土木工程专业基础工程25刚性扩大基础的设计与计算
刚性扩大基础
基础工程课程设计计算说明书刚性扩大基础设计计算说明书录一、设计资料 (2)二、桥台及基础构造和拟定的尺寸 ............................................................................................... 3 三、荷载计算 .. (4)（一）、上部构造恒载反力及桥台台身、基础上土重计算 ................................................. 4 （二）土压力计算 . (5)1.台后填土表面无汽车荷载时土压力计算 (5)（三）支座活载反力计算 ............................................................................................................... 8 四、工况分析 (10)（一）桥上有汽车及人群荷载，台后无活载 ..................................................................... 10 （二）桥上有汽车及人群荷载，台后有汽车荷载 ............................................................. 11 （三）桥上无活载，台后无活载 ......................................................................................... 11 （四）桥上无活载，台后有汽车荷载 ................................................................................. 11 （五）无上部构造时 ............................................................................................................. 11 五、地基承载力验算 (11)（一）台前、台后填土对基底产生的附加应力计算 ......................................................... 11 （二）基底压应力计算 ......................................................................................................... 12 （三）地基承载力验算 ......................................................................................................... 13 六、基底偏心距验算 .. (14)（一）仅受永久作用标准值效应组合时，应满足0e ρ≤0.75 ........................................ 14 （二）承受作用标准值效应组合时，应满足0e ρ≤ ......................................................... 15 七、基础稳定性验算 ..................................................................................................................... 15 （一）倾覆稳定性验算 ......................................................................................................... 15 （二）滑动稳定性验算 ......................................................................................................... 16 八、沉降计算 (17)一、设计资料某桥上部结构采用钢筋混凝土T 形梁，标准跨径20.00m ，计算跨径19.60m 。
