基础工程课程设计计算书桥台扩大基础设计docx.docx
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《基础工程》课程设计
无筋扩展矩形基础计算书
土木建筑工程学院
道路桥梁121班
陈召桃1203110210
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一、设计资料⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1
二、设计资料分析
三、荷载计算及组合
⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3
⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4
1、台自重及上部构造恒算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
4
2、土力算
⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
5
3、支座活反力算
⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
8
4、支座摩阻力算
⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
10
5、荷合
⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
11
四、地基承载力验算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
13
1、台前、台后填土基底生的附加力算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
13
2、基底力算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
13
3、地基度算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
14
五、地基变形验算（沉降计算）⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
15
六、基底偏心距验算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯17
七、基础稳定性验算
⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
17
1、覆定性算
⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
17
2、滑定性算
⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
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+2×1.0m，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，125.00kN/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），223.00kN/m3基础用15号素混凝土浇筑，
324.00kN/m3；台后及溜坡填土417.00kN/m3；填土的内摩擦角350，
粘聚力c=0。
基础类型：
无筋扩展矩形基础
基础材料：
混凝土强度等级C15~C20，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
天然状态下土的物理指标
土粒密度
塑性界限
液
压缩系数
直剪试验
度自地
含水量
天然容重
孔
液
塑
塑
性
1-2
粘聚力C
内摩
a
面算起
（%）
（kN/m3）
隙
so
限
限
性
指
（mm2/N）
（kN/m2）
擦角
（m）
比
（t/m3）
指
数
0
e
L
P
数
IL
IP
3.2~3.6
26
19.70
0.7
2.72
44
24
20
0.10
0.15
55
20
4
6.4~6.8
28
19.10
0.8
2.71
33
19
15
0.6
0.26
20
16
2
3、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=0.75~1.0。
.
.
图1
.
.
4、荷载组合情况
表2
作用效应组合汇总表
荷载组合
水平力（kN）
竖向力（kN）
弯矩（kN.m）
主要
1179.17
8129.51
-2371.30
（一）
1221.37
8129.51
-2740.18
附加
主要
1421.53
7854.90
-3683.11
（二）
1463.73
7854.90
-4051.99
附加
主要
1421.53
7620.87
-3835.24
（三）
1463.73
7620.87
-4204.12
附加
（四）
1482.28
7640.02
-4110.24
（五）
1179.17
8380.24
-2208.32
（六）
1179.17
6696.44
-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
重度
直剪试验
压缩性指标
层厚
含水量
液
塑性
液性
序号
土层名称
kN/m孔隙比
比重
C
φ
a1-2
Es1-2
m
％
限％
指数
指数
3
kPa
度
MPa-1
MPa
1硬塑粘土6.52619.70.742.7244200.155200.1511.6
软塑亚
24.12819.10.822.7134150.620160.267
粘土
3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
max40。
基础的扩散角为：
tan10.8
38.66
max40
1.0
满足要求。
三、荷载计算及组合
1、上部构造恒载反力及桥台台身、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F1=0.8×1.34×7.7×25.00=206.36kN,弯矩M1=206.36×
1.35=278.59kN.m；
竖向力F2=0.5×1.35×7.7×25.00=129.94kN,弯矩M2=129.94×
1.075=139.69kN.m；
竖向力F3=0.5×2.4×0.35×25.00×2=21.00kN,弯矩M3=21.00×
2.95=61.95kN.m；
竖向力F4=0.50.2×24×0.5×（0.35+0.7）×25.00×2=63.00kN,弯矩
W4=63.00×2.55=160.65kN.m；
竖向力F5=1.66×1.25×7.7×25.00=399.44kN,弯矩M5=399.44×
1.125=449.37kN.m。
、a-a截面以下台身及基础自重计算：
竖向力F6=1.25×5.5×7.7×23.00=1217.56kN,弯矩M6=1217.56×
1.125=1369.76kN.m；
竖向力F7=0.5×1.85×5.5×7.7×23.00=901.00kN,弯矩M7=901.00×
（-0.12）=-108.12kN.m；
竖向力F8=0.5×3.7×8.5×24.00=377.40kN,弯矩M8=377.40×
0.1=37.74kN.m；
竖向力F9=0.5×4.3×9.3×24.00=479.88kN,弯矩M9=479.88×0=0kN.m。
、台后及溜坡填土自重计算：
.
.
竖向力F10=[0.5×（5.13+6.9）×2.65-0.51.85×5.5]×7.7×
17.00=1382.16kN,弯矩M10=1382.16×（-1.0618）=-1467.58kN.m；
竖向力F11=0.5×（5.13+7.73）×0.8×3.9×2×17.00=682.10kN,弯矩
M11=682.10×（-0.07）=-47.75kN.m；
竖向力F12=0.5×0.4×4.3×2×17.00=29.24kN,弯矩M12=29.24×（-1.95）
=57.02kN.m；
竖向力F13=0.5×0.4×8.5×17.00=28.90kN,弯矩M13=28.90×
0.65=18.79kN.m。
④、上部构造恒载计算：
上部构造恒载取值F14=1100kN,弯矩W13=1100×0.65=715.00kN.m。
综上所述，恒载竖向力之和Fi7017.98kN，弯矩Mi1512.91kNm
2、土压力计算。
土压力按台背竖直，0，填土内摩擦角35，则台背与填土之间的外
摩擦角17.5计算，台后填土水平0。
2
①、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：
Ea1Ba4H2
2
式中：
Ea—台后填土自重引起的主动土压力，kN；
B—桥台宽度取7.7m；
a—主动土压力系数；
4—台后及溜坡填土的重度，取17KN/m3；
H—自基底至填土表面的距离，取10.0m。
.
