刚性扩大基础计算算例

交通与汽车工程学院

科技论文写作

课程名称: 科技论文写作

课程代码: 6010419

论文题目:成渝高速公路A标段基础工程设计年级/专业/班: 2011级交通工程3班

学生姓名: 景浩

学号: 332011081802105

科技论文写作成绩：

学习态度及平时成绩（30）文献查阅能力

（20）

创新（5）论文撰写质量（45）

总分

（100）

教师签名：年月日

目录

1、天然地基上浅基础类型、适用条件........................................................ 错误！未定义书签。

1.1天然地基浅基础的一般分类............................. 错误！未定义书签。

1.2天然地基浅基础的各种分类............................. 错误！未定义书签。

2、刚性扩大基础施工.................................................................................... 错误！未定义书签。

2.1旱地上基坑开挖及围护................................. 错误！未定义书签。

2.2基坑排水 (3)

2.2.1表面排水法 (3)

2.2.2井点法降低地下水位 (3)

2.3水中刚性扩大基础修筑时的围堰工程..................... 错误！未定义书签。

2.3.1表面排水法 (3)

2.3.2地下连续墙围堰法 (4)

3、成渝高速公路A标段刚性扩大基础的设计与计算 (4)

3.1设计资料 (4)

3.2确定基础埋置深度..................................... 错误！未定义书签。

3.3基础的尺寸拟定 (5)

3.4作用效应计算 (6)

3.5作用效应组合 (8)

3.6地基承载力验算 (8)

3.7基底合力偏心距验算 (9)

3.8基础稳定性验算....................................... 错误！未定义书签。

4、总结与体会 (10)

5、参考文献.................................................................................................... 错误！未定义书签。

摘要

本课程设计是根据规范教材大纲来设计的，依据天然地基浅基础的基本知识，结合实际情况来设计的天然地基刚性扩大基础。

1.天然地基上浅基础类型、适用条件

1.1天然地基浅基础的一般分类

天然地基浅基础根据受力条件及构造可分为刚性基础和钢筋混凝土扩展基础两大类。建筑物基础在一般情况下均砌筑在土中或水下，所以要求各种基础类型所用材料要有良好的耐久性和较高的强度。刚性基础常用的材料有混凝土、粗料石和片石。刚性基础的特点是稳定性好、施工简便、能承受较大的荷载，所以只要地基强度能满足要求，它是桥梁和涵洞等结构物首先考虑的基础形式。但缺点是自重打，并且当持力层为软弱土时，由于扩大基础面积有一定限制，需要对地基进行处理或加固后才能使用，否则会因所受的荷载压力超过地基强度而影响建筑物的正常使用。所以对于荷载大或上部结构对沉降差较敏感的建筑物，当持力层的土质较差而又较厚时，刚性扩大基础作为浅基础是不适宜的。

1.2天然地基浅基础的各种分类

浅基础按照材料分为砖基础、片石基础、混凝土及片石混凝土基础、钢筋混凝土基础、灰土及三合土基础﹔按照受力性能分为刚性基础和柔性基础。

2.刚性扩大基础施工

2.1旱地上基坑开挖及围护

当基坑较浅、地下水位较低或渗水量较少，不影响坑壁稳定时，坑壁可不

加围护，此时可将坑壁挖成竖直或斜坡型。竖直坑壁只有在岩石地基或基坑较浅又无地下水的硬粘土中采用。

当基坑较深，土质条件较差，地下水位影响较大或放坡开挖对临近建筑有影响时，应对坑壁进行围护。目前护壁的方法有很多，有板状墙支护、喷射混凝土护壁、混凝土围圈护壁。

2.2基坑排水

基坑如在地下水位以下，随着基坑的下挖，渗水将不断涌集基坑，因此施工过程中必须不断的排水，以保持基坑的干燥，便于基坑挖土和基础的砌筑与养护。目前常用的基坑排水方法有表面排水和井点法降低地下水位两种。

