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1、第二章 天然地基上的浅基础2.5-2 2.5-2 刚性扩大基础设计刚性扩大基础设计2.6 2.6 其它基础形式设计其它基础形式设计 2刚性扩大基础设计刚性扩大基础设计一、确定基础埋深一、确定基础埋深二、基础尺寸的拟定二、基础尺寸的拟定基础厚度应考虑墩、台身结构形式、荷载大小及基础材料等因素。基基础厚度应考虑墩、台身结构形式、荷载大小及基础材料等因素。基底标高应按基础埋深的要求确定。这样，基础厚度可按所确定的基础底标高应按基础埋深的要求确定。这样，基础厚度可按所确定的基础底面和顶面标高求得。在一般情况下，大、中桥墩、台混凝土基础厚底面和顶面标高求得。在一般情况下，大、中桥墩、台混凝土基础厚度在度
2、在1.01.02.0m2.0m左右。左右。1 1、基础平面尺寸：基础平面形状常用矩形。基础底面长宽尺寸与高、基础平面尺寸：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。度有如下的关系式。式中：式中：l l墩、台身底截面长度墩、台身底截面长度(m)(m)；d d墩、台身底截面宽度墩、台身底截面宽度(m)(m)；H H基础高度基础高度(m)(m)；墩、台身底截面边缘至基础边缘线与垂线间的夹角。墩、台身底截面边缘至基础边缘线与垂线间的夹角。3刚性扩大基础设计刚性扩大基础设计2 2、基础剖面尺寸：刚性扩大基、基础剖面尺寸：刚性扩大基础的剖面形式一般做成矩形础的剖面形式一般做成矩形或台阶形
3、。自墩、台身底边或台阶形。自墩、台身底边缘至基顶边缘距离缘至基顶边缘距离c c1 1称襟边，称襟边，其值应视基底面积的要求、其值应视基底面积的要求、基础厚度及施工方法而定。基础厚度及施工方法而定。桥梁墩台基础襟边最小值桥梁墩台基础襟边最小值为为20cm20cm30cm30cm。基础悬出总长度，应使悬出基础悬出总长度，应使悬出部分在基底反力作用下，部分在基底反力作用下，在在a-aa-a截面所产生的弯曲拉截面所产生的弯曲拉力和剪应力不超过基础圬工力和剪应力不超过基础圬工的强度限值。基础每层台阶的强度限值。基础每层台阶高度高度t ti i，常为，常为0.50m0.50m1.00m1.00m，在一般情
4、况下各层台阶宜在一般情况下各层台阶宜采用相同厚度。采用相同厚度。4刚性扩大基础设计刚性扩大基础设计三、地基承载力验算三、地基承载力验算（一）持力层强度验算（一）持力层强度验算持力层强度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持力层强度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。其计算式为：容许承载力。其计算式为：式中：式中：基底应力（基底应力（kPakPa）；）；N N基底以上竖向荷载（基底以上竖向荷载（kNkN）；）；A A基底面积（基底面积（mm2 2）；）；MM作用于墩、台上各外力对基底形心轴之力矩作用于墩、台上各外力对基底形心轴之力矩 其中其中T Ti i为
