桥梁基础设计

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）利利用实测测流量资资料推算算设计流流量4.设计流量量的推算算方法选取样本本绘制经验验频率曲曲线计算水文文统计的的三个参参数Q、Cv和Cs的初始值值绘制理论论频率曲曲线，用用适线法选定Q、Cv和Cs值计算设计计流量审查计算算结果（二）利利用洪水水调查资资料推算算设计流流量1.实测洪水水流量1）水文断断面的选选择计算流量量所依据据的河流流横断面面称为水文断面面，应选在在近似于于均匀流的河段上上。水文文断面必必须垂直于洪水流流向。水文断面面应尽量量靠近调查查的历史史洪水位位，但距桥桥位也不不宜过远远。水文文断面与与桥位断断面之间间，应无无支流汇汇入，无无分流或或壅水现现象。水文断面面的数量量应结合合实际需需要而定定，一般般可在桥桥位上下游各选一个个，符合合条件的的桥位断断面，也也可以作作为水文文断面使使用。2）水文断断面的流流速和流流量计算算式中：V——断面平均均流速，，m/s，对于复复式断面面，河槽槽与河滩滩的断断面平均流速应应分别计计算；n——粗糙系数数（糙率率）；R——水力半径径，m；i——洪水比降降，以小小数计。。（二）利利用洪水水调查资资料推算算设计流流量1.实测洪水水流量2）水文断断面的流流速和流流量计算算对于宽浅浅河段，，当水面面宽度大大于断面面平均水水深的10倍以上时时，湿周周可近似似地用水水面宽度度代替，，即水力力半径R近似等于于断面平平均水深深。水文断面面的流量量则为：：单式断面面时复式断面面时（二）利利用洪水水调查资资料推算算设计流流量1.实测洪水水流量3）洪水比比降的确确定河流中出出现洪峰峰时的水水面比降降，称为为洪水比降。由于天然然河流中中水流并并不完全全符合均均匀流的的条件，，其水面面比降随随水位而而变化，，应尽量量采用与与历史洪洪水位相相对应的的洪水比比降。（二）利利用洪水水调查资资料推算算设计流流量1.实测洪水水流量4）河床粗粗糙系数数的选择择河床的粗粗糙系数数反映水水流所受受河床阻阻力的大大小，直直接影响响流速和和流量，，应根据据河流类型型及河床床特征综合考虑虑选定。。河床的粗粗糙系数数最好采采用水文文断面所所在河段段的实测测值，或或根据水水文站的的观测资资料确定定。如无无实测资资料，则则可参照照有关规规范中的的粗糙系系数表（（糙率表表）或手手册中推推荐的粗粗糙系数数表（糙糙率表）），结合合实际情情况选定定。河槽与河河滩的粗粗糙系数数应分别别确定。。（二）利利用洪水水调查资资料推算算设计流流量2.根据洪水水流量的的混合资资料推算算设计流流量不连续系系列（有有特大值值）的经经验频率率计算不连续系系列的统统计参数数Q、Cv和Cs的确定设计频率率的推算算（二）利利用洪水水调查资资料推算算设计流流量2.根据洪水水流量的的混合资资料推算算设计流流量不连续系系列（有有特大值值）的经经验频率率计算混合资料料构成一一个不连连续系列列（总体体），其其中实测测资料为为样本。。通常经经验频率率计算有有以下两两种方法法。第一种方方法。从从数理统统计中总总体和样样本的关关系可知知，可以以把一个个不连续续系列划划分为几个个连续系系列，作为从从总体年年抽取的的几个独独立样本本，随机机变量（（年最大大流量等等）在每每个相应应的独立立样本中中分别排排位，每每一个独独立样本本都可以以按连续续系列来来处理，，分别计计算经验验频率。。（二）利利用洪水水调查资资料推算算设计流流量2.根据洪水水流量的的混合资资料推算算设计流流量不连续系系列（有有特大值值）的经经验频率率计算无论是水水文站的的实测流流量资料料，还是是洪水调调查和文文献考证证的流量量资料，，往往都都会存在在一些比比一般年年洪峰流流量大得得多的特特大洪峰峰流量。。