桥梁基础工程-浅埋基础

桥上无车：风力大，竖向力小。
（2）离心力 离心力指列车在曲线上产生的倾向曲线外侧的水平力。
集中荷载
行车速度
分布荷载
v2 F ( f N) 127 R
单 位 换 算 系 数 曲 线 半 径 竖 向 荷 载 折 减 系 数 集 中 荷 载
v2 F ( f q) 127 R
分 布 荷 载
（3）列车活载产生的土压力 列车荷载折算为土柱后，按 库仑主动土压力计算。
2.4 浅基础的设计计算
持力层
承 载 力
软弱下卧层 地基 浅基础设计 结构 2.4.1 地基承载力验算 1. 持力层强度检算 •要求 主力组合： max [ ] 主力+附加力： max 1.2[ ]
地基容许承载力
沉 降 稳定性
确定基底尺寸
满足刚性角要求
确定基础高度
主力+特殊荷载： max (1.2 ~ 1.4)[ ]
检算墩
(c) (d)
检算墩
• 加载效果（“中－活载”） 1）纵向验算时 单孔重载：水平制动力最大，支座反力最大。 单孔轻载：水平制动力最大，而支座反力最小。 双孔重载：墩上竖向合力最大，水平力可能最大。 双孔满载：水平制动力最大，竖向合力接近最大。 2）横向向验算时 双孔满载：风力、列车摇摆力大，竖向力最大。 双孔空车：水平力大，竖向力小。
（4）工程地质资料； （5）其他资料：工期、设备、技术条件等。
2.1.3 构造要求
1. 材料 混凝土： ≥ C15； 浆砌片石或块石：石料≥ MU40，砂浆≥ M10。
2. 基础厚度的确定
•要求
刚性角[]
•目 的 保证基础有足够的厚度，从而不发生“弯曲”和剪切破坏。
襟边
桥
墩
襟边
1 ≤ [1]
（沿纵、横方向）
（顶层台阶）
基 础
各层高度≥ 1m
2 ≤ [2]（沿纵、横方向）
（非顶层台阶）
• 混凝土基础的刚性角要求 （1） 单向受力基础
（不包括圆端型桥墩 的矩形基础）
纵、横向襟边相等
（2） 其他情况
其中，纵、横向 襟边不等时，要 求： eb
纵、横向襟边不相等
1 ≤ 45o 2 ≤ 45o
设计冻深 基础 底面 下容 许最 大冻 层厚 度
土 的 类 别
土 环 的 境 冻 胀 性
地 基 标 形 础 准 坡 冻 向 深
对冻深的影响系数
2.2.2 基础埋深的确定 在最小埋深以下各土层中找一个埋得较浅、压缩性较低、强度较高 的稳定土层作为持力层。
2.3 基础上的荷载计算
《铁路桥规》（荷载发生频率）： 主力 附加力 特殊荷载 偶然作用 《公路桥规》 （荷载发生频率） ： 永久作用 可变作用 •《铁路桥规》 2.3.1 主力
3. 季节性冻土冻胀和融沉的影响 影响因素：土的类别、冻前天然含水量、地下水位低于冻结线的最 小距离、平均冻胀率。 基础底面应埋置在天然最大冻结线以下一定深度。 《铁路桥规》：冻胀、强冻胀和特强冻胀土应在冻 结线以下不小于0.25m；弱冻胀土，不应小于冻结深度。 《公路桥规》 d min zd hmax zd zs zw ze zg zf z0
基底与土层间 的摩擦系数
H2
A N O
检算截面
A
R
s
e A A P O e O
e s
Kc≥1.5
Kc≥1.3（临时施工）
（3）流水压力
流 水 压 力
桥 墩 形 状 系 数
桥 墩 阻 水 面 积
2g
水流方向
一般冲刷线
2 h /3
h /3
PKA
wv 2 计算流速
计算时采用的水位线
b1
b2
2.3.3 特殊荷载
出现几率极小的荷载。 船只（排筏）撞击力 汽车撞击力 施工临时荷载 附加力 地震力
列车脱轨荷载
长钢轨断轨力
武汉长江大桥自1957年建成以来，被撞近百次。2011年6月6日，遭 万吨级驳船撞击。
第2章 明挖基础
2.1 概 述
明挖基础亦称扩大基础或浅埋基础。
（1）基本形式
桥台基础
桥墩基础
强风化泥岩（
）
中风化泥岩（
）
基础底面
矩形
圆端形
圆形
八角形
T 形
（2）材 料 片石（块石） 片石混凝土 素混凝土 钢筋混凝土（特殊情况下采用） （3）特 点 形式简单，施工方便，造价低。
明挖基础
2.1.1 设计内容及程序