5、水平力，为水平力，h hi i为水平作用点至基底的距离，为水平作用点至基底的距离，P Pi i为竖向力，为竖向力，e ei i为竖为竖向力向力P Pi i作用点至基底形心的偏心距，作用点至基底形心的偏心距，e eo o为合力偏心距；为合力偏心距；WW基底截面模量（基底截面模量（mm3 3），对矩形基础，），对矩形基础，为基底核为基底核心半径；心半径；基底处持力层地基容许承载力（基底处持力层地基容许承载力（kPakPa）。）。5刚性扩大基础设计刚性扩大基础设计（二）软弱下卧层承载力验算（二）软弱下卧层承载力验算验算软弱下卧层的承载力应先计算软弱验算软弱下卧层的承载力应先计算软弱下卧层顶面下卧层顶
6、面A A的应力不得大于该处地基的应力不得大于该处地基土的容许承载力。土的容许承载力。即即 式中：式中：相应于深度相应于深度(h h+z z)以内土的以内土的换算重度（换算重度（kN/m3kN/m3）深度深度h h范围内土层的换算重度（范围内土层的换算重度（kN/m3kN/m3）h h 基底埋深（基底埋深（mm）；）；z z 从基底到软弱土层顶面的距离（从基底到软弱土层顶面的距离（mm）；）；基底中心下土中附加应力系数，可按土基底中心下土中附加应力系数，可按土力学教材或规范提供系数表查用；力学教材或规范提供系数表查用；由计算荷载产生的基底压应力（由计算荷载产生的基底压应力（kPakPa）软下卧层
7、顶面处的容许承载力（软下卧层顶面处的容许承载力（kPakPa）6刚性扩大基础设计刚性扩大基础设计四、基底合力偏心距验算四、基底合力偏心距验算对于非岩石地基：以不出现拉应力为原则：当墩、台仅受恒载作用时，对于非岩石地基：以不出现拉应力为原则：当墩、台仅受恒载作用时，基底合力偏心距基底合力偏心距e e0 0应分别不大于基底核心半径应分别不大于基底核心半径 的的0.10.1倍（桥墩）和倍（桥墩）和0.750.75倍（桥台）；当墩、台受荷载组合是短时的，对基底偏心距的要倍（桥台）；当墩、台受荷载组合是短时的，对基底偏心距的要求可以放宽，一般只要求基底偏心距求可以放宽，一般只要求基底偏心距e e0 0不
8、超过核心半径不超过核心半径 即可。即可。对于修建在岩石地基上的基础：参阅有关桥涵设计规范对于修建在岩石地基上的基础：参阅有关桥涵设计规范当外力合力作用点不在基底二个对称轴中任一对称轴上，或当基底截当外力合力作用点不在基底二个对称轴中任一对称轴上，或当基底截面为不对称时，可直接按下式求面为不对称时，可直接按下式求e e0 0与与 的比值，使其满足规定的要求：的比值，使其满足规定的要求：7刚性扩大基础设计刚性扩大基础设计五、基础稳定性和地基稳定性验算五、基础稳定性和地基稳定性验算（一）基础稳定性验算（一）基础稳定性验算1 1基础倾覆稳定性验算基础倾覆稳定性验算设基底截面重心至压力最大一边的设基底截
9、面重心至压力最大一边的边缘的距离为边缘的距离为y,y,外力合力偏心距外力合力偏心距e e0 0，则两者的比值可反映基础倾覆稳定则两者的比值可反映基础倾覆稳定性的安全度，称为抗倾覆稳定系数。性的安全度，称为抗倾覆稳定系数。即即如外力合力不作用在形心轴上或基如外力合力不作用在形心轴上或基底截面有一个方向为不对称底截面有一个方向为不对称,那么基那么基底压力最大一边的边缘线是外包线底压力最大一边的边缘线是外包线,y y值应是通过形心与合力作用点的值应是通过形心与合力作用点的连线并延长与外包线相交点至形心连线并延长与外包线相交点至形心的距离。的距离。一般对主要荷载组合一般对主要荷载组合K K0 01.5
