刚性扩大基础设计

9.2 刚性扩大基础的设计与计算
设计与计算的主要内容： 基础埋置深度的确定 刚性扩大基础尺寸的拟定 地基承载力验算 基底合力偏心距验算 基础稳定性和地基稳定性验算 基础沉降验算
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一、基础埋置深度的确定
将基础设置在变形较小，而强度又比较大的持力 层上，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。
长(横 度桥 ) 向 al2Htan 宽(顺 度桥 ) 向 bd2Htan
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三、地基承载力验算 持力层强度验算 软弱下卧层承载力验算
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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 层承载力验算要求荷载在基底产生的地基应力不 超过持力层的地基容许承载力。
基底应力分布公式如下 (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性抗力 的作用) 。
pm mainxN AW MγR[fa]
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σ
σ σ σ σ
基底应力分布图
偏心竖直力作用在任意点
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讨论:
✓ 对于曲线桥，计算基底应力时，应按下式计算： pm mainxN AM Wxx M Wyy γR[fa]
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软弱下卧层承载力验算
当受压层范围内地基为多层土，且持力层以 下有软弱下卧层，这时还应验算软弱下卧层的承 载力，验算时先计算软弱下卧层顶面（在基底形 心轴下）的应力（包括自重应力及附加力） ，不 得大于该处地基土的容许承载力。即:
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上部结构型式
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。但对超静定结构 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。
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当地的地形条件
➢ 当墩台、挡土墙等结 构位于较陡的土坡上， 在确定基础埋深时， 还应考虑土坡连同结 构物基础一起滑动的 稳定性。
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➢ 当地基为倾斜土坡时，应结合实际情况，对地基 容许承载力适当折减。
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对于大、中桥基础的基底在设计洪水冲刷总深 度以下的最小埋置深度，建议根据桥梁大小、技术 的复杂性和重要性，参照下表采用。
冲刷总深度(m)
最小埋置深度(m) 桥梁类型
0 <3 ≥3 ≥8 ≥15 ≥2 0
一般桥梁
1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
技术复杂修复困难的特大桥及其它重
要大桥
地基的地质条件
岩石地基: 覆盖土层较薄时，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； 如岩石的风化层很厚，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 应的容许承载力来确定。 如岩层表面倾斜时，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， 还应注意岩体的稳定性。
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非岩石地基: 如受压层范围内为均质土，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 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）。
当地质条件较复杂如地层为多层土组成等或对大 中型桥梁及其它建筑物基础持力层的选定，应通 过较详细计算或方案比较后确定。
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河流的冲刷深度
应根据墩、台身结构形式，荷载大小，选用的 基础材料等因素来确定。
基底标高应按基础埋深的要求确定。水中基础顶 面一般不高于最低水位，在季节性流水的河流或旱 地上的桥梁墩、台基础，则不宜高出地面，以防碰 损。这样，基础厚度可按上述要求所确定的基础底 面和顶面标高求得。
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基础平面尺寸 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。 基础底面长宽尺寸与高度有如下的关系式：
(Ⅰ)硬塑亚粘土
［σ0］=250kPa
1.0 -1.0
-5.0
刚性扩大基础
a)
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沉井基础
b)
桩基础
c)
二、刚性扩大基础尺寸的拟定 基础厚度 基础平面尺寸 基础剖面尺寸
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t3 t2 t1
c1 α a a
a)
h
H
a α
a
c1 c2
h H
a/2
l/2
ห้องสมุดไป่ตู้
d b
刚性扩大基础精立品 面、平b面)图
基础厚度
还要使基础有足够的埋置深度，以保证基础的稳 定性，确保基础的安全。
必须综合考虑地基的地质和地形条件、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、 造价等因素。
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h1 h2 h3
刚性扩大基础
a)
沉井基础
b)
桩基c础)
基基 础 础埋 埋深 深的 的不 精品同 不方 同案 方案
D h
D h
s
l
b
α
lb α
➢ 若基础位于较陡的岩体上，可将基础做成台阶形， 但要注意岩体的稳定性。
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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 植物的生长作用，也会影响其强度和稳定，所以一 般地表土不宜作为持力层.为了保证地基和基础的 稳定性，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1m。
➢ 在确定基础埋置深度时，还应考虑相邻建筑物的影 响。
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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。
h1 h2 h3
11.0 常水位
9.0 河底 8.0 一般冲刷线 7.0 最大冲刷线
(Ⅰ)硬塑亚粘土
［σ0］=250kPa
(Ⅱ)软粘土
［σ0］=100kPa
(Ⅲ)硬塑粘土
［σ0］=300kPa
1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
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当地的冻结深度
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，基础底面应埋置在天然最大冻 结线以下一定深度。 《公桥基规》规定，当上部结构为超静定结构时，基 底应埋置在最深冻结线以下不小于0.25m； 对静定结构的基础，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 也可将基底置于最大冻结线以上。
p Z 1 ( h z ) ( p 2 h ) R [ fa ]
冲刷的基本概念: ➢ 洪水冲刷后，整个河床面要下降，这叫一般冲刷.
被冲下去的深度叫一般冲刷深度. ➢ 同时由于桥墩的阻水作用，使洪水在桥墩四周冲
出一个深坑，这叫局部冲刷.
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原河床面 一般冲刷 局部冲刷
河流的冲刷作用
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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 以致倒塌，基础必须埋置在设计洪水的最 大冲刷线以下不小于1m。特别是在山区和 丘陵地区的河流，更应注意考虑季节性洪 水的冲刷作用。