刚性扩大基础设计

对于大、中桥基础的基底在设计洪水冲刷总深 度以下的最小埋置深度，建议根据桥梁大小、技术 的复杂性和重要性，参照下表采用。
冲刷总深度(m) 最小埋置深度(m) 桥梁类型 一 般 桥 梁
0
<3
≥3
≥8
≥15
≥2 0 3.5 4.0
1.0 1.5
1.5 2.0
2.0 2.5
2.5 3.0
3.0 3.5
技术复杂修复困难的特大桥及其它重 要大桥
基底应力分布图
偏心竖直力作用在任意点
讨论:
对于曲线桥，计算基底应力时，应按下式计算：
p max
min
N Mx My γR [ f a ] A Wx Wy
软弱下卧层承载力验算
当受压层范围内地基为多层土，且持力层以 下有软弱下卧层，这时还应验算软弱下卧层的承 载力，验算时先计算软弱下卧层顶面（在基底形 心轴下）的应力（包括自重应力及附加力） ，不 得大于该处地基土的容许承载力。即:
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。 基底应力分布公式如下 (由于浅基础埋置深 度小，在计算中可不计基础四周土的摩阻力和弹 性抗力的作用) 。
p max
min
N M γR [ f a ] A W
σ σ σ σ σ
现举一简例来说明如何较合理地确定基础埋 置深度和选择持力层。
11.0 常水位 9.0 河底 8.0 7.0 一般冲刷线 最大冲刷线
(Ⅰ)硬塑亚粘土
(Ⅱ)软粘土 ［σ 0］=100kPa (Ⅲ)硬塑粘土 ［σ 0］=300kPa
-1.0
-5.0 (Ⅰ)硬塑亚粘土 ［σ 0］=250kPa
刚性扩大基础
冲刷的基本概念: 洪水冲刷后，整个河床面要下降，这叫一般冲刷. 被冲下去的深度叫一般冲刷深度. 同时由于桥墩的阻水作用，使洪水在桥墩四周冲 出一个深坑，这叫局部冲刷.
原河床面 一般冲刷 局部冲刷
河流的冲刷作用
在有冲刷的河流中，为了防止桥梁墩、 台基础四周和基底下土层被水流掏空冲走 以致倒塌，基础必须埋置在设计洪水的最 大冲刷线以下不小于1m。特别是在山区和 丘陵地区的河流，更应注意考虑季节性洪 水的冲刷作用。
设计原则:

非岩石地基 :以不出现拉应力为原则，当墩、 台仅受恒载作用时，基底合力偏心距 e0 应分别不 大于基底核心半径的0.1倍（桥墩）和0.75倍（桥 台）；当墩、台受荷载标准值组合时，一般只要 求基底偏心距e0不超过核心半径即可。

岩石地基:可以允许出现拉应力，根据岩石的 强 度 ， 合 力 偏 心 距 e0 最 大 可 为 基 底 核 心 半 径 的 1.2～1.5倍，以保证必要的安全储备。
pZ 1 (h z) ( p 2h) R [ f a ]
h
σ
γ 2h p0=σ -γ h
2
附加应力线
z
A
α P0 γ 1(h+z） 土自重 应力线 软弱下卧层
四、基底合力偏心距验算
目的:
尽可能使基底应力分布比较均匀，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 。
l tan 0 []
地基土的沉降可根据土的压缩特性指标按 《公桥基规》的单向应力分层总和法（用沉降 计算经验系数ms修正）计算。对于公路桥梁， 基础上结构重力和土重力作用对沉降是主要的， 汽车等活载作用时间短暂，对沉降影响小，所 以在沉降计算中不予考虑。
在设计时，为了防止由于偏心荷载使同一基础两侧 产生较大的不均匀沉降，而导致结构物倾斜和造成墩、 台顶面发生过大的水平位移等后果。对于较低的墩、台 可用限制基础上合力偏心距的方法来解决；对于结构物 较高，土质又较差或上部为超静定结构物时，则须验算 基础的倾斜，从而保证建筑物顶面的水平位移控制在容 许范围以内。
沉井基础
h3
1.0
h2
［σ 0］=250kPa
h1
桩基础
a)
b)
c)
二、刚性扩大基础尺寸的拟定
基础厚度 基础平面尺寸 基础剖面尺寸
c2 a
h
c1 αa a
H
a/2
a)
l/2
d b
刚性扩大基础立面、平面图
b)
t3 t2 t1
α
H
a
h
c1
基础厚度
应根据墩、台身结构形式，荷载大小，选用的 基础材料等因素来确定。 基底标高应按基础埋深的要求确定。水中基础 顶面一般不高于最低水位，在季节性流水的河流或 旱地上的桥梁墩、台基础，则不宜高出地面，以防 碰损。这样，基础厚度可按上述要求所确定的基础 底面和顶面标高求得。
非岩石地基: 如受压层范围内为均质土，基础埋置深度除满足 冲刷、冻胀等要求外，可根据荷载大小，由地基 土的承载能力和沉降特性来确定（同时考虑基础 需要的最小埋深）。 当地质条件较复杂如地层为多层土组成等或对大 中型桥梁及其它建筑物基础持力层的选定，应通 过较详细计算或方案比较后确定。
河流的冲刷深度
基础滑动稳定性验算
基础在水平推力作用下沿基础底面滑动的可 能性即基础抗滑动安全度的大小，可用基底与土 之间的摩擦阻力和水平推力的比值 Kc 来表示， Kc 称为抗滑动稳定系数。即
Kc
Pi H ip
H ia
Kc——为抗滑动稳定系数，必须大于规范规定的设计 容许值，一般根据荷载性质，Kc≥1.2～1.3。
基础平面尺寸 基础平面形式一般应考虑墩、台身底 面的形状而确定，基础平面形状常用矩形。 基础底面长宽尺寸与高度有如下的关系式：
长度(横桥向) 宽度(顺桥向)
a l 2 H tan b d 2 H tan
三、地基承载力验算 持力层强度验算 软弱下卧层承载力验算