在水文文计算中中不能把把这些特特大值与与其他值值等同对对待，而而需要进进行适当当地调整整和处理理，这就就称为特大洪水水处理。（二）利利用洪水水调查资资料推算算设计流流量2.根据洪水水流量的的混合资资料推算算设计流流量不连续系系列（有有特大值值）的经经验频率率计算具有特大大洪水的的混合资资料，确确定其主主要三参参数的思思路是在在同一公公式中分分两类计算算：a个特大洪洪峰流量量考虑其其特殊性性，单独独作一类处理理计算；剩剩下的（（N–a）个一般般洪峰流流量其分分布规律律，认为为以剩下下的实测测和调查查（n–l）个资料料的分布布规律为为代表，，作另一类处处理计算。（二）利利用洪水水调查资资料推算算设计流流量2.根据洪水水流量的的混合资资料推算算设计流流量不连续系系列的统统计参数数Q、Cv和Cs的确定Cs采用适线线法或参参考地区区经验选选定Cs/Cv值后求得得。（二）利利用洪水水调查资资料推算算设计流流量2.根据洪水水流量的的混合资资料推算算设计流流量、设计频率率的推算算当确定了了3个主要参参数Q、Cv和Cs的初选值值后，混混合资料料不连续续系列的的设计流流量推算算方法，，与连续续观测资资料的推推算方法法相同。。及最终终的Q、Cv和Cs仍采用适线法确定。（三）根根据暴雨雨资料推推算设计计流量1.推理公式式公式形式式推理公式式中两个个参数的的计算（三）根根据暴雨雨资料推推算设计计流量1.推理公式式推理公式式中两个个参数的的计算损失参数数的计算算北方多采采用南方多采采用（三）根根据暴雨雨资料推推算设计计流量1.推理公式推理公式中两两个参数的计计算汇流时间的计计算北方多采用南方多采用（三）根据暴暴雨资料推算算设计流量2.经验公式经验公式Ⅰ经验公式Ⅱ二、河道冲刷刷深度计算河床自然演变变冲刷的四种种类型河流发育成长长过程中河床纵断面面的变形河槽横向移动动所引起的变形形河段深泓线摆摆动引起的冲刷变变形河槽周期性变形一般冲刷的基基本概念建桥后，由于于桥孔压缩河河床，桥下过过水面积减小小，从而引起起桥下流速的的增大，水流流挟沙能力也也随之增大，，造成整个断断面的河床冲冲刷。这一冲冲刷过程，称称为桥下断面面的一般冲刷。随着一般冲刷刷的发展，桥桥下过水断面面逐渐增大，，流速逐渐降降低，冲刷速速率逐渐减小小。当桥下河河槽各点泥沙沙的冲刷及淤淤积达到平衡衡时，一般冲冲刷趋于停止止，一般冲刷刷的深度达到到最大。（一）桥下一一般冲刷计算算1．非粘性土河河床的一般冲冲刷1）河槽部分64-2简化式64-2简化式是根据据我国实测观观测资料，依依据桥下河槽槽输沙平衡原原理建立的，，比较符合我我国河流桥下下一般冲刷的的实际情况，，仅适用于有有推移质运动动的非粘性土土河床。（一）桥下一一般冲刷计算算1．非粘性土河河床的一般冲冲刷1）河槽部分64-1修正式64-1修正式是根据据我国各类河河段实测洪水水冲刷资料，，参照国内外外同类公式，，根据水力学学的连续性原原理建立的。。（一）桥下一一般冲刷计算算1．非粘性土河河床的一般冲冲刷2）河滩部分（一）桥下一一般冲刷计算算2.粘性土河床的的一般冲刷粘土粘结力越越大，抗冲刷能力越越强，冲止速度越越大。1）河槽部分（一）桥下一一般冲刷计算算2.粘性土河床的的一般冲刷2）河滩部分（一）桥下一一般冲刷计算算3.桥台偏斜冲刷刷当桥前无导流流堤，而河滩滩引道路堤阻阻挡流量较大大时，河滩水水流在桥台附附近集中，形形成偏斜冲刷刷。（二）桥墩局局部冲刷计算算水流流向桥墩墩时，受桥墩墩阻挡水流结结构发生急剧剧变化，围着着桥墩发生绕绕流，在桥墩墩附近床面形形成螺旋形漩漩涡体系，桥桥墩周围发生生剧烈冲刷，，形成桥墩周周围局部冲刷刷坑的现象，，称为局部冲刷，引起局部部冲刷的水流流结构如图3-1-7所示。