的的浮浮力力。。基础础嵌嵌入入不透透水水性性地地基基的桥桥梁梁墩墩台台不不考考虑虑水水的的浮浮力力。。作用用在在桩桩基基承承台台底底面面的的浮浮力力应应考考虑虑全全部部底底面面积积。。对对嵌嵌入入不不透透水水地地基基并并灌灌注注混混凝凝土土封封闭闭者者不不应应考考虑虑桩桩的的浮浮力力，，在在计计算算承承台台底底面面浮浮力力时时应应扣扣除除桩桩的的截截面面面面积积。。当不能确定定地基是是否透水水时应以透透水或不不透水两两种情况况与其他他作用组组合取其其最不利利者作用用效应。。2.作用效应应组合公路桥涵涵结构设设计应按按承载能力力极限状状态和正正常使用用极限状状态进行作用用效应组组合，取取其最不利效效应组合合进行设计计。桥梁基础础的作用用效应组组合与墩墩台的作作用效应应组合基基本相同同。二、基础础埋置深深度的选选择基础的埋埋置深度度是指从从设计地地面到基基础底面面的距离离。选择择基础的的埋置深深度是地地基基础础设计中中的重要要步骤，，实质上上就是选选择合适的地地基持力力层。下卧层持力层（受力层）FG1.地基的工工程地质质条件地基的地地质条件件是确定定基础埋埋置深度度的重要要因素之之一。基础应尽尽量埋置置在良好的持持力层上。当上层土土的承载载力低，，而下层层土的承承载力高高时，应应将基础础埋置在在下层较较好的土土层中。。当地基受受力范围围内存在在软弱下下卧层时时，软弱弱下卧层层的承载载力和地地基变形形也应满满足要求求。2.水文条件件地下水的的情况与与基础埋埋深也有有密切关关系。基础尽量量做在地下水位位以上，便于施施工，如如必须将将基础埋埋在地下下水位以以下时，，则应采采取施工工排水措措施，保保护地基基不受扰扰动。3.上部结构构的形式式上部结构构的形式式不同，，对基础础产生的的位移要要求也不不同。对中小跨度度的简支支梁来说，这这项因素素对确定定基础的的埋置深深度影响响不大。。对超静定结结构，即基础础发生较较小的不不均匀沉沉降也会会使内力力产生一一定变化化，这样样上部结结构的形形式也会会影响基基础埋置置深度的的选择。。4.作用在地地基上的的荷载大大小和性性质作用在地地基上的的荷载大大小和性性质是一一个涉及及结构物物安全、、稳定的的问题。。跨度大大的桥梁梁，传至至基础的的荷载就就大，因因此基础础埋置就就深。结构物荷荷载的性性质对基基础埋置置深度的的影响也也很明显显。如对对于承受受水平荷荷载的基基础，必必须有足足够的埋埋置深度度来获得得土的侧侧向抗力力，以保保证基础础的稳定定性，减减少结构构物的整整体倾斜斜，防止止倾覆及及滑移。。5.当地的冻冻结深度度在寒冷地地区，应应该考虑虑由于季季节性的的冻结和和融化对对地基土土引起的的冻胀影影响。为了保证证结构物物不受地地基土季季节性冻冻胀的影影响，除除持力层层选择在在非冻胀性性土层外，基础础底面应应埋置在在天然最大大冻结线线以下深深度。6.最小埋置置深度规范规定定：涵洞洞基础，，在无冲冲刷处（（岩石地地基除外外），应应设在地地面或河河床以下下埋置不不小于1m处；若有有冲刷，，基底埋埋深应在在局部冲冲刷线以以下不小小于1m；如河床床上有铺铺砌层时时，基础础底面宜宜设置在在铺砌层层顶面以以下不小小于1m。三、基础础尺寸的的拟定基础尺寸寸包括平面尺寸寸和立面面尺寸两方面，，拟定时时一般要要考虑上上部结构构的型式式、荷载载大小、、基础埋埋置深度度、地基基允许承承载力及及墩台底底面的形形状和尺尺寸等因因素。1.基础立立面尺尺寸考虑整整个建建筑物物的美美观，，并保保护基基础不不受外外力破破坏，，基础础一般般要求求不外露露。1.基础立立面尺尺寸规范规规定墩墩台基基础顶顶面不不宜高高于最最低水水位或或地面面的标标高。。