2.2.1表面排水法

表面排水法是在基坑整个开挖过程及基础砌筑和养护期间，在基坑四周开挖集水沟汇集坑壁及基底的渗水，并引向一个或数个比集水沟挖的更深一些的集水坑，集水沟和集水坑应设在基础范围以外，在基坑每次下挖以前，必须先挖沟和坑，集水坑的深度应大于抽水机和吸水龙头的高度，在吸水龙头上套竹筐围护，以防止土石堵塞龙头。

2.2.2井点法降低地下水位

对粉质土、粉砂类土等如采用表面排水极易引起流沙现象，影响基坑稳定，此时可采用井点法降低地下水位排水。根据使用设备的不同，主要有轻型井点、喷射井点、电渗井点和深井泵井点等多种类型，可根据土的渗透系数，要求降低水位的深度及工程特点选用。

2.3水中刚性扩大基础修筑时的围堰工程

2.3.1土围堰和草袋围堰

在水深较浅（2m以内），流速缓慢，河床渗水较小的河流中修筑基础，可采用土围堰或草袋围堰。

土围堰用粘性土填筑，无粘性土时，也可用砂土类填筑，但需加宽堰身以加大渗流长度，砂土颗粒越大堰身越要加厚。围堰断面应根据使用土质条件、渗流程度及水压力作用下的稳定确定。若堰外流速较大时，可在外侧用草袋柴排防护。

2.3.2地下连续墙围堰法

地下连续墙是在地面上用抓斗式或回转式等成槽机械，沿着开挖工程的周边，在泥浆护壁的情况下开挖一条狭长的深槽，形成一个单元的槽段后，在槽内放入预先在地面上制作好的钢筋笼，然后用导管法浇灌混凝土，完成一个单元的槽段，各单元槽段之间以特定的接头方式相互连接，形成一条连续墙壁。

3.成渝高速公路A 标段刚性扩大基础的设计与计算

3.1.设计资料

a) 上部构造：25m 装配式预应力钢筋砼T 形梁，大梁全长24.96m ，计算跨径

24.5m 。行车道9m ，人行道m 5.12?。上部构造（梁与桥面铺装）恒重所产生的支座反力：1500kN;

b) 支座：活动支座采用摆动支座，摩擦系数0.05；

c) 设计荷载：公路-Ⅰ级，人群荷载3.0kN/m 2;

d) 桥墩形式：采用双柱式加悬挑盖梁墩帽（见图）;

e)、设计基准风压：0.6 kN/m 2;

f)、其他：本桥跨越的河为季节性河流，不通航，不考虑漂浮物；地基土质：第一层：粉质粘土，3/2.19m kN sat =γ，8.0=L I ，8.00=e ，kpa f a 1800=；第二层：中密中砂，62.00=e ，3/20m kN sat =γ，kpa f a 3000=；第三层：粉质粘土，3/5.19m kN sat =γ，9.0=L I ，8.00=e ，kpa f a 1600=。

（最大冲刷线）（设计洪水位）（最低水位）148146150（河床及一般冲刷线）139

143.5

144粉质粘土

中密中砂

软塑粉质粘土地质水文情况21030301537

80

80

10

104201801801060

顺桥向(单位：)