（二）桥墩局局部冲刷计算算局部冲刷时，，冲刷坑内会会发生土壤粗粗化现象，留留下粗粒泥沙沙，覆盖在冲冲刷坑表面上上，增大了抗抗冲能力和粗粗糙度，一直直到水流对河河床泥沙的冲冲刷作用与河河床泥沙抗冲冲作用达到平平衡时，冲刷刷就停止。这这时冲刷坑外外缘与坑底的的最大高差，，就是该次水水流最大局部冲刷刷深度。影响局部冲刷刷的主要因素素有流速、墩形、、墩宽、水深深和床沙粒径径等。局部冲刷刷深度hb通常是以一般般冲刷hp完成后的标高高起算，所表表示的是桥墩墩垂线上的冲冲刷坑深度。。现规范对桥墩墩局部冲刷计计算有两类计计算公式：一一类是用于非非粘土河床的的65-2修正式和65-1修正式；另一一类是粘性土土河床的桥墩墩局部冲刷公公式。（二）桥墩局局部冲刷计算算1.非粘性土河床床的桥墩局部部冲刷（1）65-2式当v≤v0时：当v>v0时：（二）桥墩局局部冲刷计算算1.非粘性土河床床的桥墩局部部冲刷（1）65-1修正式当v≤v0时：当v>v0时：（二）桥墩局局部冲刷计算算2.粘性土河床的的桥墩局部冲冲刷（二）桥墩局局部冲刷计算算3.一般冲刷后墩墩前行近流速速的计算1）当采用式（（3-1-11a）（64-2简化式）计算算一般冲刷深深度时：2）当采用式（（3-1-12）（64-1修正式）计算算一般冲刷深深度时：（二）桥墩局局部冲刷计算算3.一般冲刷后墩墩前行近流速速的计算3）当采用式（（3-1-13a）式计算一般般冲刷深度时时：4）当采用式（（3-1-14）式计算一般般冲刷深度时时：5）当采用式（（3-1-15）式计算一般般冲刷深度时时：（三）桥梁墩墩台基础最小小埋置深度桥梁墩台处桥桥下河床自然然演变等因素素冲刷深度Δh、一般冲刷深深度hp及局部冲刷深深度hb三部分冲刷全全部完成后的的最大水深线线，称为桥下河槽最低低冲刷线。全部冲刷完完成后的做大大水深，称为为总冲刷深度hs。确定桥梁墩台台基础埋置深深度时，应根根据桥位河段段具体情况，，取河床自然演变变冲刷、一般般冲刷和局部部冲刷深度的不利组合，，作为确定桥桥梁墩台基础础埋深的依据据。（三）桥梁墩墩台基础最小小埋置深度计算公式三、案例南方地区某桥桥位地处开阔阔河段，河道道基本顺直，，上游有河湾湾，河床平坦坦，两岸较为为整齐，无坍坍塌现象。实实测桥位河流流横断面如图图所示，可作作为水文断面面进行流量计计算。据形态态调查得：河河滩部分表土土为粗砂，nt=0.025，河槽部分表表土为砾石，，nc=0.032。调查的历史史洪水位为135.00m，洪水比降为为0.5‰，沿桥轴向断断面资料如表表。试求其相相应的历史洪洪水流量。解：（1）列表计算水水力三要素过水面积A和水面宽度，，可根据图3-1-8所示河流横断断面列表计算算，如表3-1-16所示。（2）计算流速和和流量河槽部分：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。学习引导：本工作任务沿沿着以下脉络络进行学习:刚性扩大基础础设计计算的的一般步骤和和内容为：(1)确定结构物主主要方案，包包括基础类型型与材料等；；(2)初步选定基础础的埋置深度度；(3)初步拟定基础础的形状和尺尺寸；(4)验算地基强度度（持力层和和软弱下卧层层）；(5)验算基底的合合力偏心距；；(6)验算基础抗滑滑动和抗倾覆覆稳定性；(7)必要时验算基基础的沉降。。一、基础的作作用及作用效效应组合1.基础的作用基础底面位于于透水性地基上的桥梁墩台台，当验算稳稳定时，应考考虑设计水位位的浮力，当当验算地基应应力时可仅考考虑低水位的的浮力，或不不考虑水的浮浮力。基础嵌入不透水性地基基的桥梁墩台不不考虑水的浮浮力。