第十章+天然地基上的浅基础设计

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4、片筏和箱型基础
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第三节 刚性扩大基础的设计与计算
设计计算内容： 在基础埋置深度和构造尺寸确定后，应先 根据最不利而且有可能的作用效应组合，计算 出基底的应力，然后进行基础的合力偏心距、 稳定性以及地基的强度（包括持力层、软弱下 卧层的强度）的验算，需要时还应进行地基变 形的验算。
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二、 刚性扩大基础尺寸的拟定
基础厚度：一般1-2米，分层厚度
0.5-1米。 平面尺寸：一般为矩形，襟边最
小0.2-0.3米，基础长宽分别为：
a l 2 H tan b d 2 H tan
l为墩台截面长度，d墩台截面宽 度，H为基础高度，a<=刚性角。
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S sd SGik 1 j SQjk
i 1 j 1
m
n
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（三）作用的计算 1：永久作用。 2：可变作用。 3：偶然作用 详见公路桥涵设计通用规范。
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（四）浮力的处理 1：透水地基基础，稳定性验算考虑设计水位；基底应力计 算可考虑低水位或不考虑。 2：不透水地基（密实粘土、完整基岩）且接触良好，可不 考虑浮力。 3：不能确定透水不透水时，取不利情况。 4：作用在桩基承台底面浮力，应考虑全部底面积，但嵌岩 灌注桩扣除桩截面积。 详见地基基础规范。
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基础工程设计计算原则： 1：基底压应力小于地基容许 承载力。 2：地基基础变形值小于建筑 物容许沉降值。 3：地基基础的整体稳定性有 足够保证。 4：基础本身的强度满足要求。
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第二节 浅基础的类型与构造
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（二）作用效应组合 1、基本组合：
永久作用的设计值效应与可变作用设计值效应相组合
0 Sud 0 ( Gi SGik Q1SQ1k c Qj SQjk )
i 1 j 2
m
n
0 Sud 0 ( SGid SQ1d c SQjd )
浅基础通常指埋深小于5米的基础，在所有基 础形式中应用最广。具有施工简单、设计计算明确 、造价低等特点，一般情况下，在条件允许时优先 选择浅基础形式。由于通常采用明挖法施工，也称 明挖基础。
浅基础由于埋入地层较浅，设计计算时可以 忽略基础侧面土体对基础的影响，如不计基础侧边 与土间的摩阻力等；而深基础则在设计计算中需考 虑侧面土体对基础的影响，施工方法也稍复杂。
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一、浅基础的类型和适用条件
天然地基浅基础，根据受力条件及构造可分为 刚性基础和柔性基础两大类。 (一) 刚性基础
地面或最大冲刷线 N W a
a
N W
h
h

a)
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a

b) 图10-1 柔性基础和刚性基础示例
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刚性扩大基础设计计算内容及步骤：
1.选择基础的埋置深度； 2.选择基础的材料、类型和平面布置；
3.地基承载力验算；
4.基底合力偏心距验算；
5.基础和地基稳定性验算；
6.基础沉降验算； 7.绘制基础施工图，提出施工说明。
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一、 设计资料
一、设计施工所需资料－表10-1
1、桥位及上部结构基础资料
2、桥位地基勘察资料及地质剖面；
3、地基土质调查试验报告；
4、河流水文资料等；
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二、作用与作用效应组合
（一）作用分类
1、永久作用：经常作用的其数值不随时间变化或变化微小的作用 结构自重、土重及自重产生的土压力、预加力、浮力、收缩徐变 力。 2、可变作用：数值随时间变化,且变化值与平均值比较不可忽略的 作用 包括汽车荷载、冲击力、离心力、汽车引起的土侧压力、人群、 汽车制动力、风荷载、流水及冰压力、温度作用、支座摩阻力等。 3、偶然作用：作用时间短暂，且发生的机率很小的作用 地震作用、船舶或漂流物的撞击作用、汽车撞击作用等。 详见公路桥涵设计通用规范。
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一、埋置深度的确定
确定基础的埋置深度时，必须综合考虑地基的 地质、地形条件、河流的冲刷程度、当地的冻 结深度、上部结构形式，以及保证持力层稳定 所需的最小埋深和施工技术条件等因素。
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(一) (二) (三) (四) (五) (六)
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3、长期组合
永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应相组合
Sld SGik 2 j SQjk
i 1 j 1
m
n
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4、短期组合
永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应相组合
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刚性基础的特点：稳定性好，施工简便，能承 受较大的作用。是桥涵、房屋、公共设施等结 构物首先考虑的基础型式。 主要缺点是自重大，并且在持力层为软弱土时 ，由于基础底面积受一定限制，需要对地基进 行处理或加固后才能采用，否则会因所受的压 力超过地基强度而影响结构物的正常使用。因 此对于作用大、上部结构对差异变形量较为敏 感的结构物，当持力层土质较差又较厚时，刚 性基础作为浅基础是不适宜的。
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（五）最不利组合 1：组合起来的作用，产生最大的力学效应，如最 大沉降、最大应力、最小安全系数等，对应的组合 即为最不利。 2：最不利组合难以判别时需要对可能组合进行计 算；而且主要组合和附加组合控制标准不一样。 （六）纵桥向和横桥向 一般纵桥向控制设计，但大跨桥梁、横向荷载 较大时需进行横桥向计算。 详见地基基础规范。
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刚性基础的材料都具有较好的抗压性能，但抗 拉、抗剪强度不高。设计时必须保证发生在基 础内的拉应力和剪应力不超过相应材料的强度 设计值。
b2 b2 b1 h b1
a
H0
H0
a