刚性基础与扩展基础
第二章 刚性基础与扩展基础
FOUNDATION ENGINEERING
刚性基础与扩展基础
2.1
概 述
2.2 基础埋深的选择
2.3 地基承载力
2.4 扩展基础的设计计算
FOUNDATION ENGINEERING
刚性基础与扩展基础
2.1
概 述
2.2 基础埋深的选择
2.3 地基承载力
2.4 扩展基础的设计计算
FOUNDATION ENGINEERING
2-1 概述
第 2-1-1 刚性基础的构造要求 二 章 工程实践中，常采用素混凝上、砖、毛石等材料修筑基础．上 刚 性 基 础 与 扩 展 基 础
述材料的共同特点是具有较大约抗压强度，而抗弯、抗剪强度较 低。 基础的高度相对比较大，几乎不发生挠曲变形，这种由素混 凝土、砖、毛石等材料砌筑、高度由刚性角控制的基础称之为刚 性基础，或称无筋扩展基础。 刚性基础在断面高度变化处容易产生弯曲或剪切破坏，因此 需要通过对基础构造的限制保证基础内的拉应力和剪应力不超过 允许值。这种限制通常是通过刚性角实现，即每个台阶的宽度与 高度的比值不超过规定。
2. 柱下钢筋混凝土独立基础
a）台阶型
b）锥台型
c）杯口型
FOUNDATION ENGINEERING
刚性基础与扩展基础
2.1
概 述
2.2 基础埋深的选择
2.3 地基承载力
2.4 扩展基础的设计计算
FOUNDATION ENGINEERING
2-2 基础埋置深度的选择
第 二 章 刚 性 基 础 与 扩 展 基 础 基础埋置深度一般是指基础底面到室外设计地面的距离，简称 基础埋深。
在满足其他 要求下尽量 浅埋
刚性扩大基础施工方案
刚性扩大基础施工方案摘要：本文旨在介绍和讨论刚性扩大基础施工方案的设计、施工过程以及相关注意事项。
刚性扩大基础是一种常用的土木工程技术，主要用于在需要增加建筑物荷载或改变建筑物布局的情况下，扩大建筑物的基础面积。
本文将重点介绍刚性扩大基础的施工流程和相关技术。
1. 简介刚性扩大基础是一种常用的土木工程技术，其主要目的是增加建筑物的基础面积，以承受更大的荷载或适应建筑物布局的变化。
它适用于建筑物扩建、改造或重建的情况下。
刚性扩大基础通过增加基础的面积来提供更大的支撑面积，从而增加建筑物的稳定性和承载能力。
2. 刚性扩大基础的设计在设计刚性扩大基础时，需要考虑以下几个关键因素：- 承载能力：基础的设计应满足建筑物所需的承载能力，这涉及到确定所需的基础尺寸和深度。
- 地质条件：地质勘察和分析是设计刚性扩大基础的重要一步，以确保基础能够承受地质条件带来的不均匀沉降或差异。
- 建筑物布局：刚性扩大基础应根据建筑物的布局需求进行设计，以确保基础能够适应新的结构布局。
3. 刚性扩大基础的施工流程刚性扩大基础的施工流程包括以下步骤：- 地面准备：在开始施工之前，需要清理和平整施工现场，并检查地面的坚实度和稳定性。
- 基础开挖：根据设计文件的要求，进行基础的开挖，确保基础达到设计要求的深度和尺寸。
- 基础加固：为了增加基础的稳定性，可以采用加固材料，如钢筋和混凝土，以确保基础的承载能力。
- 基础浇筑：一旦基础开挖和加固完成，可以进行基础的浇筑，使用混凝土或其他适当的材料进行施工。
- 基础养护：完成基础浇筑后，需要进行养护，以确保基础有足够的时间来达到所需的强度和稳定性。
4. 刚性扩大基础施工的注意事项在刚性扩大基础的施工过程中，需要注意以下几个方面：- 施工材料选择：根据设计要求，选择适合的施工材料，并确保质量合格。
- 施工工艺和流程：严格按照施工工艺和流程进行施工，以确保基础的质量和稳定性。
- 安全措施：在施工过程中，要注意安全措施，确保施工人员的安全，包括戴好安全帽、穿好防护服等。
刚性扩大基础计算算例
10.4 刚性扩大基础计算算例一、设计资料1、 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; 2、 支座：活动支座采用摆动支座，摩擦系数0.05； 3、 设计荷载：公路-Ⅰ级，人群荷载3.0kN/m 2; 4、 桥墩形式：采用双柱式加悬挑盖梁墩帽（见图）; 5、设计基准风压：0.6 kN/m 2;6、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）139143.5144粉质粘土中密中砂软塑粉质粘土地质水文情况21030301537808010104201801801060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 地质水文情况二、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 。
