基础工程课程设计(浅基础)(西南交通大学)

课程名称：基础工程
设计题目：1#桥墩独立基础设计
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年级：
姓名：
指导教师：
西南交通大学峨眉校区
2017年4月20日
第一部分：基本资料 (2)
1.1设计题目 (2)
1.2设计目的 (2)
1.3基础资料 (2)
§1、设计的任务及建筑物的性质和用途 (2)
§2 基本资料 (3)
1.4设计依据 (4)
1.5设计要求 (5)
第二部分柱下独立刚性基础设计 (5)
2.1确定合理的基础埋置深度 (5)
2.2基础尺寸初步拟定 (5)
2.3作用在基础上的荷载 (5)
(一) 主力 (5)
(二) 纵向附加力（水平力） (8)
2.4浅基础的设计计算 (9)
附录一：滑动及倾覆稳定性计算表.............................................错误!未定义书签。

附录二：刚性基础横断面、平面及立面图.. (13)
第一部分：基本资料
1.1设计题目
本课程的题目是“1#桥墩独立基础设计”
1.2设计目的
柱下独立基础是桥梁工程中的常用基础形式之一，在工程中应用范围较广。

为系统掌握此类基础的设计方法，通过本次课程设计应全面掌握柱下独立基础设计计内容与步骤及主要验算内容与方法，了解现行《铁路桥涵地基和基础设计规范》（TB 10002.5-2005）和《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60——2004）的有关规定，并初步具备独立进行该类基础设计的能力。

1.3基础资料
§1、设计的任务及建筑物的性质和用途
设计任务：根据已有建筑物的图样，所受上部结构的荷载、地质和水文地质情况，遵照“中华人民共和国铁路桥涵地基和基础设计规范TB10002.5—2005”（公路桥涵设计通用规范JTG D60——2015）设计某铁路（公路）干线上跨越某河流的桥梁之1#号桥墩的地基和基础。

建筑物的性质和用途：该桥梁为等跨度32m，梁全长32.6m，梁端缝0.1m，梁高3.0m，梁宽铁路按单线布置，公路按双线布置m，梁及上部体系自重按870KN 计，简支箱梁支座中心距梁端距离0.75m，同一桥墩相邻梁支座间距1.6m。

轨底至梁底高度为 3.7m，采用盆式橡胶支座，支座高0.173m，梁底至支座铰中心0.09m。

桥面系为无渣桥面（公路不管有砟无砟），并设双侧人行道人行道宽1m，荷载定为3KN/m2，桥墩为混凝土实体桥墩，该桥位于直线平坡段上，与河流正交，该地区无流冰及地震，该河道不通航。

该桥除了为铁路（公路）客货运服务外，亦为附近居民来往的通道。

设计依“中华人民共和国铁路桥涵地基和基础设计规范TB10002.5—2005”（“公路桥涵设计通用规范JTG D60——2015”）进行设计，活载按铁路标准活载，即“中—活载”或（公路标准荷载）。

§2 基本资料
一、
二、建筑物场地地形图及钻孔布置图如下：
场地地形图及钻孔布置图（单位：m）水平比例尺1：1000 高水位：142.0m施工水位：132.0m常水位：132.0m
一般冲刷深度：河底以下1.50m局部冲刷深度：河底以下5.50m 三、建筑物地区水文、地质情况（钻孔柱状剖面图）
地质情况：
土层编号土
的
名
称
图
例
土层
顶面
标高
(m)
土
层
厚
度
(m)
土
层
编
号
土
的
名
称
图
例
土层
顶面
标高
(m)
土
层
厚
度
(m)
# 13 粘砂土138.0 1 # 13 粘砂土130.0 1 # 4 粘土137.0 2.5 # 4 粘土129.0 2.5 # 11 粘土134.5 # 11 粘土126.5
水文情况：
高水位：142.0m施工水位：132.0m常水位：132.0m
一般冲刷深度：河底以下1.50m局部冲刷深度：河底以下5.50m
四、土的物理力学性质表如下：
土的力学性质表
土层编号土的
名称
土粒
比重
G s
孔隙
比
e
饱和
度
S r
液
限
W L
塑
限
W P
内摩
擦角
φ
内聚
力C
(KPa)
渗透
系数
K
1#
墩帽宽δ=240cm 墩帽长b=546cm 墩帽厚d= 52cm 墩身坡1:m=1:20
如右图：单位cm
七、 补充资料
墩帽顶面在高水位以上3.72m 。

风力：w=800Pa
八、设计方案
该基础拟采用刚性基础或柔性基础，分别进行设计。

1、采用刚性基础，试确定基础埋深，并设计该刚性基础
2、采用柔性基础，高度取0.8m ，基础埋深与基底尺寸同1，试设计该柔性基础（验算基础高度，进行抗弯检算与配筋）。

