1、基础工程课程设计计算书桥台扩大基础设计docx.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 1203110210.一、设计资料 1二、设计资料分析三、荷载计算及组合 3 41、 台自重及上部构造恒 算42、土 力 算53、 支座活 反力 算84、支座摩阻力 算105、荷 合11四、地基承载力验算 131、台前、台后填土 基底 生的附加 力 算132、基底 力 算 133、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171、 覆 定性 算172、滑 定性 算18八、结论 19.一、设计资料1、基本概况某桥上
2、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+21.0m，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 - 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， 1 25.00kN / 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）， 2 23 .00kN / m3 基础 用 15 号素 混凝 土浇 筑，3 24.00kN / m 3 ；台后及溜坡填土 4 17.00kN / m 3 ；填土的内摩擦
3、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 C15C20，钢筋为、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/m 2 ）擦角（m）比(t / m3 )指数0eLP数ILIP3.23.62619.700.72.724424200.100.15552046.46.82819
4、.100.82.713319150.60.26201623、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=0.751.0。.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1179.178129.51-2371.30（一）1221.378129.51-2740.18附加主要1421.537854.90-3683.11（二）1463.737854.90-4051.99附加主要1421.537620.87-3835.24（三）1463.737620.87
5、-4204.12附加（四）1482.287640.02-4110.24（五）1179.178380.24-2208.32（六）1179.176696.44-3302.79二、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Ca1-2Es1-2m限指数指数3kPa度MPa-1MPa1 硬塑粘土 6.5 26 19.7 0.74 2.72 44 20 0.1 55 20 0.15 11.6软塑亚2 4.1 28 19.1 0.82 2.71 34
6、15 0.6 20 16 0.26 7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max 40 。基础的扩散角为：tan 1 0.838.66max401.0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
7、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=0.5 0.2 24 0.5 (0.35+0.7) 25.00 2=63.00kN, 弯矩W4=63.00 2.55=1
8、60.65kN.m；竖向力 F5=1.66 1.25 7.7 25.00=399.44kN, 弯矩 M5=399.441.125=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=1217.561.125=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
9、 ；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) 2.65-0.5 1.85 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 3.9 217.00=682.10kN, 弯矩M11=682.10（ -0.07 ）=-47.75kN.m ；竖向力 F12=0.5 0.4 4.3 217.00=29.24kN, 弯矩 M12=
10、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 。、上部构造恒载计算：上部构造恒载取值 F14=1100kN,弯矩 W13=11000.65=715.00kN.m 。综上所述，恒载竖向力之和 Fi 7017.98kN ，弯矩 M i 1512.91kN m2、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 、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：Ea 1
11、 B a 4 H 22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 17 KN / 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：acos2 ()2cos2cos() 1sin()sin()cos()cos()cos2 350.2472cos17.51sin 52.5 sin 35cos17.5则： Ea0.517102 7.70.2471616.62( KN )其水平向分力：Eax Ea cos()1616.62cos17.501541.80( KN )离基础底面的距离：10ey 3.33
