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1、设计与计算的主要内容：设计与计算的主要内容： l基础埋置深度的确定基础埋置深度的确定l刚性扩大基础尺寸的拟定刚性扩大基础尺寸的拟定l地基承载力验算地基承载力验算l基底合力偏心距验算基底合力偏心距验算l基础稳定性和地基稳定性验算基础稳定性和地基稳定性验算l基础沉降验算基础沉降验算第五节第五节 刚性扩大基础的设计与计算刚性扩大基础的设计与计算1一、基础埋置深度的确定一、基础埋置深度的确定u将基础设置在变形较小，而强度又比较大的将基础设置在变形较小，而强度又比较大的持力持力层层上，以保证地基强度满足要求，且不致产生过上，以保证地基强度满足要求，且不致产生过大的沉降或沉降差。大的沉降或沉降差。u还要使
2、基础有还要使基础有足够的埋置深度足够的埋置深度，以保证基础的稳，以保证基础的稳定性，确保基础的安全。定性，确保基础的安全。u必须综合考虑必须综合考虑地基的地基的地质地质和和地形条件地形条件、河流的冲河流的冲刷程度刷程度、当地的冻结深度当地的冻结深度、上部结构形式上部结构形式以及保以及保证持力层稳定所需的证持力层稳定所需的最小埋深最小埋深和和施工技术条件施工技术条件、造价造价等因素。等因素。 2刚性扩大基础刚性扩大基础 沉井基础沉井基础 桩基础桩基础基础埋深的不同方案基础埋深的不同方案3地基的地质条件地基的地质条件岩石地基岩石地基: :u覆盖土层较薄时覆盖土层较薄时，一般应清除覆盖土和风化层后，
3、将，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；基础直接修建在新鲜岩面上；u如岩石的风化层很厚如岩石的风化层很厚，难以全部清除时，基础放在风，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。应的容许承载力来确定。u如岩层表面倾斜时如岩层表面倾斜时，不得将基础的一部分置于岩层上，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，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。还应注意岩体的稳定性。4 非岩石地基非岩石地基: :u如受压层范围内为
4、均质土如受压层范围内为均质土，基础埋置深度除满足，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）。需要的最小埋深）。u当地质条件较复杂如地层为当地质条件较复杂如地层为多层土多层土组成等或对大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。过较详细计算或方案比较后确定。5河流的冲刷深度河流的冲刷深度 冲刷的基本概念冲刷的基本概念:洪水冲刷后，整个河床面要下降，这叫洪
5、水冲刷后，整个河床面要下降，这叫一般冲刷一般冲刷.被冲下去的深度叫被冲下去的深度叫一般冲刷深度一般冲刷深度.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，这叫出一个深坑，这叫局部冲刷局部冲刷.6河流的冲刷作用河流的冲刷作用7 在有冲刷的河流中，为了防止桥梁墩、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台基础四周和基底下土层被水流掏空冲走以致倒塌，以致倒塌，基础必须埋置在设计洪水的最基础必须埋置在设计洪水的最大冲刷线以下不小于大冲刷线以下不小于1m1m。特别是在山区和。特别是在山区和丘陵地区的河流，更应注意考虑季节性洪
6、丘陵地区的河流，更应注意考虑季节性洪水的冲刷作用。水的冲刷作用。 8 冲刷冲刷总总深度深度(m) 最小埋置深度最小埋置深度(m)桥桥梁梁类类型型0333881515220 0一一 般般 桥桥 梁梁1.01.52.02.53.03.5技技术术复复杂杂修复困修复困难难的特大的特大桥桥及其它重及其它重要大要大桥桥1.52.02.53.03.54.0 对于大、中桥基础的基底在对于大、中桥基础的基底在设计洪水冲刷总深设计洪水冲刷总深度以下的最小埋置深度度以下的最小埋置深度，建议根据桥梁大小、技术，建议根据桥梁大小、技术的复杂性和重要性，参照下表采用的复杂性和重要性，参照下表采用。9当地的冻结深度当地的冻
7、结深度 为了保证建筑物不受地基土季节性冻胀的影响，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，除地基为非冻胀性土外，基础底面应埋置在天然最大基础底面应埋置在天然最大冻结线以下一定深度冻结线以下一定深度。u公桥基规规定，当上部结构为公桥基规规定，当上部结构为超静定超静定结构时，基结构时，基底应埋置在最深冻结线以下不小于底应埋置在最深冻结线以下不小于0.25m0.25m；u对对静定静定结构的基础，一般也按此要求，但在冻结较深结构的基础，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