对于下列情况，则必须验算基础的沉降
• 1．修建在地质情况复杂、地层分布不均或强度较 小的软粘土地基及湿陷性黄土上的基础； • 2．修建在非岩石地基上的拱桥、连续梁桥等超静 定结构的基础； • 3．当相邻基础下地基土强度有显著不同或相邻 跨度相差悬殊而必须考虑其沉降差时； • 4．对于跨线桥、跨线渡槽要保证桥（或槽）下 净空高度时。
基底应力分布图
N M e0 N
b
σ
σ
min
σ σ
max
max
σ
b' N K
max
五、基础稳定性和地基稳定性验算
基础倾覆稳定性验算
基础稳定性验算
基础滑动稳定性验算
地基稳定性验算
基础倾覆稳定性验算
基础倾覆稳定性与合力的偏心距有关。合 力偏心距愈大，则基础抗倾覆的安全储备愈小， 如下图所示，因此，在设计时，可以用限制合 力偏心距e0来保证基础的倾覆稳定性。
当地的冻结深度
为了保证建筑物不受地基土季节性冻胀的影响， 除地基为非冻胀性土外，基础底面应埋置在天然最大 冻结线以下一定深度。 《公桥基规》规定，当上部结构为超静定结构时，基 底应埋置在最深冻结线以下不小于0.25m； 对静定结构的基础，一般也按此要求，但在冻结较深 地区，为了减少基础埋深，有些类别的冻土经计算后 也可将基底置于最大冻结线以上。
上部结构型式
对中、小跨度简支梁桥来说，这项因素对 确定基础的埋置深度影响不大。但对超静定结 构即使基础发生较小的不均匀沉降也会使内力 产生一定变化。
当地的地形条件
当墩台、挡土墙等结
构位于较陡的土坡上， 在确定基础埋深时， 还应考虑土坡连同结 构物基础一起滑动的 稳定性。
当地基为倾斜土坡时，应结合实际情况，对地基
h1
h2
刚性扩大基础
沉井基础
h3
桩基础
a)
b)
基础埋深的不同方案 基础埋深的不同方案
c)
地基的地质条件
岩石地基: 覆盖土层较薄时，一般应清除覆盖土和风化层后， 将基础直接修建在新鲜岩面上； 如岩石的风化层很厚，难以全部清除时，基础放在 风化层中的埋置深度应根据其风化程度、冲刷深度及 相应的容许承载力来确定。 如岩层表面倾斜时，不得将基础的一部分置于岩层 上，而另一部分则置于土层上。在陡峭山坡上修建桥 台时，还应注意岩体的稳定性。
地基稳定性验算
• 位于软土地基上较高的桥台需验算桥台沿滑裂 曲面滑动的稳定性； • 基底下地基如在不深处有软弱夹层时，在台后 土推力作用下，基础也有可能沿软弱夹层土的 层面滑动； • 在较陡的土质斜坡上的桥台、挡土墙也有滑动 的可能。
h
i
a)
α
α
基础抗倾覆措施
α
六、基础沉降验算
基础的沉降主要由竖向荷载作用下土层的压 缩变形引起。沉降量过大将影响结构物的正常使 用和安全，应加以限制。在确定一般土质的地基 容许承载力时，已考虑这一变形的因素，所以修 建在一般土质条件下的中、小型桥梁的基础，只 要满足了地基的强度要求，地基（基础）的沉降 也就满足要求。
容许承载力适当折减。
h
s l
b
D
D
l
bHale Waihona Puke αα 若基础位于较陡的岩体上，可将基础做成台阶形，
但要注意岩体的稳定性。
h
保证持力层稳定所需的最小埋置深度
地表土的性质是不稳定的。人类和动物的活动以及
植物的生长作用，也会影响其强度和稳定，所以一 般地表土不宜作为持力层.为了保证地基和基础的 稳定性，基础的埋置深度（除岩石地基外）应在天 然地面或无冲刷河底以下不小于1m。 在确定基础埋置深度时，还应考虑相邻建筑物的影 响。
p1 p1
y K0 e0
e1
p2
e2
T1
y
T2
h1
Ⅰ
e0
A