1.4设计依据
1、《铁路桥涵地基和基础设计规范》（TB 10002.5-2005）
或（“公路桥涵设计通用规范JTG D60——2015”）
1.5设计要求
检算相关内容，设计满足要求的刚性及柔性基础，绘制基础横断面、平面及配筋图。

该课程设计主要按如下步骤进行：
1、熟悉地基条件及上部结构资料；
2、确定合理的基础埋置深度；
3、确定地基承载力；
4、确定基础底面尺寸，验算地基承载力；
5、基础其它验算（偏心距、抗倾覆）；
6、确定基础高度和构造尺寸；
7、绘制基础横断面、平面及立面图。

第二部分 柱下独立刚性基础设计
2.1确定合理的基础埋置深度
地基持力层的确定需要在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。

且一般冲刷深度为河底以下1.50m ，局部冲刷深度为河底以下5.50m 。

在冲刷总深度大于3m 时，埋深安全值为冲刷线下2.5m 。

综合考虑可选取该基础的埋置深度h ：
2.2基础尺寸初步拟定
墩身高1573538006001320H cm =--+=，基础顶部标高取至地表xxxxm ，基础底部标高xxxxm 。

空心桥墩底面尺寸 5.26(13.220 1.1)27.02l m =+÷+⨯=
根据桥墩底面尺寸和刚性角要求，初步拟定矩形混凝土基础2层台阶式分布。

尺寸为7.5 4.51⨯⨯、8.5 5.51⨯⨯。

2.3作用在基础上的荷载
(一)
主力
1.竖向荷载
① 桥跨结构自重1N 梁及上部结构重量：870kN
② 顶帽自重2N
体积：32217.652)120603240(m V =⨯⨯+⨯=π 重量：kN N 3.1542517.62=⨯= ③ 墩身自重3N
墩身高21.2m ；顶面积22
153.102220220306m A =⨯÷+
⨯=π）（； 底面积2
22 3.0613.22 1.10.6620.5A m π=⨯
+÷⨯++=（1.1）2（）
体积：331
13.210.5320.5201.223V m =⨯⨯+=（
重量：2194.76234479.48N kN =⨯= ④ 基础重量4N
⑤ 基础上土体重量5N
基顶上覆盖土壤的面积为：
第一层台阶27.5 4.520.513.25m =⨯-= 第二层台阶28.5 5.57.5 4.513m =⨯-⨯= ⑥ 浮力6N
高水位处之墩身截面积223.06(1.120.16) 1.2612.7m π=⨯+⨯+⨯= 墩底面积220.5m =
则桥墩浸入水下体积：
高水位时：361
812.720.5131.573
V m =⨯⨯+=（
故浮力为：
高水位时：6
6
4
()102078.24N V V kN =+⨯=
2.竖向活载
用于进行主力加纵向附加力组合的有：
1） 二孔重载，如图2：活载竖向力R 最大，水平力也可能最大，所得作用
于基地之竖向力N 及力矩M 最大，故此种活载图式控制纵向基地压力检算。

2） 二孔满载，如图3：活载竖向力较大，水平力（控制力）最大，故也用
来检算纵向基底压应力。

3） 一孔重载，如图4：支点反力最大且又有偏心作用，水平力（牵引力）
最大，此种图式作用于墩顶之水平力及力矩最大，故用以检算墩顶位移 4） 一孔轻载，如图5：水平力最大，但支点反力不如前者大。