8、以上。也可将基底置于最大冻结线以上。 1011上部结构型式上部结构型式 对中、小跨度简支梁桥来说，这项因素对对中、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。但对确定基础的埋置深度影响不大。但对超静定超静定结结构即使基础发生较小的不均匀沉降也会使内力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。产生一定变化。 12当地的地形条件当地的地形条件当墩台、挡土墙等结当墩台、挡土墙等结构位于较陡的土坡上，构位于较陡的土坡上，在确定基础埋深时，在确定基础埋深时，还应考虑土坡连同结还应考虑土坡连同结构物基础一起滑动的构物基础一起滑动的稳定性。稳定性。13当地基为当地基为倾斜土坡倾斜土
9、坡时，应结合实际情况，对地基时，应结合实际情况，对地基容许承载力适当折减。容许承载力适当折减。若基础位于若基础位于若基础位于若基础位于较陡的岩体较陡的岩体较陡的岩体较陡的岩体上，可将基础做成台阶形，上，可将基础做成台阶形，上，可将基础做成台阶形，上，可将基础做成台阶形，但要注意岩体的稳定性。但要注意岩体的稳定性。但要注意岩体的稳定性。但要注意岩体的稳定性。14保证持力层稳定所需的最小埋置深度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，所以一植物的生长作用，也会影响其强度和稳定，所以
10、一般地表土不宜作为持力层般地表土不宜作为持力层. .为了保证地基和基础的为了保证地基和基础的稳定性，稳定性，基础的埋置深度（除岩石地基外）应在天基础的埋置深度（除岩石地基外）应在天然地面或无冲刷河底以下不小于然地面或无冲刷河底以下不小于1m1m。在确定基础埋置深度时，还应考虑相邻建筑物的影在确定基础埋置深度时，还应考虑相邻建筑物的影响。响。15现举一简例来说明如何较合理地确定基础埋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。置深度和选择持力层。刚性扩大基础刚性扩大基础 沉井基础沉井基础 桩基础桩基础16二、刚性扩大基础尺寸的拟定二、刚性扩大基础尺寸的拟定l基础厚度基础厚度l基础平
11、面尺寸基础平面尺寸l基础剖面尺寸基础剖面尺寸17刚性扩大基础立面、平面图刚性扩大基础立面、平面图刚性扩大基础立面、平面图刚性扩大基础立面、平面图18基础厚度基础厚度 应应根根据据墩墩、台台身身结结构构形形式式，荷荷载载大大小小，选选用用的的基础材料等因素来确定。基础材料等因素来确定。 基基底底标标高高应应按按基基础础埋埋深深的的要要求求确确定定。水水中中基基础础顶顶面面一一般般不不高高于于最最低低水水位位，在在季季节节性性流流水水的的河河流流或或旱旱地地上上的的桥桥梁梁墩墩、台台基基础础，则则不不宜宜高高出出地地面面，以以防防碰碰损损。这这样样，基基础础厚厚度度可可按按上上述述要要求求所所确确
12、定定的的基基础础底面和顶面标高求得。底面和顶面标高求得。19基础平面尺寸基础平面尺寸 基础平面形式一般应考虑墩、台身底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。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：基础底面长宽尺寸与高度有如下的关系式：20三、地基承载力验算三、地基承载力验算l持力层强度验算持力层强度验算l软弱下卧层承载力验算软弱下卧层承载力验算21持力层强度验算持力层强度验算 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层承载力验算要求荷载在基底产生的地
13、基应力不超过持力层的地基容许承载力。超过持力层的地基容许承载力。 基底应力分布公式如下基底应力分布公式如下 ( (由于浅基础埋置深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性抗力的作用) ) 。22偏心竖直力作用在任意点偏心竖直力作用在任意点基底应力分布图基底应力分布图23讨论讨论: 对公路桥梁，一般由顺桥向控制基底应力对公路桥梁，一般由顺桥向控制基底应力计算。但对通航河流或河流中有漂流物时，应计算。但对通航河流或河流中有漂流物时，应计算撞击力在横桥向产生的基底应力，并与顺计算撞击力在横桥向产生的基底应力，并与顺桥向基底应力
14、比较，取其大者控制设计。桥向基底应力比较，取其大者控制设计。 对于曲线桥，计算基底应力时，应按下式计对于曲线桥，计算基底应力时，应按下式计算算：24软弱下卧层承载力验算软弱下卧层承载力验算 当当受受压压层层范范围围内内地地基基为为多多层层土土，且且持持力力层层以以下下有有软软弱弱下下卧卧层层，这这时时还还应应验验算算软软弱弱下下卧卧层层的的承承载载力力，验验算算时时先先计计算算软软弱弱下下卧卧层层顶顶面面（在在基基底底形形心心轴轴下下）的的应应力力（包包括括自自重重应应力力及及附附加加力力） ，不不得大于该处地基土的容许承载力得大于该处地基土的容许承载力。即。即: :25四、基底合力偏心距验算
15、四、基底合力偏心距验算 目的目的: 尽可能使基底应力分布比较均匀，以免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，影响正常使用均匀沉降，墩、台发生倾斜，影响正常使用 。26设计原则设计原则: 非非岩岩石石地地基基:以以不不出出现现拉拉应应力力为为原原则则，当当墩墩、台台仅仅受受恒恒载载作作用用时时，基基底底合合力力偏偏心心距距e e0 0应应分分别别不不大大于于基基底底核核心心半半径径的的0.10.1倍倍（桥桥墩墩）和和0.750.75倍倍（桥桥台台）；当当墩墩、台台受受荷荷载载标标准准值值组组合合