在基基础埋埋置深深度也也即基基础底底面标标高己己选定定的情情况下下，基基础顶顶面标标高己己确定定，基础总总高度度即为顶顶面和和底面面标高高之差差。基础较厚（（超过1m）时，可将将基础的剖剖面浇（砌砌）筑成台台阶形，如如图所示。。混凝土基基础每级台台阶高度一一般不小于于50cm，砌石基础础每级台阶阶高度一般般不小于75cm。2.基础平面尺尺寸基础平面尺尺寸主要是是基础顶面和和底面尺寸寸。基础顶面面的形状应应与墩台底底部形状相相适应，考考虑到施工工的方便性性，桥墩底底部形状以以圆端形居居多，但一一般基础仍仍采用矩形形。2.基础平面尺尺寸基础顶面的的尺寸应大于墩台底部的的尺寸。基基础顶面边边缘到墩台台底部边缘缘的距离，，称为基础的襟边边宽度，如图中的的c。2.基础平面尺尺寸基础顶面的的最小尺寸寸应为：式中：bmin──基础顶面的的最小宽度度或长度；；b0──墩台底部的的宽度或长长度；c──襟边宽度，，一般不小小于15～30cm。2.基础平面尺尺寸基础底面尺尺寸不得小小于基础顶顶面的最小小尺寸。从墩台底部部外缘到基基础底面外外缘的连线线与竖线的的夹角，称称为基础扩展角角，如图3-2-2b)中的α，为了保证证刚性基础础本身有足足够的强度度和刚度，，通常限制制扩展角α不超过一定定的极限值值，该扩展展角的极限限值常称为为基础的刚刚性角，用用αmax表示，它与与基础所采采用的材料料有关。因因此，必须须使基础的的扩展角α≤αmax，这这样样基基础础底底面面的的最最大大尺尺寸寸应应为为：：2.基础础平平面面尺尺寸寸基础础底底面面形形状状应应与与顶顶面面相相配配合合，，其其合合理理的的尺尺寸寸，，一一般般要要通通过过试算算最后后确确定定。。先应应根根据据荷荷载载大大小小和和地地基基强强度度，，参参照照上上述述最小小襟襟边边宽宽度度和和刚刚性性角角所要要求求的的最最小小和和最最大大尺尺寸寸，，从从中中初初选选一一个个底底面面尺尺寸寸，，然然后后进进行行各各项项验验算算，，根根据据验验算算结结果果，，再再作作适适当当修修改改。。如果果采采用用最最大大尺尺寸寸还还不不能能满满足足验验算算要要求求，，那那就就应应改改用用强强度度较较大大的的均均工工材材料料或或加加大大基基础础的的埋埋置置深深度度。。四、、地地基基承承载载力力地基基设设计计采采用用正正常常使使用用极极限限状状态态，，所所选选定定的的地地基基承承载载力力为为地地基基承承载载力力容容许许值值。。确定定地地基基容容许许承承载载力力，，有有以以下下几几种种途途径径：：（1）借借鉴鉴邻邻近近结结构构物物的的经经验验；；（2）利利用用理理论论公公式式计计算算；；（3）利利用用现现场场荷荷载载试试验验成成果果或或触触探探试试验验资资料料确确定定；；（4）按按设设计计规规范范确确定定。。《公路路桥桥涵涵地地基基与与基基础础设设计计规规范范》（JTGD63-2007）提提供供的的经经验验公公式式和和数数据据确确定定地地基基容容许许承承载载力力的的步步骤骤。。1）确确定定土的的分分类类名名称称2）确确定定土的的状状态态3）确确定定地基基承承载载力力基基本本容容许许值值4）确确定定修正正后后的地地基基承承载载力力容容许许值值5）软土土地地基基承承载载力力容许许值值6）地地基基承承载载力力容容许许值值的的提提高高五、、地地基基与与基基础础的的验验算算基础础埋埋置置深深度度和和尺尺寸寸初初步步拟拟定定后后，，是是否否符符合合各各项项设设计计要要求求，，还还必必须须通通过过具具体体验验算算加加以以确确认认。。每一个验算项项目均分纵向和横向验验算两部分，不予予叠加。