12、(m)3对基底形心轴的力矩：M ax Eaxey 1541.80 3.33 5134.20( KN m)其竖直向分力：Eay Ea sin() 1616.62 sin17.50486.13( KN )作用点离基础形心轴的距离：ex 2.15 0.4 1.75( m)对基底形心轴的力矩：M ay 486.13 1.75 850.73( KN m) 、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：Qh0B0 L式中： Q布置在 B0 L 范围内的车轮总重， Q为每辆标准汽车总重 550kN；B 0不计车辆荷载作用时破裂棱体的宽度，
13、m；L挡土墙的计算长度， m；. 墙后填土重度， kN m3 。其中：52.5tantan(cottan)(tantan ) 0.583B0( Ha) tanH tanb(100)0.58310005.83m在破坏棱体长度范围内只能放一列汽车，因是双车道，所以：h0Q25502B0L5.837.70.721m17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：Ea1H (2h H )Ba11710(2 0.721 10) 7.7 0.247 1849.73(kN )22其水平向分力：Eax Ea cos() 1849.73 cos17.501764.12(kN )作用点离基础底面的距离：1
14、01030.721ey1023.54(m)30.721对基底形心轴的力矩：M ax 1764.12 3.54 6244.98(kN / m)其竖直向分力：Eay Ea sin() 1849.73 sin17.50556.22(kN )作用点离基础形心轴的距离：ex 2.15 0.4 1.75( m)对基底形心轴的力矩：M ay 556.22 1.75 973.39(kN m)、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 H105.86.13m, ，1.5若取35 （土与
15、土之间的摩擦角），主动土压力系数：acos2 ()2cos2cos() 1sin()sin()cos()cos()cos2 350.180sin 702cos351sin 68.69cos35cos33.69Ea1H 2 B a1176.1327.70.18442.69(kN )22其水平向分力：EaxEa cos()442.69cos17.50422.20( kN )离基础底面的距离：ey6.132.04( m)3对基底形心轴的力矩：M ex 422.20 2.04 861.29( kN m)其竖直向分力：Eay Ea sin() 442.69 sin17.50133.12( kN)作用点离
16、基础形心轴的距离：ey 2.15(m)对基底形心轴的力矩：M ey133.12 2.15286.21(kN m)6、支座活载反力计算支座反力计算考虑如下三种情况。、台后无荷载，桥上有汽车及人群荷载）汽车及人群荷载反力： 公路 - 级车道荷载的均布荷载标准值qk 10.5kN/m 2 ，集中荷载随计算跨径而变，计算跨径小于或等于 5 m 时，.PK 180kN ；计算跨径大于或等于50m时， PK 360kN；计算跨径在 5-50m 时，PK 按照直线内插求取。人群荷载3.5kN/m2。则：(360180)(19.55)238kNPk 180505桥跨上的汽车荷载如图所示，荷载布置图如下：图2汽
17、车荷载支座反力：R1 2 (qkPk y)2(10.5119.51 238 1) 680.76kN2人群荷载支座反力：R12(3.51119.5)68.25kN2支座反力作用点距离基底形心轴的距离：er1 2.15 1.5 0.65m对基底形心轴的力矩：M R1 (680.76 68.25) 0.65 486.86kN / m）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：(10.5 19.5 238) 10% 44.28kN 165kN则制动力取值为： H=1650.25
18、=41.25kN 。.、台后桥上均有荷载，车辆荷载在台后）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：R1 2 (qkPk y) 2 (10.5 119.5 1 238 1) 680.76kN2人群荷载支座反力：R12(3.51119.5)68.25kN2对基底形心轴的力矩：M R1 (680.76 68.25) 0.65 486.86kN / m）汽车荷载制动力：根据上面分析，汽车制动力 H=41.25kN4、支座摩阻力计算取摆动支
19、座摩擦系数 f 0.05 ，则支座摩阻力：F P恒 f 1100 0.05 55kN对基底形心轴的弯矩：M F 55 8.7 478.50kN m （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
20、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
21、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 (kN m)台身、基础 竖向力 (kN )2自重与基础上土重 弯矩 (kN m)汽车荷载引 竖向力 (kN )3起的支座反力弯矩 (kN m)人群荷载引 竖向力 (kN )4起的支座反力弯矩 (kN m)力(kN )5台后土压力弯矩 (kN m)力 (kN )台前溜坡土6压力弯矩 (kN m)支座摩阻力 水平力 (kN )7取与台后土压力同向 弯矩 (kN m)水平力 (kN )8 组合 竖直力 (kN )弯矩 (kN m)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1100110011001100715.00715.00715.00715.005917.985917.985917.985917.985917.98797.91797.91797.91797.91797.91680.76 680.76442.49 442.4968.25 68.2544.3644.36水平： 1541.80水平 1764.12水平： 1541.80水平 1764.12水平： 1541.8