b0 b
b0 b
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图10-2 无筋扩展基础构造示意图 d-柱中纵向钢筋直径 重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系
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二、浅基础的构造
1、 刚性扩大基础
墩身
基础
图10-3 刚性扩大基础
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2、单独和联合基础
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3、条形基础
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设自柱身（或墩、台身）边缘处的垂线与基础 边缘联线间的夹角为 ，既能保证基础安全， 又能充分发挥材料强度的最大夹角max 称为材 料的刚性角。刚性基础只要满足刚性角的要求 ( 即 max )，就是安全的。材料刚性角的正切值 称为容许宽高比。设计时，基础的悬出长度与 高度之比以及每个台阶的宽度与厚度之比，都 要满足容许宽高比的要求。
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天然地基，人工地基（地基处理）
浅基(造价低、施工方便)－刚性扩大基础
基础
深基（埋深大于5米）－桩、沉井基础
对地基: p<[fa], s<[s], [或[]]
设计原则 对基础: 强度、刚度、耐久性
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第十章 天然地基上的浅基础设计
概述
浅基础的类型与构造 刚性扩大基础的设计与计算 刚性扩大基础计算算例
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第一节
概述
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桥梁 基础
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◇地基的强度条件：地基有足够的强度，在荷载作用下， 地基土不发生剪切破坏或失稳。 ◇地基的变形条件：不使地基产生过大的沉降或不均匀沉 降，保证建筑物正常使用。 ◇基础结构本身应有足够的强度和刚度，在地基反力作用 下不会产生过大强度破坏，并具有改善沉降与不均匀沉降的 能力。 综上所述：地基种类分 ◇人工地基：经过处理而达到设计要求的地基。 ◇天然地基：不需处理而直接利用的地基。
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(二) 柔性基础
理论上的柔性基础基底反力分布与作用于基础上 的荷载分布一致，工程上的柔性基础是指钢筋混 凝土基础。 柔性基础整体性能较好，抗弯刚度较大。如 筏板和联合基础在外力作用下只产生均匀沉降或 整体倾斜，这样对上部结构产生的附加应力比较 小，基本上消除了由于地基沉降不均匀引起结构 损坏的影响。所以，在土质较差的地基上修建高 层建筑时，采用这种基础型式是适宜的。
软土
H
好土、基岩
H=2~4米
其它：选下层土 H>5米，采用深基、或采用人工地基
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二）、河流的冲刷深度
1、一般冲刷：整个河床下降；局部 冲刷：墩台周围局部冲刷；二 者相加即为最大冲刷深度。 2 、有冲刷河流基础必须埋置于最大 冲刷线以下不小于1米。 3 、桥梁越重要、修复越困难则最小 埋深越大，见P27表2-7及规范。
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三）、冻结深度－东北及西北地区
高寒地区，产生冻胀现 象。规范规定：一般而言要 埋置于最深冻结线以下不小 于0.25米，见规范。
四）、上部结构形式
对中小静定桥梁埋深影 响不大；但超静定桥梁结构， 要埋置于较深的坚实地基上。
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工程地质条件 河流的冲刷深度 当地的冻结深度 上部结构形式 当地的地形条件 保证持力层稳定所需的最小埋置深度
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一）、地基的地质条件
应选好土层作为持力层。
1 、若表层土好、下层土软，基础 应尽量浅埋。 2、若表层土软、下层土好，如图。
H<2米 选下层土 低层：选上层土，需加强上部结构；
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三、地基承载力验算
地基进行竖向承载力验算时,传至基底或承台底面的 作用效应应按正常使用极限状态的短期效应组合采用,同 时尚应考虑作用效应的偶然组合(不包括地震作用)。 当采用短期效应组合时，可变作用的频遇值系数均取 为1.0，且汽车荷载应计入冲击系数。 填料厚度（包括路面厚度）≥0.5m的拱桥、涵洞，以 及重力式墩台，其地基计算可不及汽车冲击系数。 当采用偶然组合时，所有系数均取为1.0。
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五）、当地地形条件
斜坡地带位保证基础及 地基稳定，要控制基础边缘 的埋深及到坡表的距离，见 P28表2-8及规范要求。
六）、保证持力层稳定所需的最小埋深
应至少位于地表以下1米。 其它相邻建筑影响、施工条件、经济性、地下水等综合 确定最佳埋深。
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当基础在外力（包括基础自重）作用下，基底 承受着强度为 的反力，基础的悬出部分即a-a 断面左端，相当于承受着强度为 的均布作用的 悬臂梁，在荷载作用下，a-a断面将产生弯曲拉 应力和剪应力。当基础圬工具有足够的截面使 材料的容许应力大于由地基反力产生的弯曲拉 应力和剪应力时，a-a断面不会出现裂缝，这时 ，基础内不需配置受力钢筋，这种基础称为刚 性基础。
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m
n
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2、偶然组合
永久作用标准值效应与可变作用某种代表值效应、 一种偶然作用标准值效应相组合。 偶然作用的效应分项系数取1.0；与偶然作用同 时出现的可变作用，可根据观测资料和工程经验取用 适当的代表值。地震作用标准值及其表达式按现行 《公路工程抗震设计规范》规定采用。