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1、土木工程学院岩土工程系,1,第二章 浅基础,土木工程学院岩土工程系,2,内容提要,21概述22基础的埋置深度23基础上的荷载24浅基础的设计计算25涵洞基础设计26浅基础的施工,土木工程学院岩土工程系,3,21概述,一、什么是浅基础,浅基础也称扩大基础或明挖基础，是在原地面直接开挖修筑的一种桥涵基础，一般以片石（块石）、片石混凝土、素混凝土或钢筋混凝土建造。,土木工程学院岩土工程系,4,浅基础的特点： （1）施工简单。 （2）造价低。 （3）稳定性好。 （4）能承受较大荷载。,土木工程学院岩土工程系,5,土木工程学院岩土工程系,6,二、浅基础的设计内容及设计思路,（1）确定基础圬工类型及立面形
2、式。 （2）拟定基础的埋置深度和基础的平面尺寸。 （3）进行荷载计算及荷载组合。 （4）进行必要的检算。,设计内容,土木工程学院岩土工程系,7,设计流程,土木工程学院岩土工程系,8,三、设计所需资料,（1）线路、桥梁及墩台资料 包括线路等级、线路平面及纵断面设计，桥孔布置，桥跨结构的具体情况，桥跨及其上部附属结构的重量，墩台材料及尺寸等。 （2）地形资料 包括包括中线处的河床纵断面、水流方向等。 （3）水文、气象资料 包括设计频率水位、常水位、施工水位、低水位，设计频率水位和施工水位的流速与流量，冲刷深度，洪水季节和施工季节，当地最大风速、气温及冻结深度等。 （4）工程地质资料 包括钻孔柱状图
3、、地质剖面图，图上应标明各土层的厚度及物理、力学性质、土中有无大孤石、岩面标高及其产状，基岩中有无断层、溶洞、破碎带等。 （5）其他资料 包括工期要求，施工设备及技术条件，当地料源、交通、电力等供应情况。,土层分布，水平位置和深度 每层土物理力学性质 e ,c Es 地下水位置及性质Ground water 其他地质问题：古滑坡，古墓，洞穴，老河道古井,杂填,泥炭,粉质粘土,粘土,砂砾石,柱状图,地质剖面图,土木工程学院岩土工程系,11,四、设计要求,（1）基础本身的强度不得超限。 （2）地基（包括地基持力层和软弱下卧层）强度不得超限。 （3）基础倾斜不得过大，基底合力偏心距应小于容许值。 （
4、4）基础不得倾倒及滑走。 （5）对于超静定的连续梁、拱桥结构等需要计算基础的沉降或沉降差是否超限。当墩身很高时，还需要检算墩台顶的水平位移是否超限。 （6）当墩台修筑在较陡的土坡上，或桥台修筑于软土上且台后填土较高时，还应检算墩台连同土坡的滑动稳定性。 （7）基础要耐久可靠。,土木工程学院岩土工程系,12,五、浅基础的构造要求,材料要求,从经久耐用和便于施工的角度考虑，桥梁浅基础通常采用素混凝土，混凝土的强度等级应不低于C15；当采用浆砌片石或块石基础时，石料的强度等级不应小于MU40，砂浆的强度等级不得小于M10。,土木工程学院岩土工程系,13,基础的立面形状及厚度,刚性角要求： 混凝土基础
5、的容许刚性角为45o。 浅基础可做成一层或多层，每一层的厚度不宜小于1.0m，均需要满足容许刚性角的要求。,土木工程学院岩土工程系,14,22基础的埋置深度,一、什么是基础的埋置深度,土木工程学院岩土工程系,15,（1）从保证持力层不受外界破坏因素的影响考虑，基础埋深不得小于按各种破坏因素而定的最小埋深。 （2）从满足各项力学检算的要求考虑，在最小埋深以下各土层中找一个埋得较浅、压缩性较低、强度较高的土层作为持力层。,二、基础的埋置深度确定原则,土木工程学院岩土工程系,16,三、基础的最小埋置深度,（1）保证地基持力层的稳定。 一般情况下基础的最小埋置深度为2m，特殊困难情况下最小埋置深度不得