10、1.5，在各种附加荷载组合时，在各种附加荷载组合时，K K0 01.11.11.31.3。8刚性扩大基础设计刚性扩大基础设计2 2基础滑动稳定性验算基础滑动稳定性验算基础在水平推力作用下沿基础底面滑动的可能性即基础抗滑动安全度的基础在水平推力作用下沿基础底面滑动的可能性即基础抗滑动安全度的大小，可用基底与土之间的摩擦阻力和水平推力的比值大小，可用基底与土之间的摩擦阻力和水平推力的比值KcKc来表示，来表示，KcKc称称为抗滑动稳定系数。为抗滑动稳定系数。即即 式中：式中：uu基础底面（圬工材料）与地基之间的摩擦系数；基础底面（圬工材料）与地基之间的摩擦系数；验算桥台基础的滑动稳定性时，如台前填
11、土保证不受冲刷，可同时考虑验算桥台基础的滑动稳定性时，如台前填土保证不受冲刷，可同时考虑计入与台后土压力方向相反的台前土压力，其数值可按主动或静止土压计入与台后土压力方向相反的台前土压力，其数值可按主动或静止土压力进行计算。力进行计算。按上式求得的抗滑动稳定系数按上式求得的抗滑动稳定系数KcKc值，必须大于规范规定的设计容许值，值，必须大于规范规定的设计容许值，一般根据荷载性质，一般根据荷载性质，K K01.201.21.31.3。（二）地基稳定性验算（二）地基稳定性验算基底下地基如在不深处有软弱夹层时，在台后土推力作用下，基础也有基底下地基如在不深处有软弱夹层时，在台后土推力作用下，基础也有
12、可能沿软弱夹层土可能沿软弱夹层土的层面滑动，在较陡的土质斜坡上的桥台、挡土墙的层面滑动，在较陡的土质斜坡上的桥台、挡土墙也有滑动的可能。这种地基稳定性验算方法可按土坡稳定分析方法，即也有滑动的可能。这种地基稳定性验算方法可按土坡稳定分析方法，即用圆弧滑动面法来进行验算。用圆弧滑动面法来进行验算。9刚性扩大基础设计刚性扩大基础设计六、基础沉降验算六、基础沉降验算基础的沉降验算包括沉降量，相邻基础沉降差，基础由于地基不均匀基础的沉降验算包括沉降量，相邻基础沉降差，基础由于地基不均匀沉降而发生的倾斜等。沉降而发生的倾斜等。修建在一般土质条件下的中、小型桥梁的基础，只要满足了地基的强修建在一般土质条件
13、下的中、小型桥梁的基础，只要满足了地基的强度要求，地基（基础）的沉降也就满足要求。但对于下列情况，则必度要求，地基（基础）的沉降也就满足要求。但对于下列情况，则必须验算基础的沉降，使其不大于规定的容许值：须验算基础的沉降，使其不大于规定的容许值：1 1修建在地质情况复杂、地层分布不均或强度较小的软粘土地基及修建在地质情况复杂、地层分布不均或强度较小的软粘土地基及湿陷性黄土上的基础；湿陷性黄土上的基础；2 2修建在非岩石地基上的拱桥、连续梁桥等超静定结构的基础；修建在非岩石地基上的拱桥、连续梁桥等超静定结构的基础；3 3当相邻基础下地基土强度有显著不同或相邻跨度相差悬殊而必须当相邻基础下地基土强
14、度有显著不同或相邻跨度相差悬殊而必须考虑其沉降差时；考虑其沉降差时；4 4对于跨线桥、跨线渡槽要保证桥（或槽）下净空高度时。对于跨线桥、跨线渡槽要保证桥（或槽）下净空高度时。地基土的沉降可根据土的压缩特性指标按地基土的沉降可根据土的压缩特性指标按公桥基规公桥基规的单向应力分的单向应力分层总和法（用沉降计算经验系数层总和法（用沉降计算经验系数msms修正）计算。修正）计算。验算基础的倾斜是将建筑物顶面的水平位移控制在容许范围以内。验算基础的倾斜是将建筑物顶面的水平位移控制在容许范围以内。102.6 其它基础形式设计1112132.14 2.14 减轻地基不均匀沉降的措施减轻地基不均匀沉降的措施