地基承载力验验算，主要是是使基底应力力和下卧各土土层中的应力力不超过地基基土的容许承承载力，以保保证基础不因因其地基的承承载力不足而而危及到桥跨跨结构的安全全和使用，其其验算包括基基础底面下地基持力层承载力和受压压层范围内软弱下卧层承载力验算。。1.持力层承载力力验算持力层是直接与基底底相接触的土土层。持力层层承载力验算算的目的是保保证基底压应应力不超过地地基的容许承承载力，以保保证持力层地地基不发生破破坏。1.持力层承载力力验算1）当基底只承承受轴心荷载载时：式中:p——基底平均压应应力，kPa；N——作用短期效应应组合在基底底产生的竖向向力，kN；A——基础底面面积积，m2；[fa]——修正后的地基基承载力容许许值，kPa。1.持力层承载力力验算2）基底单向偏偏心受压承受竖向力N和弯矩M共同作用时，，当基底合力力偏心距e0≤ρ时，应符合下下列条件:1.持力层承载力力验算2）基底单向偏偏心受压对设置在基岩岩上的墩台基基础，当基底底合力偏心距距超出核心半半径时，可仅仅按受压区计计算基底最大大压应力，不不考虑基底承承受拉力。基基底为矩形截截面的最大压压应力按下式式计算：1.持力层承载力力验算3）当基底双向向偏心受压承受竖向力N和绕x轴弯矩Mx与绕y轴弯矩My共同作用时，，应符合下列列条件:2.软卧下卧层承承载力验算当受压层范围围内地基为多多层土组成，，且持力层以以下有软弱下下卧层（容许许承载力小于于持力层容许许承载力的土土层）时，还还应验算软弱下卧层的承载力。3.基底合力偏心心距验算墩台基础的设设计计算，必必须控制基底合力偏心心距，其目的是尽尽可能使基底底应力分布比比较均匀，以以避免基底两两侧应力相差差过大，使基基础产生较大大的不均匀沉沉降，墩台发发生倾斜，影影响正常使用用。3.基底合合力偏偏心距距验算算基底以以上外外力作作用点点对基基底重重心轴轴的偏偏心距距e0按下式式计算算:基底承承受单单向或或双向向偏心心受压压的ρ值可按按下式式计算算：4.基础稳定性性验算基础稳定性性验算包括括基础的抗倾覆稳定定性验算和基础础抗滑动稳定定性验算。4.基础稳定性性验算1）桥梁墩台台基础的抗抗倾覆稳定定，验算如如图3-2-4所示，按下下式计算：：4.基础稳定性性验算2）桥涵墩台台基础的抗抗滑稳定性性系数Kc按下式计计算:5.基础沉降降验算基础的沉沉降验算算包括沉降量、、相邻基基础沉降降差、基础由由于不均匀沉沉降而发发生的倾倾斜等。基础础的沉降降主要由由竖向荷荷载作用用下土层的压压缩变形形引起。在确定一一般土质质的地基基容许承承载力时时，已考考虑了这这一变形形的因素素，所以以修建在在一般土土质条件件下的中中、小型型桥梁基基础，只只要满足足地基强强度要求求，地基基（基础础）的沉沉降也就就满足要要求。六、案例例某水中基基础，其其底面为为4.0m×6.0m的矩形，，埋置深深度为3.5m，平均常常水位到到一般冲冲刷线的的深度为为2.5m。持力层层为粘土土，天然然孔隙比比e=0.7，液性指指数IL=0.45，天然容容重γ=19.0kN/m3。基底以以上全为为中密的的粉砂，，其饱和和容重γf=20.0kN/m3。当承受作用用短期效应组组合时，试求求持力层的地地基承载力容容许值。解：持力层属属一般粘性土土，按其值e、IL，查表3-2-7得[fa]=300kPa；查表3-2-9得宽、深度修修正系数k1=0，k2=2.5，由由于于持持力力层层粘粘土土的的IL=0.45<1.0，呈呈硬硬塑塑状状态态，，可可视视为为不不透透水水，，故故考考虑虑水水深深影影响响，，按按式式（（3-2-5）可可算算得得：：注意意：：上上式式中中因因持持力力层层不不透透水水，，故故γ2=γγ1=20kN/m3，hw为平平均均常常水水位位到到一一般般冲冲刷刷线线的的深深度度。。