2007年6月15日，“南桂机035”运沙船从佛山高明开往顺德途中偏离主 航道，触碰九江大桥非通航的桥墩，造成九江大桥3个桥墩倒塌，约200m桥 面坍塌，“南桂机035” 运沙船沉没，4辆汽车坠入河中，并造成9人失踪。
2.3.4 荷载组合 指所有可能以最大值或较大值同时出现的荷载。 主力组合 荷载组合 主力+附加力 主力+特殊荷载 • 最不利荷载组合 活载的加载图式对基础设计检算项目的最不利荷载组合起控制性作用。 （1）基底压应力：单孔重载或双孔重载（纵向力矩或竖向力较大）； （2）基底偏心距和基底稳定性：单孔轻载（竖向力最小，纵向力矩 较大）； （3）基底偏心距和基底压应力（曲线桥）：双孔重载（支点反力和 离心力最大）。
1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
30
0.8
1.6
1.6
1.6
0.8
• 采用“中－活载”计算桥墩基础时的常用加载图（最不利受力）
单孔重载
92kN/m 5X220kN 5X220kN
单孔轻载
92kN/m
检算墩
(a) (b)
检算墩
双孔重载
5X220kN
双孔空车活载
80kN/m 10kN/m
x
92kN/m
主力是永久性或经常性作用的荷载，包括恒载和活载两部分。 结构构件及附属设备自重 恒载土压力 恒 载 浮力 混凝土收缩和徐变的影响
主力 列车竖向静活载 离心力
活载
横向摇摆力 活载土压力
1. 恒 载
（1）结构构件及附属设备自重； （2）恒载土压力 桥台：库仑主动土压；桥墩：静土压（分析滑动稳定性时）。 （3）浮力 基底土、岩层透水时考虑。 （4）混凝土收缩和徐变的影响 按降低温度的方法计算。 2. 活 载
• 基底压应力计算
max Ni M x M y min A Wx Wy
基底面积 基底的截面模量
竖向荷载
弯 矩
• 容许承载力[]的计算
由地基（基底以 下）土确定
[ ] 0 k1 1 b 2） k2（h 3） （ 2
容 许 承 载 力 基 本 承 载 力 宽 度 修 正 系 数 基 底 以 下
中华人民共和国铁路标准荷载
（1）列车竖向静活载
“中－活载”（普通铁路） ZK标准荷载（高速铁路）
•活 载
特种荷载
“中－活载”（普通铁路）
普通荷载
ZK标准荷载（高速铁路）
4×200kN
80kN/m
250 250 250kN 220 220 220 220 220kN
92kN/m
64kN/m
1.5 1.5
• 核心半径
W / A
2.4.3 稳定性检算 1. 倾覆稳定性
s Ni 稳定力矩 s K0 = 倾覆稳定系数 倾覆力矩 Ni ei H i hi e
e1 e2 N1 N2 H1
≥1.5
≥1.3（临时施工）
s e
2. 滑动稳定性
f Ni Kc Hi
1 ≤ 35o 2 ≤ 45o
2.2 基础埋置深度的确定
基础的埋置深度是指基础底面至设计地面或一般冲刷线的铅垂距离。
原河床面
总冲刷深度 埋深H
一般冲刷深度
一般冲刷线
局部冲刷深度
局部冲刷线
• 确定基础埋深的基本原则
（1）基础应保证一定的埋深，不使外界各种不良因素对基础产 生较大的影响。（最小埋深） （2）基础应置于较好的土层上，在保证地基满足承载力、沉降 变形等要求的前提下，可减小基础的尺寸，节约材料。但同时还应 考虑埋深不应太大，避免开挖施工的不便和工程量的增大；
e
M i [e] Ni
地基及荷载情况
偏心距容许值（《桥规》，部分）
建于非岩石地基上的墩台，仅 承受恒载作用时 建于非岩石地基（包括土状的 风化岩层）上的墩台，当承受 主力加附加力时 墩台承受主力加特殊荷载（地 震力除外）时 合力的作用点应接近基础底面的重心 桥墩与土的基本承载力 200kPa的桥台 土的基本承载力 200kPa的桥台 非岩石地基 岩石地基 土的基本承载力 200kPa 土的基本承载力 200kPa 硬质岩 其他岩石 1.0 0.8 1.2 1.0 2.0 1.5
W K1K2 K3W0
风 荷 载 强 度
体 形 系 数
高 度 变 化 系 数
• 桥上有车时 取0.8W。
地 形 、 地 理 条 件 系 数