15、2.14.1 2.14.1 建筑措施建筑措施(1)(1)建筑物体型力求简单建筑物体型力求简单建筑物体型是指其平面形状与立面轮廓。建筑物体型是指其平面形状与立面轮廓。(2)(2)控制建筑物长高比及合理布置纵横墙控制建筑物长高比及合理布置纵横墙 长高比大的建筑物整体刚度小，纵墙很容易因挠曲变形过大而开裂长高比大的建筑物整体刚度小，纵墙很容易因挠曲变形过大而开裂(图图2.88)2.88)。(3)(3)设置沉降缝设置沉降缝根据经验，沉降缝的位置通常选择在下列部位上。根据经验，沉降缝的位置通常选择在下列部位上。平面形状复杂的建筑物的转折部位；平面形状复杂的建筑物的转折部位；建筑物的高度或荷载突变处；建筑
16、物的高度或荷载突变处；长高比较大的建筑物适当部位；长高比较大的建筑物适当部位；地基土压缩性显著变化处；地基土压缩性显著变化处；建筑结构建筑结构(包括基础包括基础)类型不同处；类型不同处；分期建造房屋的交界处。分期建造房屋的交界处。(4)(4)控制相邻建筑物基础的间距控制相邻建筑物基础的间距(5)调整建筑物的局部标高调整建筑物的局部标高 2.14.2 2.14.2 结构措施结构措施(1)(1)减轻建筑物自重减轻建筑物自重(2)(2)设置圈梁设置圈梁 (3)(3)减小或调整基底附加压力减小或调整基底附加压力(4)(4)增强上部结构刚度或采用非敏感性结构增强上部结构刚度或采用非敏感性结构2.14.3
17、 2.14.3 施工措施施工措施 施工顺序施工顺序预压沉降期预压沉降期14计算作用在墙下条形基础上荷载是，计算段的选取：计算作用在墙下条形基础上荷载是，计算段的选取：2.6.1 2.6.1 概述概述通常，刚性基础的荷载有以下三种情况：一种中心荷载下通常，刚性基础的荷载有以下三种情况：一种中心荷载下的基础；二、三种偏心荷载下的基础。的基础；二、三种偏心荷载下的基础。15设计计算的前提：设计计算的前提：确定了基础类型为刚性基础，确定了基础埋置深度，进而可以确定确定了基础类型为刚性基础，确定了基础埋置深度，进而可以确定地基的承载力，可以计算作用在基础上的荷载。地基的承载力，可以计算作用在基础上的荷载
18、。2.6.2 2.6.2 中心荷载作用下的刚性基础设计中心荷载作用下的刚性基础设计对于中心荷载作用的基础，基础通常采用对称形式，使荷载对于中心荷载作用的基础，基础通常采用对称形式，使荷载作用线通过基底形心。？避免产生偏心荷载。作用线通过基底形心。？避免产生偏心荷载。设计步骤、计算内容：设计步骤、计算内容：通过承载力要求确定基础底面尺寸，计算内容包括持力层土的承载通过承载力要求确定基础底面尺寸，计算内容包括持力层土的承载力计算和软弱下卧层的验算；力计算和软弱下卧层的验算；对需要考虑地基变形的建筑物，验算建筑物的变形特征值，并据此对需要考虑地基变形的建筑物，验算建筑物的变形特征值，并据此调整基础底
19、面尺寸。调整基础底面尺寸。16(1)确定基础底面积确定基础底面积A(矩形、条形或正方形矩形、条形或正方形)式中，式中，Fk为相应于荷载效应标准组合时上部结构传至地面标高处的荷为相应于荷载效应标准组合时上部结构传至地面标高处的荷载特征值载特征值;Gk为基础及其台阶上填土的自重为基础及其台阶上填土的自重,Gk=G GdA；G G为基础及回填土的平均容重，一般取为基础及回填土的平均容重，一般取20kN/m20kN/m3 3;d d为基础平均埋深为基础平均埋深2.6.2 2.6.2 中心荷载作用下的刚性基础设计中心荷载作用下的刚性基础设计按承载力条件按承载力条件,基底压力应小于地基允许承载力即基底压力