持力力层层的的地地基基承承载载力力容容许许值值为为：：学习习情情境境三三桥桥梁梁基基础础设设计计工作作任任务务三三桩桩基基础础设设计计学习习目目标标：：1.了解解桩桩基基础础的的作作用用效效应应计计算算与与强强度度、、变变形形验验算算的的原原理理和和方方法法；；2.掌握握静静载载试试验验法法、、规规范范法法确确定定单单桩桩轴轴向向容容许许承承载载力力。。任务务描描述述：：根据据所所学学知知识识及及公公路路桥桥涵涵有有关关设设计计标标准准及及规规范范的的相相关关内内容容，，完成成桥桥梁梁基基础础的的施施工工图图设设计计，，并上上交交《××××××桥梁梁桩桩基基础础设设计计说说明明书书》和桩桩基基础础施施工工图图。学习习引引导导：：本工工作作任任务务沿沿着着以以下下脉脉络络进进行行学学习习:天然然地地基基上上的的浅浅基基础础一一般般造造价价较较低低，，施施工工简简单单，，在在桥桥梁梁工工程程中中应应尽尽量量优优先先采采用用。。当地地基基浅浅层层土土质质不不良良，，采采用用浅浅基基础础无无法法满满足足建建筑筑对对地地基基承承载载力力、、变变形形和和稳稳定定性性方方面面的的要要求求时时，，往往往往采采用用深基基础础。桩基基础础是一一种种常常用用的的深深基基础础类类型型，，由由埋埋于于土土中中的的若若干干根根桩桩及及将将所所有有桩桩联联成成整整体体的的承承台台（（或或盖盖梁梁））两两部部分分组组成成。。桩基基中中的的桩桩通通常常称称基桩桩，桩桩身身可可以以全全部部或或部部分分埋埋入入地地基基土土中中，，当当桩桩身身外外露露在在地地面面上上较较高高时时，，在在桩桩之之间间还还应应加加横系系梁梁，以以加加强强各各桩桩之之间间的的横横向向联联系系。。桩桩可可以以先先预预制制好好，，再再将将其其运运至至现现场场沉沉入入土土中中；；也也可可以以就就地地钻钻孔孔(或人人工工挖挖孔孔)，然然后后在在孔孔中中浇浇筑筑水水泥泥混混凝凝土土或或放放置置入入钢钢筋筋骨骨架架后后再再浇浇灌灌混混凝凝土土而而成成桩桩。。在设设计计桩桩基基础础时时首首先先应应从从分分析析单桩桩入手手，，确确定定单桩桩容容许许承承载载力力，然然后后结结合合桩桩基基础础的的结结构构和和构构造造型型式式进进行行基基桩桩受受力力分分析析计计算算，，从从而而确确定定桩桩基基础础的的承承载载力力。。单桩容许许承载力力的确定定桩的负摩摩阻力简简介桩的内力力和位移移计算桩基础设设计计算算步骤桩基础设设计计算算步骤与与程序一、单桩桩容许承承载力的的确定单桩容许许承载力力是指单桩在荷载作作用下，，地基土土和桩本本身的强度和稳稳定性均能得到到保证，，变形也也在容许许范围之之内，以以保证结结构物的的正常使使用所能能承受的的荷载。。一般情况下，，桩受到轴向力、横轴轴向力及弯矩矩作用，因此单单桩容许承载载力包括单桩桩的轴向容许许承载力和横横轴向容许承承载力，但通通常桩主要承受轴向向力。2.按经验公式(规范法)确定单桩轴向向容许承载力力1）摩擦桩摩擦桩单桩轴轴向受压承载载力容许值等等于桩侧总摩阻力力容许值与桩桩端总承载力力容许值之和。（1）钻(挖)孔灌注桩2.按经验公式(规范法)确定单桩轴向向容许承载力力1）摩擦桩（2）沉桩的承载载力容许值2.按经验公式(规范法)确定单桩轴向向容许承载力力2）柱桩（支承承桩）支承在基岩上上或嵌入基岩岩内的钻（挖挖）孔桩、沉沉桩的单桩轴轴向受压承载载力容许值由由嵌岩岩段段总总侧侧阻阻力力、、总总端端阻阻力力和和桩桩周周土土总总侧侧阻阻力力三部部分分组组成成，，按按下下式式计计算算：：2.