三、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0m ax 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。
土木工程专业基础工程2-5 刚性扩大基础的设计与计算
• N——基底以上竖向荷载（KN）；
• A——基底面积（m2）；
• M——作用于墩、台上各外力对基底形心轴之力矩
（KN·m） M Ti hi Piei N e0 ,其中Ti为水平力，hi 为水平作用点至基底的距离，Pi为竖向力，ei为竖向力 Pi作用点至基底形心的偏心距，eo为合力偏心距； • W——基底截面模量（m3），对矩形基础，W 1 ab2 A
第二章 天然地基上的浅基础
• 第一节 • 第二节 • 第三节 • 第四节 • 第五节 • 第六节
概述 天然地基上浅基础的类型、构造 基础埋置深度的选择 浅基础的地基承载力的确定 刚性扩大基础的设计与计算 钢筋混凝土扩展基础的设计与计算
第五节 刚性扩大基础的设计与计算
• 刚性扩大基础的设计与计算的主要内容： • 一、基础埋置深度的确定； • 二、刚性扩大基础尺寸的拟定； • 三、地基承载力验算； • 四、基底合力偏心距验算； • 五、基础和地基稳定性验算； • 六、基础沉降验算。 • 七、地基变形验算 • 刚性基础（无筋扩展基础）构造要求
1、持力层强度验算
2、软弱下卧层验算
3、地基容许承载力的验算
1、持力层强度验算
• 持力层是指直接与基底相接触的土层。
持力层承载力验算要求荷载在基底产生
的地基应力不超过持力层的地基容许承
载力。
• 计算式为：p max
min
N A
M W
[ fa]
NM
pmax
min
AW
[ fa]
• p ——基底应力（KPa）；
或宽度 b0 ；
（2）考虑荷载偏心影响，根据偏心距的大小将 A0
或 b0 增大10％～40％作为首次试算尺寸 A 或b ；
刚性扩大基础计算算例
10.4 刚性扩大基础计算算例一、设计资料1、 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; 2、 支座：活动支座采用摆动支座，摩擦系数0.05； 3、 设计荷载：公路-Ⅰ级，人群荷载3.0kN/m 2; 4、 桥墩形式：采用双柱式加悬挑盖梁墩帽（见图）; 5、设计基准风压：0.6 kN/m 2;6、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）139143.5144粉质粘土中密中砂软塑粉质粘土地质水文情况21030301537808010104201801801060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 地质水文情况二、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 。
三、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。
基础工程刚性基础和扩展基础的设计步骤
浅基础
当建筑基础底面下允许有一定厚度的冻土层，可按下式计算基
础的最小埋深
dmin zd hmax
zd z0 zs zw ze
浅基础
冻结深度：某一地区的土层经多年实测在天然低气温下呈冻 结状态的最大深度。
冻结深度 = 冻层厚度？ 因为自然地面是随冻涨量的加大而逐渐上抬的，所以
设计基础埋深时的冻结深度=冻层厚度-冻涨量 即确定冻深时是自冻前原自然地面算起。
•基础工程
刚性基础和扩展基础的设计步骤
学习要求、基本内容
本次课的主要问题：
• 刚性基础和扩展基础的设计步骤
浅基础
• 地基土冻胀和融陷的影响
季节性冻土是一年内冻融交替出现的土层。 基础埋置的深度一般应大于冻结深度(冰冻线以下200mm)。 土的冻结深度即冰冻线，可由当地气象部门得知。如哈尔滨 为2m，沈阳为1.5m， 北京为0.85m，郑州 为0.20m，上海为0.1 m。当冻土深度小于 0.5m时，基础埋深即 不受其影响。
