钢筋砼扩展基础设计原理及应用实例

钢筋砼扩展基础设计原理及应用实例

设计分公司李小健

2014年3月

目录

1.适用范围及特点 (2)

1.1适用范围 (2)

1.2施工技术管理中常见问题 (2)

2.设计计算原理及内容 (2)

2.1基础结构设计计算的主要内容 (2)

2.2有关构造要求 (2)

2.3基本计算原理 (2)

3.基础结构设计其它要求 (3)

4.应用实例 (3)

4.1现浇梁钢管支撑体系基础结构设计 (3)

4.1.1设计计算依据 (3)

4.1.2适用范围 (3)

4.1.3设计参数及结构类型 (3)

4.1.4基础初步设计及验算 (4)

4.1.5结论及其它要求 (7)

4.2大容量水泥仓基础结构优化设计 (7)

4.2.1情况说明 (7)

4.2.2基础结构设计优化及验算 (8)

4.2.3其它注意事项及要求 (10)

1.适用范围及特点

1.1适用范围

1）桥梁施工支撑体系中经常采用桁架结构跨越道路、桥梁、河沟等，有时在软基地段也采用此类结构，此类支撑体系基础在地基承载力较大、地势平坦的地段为减少施工措施费投入经常采用钢筋砼条形或独立扩展基础，为保证地基承载力及基础结构受力满足上部荷载的要求，需对基础结构进行设计。

2）工程项目施工临建阶段拌合站建设需设置大容量水泥仓，水泥仓基础结构一般厂家提供的简易图纸均采用整体基础（长方体基础），其施工简单但结构不合理，需在受力分析的基础上对基础方案设计进行优化，采用钢筋砼板柱型基础可减少砼用量的1/3~1/2，能起到减少措施费投入的目的。

1.2施工技术管理中常见问题

1）一般技术人员对地基承载力及地基基础结构计算方面的知识了解不足，按照常规经验编制的方案或者偏于保守造成资源的浪费，或者结构受力和变形不能满足规范要求造成质量和安全事故。

2）《建筑地基与基础设计规范》、《混凝土结构设计规范》等设计规范中有部分内容可用于地基承载力验算和基础结构设计，技术人员可学习、掌握，以便用于施工方案编制和设计的优化。

2.设计计算原理及内容

2.1基础结构设计计算的主要内容

基础底面尺寸的确定以使地基承载力满足上部荷载的要求；基础台阶尺寸及配筋计算使其满足截面抗弯、抗压、局部承压、截面抗剪切、抗冲切等要求；另外按照规范主筋保护层、附属配筋需满足构造要求。

2.2有关构造要求

砼基础边缘高度不宜小于200mm，砼强度等级不宜低于C20。

2.3基本计算原理

1）柱下独立基础的抗冲切验算，包括柱与基础交接处和基础变阶处：

07.0h a f F m t hp l β≤

2）柱与基础交接处的受剪承载力验算：

07.0A f V t hs s β≤

3）基础底板弯矩配筋计算：22

1a p M j =，09.0h f M A y s = 4）基础顶面局部受压验算：l cc l l A f F ωβ≤

3.基础结构设计其它要求

1）地基承载力验算仅与基础底面尺寸和基础埋置深度有关，故基础结构设计时按照规范要求合理设计基础台阶及配筋可节约砼数量。

2）如果地基承载力较低不能满足要求可依据《建筑地基处理技术规范》另行进行地基处理设计。

4.应用实例

4.1现浇梁钢管支撑体系基础结构设计

4.1.1设计计算依据

1）《建筑荷载设计规范》GB 50009-2012

2）《混凝土结构设计规范》GB 50010-2010

3）《建筑地基处理技术规范》JGJ79_2002

4）《建筑地基基础设计规范》GB50007_2011

4.1.2适用范围

此类支撑体系适用于地基承载力较好、支架高度较大（超过15m ）的现浇施工的钢筋砼、预应力砼单跨简支梁和多跨连续梁、刚构连续梁，T 构边跨现浇段或0#现浇段施工，系杆拱桥梁体现浇部分施工等。

4.1.3设计参数及结构类型

1）计算采用的主体结构参数

某现浇连续梁，跨度32m ，箱梁顶面宽度11.6m ，平均高度21m 。

2）基础及支撑结构参数

支架方案考虑采用钢支撑、桁架受力体系。每跨跨中、边墩处设置竖向支撑，支撑结构采用钢管立柱，跨中处支撑基础采用钢筋砼条形基础，边支撑基础利用承台结构。

地层结构上部2.0m 内为杂填土层及淤泥质粘土层，地基基本承载力低于60KPa ，下层土为粉质粘土，地基基本承载力170KPa 。

3）荷载参数

经计算，考虑箱梁砼、支撑结构等自重荷载及砼浇注等施工荷载，按照荷载标准组合计算后作用于条形基础顶面的荷载标准值为m KN q k /0.1268=，按照荷载基本组合计算后作用于条形基础顶面的荷载设计值为m KN q /6.1521=。

4.1.4基础初步设计及验算

1）截面初步设计

按照规范要求进行地基承载力验算采用荷载标准值。

基础地基处理后底面需置于基本承载力170KPa 的持力层上，初步考虑基础埋深1.5m 。

基础尺寸选择：

m b 46.7170

0.1268=> 取基础底面宽度 m b 6.7=

基础顶面宽度根据钢立柱尺寸取1.2m ，采用三层台阶，每阶高度0.5m 。 基础结构采用钢筋砼扩展基础。

根据地层情况基底采用灰土换填处理厚度50cm 。

基础结构断面见下图

2）地基承载力验算

（1）基础底面总压力计算：

KPa P k 8.1965.10.206

.70.1268=×+= （2）换填垫层底面附加压力计算：

换填材料采用灰土，应力扩散角28°。

换填垫层底面处附加压力计算值为：

KPa tg ztg b P P b P c k z 3.15728

5.02

6.7)5.10.198.196(6.72)(=××+×−×=+−=θ （3）垫层底面总压力计算：

KPa P P P cz z 3.195)5.05.1(0.193.157=+×+=+=

（4）垫层底面地基承载力修正：

依据规范修正系数取值为 3.0=b η，6.1=d η

修正后的垫层底面承载力值为

KPa P KPa d b f f m d b ak a 3.1957.232)5.00.2(0.196.1)0.30.6(0.193.0170)

5.0()3(=>=−××+−××+=−+−+=γηγη 地基承载力满足要求。

垫层底部处理底宽计算：

m tg ztg b b 13.8285.026.72=××+=+=′θ

3）扩展基础钢筋配置设计