按经经验验公公式式(规范范法法)确定定单单桩桩轴轴向向容容许许承承载载力力3）考考虑虑桩桩身身材材料料确确定定单单桩桩轴轴向向容容许许承承载载力力二、、桩桩的的负负摩摩阻阻力力简简介介一般般情情况况下下，，桩桩受受轴轴向向荷荷载载作作用用后后，，桩相对对于于桩桩侧侧土土体体作作向下下位位移移，使使土土对对桩桩产产生生向上上作作用用的的摩摩阻阻力力，称称正摩摩阻阻力力，如如图图3-3-3a）所所示示。。当桩桩穿穿过过软软弱弱可可压压缩缩土土层层时时，，由由于于地地表表面面有有较较大大的的荷荷载载作作用用（（如如桥桥头头填填土土及及路路堤堤）），，或或地地下下水水下下降降，，或或上上层层属属次次固固结结状状态态等等情情况况，，均均会会引引起起桩桩侧侧体体土土下下沉沉（（固固结结）），，若若桩桩侧侧土土体体下下沉沉量量大大于于桩桩受受荷荷后后的的沉沉降降（（包包括括桩桩身身压压缩缩和和柱柱底底下下沉沉）），，则则桩侧侧土土相对对于于桩桩向下下位位移移，使使土土对对桩桩产产生生向下下作作用用的的的的摩摩阻阻力力，即即称称其其为为负摩摩阻阻力力，如如图图3-3-3b）所所示示。。由于于桩桩身身表表面面发发生生负负摩摩阻阻力力，，将将使使桩桩侧侧土土的的部部分分重重力力传传递递给给桩桩，，因因此此，，负负摩摩阻阻力力不不但但不不能能成成为为桩桩承承载载力力的的一一部部分分，，反反而而变变成成施施加加在在桩桩上上的的外荷荷载载，加大大桩桩基基沉沉降降。三、、桩桩的的内内力力和和位位移移计计算算桩基基础础上上的的作作用用荷荷载载首首先先是是通通过过承台穿穿给桩桩，然后后再由由桩传递递给地地基。承台台传递递给基基桩桩桩顶的的作用用力包包括轴向力力、横横向力力和弯弯矩。桩在在受力力后要要发生生变形形，包包括轴向变变形和桩的的挠曲曲所引引起的的横向变变位。由于埋埋入土土中的的桩受受到桩桩侧土土的约约束，，所以以桩在在发生生横向向变位位时，，将受受桩侧侧土横横向抗抗力的的作用用。在计算算时一一般将将作用用于桩桩上的的力分分轴向受受力和和横向向受力力两部分分，分分别加加以验验算。。1．基本本概念念1）土的的横向向抗力力及地地基系系数桩基础础在轴轴向荷荷载、、横向向荷载载和力力矩作作用下下产生生竖向向位移移、水水平位位移和和转角角，桩桩的竖竖向位位移引引起桩桩侧摩摩阻力力和桩桩端阻阻力，，桩身身的水水平位位移及及转角角使桩桩挤压压桩侧侧土体体，桩桩侧土土对桩桩产生生的约约束称称土的横横向抗抗力。1．基本本概念念1）土的的横向向抗力力及地地基系系数横向抗抗力起起抵抗外外力和和稳定定桩基基础的作用用。假假定土土的横横向抗抗力符符合文文克尔尔假设设，将将桩作作为弹弹性构构件考考虑，，当桩桩受到到水平平外力力作用用后，，桩土土协调调变形形，任任一深深度z处所产产生的的桩侧侧土水水平抗抗力与与该点点水平位位移成成正比比，即：：地基系系数是是反映映地基基土抗抗力性性质的的指标标，当当桩的的横向向位移移一定定时，，C值越大大，土的横横向抗抗力越越大。常采用用的地地基系系数分分布规规律为为如图图3-3-4所示的的几种种形式式。。1．基本本概念念2）单桩桩、单单排桩桩和多多排桩桩计算基基桩内内力先先应该该根据据作用用在承承台底底面的的外力力N、H、M，计算出作作用在每根根桩顶的荷荷载Pi、Qi、和Mi值，然后才才能计算各各桩在荷载载作用下的的各截面的的内力与位位移。1．基本概念念3）桩的计算算宽度桩在水平外外力作用下下，除了桩桩身范围内内桩侧土受受挤压外，，在桩身宽宽度以外一一定范围内内的土体也会受受到一定程程度的影响响，且对不同同截面形状状的桩，土土受到的影响范围大大小不同。1．基本概念念4）刚性构件件与弹性构构件“m”法计算中常将将埋入土中中的桩分为为刚性构件件和弹性构构件。在水平外力力作用下，，如果桩只只发生转