• 采用锥形基础时，其边缘高度不宜<200mm，顶部每边 应沿柱边放出50mm。
浅基础
• 受力筋应双向配置。现浇柱的纵向钢筋可通过插筋锚 入基础中。插筋的数量、直径、种类应与柱内纵向钢 筋相同。插入基础的钢筋，上下至少应有两道箍筋固 定。
插筋的下端宜作成直 钩放在基础底板钢筋 网上。当柱为轴心受 压或小偏心受压，h 1200mm或柱为大偏 心受压，h1400mm， 可仅将四角的插筋伸 至底板钢筋网上，其 余按锚固长度确定。
• 偏心受压基础 偏心受压基础底板厚度和配筋计算与轴心受压基础基本相 同，但上式中pn由pmax和I-I截面(根部)的净反力pnI的平均值代换。
I
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第3讲-刚性基础与扩展基础(4课时)PPT优秀课件
24
第二章 刚性基础与扩展基础
2.3 地基承载力—基本验算
《建筑地基基础设计规范》要求:
pk f a pk max 1.2 f a
pk—相应于荷载效应标准组合时基底平均总压力 pkmax—相应于荷载效应标准组合时基底边缘最大总压力
fa —修正后的地基承载力特征值
《公路桥涵地基与基础设计规范》要求：
深不同的分段长度不宜小于1m，底面标高差异不宜大于0.5m； 当基础埋置在易风化的软质岩层上时，施工时应在基坑开挖之后立即铺垫层，以免岩层暴露时
间过长而被风化； 基础在风化岩层中的埋置深根据岩层的风化程度、冲刷深度及相应的承载力确定。如岩层表面
倾斜时，应尽量避免将基础的一部分置于基岩上，而另一部分置于土层中，一方基础由于不均 匀沉降而发生倾斜甚至断裂。在陡坡上修建桥台时，还应注意岩体的稳定性。
第二章 刚性基础与扩展基础
2.2 基础埋置深度的选择
——场地环境条件
若满足图示（b≤3m，a≥2.5m b是垂直 于坡顶边缘线的基础底面边长，a是基 础地面边缘线至坡顶的水平距离，个 基础的a值均匀满足相应要求）则
条形基础
a3.5bd/tan
矩形基础
a2.5bd/tan
不满足要求时，应进行地基稳定性验 算
2.2 基础埋置深度的选择 ——水文地质条件
图2.9 基坑下埋藏有承压含水层的情况
u w h ,i z i ,i 取 或 s , u a /t 0 . 7
2020/12/31
邵阳学院城市建设系土木工程专业
21
第二章 刚性基础与扩展基础
2.2 基础埋置深度的选择
——地基冻融条件
冻胀机理，冰体积大于水 冻胀现象，冻胀、融沉 影响冻胀的因素（土类、地下水位及气温） 冻融条件考虑
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一、基础埋置深度的确定
• 在确定基础埋置深度时，必须考虑把基础设置在变形较小， 而强度又比较大的持力层上，以保证地基强度满足要求，而 且不致产生过大的沉降或沉降差。此外还要使基础有足够的 埋置深度，以保证基础的稳定性，确保基础的安全。确定基 础的埋置深度时，必须综合考虑以下各种因素的作用：
• 1.与建筑物有关的条件；
• M——作用于墩、台上各外力对基底形心轴之力矩 （KN·m）M Ti hi Piei ,其N中 eT0 i为水平力，hi为水平 作用点至基底的距离，Pi为竖向力，ei为竖向力Pi作用 点至基底形心的偏心距，eo为合力偏心距；
• W——基底截面模量（m3），对矩形基础W， 1 ab2 A
6
ρ为基底核心半径；
Pk fa
Fk G Ad Afa
A
Fk
fa Gd
条基－单位长度，确定基础宽度
Fk Gbd bfa
b Fk b确定后，确定h
fa Gd
例：刚性基础，据刚性角要求有
tg (b b0 ) / 2 tg
h
h
b b0
2tg
FK
h
b0 b
２．偏心荷载
以柱下独立基础为例
（1）按中心受荷确定基底面积A0
l b 选定的 和 合适；如不满足要求或基底尺寸选择太大，
l 则需重新调整 和 再进行验b 算。如此反复一、二次，
便可定出合适的尺寸。
基底尺寸确定示例： Fk
１．中心荷载
以柱基础为例 （1）底面积A的确定
Gk
*荷载Fk+Gk Gk=AGd, G是基础加回填土容重=20KN/m3
*承载力特征值fa
*基底面积
• 2、作用在地基上的荷载大小和性质；
• 3.工程地质条件和水文地质条件；