横桥向（单位：）桥墩构造图

145

图10-14 桥墩构造图 图10-15 地质水文情况 3.2.确定基础埋置深度

从地质条件看，表层土在最大冲刷线以下只有0.5m ，而且是软塑状粉质粘土，地基容许承载力kpa f ao 180][=，故选用第二层土（中密中砂）作为持力层，

kpa f ao 350][=，初步拟定基础底面在最大冲刷线以下1.8

m 处，标高为142.2m ，基础埋深2.8m 。

3.3基础的尺寸拟定

基础分两层，每层厚度0.8m ，襟边取0.60m ，基础用C15，刚性角0max 40=α，基础的刚性角验算为：

max 019.368

.026.02tan αα<=??=-，满足刚性扩大基础的刚性角要求。 即基础的剖面尺寸b a ?为

m a 2.1060.048.7=?+=

m b 2.460.048.1=?+=

基础厚度：

m H 6.18.02=?=

基础顶面高程为143.8m ，墩柱高150-143.8=6.2m 。

3.4作用效应计算

（一）永久作用标准值计算

1．桥墩自重：

kN W 25.88256.109.037.01=???=

kN W 8.83525]1.28.0)86.10(2

11.26.108.0[2=???++??= kN W 45.7882252.69.014.323=????=

2．基础自重：

kN W 8.139625)8.00.30.98.02.42.10(4=???+??=

3．上覆土重

kN

W 05.6412.192.1)9.014.320.90.3(2.193.0)20.360.022.460.0(205.0)20.360.022.460.0(25=????-?+????+??+????+??=4．浮力

低水位浮力：

kN F 63.67010)2.29.014.328.00.30.98.02.42.10(21=????+??+??=

设计洪水位浮力：

kN F 37.77210)2.49.014.328.00.30.98.02.42.10(21=????+??+??=

（二）可变作用标准值计算

1．汽车和人群支座反力

对于汽车荷载与人群荷载，支座反力按以下两种情况考虑：（1）单孔里有汽车和人群（双行）；（2）双孔里均有汽车和人群（即满布）。

（1）单孔里有汽车和人群（单孔双行） k

k q 24.4m

R 1R 124.4m p

图10-16 单孔汽车荷载

对于桥墩基础的设计，汽车荷载采用车道荷载，车道荷载包括均部k q 和集中

荷载k p 两部分组成。对于公路-Ⅰ级汽车荷载， m kN q k /5.10=，集中荷载k p 与计算跨径有关，计算跨径小于或等于5m 时，k p = 180kN ；桥涵计算跨径等于或大于50m 时，k p =360kN ，桥涵计算跨径大于5m 小于50m 时k p 值采用直线内插求得。本算例中，k p =257.6kN 。 kN R 4.7712)6.2572

4.24

5.10(1=?+?= 01='R 人群支座反力为2R 和'2R kN R 5.11222

35.1252=???= 02='R （2）双孔里有汽车和人群（双孔双行即满布） p p k k k q k q 24.4m R 1R 124.4m

图10-17 双孔汽车荷载

kN R R 4.7712)6.2572

4.24

5.10(11=?+?='= kN R R 5.11222

35.12522=???='= 2．汽车制动力：

一个车道上由汽车荷载产生的制动力按加载长度上计算的总荷载的10%， 作用于固定支座上的制动力为：

kN H 1.77%104.7711=?='

作用于摆动支座上的制动力为：

kN H 3.1925.0%104.7711=??="

桥墩承受的制动力为固定支座与活动支座上的制动力之和，但公路-Ⅰ级取值不得小于165kN 。综合以上可得汽车制动力为：

kN H 1651=

3．支座摩阻力：

kN H 2.119)5.1124.7711500(05.02=++?=

因为汽车制动力和支座摩阻力不能同时组合，汽车制动力大于支座摩阻力，所以荷载效应组合时，只组合汽车制动力

4．风力

因为本桥是双向双车道的直线桥，主要由顺桥向控制设计，在计算风力时，计算顺桥向风荷载。桥墩上的顺桥向风荷载可按横桥向上风压的70%乘以桥墩迎风面积计算。

kN H 56.36.108.0%706.03=???= kN H 12.3)86.10(2

18.0%706.04=+????= kN H 05.648.12%706.05=????=

3.5作用效应组合

按承载能力极限状态时，结构构件自身承载力和稳定性应采用作用效应基本组合和偶然组合；此算例不作地基沉降验算，暂不进行长期效应组合计算；另外，基础的稳定性验算，由于要利用《公桥基规》（JTJ024-85）规范的稳定系数，在其基本组合中，要求结构重要性系数及作用的各项系数均取为1.0，本算例中称其为标准值组合，因此，本算例进行作用效应的基本组合和作用效应的标准值组合。