.
主动土压力系数求取：
a
cos2（
）
2
cos2
cos（
）1
sin（
）sin（
）
cos（
）cos（
）
cos235
0.247
2
cos17.5
1
sin52.5sin35
cos17.5
则：
Ea
0.5
17
1027.7
0.247
1616.62（KN）
其水平向分力：
EaxEacos（
）
1616.62
cos17.50
1541.80（KN）
离基础底面的距离：
10
ey3.33（m）
3
对基底形心轴的力矩：
MaxEaxey1541.803.335134.20（KNm）
其竖直向分力：
EayEasin（
）1616.62sin17.50
486.13（KN）
作用点离基础形心轴的距离：
ex2.150.41.75（m）
对基底形心轴的力矩：
May486.131.75850.73（KNm）
②、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：
Q
h0
B0L
式中：
∑Q—布置在B0L范围内的车轮总重，Q为每辆标准汽车总重550kN；
B0—不计车辆荷载作用时破裂棱体的宽度，m；
L—挡土墙的计算长度，m；
.
.
—墙后填土重度，kNm3。
其中：
52.5
tan
tan
（cot
tan
）（tan
tan）0.583
B0
（H
a）tan
Htan
b
（10
0）
0.583
10
0
0
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：
h0
Q
2
550
2
B0L
5.83
7.7
0.721m
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：
Ea
1
H（2hH）B
a
1
17
10
（20.72110）7.70.2471849.73（kN）
2
2
其水平向分力：
EaxEacos（
）1849.73cos17.50
1764.12（kN）
作用点离基础底面的距离：
10
10
3
0.721
ey
10
2
3.54（m）
3
0.721
对基底形心轴的力矩：
Max1764.123.546244.98（kN/m）
其竖直向分力：
EayEasin（
）1849.73sin17.50
556.22（kN）
作用点离基础形心轴的距离：
ex2.150.41.75（m）
对基底形心轴的力矩：
May556.221.75973.39（kNm）
、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
.
.
1:
1.5
算得，
33.69
，则基础边缘至坡面的垂直距离为H
10
5.8
6.13m,，
1.5
若取
35（土与土之间的摩擦角），主动土压力系数：
a
cos2（
）
2
cos2
cos（
）1
sin（
）sin（
）
cos（
）cos（
）
cos235
0.180
sin70
2
cos35
1
sin68.69
cos35
cos33.69
Ea
1
H2Ba
1
17
6.132
7.7
0.18
442.69（kN）
2
2
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）
3
对基底形心轴的力矩：
Mex422.202.04861.29（kNm）
其竖直向分力：
EayEasin（
）442.69sin17.50
133.12（kN）
作用点离基础形心轴的距离：
ey2.15（m）
对基底形心轴的力矩：
Mey
133.122.15
286.21（kNm）
6、支座活载反力计算
支座反力计算考虑如下三种情况。
①、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
qk10.5kN/m2，集中荷载随计算跨径而变，计算跨径小于或等于5m时，
.
.
PK180kN；计算跨径大于或等于
50m时，PK360kN
；计算跨径在5-50m时，
PK按照直线内插求取。
人群荷载
3.5kN/m
2。
则：
（360
180）
（19.5
5）
238kN
Pk180
50
5
桥跨上的汽车荷载如图所示，荷载布置图如下：
图2
汽车荷载支座反力：
R12（qk
Pky）
2
（10.5
1
19.5
12381）680.76kN
2
人群荷载支座反力：
R1
2
（3.5
1
1
19.5）
68.25kN
2
支座反力作用点距离基底形心轴的距离：
er12.151.50.65m
对基底形心轴的力矩：
MR1（680.7668.25）0.65486.86kN/m
Ⅱ）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165kN。
制动力：
（10.519.5238）10%44.28kN165kN
则制动力取值为：
H=165×0.25=41.25kN。
.
.
②、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：
R12（qk
Pky）2（10.51
19.512381）680.76kN
2
人群荷载支座反力：
R1
2
（3.5
1
1
19.5）
68.25kN
2
对基底形心轴的力矩：
MR1（680.7668.25）0.65486.86kN/m
Ⅱ）汽车荷载制动力：
根据上面分析，汽车制动力H=41.25kN
4、支座摩阻力计算
取摆动支座摩擦系数f0.05，则支座摩阻力：
FP恒f11000.0555kN
对基底形心轴的弯矩：
MF558.7478.50kNm（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：
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
序荷载作用情况
号计算项目
竖向力（kN）
1上部荷载
弯矩（kNm）
台身、基础竖向力（kN）
2自重与基础
上土重弯矩（kNm）
汽车荷载引竖向力（kN）
3起的支座反
力弯矩（kNm）
人群荷载引竖向力（kN）
4起的支座反
力弯矩（kNm）
力（kN）
5台后土压力
弯矩（kNm）
力（kN）
台前溜坡土
6
压力
弯矩（kNm）
支座摩阻力水平力（kN）
7取与台后土
压力同向弯矩（kNm）
水平力（kN）
8组合竖直力（kN）
弯矩（kNm）
公路一级
工况一
工况二
工况三
工况四
工况五
桥上有活载，台
桥上有活载，台后
桥上无活载台
桥上无活载，台后
无上部构造时
后无汽车荷载
有汽车荷载
后无汽车荷载
有汽车荷载
1100
1100
1100
1100
715.00
715.00
715.00
715.00
5917.98
5917.98
5917.98
5917.98
5917.98
797.91
797.91
797.91
797.91
797.91
680.76680.76
442.49442.49
68.2568.25
44.36
44.36
水平：
1541.80
水平1764.12
水平：
1541.80
水平1764.12
水平：
1541.8
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