• 4、相邻建筑物的基础埋深；
• 5、地基土冻胀和融陷的影响；
• 6、场地环境条件。
• 施工技术条件（施工设备、排水条件、支撑要求等）及经济 分析等对基础埋深也有一定影响，这些因素也应考虑。
• 上述影响基础埋深的因素不仅适用于天然地基上的浅基础， 有些因素也适用于其它类型的基础（如沉井基础）。
宽度 ；b0
（2）考虑荷载偏心影响，根据偏心距的大小将 A 0
或 b0增大10％～40％作为首次试算尺寸 A或 b；
（3）根据A的大小初步选定矩形基础的底面边长 和；
lb
l e • （4）根据已选定的 和 b验算偏心距 和基底边缘最
大压力；
• （5）如满足 pk fa 或稍有富余，则 pk max 1.2 fa
1、持力层强度验算
• 持力层是指直接与基底相接触的土层。
持力层承载力验算要求荷载在基底产生
的地基应力不超过持力层的地基容许承
载力。
• 计算式为：p max
min
N A
M W
[ fa]
NM
p max
min
AW
[ fa]
• p——基底应力（KPa）；
• N——基底以上竖向荷载（KN）；
• A——基底面积（m2）；
二、刚性扩大基础尺寸的拟定
• 主要根据基础埋置深度确定基础平面尺寸 和基础分层厚度。
• 所拟定的基础尺寸，应是在可能的最不利 荷载组合的条件下，能保证基础本身有足 够的结构强度，并能使地基与基础的承载 力和稳定性均能满足规定要求，并且是经 济合理的。
• 基础剖面尺寸：刚性扩大基础的剖面形式一 般做成矩形或台阶形，如图2-18所示。自
第二章 天然地基上的浅基础
• 第一节 概述 • 第二节 天然地基上浅基的确定 • 第五节 刚性扩大基础的设计与计算 • 第六节 钢筋混凝土扩展基础的设计与计算
第五节 刚性扩大基础的设计与计算
• 刚性扩大基础的设计与计算的主要内容： • 一、基础埋置深度的确定； • 二、刚性扩大基础尺寸的拟定； • 三、地基承载力验算； • 四、基底合力偏心距验算； • 五、基础和地基稳定性验算； • 六、基础沉降验算。 • 七、地基变形验算 • 刚性基础（无筋扩展基础）构造要求
墩、台身底边缘至基顶边缘距离c1称襟边，
其作用一方面是扩大基底面积增加基础承载 力，同时也便于调整基础施工时在平面尺寸 上可能发生的误差，也为了支立墩、台身模 板的需要。其值应视基底面积的要求、基础 厚度及施工方法而定。桥梁墩台基础襟边最 小值为20cm～30cm。
• 基础较厚（超过1m以上）时，可将基础的 剖面浇砌成台阶形，如图2-18所示。
图2-18 刚性扩大基础剖面、平面图
基础悬出总长度（包括襟边与台阶宽度之和）：应 使悬出部分在基底反力作用下，在a-a截面（图218b）所产生的弯曲拉力和剪应力不超过基础圬工 的强度限值。所以满足上述要求时，就可得到自墩 台身边缘处的垂线与基底边缘的联线间的最大夹角
max，称为刚性角。在设计时，应使每个台阶宽 度 ci 与 厚 度 ti 保 持 在 一 定 比 例 内 ， 使 其 夹 角 i≤max，这时可认为属刚性基础，不必对基础
进行弯曲拉应力和剪应力的强度验算，在基础中也
可不设置受力钢筋。刚性角max的数值是与基础
所用的圬工材料强度有关。
基础每层台阶高度ti，通常为0.50m～1.00m，在
一般情况下各层台阶宜采用相同厚度。
图2-18 刚性扩大基础剖面、平面图
基础底面尺寸的确定步骤
1、对于轴心荷载作用时，利用公式可直接求得基 础底面积或基础底面宽度。 2、对于偏心荷载作用时，步骤如下： （1）先按轴心荷载作用的情况预估基底面积 A或0
•[ fa—] —基底处持力层地基容许承载力（KPa）。
1）、持力层的验算
1、轴心荷载作用 基础底面的压力，应符合下式要求：
pk fa
式中： pk--相应于荷载效应标准组合时，基础底面
处的平均压力值；
-f-a修正后的地基承载力特征值。
如图所示一单独基础，其埋深为d，承受作用 于基础顶面且通过基础底面中心的竖向荷载Fk， 基础底面积为A，基底平均压力表示为：
A0
Fk
fa Gd
（2）考虑偏心影响大小，将A0扩大，
得：A=(1.1～1.4) A0 ， 根据A进行地
基承载力验算，初步确定b和l.
FK MK
e FK+GK
三、地基承载力验算
地基承载力验算包括：持力层强度验算，软 弱下卧层验算和地基容许承载力的确定。
1、持力层强度验算
2、软弱下卧层验算
3、地基容许承载力的验算