作用效应组合汇总表 表10-5 作用效应组

合

单孔汽车与人群作用 双孔汽车与人群作用 N （kN ） T （kN ） M （kN.m ） N （kN ） T （kN ） M （kN.m ）

作用效应基

本组合

8635.8

239.4 2628.0 9841.7 239.4 2256.9 作用效应标

准值组合 6861.88

177.73 1895.7 7745.8 177.73 1630.6 3.6地基承载力验算

进行地基承载力验算时，采用作用短期效应组合

（一）持力层强度验算

1．基底应力计算 kpa W M A N p 0.3052.42.106

19.22562.42.107.98412

max =??+?=+= kpa W M A N p 5.1542.42.106

19.22562.42.107.98412

min =??-?=-= 2．地基容许承载力确定

kpa h k b k f f a a 394)24.4(100.2350)3()2(][][22110=-??+=-+-+=γγ

3．持力层强度验算

持力层强度验算时，要求[]a R f p γ≤max

][25.10.305max a f p <=，持力层强度满足要求。

（二）软弱下卧层强度验算

1．计算软弱下卧层顶部应力

kpa f h p a z h p a R z 0.210)8.264.267(6328.08.58][)()(21=-?+=≤-++=γγγ

式中σ取距最大应力边为4/b 处的压应力值。

2．计算软弱下卧层顶部的容许承载力

kpa h k b k f f a a 1.204)36(8.95.1160)3()2(][][22110=-??+=-+-+=γγ

3．软弱下卧层强度验算

软弱下卧层强度验算时，要求[]a R z f p γ≤

][25.10.210a z f p <=，软弱下卧层强度满足要求。

3.7基底合力偏心距验算

当基础上承受着作用标准值效应组合或偶然作用标准值效应组合时，在非岩石地基上只要偏心距0e 不超过核心半径ρ即可。 基底合力偏心距m N M e 30.08

.86350.26280===

m b 7.06

==ρ

ρ<0e ，偏心距满足要求。

3.8基础稳定性验算

对于基础稳定性验算时，采用作用效应的标准值组合。

1．基础抗倾覆稳定性验算 m N M e 28.09

.68917.18950=== 基础抗倾覆稳定系数： 3.15.728

.01.200>===e y K ，基础抗倾覆稳定性满足要求。 2．基础滑动稳定验算 2.16.117

.1779.68613.0>=?==T fN K c ，基础滑动稳定性满足要求。 420

80801020142.2

420180

180顺桥向(单位：)横桥向（单位：）

基础构造图

图10-18 基础构造图

4.总结与体会

在这次科技论文写作中，通过在上罗老师的课的过程中学到了科技论文的写作规范及过程，才使我能顺利地写完这篇科技论文，所以对罗老师表示最衷心的感谢。

在做基础工程刚性扩大基础过程中，我对基础工程这门专业课有了更进一步的了解和更深刻的认识，巩固了我的基础知识。

通过对该标段的基础进行勘测得到基本的数据资料和设计资料，然后查规范资料进行设计，这需要对规范的熟读。

总之，在写作过程中我学到了很多知识，对课本也更加熟悉。

5．参考文献

1.唐业清主编土力学基础工程中国铁道出版社 1986.6 第1版

2.冯国栋主编土力学地基与基础中国工业 1964.10第2版

3.林天健等桩基础设计指南中国建筑工业出版社 1999.5第1版

4.杨小平主编土力学及地基基础自学辅导武汉大学出版社 2001.2第1版

5.张振营主编土力学题库及典型题解中国水利水电出版社 2001.9第1版

6.华南工学院、南京工学院、浙江大学、湖南大学合编地基及基础中国建工出版社 1981.6第1版

7.华南工学院、南京工学院、浙江大学、湖南大学合编地基及基础中国建工出版社1991.11第2版

8.华南工学院、南京工学院、浙江大学、湖南大学合编地基及基础中国建工出版社1998.6第3版

9.华南工学院、浙江大学、湖南大学合编基础工程中国建筑工业出版社 2003.7第1版

10.华南工学院、浙江大学、湖南大学合编基础工程中国建筑工业出版社2008.9第2版

11.地基处理工程实例应用手册中国建筑工业 1998.3第1版叶书麟