第十章 天然地基上的浅基础设计

第十章天然地基上的浅基础设计基础工程包括结构物的地基与基础的设计与施工。§10.1概述•桥梁的基本组成：（1）上部结构：桥跨结构（2）下部结构：桥墩、桥台、墩台的基础地基基础方案的类型地基与基础应有足够的强度和稳定性，且变形也必须在允许范围内。天然地基人工地基深基础浅基础天然地基人工地基深基础浅基础※※※※?一、基础工程设计与施工所需的资料1.桥位平面图（桥址地形图）及上部结构及墩台形式、总体构造及有关设计资料2.桥位工程地质勘测报告及工程地质纵剖面图3.地质土质调查试验报告4.河流水文调查报告5.其他调查资料（地震、建筑材料、气象、施工等）二、作用与作用效应组合永久作用：结构自重、预应力、土的重力、土侧压力等。可变作用：汽车荷载、汽车冲击力、汽车离心力、汽车引起的土侧压力、人群荷载、汽车制动力、风荷载等。偶然作用：地震作用、船舶或漂浮物的撞击作用、汽车撞击作用等。1.基本组合和偶然组合——按承载能力极限状态设计时2.短期效应组合和长期效应组合——当基础结构需要进行正常使用极限状态设计时三、作用计算基本原则（3）地基及基础的整体稳定性有足够的保证——如建在斜坡上的建筑物的稳定性等；（4）基础本身的强度满足要求。（1）地基应有足够的强度——如作用于地基上的应力应小于地基容许承载力；（2）地基及基础的变形值应小于地基的允许变形值；四、基础工程设计计算原则与步骤1.选择基础的结构类型和建筑材料；2.选择持力层，确定基础的埋置深度；3.初步拟定基础的尺寸，确定地基承载力和作用在基础上的作用效应组合；4.进行地基与基础计算：地基承载力验算（持力层强度验算和软弱下卧层强度验算）、地基变形验算、地基稳定性验算、基础的合力偏心距验算、基础的稳定性验算等；5.基础细部结构和结构设计；6.绘制基础施工图。天然地基上浅基础的设计内容与步骤：按材料分类砖基础毛石基础混凝土基础毛石混凝土基础钢筋混凝土基础§10.2浅基础的类型与构造砖基础毛石基础灰土或三合土基础混凝土基础毛石混凝土基础按构造分类独立基础条形基础柱下十字形基础箱形基础筏板基础柱下独立基础墙下独立基础墙下条形基础柱下钢筋混凝土条形基础扩展基础a）钢筋混凝土条形基础b）现浇单独基础c）预制杯形基础墙下单独基础柱下条形基础柱下十字交叉基础筏板基础箱形基础一、刚性基础与柔性基础1.刚性基础1）材料：砖、毛石、混凝土、灰土等，无钢筋2）特点：抗弯刚度大，稳定性好，施工简便，能承受较大的作用3）构造要求（保证抗拉、抗剪强度）：1.刚性基础（刚性扩大基础）3）构造要求（保证抗拉、抗剪强度）：满足刚性角的要求maxtan200bbHαmax—混凝土，取40°-45°；砖、片石、块石、粗料石砌体，用5号以上砂浆砌筑时，取35°。2.柔性基础（钢筋混凝土基础）1、特点：抗弯、抗剪性能好。利用其抗弯、抗拉性能，不受台阶宽高比限制，可宽基浅埋。10.3刚性扩大基础的设计与计算一、基础埋置深度的确定概念：一般指基础底面至地面的距离。意义：建筑物的安全和正常使用；基础施工技术措施；施工工期；工程造价。原则：在保证建筑物安全、稳定、耐久使用的前提下，应尽量浅埋，以便节省投资，方便施工。因素：地基的地质、地形条件、河流的冲刷深度、当地的冻结深度、上部结构形式、施工技术条件等。工程地质条件不同，基础的埋深有较大差别。主要的问题是如何合理选择持力层以保证结构物的安全和经济性。1.工程地质条件2.河流的冲刷深度非岩石河床桥梁墩台基底埋深安全值按下表确定总冲刷深度(m)桥梁类别05101520大桥、中桥、小桥1.52.02.53.03.5特大桥2.02.53.03.54.03.当地冻结深度（冻胀性问题）对于埋置于可冻胀土中的基础，其最小埋深应由下式确定：zmaxhd=dminmaxhdz—设计冻深；—基底下允许残留冻土层的最大厚度。zfzgzezwzsdZZ0=地区标准冻深土的类别、冻胀性、环境、地形坡向及基础对冻深的影响系数。详见《公桥基规》的4.1表。4.上部结构形式A、对中、小跨度的简支梁桥影响不大；B、对超静定结构，即使基础发生较小的不均匀位移也会使内力发生一定的变化，如拱桥桥台。5.当地的地形条件按静力体系分：①简支梁桥：应用最广泛，构造最简单。②连续梁桥：应用于桥梁基础十分良好的场合。③悬臂梁桥：简支梁桥连续梁桥悬臂梁桥山西丹河大桥—世界上最大跨径的石拱桥，主孔净跨径146m6.保证持力层稳定所需的最小埋置深度在天然地面或无冲刷河流的河底以下不小于1m。当考虑相邻结构物基础的影响时，新基础最好不超过相邻建筑基础的底面，否则，与相邻基础的净距应大于该相邻基础底面高差的1~2倍。二、刚性扩大基础尺寸的拟定依据：台身结构形式、作用大小和选用的基础材料。基础顶面和底面：基础的平面尺寸：应考虑墩、台身的底面形状，常用的有矩形或圆端形；基础的剖面尺寸：一般是矩形或台阶形三、地基承载力验算][afANp=][afANp=][afANp=1.持力层强度验算1）当基底只承受轴心荷载时：2）当基底单向偏心受压时：][maxaRfWMANp=][maxaRYYXXfWMWMANp=3）当基底双向偏心受压时：][2320maxaRfebaNp=——抗力系数，根据地基受荷阶段和受荷情况取用。如当地基承受作用短期效应组合或作用偶然效应组合，可取1.25；但对承载力容许值小于150kPa的地基，应取1.0。R2、软弱下卧层强度验算当地基受力层范围内存在软弱下卧层时，还必须对下卧层进行验算。][)()(21aRzfdpzhp=四、基底合力偏心距验算][00eNMe=目的：尽可能使基底压力分布比较均匀，以免基底两侧应力相差过大，使基础产生较大的不均匀沉降，墩、台发生倾斜影响正常使用。NApebabbAWmin0216a6/1====双向偏心受压单向偏心受压五、基础稳定性和地基稳定性验算=iiiiiPhTePe0000yeyNeNk===倾覆力矩稳定力矩抗倾覆稳定系数1.基础稳定性验算1）基础抗倾覆稳定性验算：五、基础稳定性和地基稳定性验算=iaipicTTPK1.基础稳定性验算2）基础抗滑动稳定性验算：五、基础稳定性和地基稳定性验算2.地基稳定性验算六、基础沉降验算)('1110===iiiniisisszzEpss符合以下规定：1.相邻墩台间不均匀沉降差值，不应使桥面形成大于0.2%的附加纵坡（折角）；2.外超静定结构桥梁墩台间不均匀沉降差值，还应满足结构的受力要求。][SS10.4刚性扩大基础计算算例w1w2w3w3w4w4w5w5w5•四、作用效应计算•五、作用效应组合•六、地基承载力验算1、持力层强度验算2、软弱下卧层强度验算•七、基底合力偏心距验算•八、基础稳定性验算1、基础抗倾覆稳定性验算2、基础抗滑移稳定性验算