作用在桩基承承台底面的浮浮力应考虑全全部底面积。。对嵌入不透透水地基并灌灌注混凝土封封闭者不应考考虑桩的浮力力，在计算承承台底面浮力力时应扣除桩桩的截面面积积。当不能确定地基基是否透水时应以透水或或不透水两种种情况与其他他作用组合取取其最不利者者作用效应。。2.作用效应组合合公路桥涵结构构设计应按承载能力极限限状态和正常常使用极限状状态进行作用效应应组合，取其其最不利效应组组合进行设计。桥梁基础的作作用效应组合合与墩台的作作用效应组合合基本相同。。二、基础埋置置深度的选择择基础的埋置深深度是指从设设计地面到基基础底面的距距离。选择基基础的埋置深深度是地基基基础设计中的的重要步骤，，实质上就是是选择合适的地基持持力层。下卧层持力层（受力层）FG1.地基的工程地地质条件地基的地质条条件是确定基基础埋置深度度的重要因素素之一。基础应尽量埋埋置在良好的持力层层上。当上层土的承承载力低，而而下层土的承承载力高时，，应将基础埋埋置在下层较较好的土层中中。当地基受力范范围内存在软软弱下卧层时时，软弱下卧卧层的承载力力和地基变形形也应满足要要求。2.水文条件地下水的情况况与基础埋深深也有密切关关系。基础尽量做在在地下水位以上上，便于施工，，如必须将基基础埋在地下下水位以下时时，则应采取取施工排水措措施，保护地地基不受扰动动。3.上部结构的形形式上部结构的形形式不同，对对基础产生的的位移要求也也不同。对中小跨度的简简支梁来说，这项因因素对确定基基础的埋置深深度影响不大大。对超静定结构，即基础发生生较小的不均均匀沉降也会会使内力产生生一定变化，，这样上部结结构的形式也也会影响基础础埋置深度的的选择。4.作用在地基上上的荷载大小小和性质作用在地基上上的荷载大小小和性质是一一个涉及结构构物安全、稳稳定的问题。。跨度大的桥桥梁，传至基基础的荷载就就大，因此基基础埋置就深深。结构物荷载的的性质对基础础埋置深度的的影响也很明明显。如对于于承受水平荷荷载的基础，，必须有足够够的埋置深度度来获得土的的侧向抗力，，以保证基础础的稳定性，，减少结构物物的整体倾斜斜，防止倾覆覆及滑移。5.当地的冻结深深度在寒冷地区，，应该考虑由由于季节性的的冻结和融化化对地基土引引起的冻胀影影响。为了保证结构构物不受地基基土季节性冻冻胀的影响，，除持力层选选择在非冻胀性土层层外，基础底面面应埋置在天然最大冻结结线以下深度度。6.最小埋置深度度规范规定：涵涵洞基础，在在无冲刷处（（岩石地基除除外），应设设在地面或河河床以下埋置置不小于1m处；若有冲刷刷，基底埋深深应在局部冲冲刷线以下不不小于1m；如河床上有有铺砌层时，，基础底面宜宜设置在铺砌砌层顶面以下下不小于1m。三、基础尺寸寸的拟定基础尺寸包括括平面尺寸和立立面尺寸两方面，拟定定时一般要考考虑上部结构构的型式、荷荷载大小、基基础埋置深度度、地基允许许承载力及墩墩台底面的形形状和尺寸等等因素。1.基础立面尺寸寸考虑整个建筑筑物的美观，，并保护基础础不受外力破破坏，基础一一般要求不外露。1.基础立面尺寸寸规范规定墩台台基础顶面不不宜高于最低低水位或地面面的标高。在在基础埋置深深度也即基础础底面标高己己选定的情况况下，基础顶顶面标高己确确定，基础总高度即为顶面和底底面标高之差差。基础较厚（超超过1m）时，可将基基础的剖面浇浇（砌）筑成成台阶形，如如图所示。混混凝土基础每每级台阶高度度一般不小于于50cm，砌石基础每每级台阶高度度一般不小于于75cm。2.基础平面尺寸寸基础平面尺寸寸主要是基础顶面和底底面尺寸。基础顶面的的形状应与墩墩台底部形状状相适应，考考虑到施工的的方便性，桥桥墩底部形状状以圆端形居居多，但一般般基础仍采用用矩形。2.基础平面尺寸寸基础顶面的尺尺寸应大于墩台底部的尺尺寸。