6、小于1m。,（2）河流冲刷的影响。,陇海线灞河大桥被洪水冲毁,土木工程学院岩土工程系,17,（3）季节性冻融的影响。 除不冻胀土外，对于冻胀、强冻胀和特强冻胀土应在冻结线以下不小于0.25m；对于弱冻胀土，不应小于冻结深度。,土木工程学院岩土工程系,18,四、常见地基持力层的确定方法,（1）对于覆盖层较薄（包括风化岩层）的岩石地基，一般应清除覆土和风化岩层，将基础直接修建在新鲜岩面上。 （2）对于风化层很厚难以全部清除的岩层，基础放在风化层中的位置应根据其风化程度及相应的容许承载力确定。 （3）当基础置于非岩石地基上，如受压范围内为均质土，基础埋置深度主要根据荷载大小、地基土的容许承载力来确定
7、。 （4）当地层为多种土层交错分布时，可能有不止一层土作为持力层，这就需要综合技术、经济、施工等多方面的因素进行比较，选出一个最佳方案。,土木工程学院岩土工程系,19,五、确定基础埋置深度的注意事项,（1）基础不应设置在软硬不均匀的地基上。 （2）墩台基础位置应避开断层、滑坡、挤压破碎带、石灰岩溶洞及溶沟、黄土陷穴与暗洞或局部软弱地基等不良地质。 （3）陡峭山坡上修建墩台时应注意基础下岩体的稳定。 （4）靠近陡峭岩壁下的河槽边墩，应避免将基础穿越经水下河床的山坡落石堆积层。 （5）在岩面倾斜且抽水困难的地基上，不宜采用明挖基础。,土木工程学院岩土工程系,20,23基础上的荷载,铁路桥规 主力
8、附加力 特殊荷载,公路桥规 永久作用 可变作用 偶然作用,荷载组合,荷载分类,土木工程学院岩土工程系,21,主力是永久性或经常性作用的荷载。包括恒载和活载。,一、主力,恒载 （1）结构构件及附属设备自重 （2）恒载土压力 （3）浮力 （4）混凝土收缩和徐变的影响,活载 （1）列车竖向静活载 （2）离心力 （3）活载土压力 （4）横向摇摆力,【例题1】,【例题2】,土木工程学院岩土工程系,22,土木工程学院岩土工程系,23,作用于桥台背面的土压力按库仑主动土压力计算。 作用于墩台前面的土压力如果不受冲刷影响，则在计算滑动稳定时，按静止土压力计算。,土木工程学院岩土工程系,24,对于存在静水压力的
9、透水性岩土，如砂土、碎石土、粉土、破碎或裂隙严重的岩石等，应计算水浮力。 对于黏土和完整岩石（包括节理发育的岩石），可不计算水浮力。 对于粉质黏土和其他不能肯定是否透水的地基，应分别按透水与不透水两种情况检算，并取其不利者。,计算水浮力时水位的选取：当检算稳定性时，应考虑设计频率水位的水浮力；当计算基底应力或基底偏心时，只考虑常水位（包括地表水或地下水）的水浮力。,土木工程学院岩土工程系,25,土木工程学院岩土工程系,26,土木工程学院岩土工程系,27,土木工程学院岩土工程系,28,土木工程学院岩土工程系,29,土木工程学院岩土工程系,30,活载标准图式,土木工程学院岩土工程系,31,土木工程
10、学院岩土工程系,32,中活载标准图式,土木工程学院岩土工程系,33,ZK标准活载图式（二）,ZK标准活载图式（一）,土木工程学院岩土工程系,34,加载图式,桥墩： 单孔重载 单孔轻载 双孔重载 双孔空车活载,桥台： 活载情况I 活载情况Ia 活载情况I I 活载情况 I I a,土木工程学院岩土工程系,35,单孔重载：指仅在一孔梁上布满活载，并使5个集中荷载位于所要检算的桥墩一侧。这种加载方式能对桥墩产生最大的竖向偏心压力和较大的纵向水平力。,土木工程学院岩土工程系,36,单孔轻载：也是仅在一孔梁上布满活载，但集中荷载位于梁的另一端。这种加载方式对桥墩的竖向偏心压力比单孔重载小，但其纵向水平力
11、与单孔重载相同。,土木工程学院岩土工程系,37,双孔重载：指在与检算桥墩相邻的两孔梁上都布置活载，使桥墩上两个支座反力之和达到最大值。由结构力学原理可知，如果相邻两孔梁的跨度分别为L1和L2，两孔梁上的活载分别为G1和G2，则当G1L1G2L2时，中墩的支座反力为最大。由此可求得加载图式中x的值。,土木工程学院岩土工程系,38,双孔空车活载：指两孔梁上均是满布空车的活载，空车竖向静活载按每线路10kN/m计算。,土木工程学院岩土工程系,39,土木工程学院岩土工程系,40,离心力,离心力指列车在曲线上产生的倾向曲线外侧的水平力。,大小,方向,作用点位于车辆重心处，假定车辆重心位于钢轨面以上2.0