16、时时，一一般般只只要要求基底偏心距求基底偏心距e e0 0不超过核心半径即可。不超过核心半径即可。 岩岩石石地地基基:可可以以允允许许出出现现拉拉应应力力，根根据据岩岩石石的的强强度度，合合力力偏偏心心距距e e0 0最最大大可可为为基基底底核核心心半半径径的的1.21.21.51.5倍，以保证必要的安全储备。倍，以保证必要的安全储备。27基底应力分布图基底应力分布图28五、五、基础稳定性和地基稳定性验算基础稳定性和地基稳定性验算 基础倾覆稳定性验算基础倾覆稳定性验算 基础稳定性验算基础稳定性验算 基础滑动稳定性验算基础滑动稳定性验算地基稳定性验算地基稳定性验算 29基础倾覆稳定性验算基础倾覆
17、稳定性验算 基础倾覆稳定性与合力的偏心距有关。合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，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，可以用限制合力如下图所示，因此，在设计时，可以用限制合力偏心距偏心距e e0 0来保证基础的倾覆稳定性。来保证基础的倾覆稳定性。30K0为抗倾覆稳定系数为抗倾覆稳定系数,一般一般对主要荷载组合对主要荷载组合K01.5，在各种附加荷载组合时，在各种附加荷载组合时，K01.21.5。 基础倾覆稳定性计算基础倾覆稳定性计算31基础滑动稳定性验算基础滑动稳定性验算 基基础础在在水水平平推推力力作作用用下下沿沿
18、基基础础底底面面滑滑动动的的可可能能性性即即基基础础抗抗滑滑动动安安全全度度的的大大小小，可可用用基基底底与与土土之之间间的的摩摩擦擦阻阻力力和和水水平平推推力力的的比比值值KcKc来来表表示示，KcKc称称为为抗滑动稳定系数。即抗滑动稳定系数。即 Kc为抗滑动稳定系数，必须大于规范规定的设计为抗滑动稳定系数，必须大于规范规定的设计容许值，一般根据荷载性质，容许值，一般根据荷载性质，Kc1.21.3。32地基稳定性验算地基稳定性验算位位于于软软土土地地基基上上较较高高的的桥桥台台需需验验算算桥桥台台沿沿滑滑裂裂曲面滑动的稳定性；曲面滑动的稳定性；基基底底下下地地基基如如在在不不深深处处有有软软
19、弱弱夹夹层层时时，在在台台后后土土推推力力作作用用下下，基基础础也也有有可可能能沿沿软软弱弱夹夹层层土土的的层面滑动；层面滑动；在在较较陡陡的的土土质质斜斜坡坡上上的的桥桥台台、挡挡土土墙墙也也有有滑滑动动的可能。的可能。33基础抗倾覆措施基础抗倾覆措施 34六、基础沉降验算六、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，所以修容许承载力时，已考虑
20、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）的沉降要满足了地基的强度要求，地基（基础）的沉降也就满足要求。也就满足要求。351 1修建在地质情况复杂、地层分布不均或强度较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；小的软粘土地基及湿陷性黄土上的基础；2 2修建在非岩石地基上的拱桥、连续梁桥等超静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；定结构的基础；对于下列情况，则必须验算基础的沉降对于下列情况，则必须验算基础的沉降3 3当相邻基础下地基土强度有显著不同
21、或相邻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；跨度相差悬殊而必须考虑其沉降差时；4 4对于跨线桥、跨线渡槽要保证桥（或槽）下对于跨线桥、跨线渡槽要保证桥（或槽）下净空高度时。净空高度时。36 地基土的沉降可根据土的压缩特性指标按地基土的沉降可根据土的压缩特性指标按公桥基规的公桥基规的单向应力分层总和法单向应力分层总和法（用沉降计（用沉降计算经验系数算经验系数ms修正）计算。对于公路桥梁，修正）计算。对于公路桥梁，基基础上结构重力和土重力作用础上结构重力和土重力作用对沉降是主要的，汽对沉降是主要的，汽车等活载作用时间短暂，对沉降影响小，所以在车等活载作用时间短暂，
22、对沉降影响小，所以在沉降计算中不予考虑。沉降计算中不予考虑。 37 在设计时，为了防止由于偏心荷载使同一基础两侧在设计时，为了防止由于偏心荷载使同一基础两侧产生产生较大的不均匀沉降较大的不均匀沉降，而导致结构物倾斜和造成墩、，而导致结构物倾斜和造成墩、台顶面发生台顶面发生过大的水平位移过大的水平位移等后果。对于较低的墩、台等后果。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较高，土质又较差或上部为超静定超静定结构物时，则须验算结构物时，则须验算基础的倾斜，从而保证建筑物顶面的基础的倾斜，从而保证建筑物顶面的水平位移水平位移控制在容控制在容许范围以内。许范围以内。 38