基础顶顶面边缘到墩墩台底部边缘缘的距离，称称为基础的襟边宽宽度，如图中的c。2.基础平面尺寸寸基础顶面的最最小尺寸应为为：式中：bmin──基础顶面的最最小宽度或长长度；b0──墩台底部的宽宽度或长度；；c──襟边宽度，一一般不小于15～30cm。2.基础平面尺寸寸基础底面尺寸寸不得小于基基础顶面的最最小尺寸。从墩台底部外外缘到基础底底面外缘的连连线与竖线的的夹角，称为为基础扩展角，如图3-2-2b)中的α，为了保证刚刚性基础本身身有足够的强强度和刚度，，通常限制扩扩展角α不超过一定的的极限值，该该扩展角的极极限值常称为为基础的刚性性角，用αmax表示，它与基基础所采用的的材料有关。。因此，必须须使基础的扩扩展角α≤αmax，这样基础底底面的最大尺尺寸应为：2.基础平面尺尺寸基础底面形形状应与顶顶面相配合合，其合理理的尺寸，，一般要通通过试算最后确定。。先应根据荷荷载大小和和地基强度度，参照上上述最小襟边宽宽度和刚性性角所要求的最最小和最大大尺寸，从从中初选一一个底面面尺寸，然然后进行各各项验算，，根据验算算结果，再再作适当修修改。如果采用最最大尺寸还还不能满足足验算要求求，那就应应改用强度度较大的均均工材料或或加大基础础的埋置深深度。四、地基承承载力地基设计采采用正常使使用极限状状态，所选选定的地基基承载力为为地基承载载力容许值值。确定地基容容许承载力力，有以下下几种途径径：（1）借鉴邻近近结构物的的经验；（2）利用理论论公式计算算；（3）利用现场场荷载试验验成果或触触探试验资资料确定；；（4）按设计规规范确定。。《公路桥涵地地基与基础础设计规范范》（JTGD63-2007）提供的经经验公式和和数据确定定地基容许许承载力的的步骤。1）确定土的分类名名称2）确定土的状态3）确定地基承载力力基本容许许值4）确定修正后的地基承载载力容许值值5）软土地基承承载力容许值6）地基承载载力容许值值的提高五、地基与与基础的验验算基础埋置深深度和尺寸寸初步拟定定后，是否否符合各项项设计要求求，还必须须通过具体体验算加以以确认。每一个验算算项目均分分纵向和横向向验算两部分，不不予叠加。。地基承载力力验算，主主要是使基基底应力和和下卧各土土层中的应应力不超过过地基土的的容许承载载力，以保保证基础不不因其地基基的承载力力不足而危危及到桥跨跨结构的安安全和使用用，其验算算包括基础础底面下地基持力层层承载力和受受压层范围围内软弱下卧层层承载力验算算。1.持力层承载载力验算持力层是直接与基基底相接触触的土层。。持力层承承载力验算算的目的是是保证基底底压应力不不超过地基基的容许承承载力，以以保证持力力层地基不不发生破坏坏。1.持力层承载载力验算1）当基底只只承受轴心心荷载时：：式中:p——基底平均压压应力，kPa；N——作用短期效效应组合在在基底产生生的竖向力力，kN；A——基础底面面面积，m2；[fa]——修正后的地地基承载力力容许值，，kPa。1.持力层承载载力验算2）基底单向向偏心受压压承受竖向力力N和弯矩M共同作用时时，当基底底合力偏心心距e0≤ρ时，应符合合下列条件件:1.持力层承载载力验算2）基底单向向偏心受压压对设置在基基岩上的墩墩台基础，，当基底合合力偏心距距超出核心心半径时，，可仅按受受压区计算算基底最大大压应力，，不考虑基基底承受拉拉力。基底底为矩形截截面的最大大压应力按按下式计算算：1.持力层承载载力验算3）当基底双双向偏心受受压承受竖向力力N和绕x轴弯矩Mx与绕y轴弯矩My共同作用时时，应符合合下列条件件:2.软卧下卧层层承载力验验算当受压层范范围内地基基为多层土土组成，且且持力层以以下有软弱弱下卧层（（容许承载载力小于持持力层容许许承载力的的土层）时时，还应验验算软弱下卧层层的承载力。。