12、m处。,土木工程学院岩土工程系,41,活载土压力,活载土压力指列车在桥台后破坏棱体上产生的侧向土压力。可根据库伦土压力理论计算恒载土压力的原则，把活载引起的台背土压力看作超载，换算成当量土层厚度，按照库伦土压力理论进行分析。,土木工程学院岩土工程系,42,横向摇摆力,列车蛇行运动、机车各部分产生的动力不对称作用、车轮轮缘的损伤、轮轴不位于车轮中心处以及机车车辆振动作用及轨道不平顺都会使列车在行进中发生左右摇摆，产生作用于轨面的横向摇摆力。其中蛇行运动是引起列车横向摇摆力的主要因素。横向摇摆力一般取为100kN，作为一个集中荷载取最不利位置，以水平方向垂直线路中心线作用于钢轨顶面。,土木工程学院
13、岩土工程系,43,土木工程学院岩土工程系,44,土木工程学院岩土工程系,45,土木工程学院岩土工程系,46,土木工程学院岩土工程系,47,土木工程学院岩土工程系,48,土木工程学院岩土工程系,49,二、附加力,（1）制动力或牵引力 （2）风力 （3）流水压力,【例题3】,土木工程学院岩土工程系,50,制动力,牵引力,制动力或牵引力,土木工程学院岩土工程系,51,制动力或牵引力按列车竖向静活载的10%计算；但是当它与离心力同时计算时，应按列车竖向静活载的7%计算。作用点在轨顶以上2m处，但计算墩台时移到支座中心处。,桥梁支座不同，传递的纵向水平力也不同。对于简支梁桥，简支梁传至墩台上的纵向水平力
14、大小可根据下面的规定计算： 通过固定支座为全孔的100%； 通过滑动支座为全孔的50%； 通过滚动支座为全孔的25%。,两孔梁通过支座传给桥墩的制动力或牵引力可按上面规定的百分数计算后相加得到。但是，为避免出现过大的不合理计算值，规定两孔梁传来的纵向水平力之和，不能大于其中一孔梁（不等跨时取大跨梁）满布最大活载时由固定支座传来的纵向水平力。,土木工程学院岩土工程系,52,风力,2007年2月28日凌晨2时，乌鲁木齐开往阿克苏的5807次客车行至南疆线珍珠泉至红山渠间42+300处因大风造成机后919位车辆脱轨。据测风仪记录，列车脱轨地点瞬间风力达到13级。,土木工程学院岩土工程系,53,作用在
15、桥梁上的风力大小等于风荷载强度乘以受风面积。,土木工程学院岩土工程系,54,土木工程学院岩土工程系,55,土木工程学院岩土工程系,56,流水压力,受到洪水冲击后的桥梁,受到洪水冲击后的桥梁,受到洪水冲击后的桥梁,土木工程学院岩土工程系,57,土木工程学院岩土工程系,58,土木工程学院岩土工程系,59,土木工程学院岩土工程系,60,土木工程学院岩土工程系,61,土木工程学院岩土工程系,62,土木工程学院岩土工程系,63,土木工程学院岩土工程系,64,土木工程学院岩土工程系,65,三、特殊荷载,（1）船只或排筏的撞击力 （2）汽车撞击力 （3）施工临时荷载 （4）地震力 （5）列车脱轨荷载 （6）
16、长钢轨断轨力,土木工程学院岩土工程系,66,2007年6月15日5时，一运沙船偏离航道撞上佛山九江大桥，导致桥面发生坍塌约200m。,土木工程学院岩土工程系,67,四、荷载组合,荷载组合指所有可能以最大值或较大值同时出现的荷载。,墩台基础计算时的几种常用荷载组合 （1）主力的组合 指同时出现的主力之间的组合。 （2）主力附加力的组合 桥梁基础设计时，只考虑主力与一个方向（纵向或横向）的附加力组合。例如，考虑制动力和纵向风力与主力的组合时就不考虑横向风力和横向流水压力；反之，考虑横向风力和横向流水压力与主力的组合时，就不考虑制动力和纵向风力。 （3）主力特殊荷载的组合 即主力与某一特殊荷载的组合。特殊荷载出现的几率极小，它与各种附加力同时出现的机会也极少或几乎不可能。,土木工程学院岩土工程系,68,最不利荷载组合的分析 铁路桥梁的各种荷载中，对荷载组合起控制作用的是列车活载。活载的加载图式对基础设计检算项目的最不利荷载组合起控制性作用。根据大量设计经验，不同活载的加载图