基 本 风 压
1 2 W0 v 1.6
计 算 风 速
2007年2月28日2时05分，乌鲁木齐开往阿 克苏的5807次旅客列车因大风（13级）脱轨， 造成3名旅客死亡，34名旅客受伤。
• 设计规范 《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1-2005） 《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 D60-2004） 《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）
2.1.2 设计所需资料
（1）线路、桥梁及墩台资料； （2）地形资料； （3）水文、气象资料；
h0
台背
B0
（4）列车摇摆力 列车蛇行运动、机车各部分产生的动力不对称作用等原因使列 车在行进中发生左右摇摆，产生作用于轨面的横向摇摆力。
一般取为100kN，作为一个集中荷载取最不利位置，以水平方向 垂直线路中心线作用于钢轨顶面。
2.3.1 附加力
非经常性作用的荷载，一般多是水平方向。
制动力或牵引力
• 埋深h （1）无冲刷时：自天然地面算起。 （2）有冲刷时：自一般冲刷线算起。
• 基底压力h的确定方法
α(σh-γh )
>1:取基底的平均压力
z/b（z/d） 1:取距max 边b/4 ~b/4处的压力值
z
h
2.4.2 基底偏心距检算 •目的 （1）避免基底与地基土层脱离；（2）避免基底压力两端应力相 差过大，造成两端沉降相差太大，使墩台发生过大倾斜。 •要求
洪水对桥墩基础的冲刷
潜水检查冲刷程度
抛石以减轻冲刷
2002年6月9日下午3时，西安市灞河发生洪水，在575m3/s的洪峰 作用下，陇海铁路灞河大桥的4#、3#、5#、2#、1#桥墩相继倒塌， 造成约150m的桥梁断裂坍塌，轨排扭曲悬空，致使陇海铁路大动脉 中断。大桥坍塌的主要原因之一就是灞河下游多年的非法采砂。采 砂改变了灞河河床的自然坡度及水流形态，加快了河床下切速度， 河床下切对大桥带来的直接影响是，桥墩基础越来越浅，下切的河 床使桥墩基础逐渐悬空并失去支撑。
2.2.1 基础的最小埋深
即保证基础不受外界不良因素（河流冲刷、季节性冻融、人及
动物活动等）影响的最小埋置深度。 1. 保证地基持力层的稳定性 《铁路桥规》：埋深不小于2m（特殊情况下不小于1m）。 2. 河流冲刷的影响
基础埋深安全值 （位于总冲刷线以下的深度，《铁路桥规》）
冲刷总深度/m（一般冲刷深度+局部冲刷深度） 一般桥梁 安 全 值 / 特大桥（或大桥），属于技 m 术复杂、修复困难或重要者 0 2.0 设计频率流量 检算频率流量 3.0 1.5 5 2.5 3.5 1.8 10 3.0 4.0 2.0 15 3.5 4.5 2.3 20 4.0 5.0 2.5
2m b 10m
深 度 修 正 系 数
基 底 以 上
h 3m
2. 软弱下卧层强度检算
hz qhz ( h h) [ ]hz
总 的 竖 向 应 力 自 重 应 力
附加 应力 系数
附 加 应 力
（软弱下卧层顶面处的）
容 许 承 载 力
一般冲刷线
N
b
γ(h +z )
风力
附加力
流水压力
冰压力 温度变化的作用 冻胀力
（1）制动力或牵引力
列车制动或启动时对桥梁产生的水平力。
1）按列车竖向静活载的10%（与离心力同时计算时，按7%）计算。
2）计算桥墩基础时作用在轨顶以上2m，墩台时支座中心，计算台 顶活载时移到轨底。 3）对简支梁桥，传至墩台上的力通过固定支座为全孔的100%，滑 动支座为50%，滚动支座为25%。 （2）风荷载
（1）确定基础圬工类型及立面形式。 （2）拟定基础的埋置深度和基础的平面尺寸。 （3）进行荷载计算及荷载组合。
（4）进行受力及变形检算。包括：
• 基础强度（刚性角）； • 地基强度（持力层和软弱下卧层）；
ຫໍສະໝຸດ Baidu
• 基础倾斜（偏心距）；
• 抗倾覆及滑移稳定性； • 沉降、沉降差（拱桥、连续梁等超静定结构）； • 抗滑稳定性（建于斜坡时）；