此种图式算
得之基地上竖向力N 最小，力矩M 较大，故控制偏心及稳定性检算
用于进行主力加纵向附加力组合的有：
1） 二孔空车活载，如图6：用于检算横向倾覆及滑动稳定性
2） 二孔满载：用于检算横向倾覆及滑动稳定性、基底压应力及偏心
图 1二孔重载 图 2二孔满载 图 3一孔重载 图 4一孔重载 图 5二孔空车活载
现将竖向活载计算如下：
令基底横桥方向中心轴为x x -轴，顺桥方向中心轴的y y -轴 ① 二孔重载
根据2
2
11L G L G =确定最不利荷载位置，本桥梁为等跨梁，故21G =G ，其中1G 和2G 分别为左右两跨上的活载重量，则： 解得 x=6.81 m 则支点反力为1R 、2R 为
()219211.96(32.7-0.35-11.96/2)+8020.7420.74/2-0.351426.7232
R kN =
⨯⨯⨯⨯⨯=⎡⎤⎣⎦竖向活载：7121547.231426.722973.95kN N R R =+=+= 对基底x x -轴之力矩：7120.35()42.18 M R R kN m =-=⋅ ② 二孔满载
支点反力1R 及2R ：
活载：8121521.981510.783032.76kN N R R =+=+= 对基底x x -轴之力矩：8120.35() 3.92 M R R kN m =-=⋅
③ 一孔重载 支点反力1R ：
1896.42kN 0.35)]-7.5)/2-(32.7(7.5)-(32.792+0.3920.5-3)-(32.35220[532
1
R 21=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=
竖向活载为：91N =R =1896.42kN
对基底x x -轴之力矩：9=0.351896.42=663.75 kN m M ⨯⋅ ④ 一孔轻载
支点反力与二孔满载的1R 相同，即1R 1521.98kN =
竖向活载为：101N R 1521.98kN ==
对基底x x -轴之力矩：100.351521.98532.69kN M m =⨯=⋅ ⑤ 二孔空车
支点反力：121/232.710163.5kN R R ==⨯⨯= 竖向活载为：1112163.52327KN N R R =+=⨯= 对基底x x -轴之力矩：110 M =。

(二)
纵向附加力（水平力）
1.制动力
① 二孔重载的制动力1H
但不大于()10%22059232.77.5341.84kN ⨯+⨯-=⎡⎤⎣⎦ 故取1341.84kN H =
对基底x x -轴之力矩：()1341.8415.720.095404.49H M kN m =⨯+=⋅ ② 二孔满载制动力2H
对基底x x -轴之力矩：()2341.8415.720.095404.49H M kN m =⨯+=⋅ ③ 一孔重载制动力3H
对基底x x -轴之力矩：()3341.8415.720.095404.49H M kN m =⨯+=⋅ ④ 二孔满载制动力2H
对基底x x -轴之力矩：()4341.8415.720.095404.49H M kN m =⨯+=⋅
2.纵向风力
对列车,桥面系和各种上承梁不计其纵向风力。

桥墩按实际受风面积乘以风
载强度计算其所受纵向风力。

本桥所在地区之基本风压值为500Pa,由表1-16知,K1=1.1,因轨顶离水面之高度小于20m,故K2=1.0,桥址位于空矿平坦地区,故K3=1.0,风载强度按下式计
桥上有车时按上式求得的W 的80%计算，并且不大于1250Pa
① 顶帽风力5H
对基底x x -轴之力矩：
5
0.52215.230.92H M kN m
⎛
⎫=⨯+=⋅ ⎪⎝
⎭
② 墩身风力6H 常水位时：
迎风面积2
1(5.26 6.58)13.278.1442
m =⨯+⨯=
对基底x x -轴之力矩：()655.113.2/22445.6H M kN m =⨯+=⋅
高水位时：
迎风面积2
1 5.26 5.58 3.217.3442
m =⨯⨯⨯=
对基底x x -轴之力矩：()612.21 1.612166.06H M kN m =⨯+=⋅
2.4浅基础的设计计算
1.基础本身强度检算
由“中华人民共和国铁路桥涵地基和基础设计规范TB10002.5—2005”进行构造验算：
()7.57.02/20.12tan 35
0.7
2
-=≤=()4.5 3.52/20.245tan 35
0.7
2
-=≤=；
()8.57.5/20.25tan 45
12
-=≤=, ()5.5 4.5/20.25tan 451
2
-=≤=, 基础纵向横向的刚性角α都满足[]αα≤的要求，故纵、横向皆能满足基础圬工强度要求
2.基地压应力及偏心检算
8m h = ，采用浮容重，地基土的容许承载力： 基础持力层为中砂，查表可得[]kPa 8.414201
.06
.0-626.04200=⨯-
=σ， 当荷载为主力附加力时，可提高20%。

3.基础之滑动及倾覆稳定性计算 详见附表一
4.软弱下卧层强度的检算
基地以下不存在软弱下卧层，故不需要进行检算。

5.该桥为简支梁桥,地质条件简单,故只要基底压应力小于[]σ,可不必进行沉降检算。

检算结果表明都符合要求。

本桥位于直线上,通常直线桥由主力加纵向附加力控制设计。

本设计中，控制各项检算顶目的最不利荷载组合分别为：
基底压应力：其最不利荷载组合为主力加纵向附加力——二孔重载,常水位，计浮力
基底处竖向合力偏心距:主力加纵向附加力孔轻载，低水位计浮力。

基础之倾覆及滑动稳定性:其最利荷载组合为主力加纵向附加力——一孔轻载，高水位浮力。

本桥为小跨度桥（
l=32m），墩身也不高(15m高)，因此可以不检算墩顶位移。

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