3.基底合力偏偏心距验算算墩台基础的的设计计算算，必须控控制基底合力偏偏心距，其目的是是尽可能使使基底应力力分布比较较均匀，以以避免基底底两侧应力力相差过大大，使基础础产生较大大的不均匀匀沉降，墩墩台发生倾倾斜，影响响正常使用用。3.基底合力偏偏心距验算算基底以上外外力作用点点对基底重重心轴的偏偏心距e0按下式计算算:基底承受单单向或双向向偏心受压压的ρ值可按下式式计算：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按下式计算算:5.基础沉降验验算基础的沉降降验算包括括沉降量、相相邻基础沉沉降差、基础由于于不均匀沉降降而发生的的倾斜等。基础的的沉降主要要由竖向荷荷载作用下下土层的压缩缩变形引起。在确定一般般土质的地地基容许承承载力时，，已考虑了了这一变形形的因素，，所以修建建在一般土土质条件下下的中、小小型桥梁基基础，只要要满足地基基强度要求求，地基（（基础）的的沉降也就就满足要求求。六、案例某水中基础础，其底面面为4.0m××6.0m的矩形，埋埋置深度为为3.5m，平均常水水位到一般般冲刷线的的深度为2.5m。持力层为为粘土，天天然孔隙比比e=0.7，液性指数数IL=0.45，天然容重重γ=19.0kN/m3。基底以上上全为中密密的粉砂，，其饱和容容重γf=20.0kN/m3。当承受作作用短期效效应组合时时，试求持持力层的地地基承载力力容许值。。解：持力层层属一般粘粘性土，按按其值e、IL，查表3-2-7得[fa]=300kPa；查表3-2-9得宽、深度度修正系数数k1=0，k2=2.5，由于持力力层粘土的的IL=0.45<1.0，呈硬塑状状态，可视视为不透水水，故考虑虑水深影响响，按式（（3-2-5）可算得：：注意：上式式中因持力力层不透水水，故γ2=γ1=20kN/m3，hw为平均常水水位到一般般冲刷线的的深度。持力层的地地基承载力力容许值为为：学习情境三三桥梁梁基础设计计工作任务三三桩桩基础设计计学习目标：：1.了解桩基础础的作用效效应计算与与强度、变变形验算的的原理和方方法；2.掌握静载试试验法、规规范法确定定单桩轴向向容许承载载力。任务描述：：根据所学知知识及公路路桥涵有关关设计标准准及规范的的相关内容容，完成桥梁基基础的施工工图设计，，并上交《××××桥梁桩基础础设计说明明书》和桩基础施施工图。学习引导：：本工作任务务沿着以下下脉络进行行学习:天然地基上上的浅基础础一般造价价较低，施施工简单，，在桥梁工工程中应尽尽量优先采采用。当地基浅层层土质不良良，采用浅浅基础无法法满足建筑筑对地基承承载力、变变形和稳定定性方面的的要求时，，往往采用用深基础。桩基础是一种常用用的深基础础类型，由由埋于土中中的若干根根桩及将所所有桩联成成整体的承承台（或盖盖梁）两部部分组成。。桩基中的桩桩通常称基桩，桩身可以以全部或部部分埋入地地基土中，，当桩身外外露在地面面上较高时时，在桩之之间还应加加横系梁，以加强各各桩之间的的横向联系系。桩可以以先预制好好，再将其其运至现场场沉入土中中；也可以以就地钻孔孔(或人工挖孔孔)，然后在孔孔中浇筑水水泥混凝土土或放置入入钢筋骨架架后再浇灌灌混凝土而而成桩。在设计桩基基础时首先先应从分析析单桩入手，确定定单桩容许承承载力，然后结合合桩基础的的结构和构构造型式进进行基桩受受力分析计计算，从而而确定桩基基础的承载载力。单桩容许承承载力的确确定桩的负摩阻阻力简介桩的内力和和位移计算算桩基础设计计计算步骤骤桩基础设计计计算步骤骤与程序一、单桩容容许承载力力的确定单桩容许承承载力是指指单桩在荷载作用用下，地基基土和桩本本身的强度和稳定定性均能得到保保证，变形形也在容许许范围之内内，以保证证结构物的的正常使用用所能承受受的荷载。。一般情况下下，桩受到到轴向力、横横轴向力及及弯矩作用，因此此单桩容许许承载力包包括单桩的的轴向容许许承载力和和横轴向容容许承载力力，但通常常桩主要承受轴轴向力。2.按经验公式式(规范法)确定单桩轴轴向容许承承载力1）摩擦桩摩擦桩单桩桩轴向受压压承载力容容许值等于于桩侧总摩阻阻力容许值值与桩端总总承载力容容许值之和。（1）钻(挖)孔灌注桩2.按经验公式式(规范法)确定单桩轴轴向容许承承载力1）摩擦桩（2）沉桩的承承载力容许许值2.按经验公式式(规范法)确定单桩轴轴向容许承承载力2）柱桩（支支承桩）支承在基岩岩上或嵌入入基岩内的的钻（挖））孔桩、沉沉桩的单桩桩轴向受压压承载力容容许值由嵌岩段总侧侧阻力、总总端阻力和和桩周土总总侧阻力三部分组成成，按下式式计算：2.按经验公式式(规范法)确定单桩轴轴向容许承承载力3）考虑桩身身材料确定定单桩轴向向容许承载载力二、桩的负负摩阻力简简介一般情况下下，桩受轴轴向荷载作作用后，桩相对于桩侧侧土体作向下位移，使土对桩桩产生向上作用的的摩阻力，称正摩阻力，如图3-3-3a）所示。当桩穿过软软弱可压缩缩土层时，，由于地表表面有较大大的荷载作作用（如桥桥头填土及及路堤），，或地下水水下降，或或上层属次次固结状态态等情况，，均会引起起桩侧体土土下沉（固固结），若若桩侧土体体下沉量大大于桩受荷荷后的沉降降（包括桩桩身压缩和和柱底下沉沉），则桩侧土相对于桩向下位移，使土对桩桩产生向下作用的的的摩阻力力，即称其为为负摩阻力，如图3-3-3b）所示。由于桩身表表面发生负负摩阻力，，将使桩侧侧土的部分分重力传递递给桩，因因此，负摩摩阻力不但但不能成为为桩承载力力的一部分分，反而变变成施加在在桩上的外荷载，加大桩基沉沉降。三、桩的内内力和位移移计算桩基础上的的作用荷载载首先是通通过承台穿给桩桩，然后再由由桩传递给地地基。承台传递递给基桩桩桩顶的作用用力包括轴向力、横横向力和弯弯矩。桩在受力力后要发生生变形，包包括轴向变形和桩的挠曲曲所引起的的横向变位。由于埋入土土中的桩受受到桩侧土土的约束，，所以桩在在发生横向向变位时，，将受桩侧侧土横向抗抗力的作用用。在计算时一一般将作用用于桩上的的力分轴向受力和和横向受力力两部分，分分别加以验验算。1．基本概念念1）土的横向向抗力及地地基系数桩基础在轴轴向荷载、、横向荷载载和力矩作作用下产生生竖向位移移、水平位位移和转角角，桩的竖竖向位移引引起桩侧摩摩阻力和桩桩端阻力，，桩身的水水平位移及及转角使桩桩挤压桩侧侧土体，桩桩侧土对桩桩产生的约约束称土的横向抗抗力。1．基本概念念1）土的横向向抗力及地地基系数横向抗力起起抵抗外力和和稳定桩基基础的作用。假假定土的横横向抗力符符合文克尔尔假设，将将桩作为弹弹性构件考考虑，当桩桩受到水平平外力作用用后，桩土土协调变形形，任一深深度z处所产生的的桩侧土水水平抗力与与该点水平位移成成正比，即：地基系数是是反映地基基土抗力性性质的指标标，当桩的的横向位移移一定时，，C值越大，土的横向抗抗力越大。常采用的地地基系数分分布规律为为如图3-3-4所示的几种种形式。。1．基本概念念2）单桩、单单排桩和多多排桩计算基桩内内力先应该该根据作用用在承台底底面的外力力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，，如果桩只只发生转动动和位移，，不产生变变形，这种种桩属于刚性构件；如果桩本本身出现挠挠曲变形，，则这种桩桩属于弹性构件。三、桩的内内力和位移移计算1．基本概念念4）刚性构件件与弹性构构件“桩身是否否出现挠曲曲变形，主主要与桩长、截面面形状、尺尺寸、桩的的刚度等因素有关关。