20、应小于地基允许承载力即:其中其中:整理后，得到中心荷载作用下的基础底面积整理后，得到中心荷载作用下的基础底面积A的计算公式：的计算公式：17对对于于矩矩形形单单独独基基础础，计计算算出出A后后，先先选选定定b或或L，再计算另一边长，使再计算另一边长，使A=Lb，一般取，一般取L/b=1.02.0。对对于于正正方方形形基基础础，底底面面积积A=bb，公公式式(2.36)可可改写为：改写为：2.6.2 2.6.2 中心荷载作用下的刚性基础设计中心荷载作用下的刚性基础设计若若荷荷载载小小而而地地基基承承载载力力较较大大，计计算算的的基基础础宽宽度度很很小小，但但为为保保证证安安全全和和便便于于施施工
21、工，承承重重墙墙下下的的基基础础宽宽度度不不得得小小于于600700mm，非承重墙下的基础宽度不小于，非承重墙下的基础宽度不小于500mm。对对于于条条形形基基础础，取取1m长长计计算算，底底面面积积A=1b，原原计算公式变为计算公式变为182.6.2 2.6.2 中心荷载作用下的刚性基础设计中心荷载作用下的刚性基础设计(2)确定基础的高度19确定基础高度确定基础高度20(1)按中心荷载作用下的公式按中心荷载作用下的公式(2.36)，计算基础底面积，计算基础底面积A0。2.6.32.6.3偏心荷载作用下刚性基础的设计偏心荷载作用下刚性基础的设计确定偏心荷载作用下的基础底面尺寸时确定偏心荷载作用
22、下的基础底面尺寸时,通常按逐次渐近试通常按逐次渐近试算法进行算法进行,计算步骤为计算步骤为(3)计算基底的最大和最小的边缘压力计算基底的最大和最小的边缘压力pkmax、pkmin(2)考虑偏心荷载作用考虑偏心荷载作用,加大加大A0,第一次近似值取第一次近似值取A=(1.11.4)A0,对矩形底面的基础对矩形底面的基础,基础底面的长度和宽基础底面的长度和宽度一般取度一般取L/b=1.22.0。212.6.32.6.3偏心荷载作用下刚性基础的设计偏心荷载作用下刚性基础的设计对于矩形基础，对于矩形基础，W=lb2/6；对于条形基础，取；对于条形基础，取1m长计算，长计算，W=b2/6,再按照再按照，
23、地基基础设计规范地基基础设计规范检查基底应力是否检查基底应力是否满足：满足：根据上式验算结果，调整基底尺寸直至得到满意结果。根据上式验算结果，调整基底尺寸直至得到满意结果。偏心荷载作用下刚性基础高度的确定方法与中偏心荷载作用下刚性基础高度的确定方法与中心荷载作用时相同，由各种材料的允许刚性角心荷载作用时相同，由各种材料的允许刚性角确定，此处不再赘述。确定，此处不再赘述。222.6.32.6.3偏心荷载作用下刚性基础的设计偏心荷载作用下刚性基础的设计对于混凝土基础，当基础底面处的平均压力超过对于混凝土基础，当基础底面处的平均压力超过300kPa时，时，23(1)砖基础细部构造砖基础细部构造2.6
24、.4 2.6.4 刚性基础的构造刚性基础的构造(a)二一间收 (b)二皮一收242.6.4 2.6.4 刚性基础的构造刚性基础的构造25(2)(2)砌石基础砌石基础26(3)(3)素混凝土基础素混凝土基础27(4)(4)灰土基础灰土基础28设计示例设计示例29解解（1）按中心荷载作用初估基础底面积，由式）按中心荷载作用初估基础底面积，由式2.36得得（2）考虑偏心荷载作用，将基底面积扩大）考虑偏心荷载作用，将基底面积扩大1.3倍：倍：设计示例设计示例注意单位，注意单位，书上错了！书上错了！A=1.3A0=6.04m2初步拟定基础尺寸为初步拟定基础尺寸为3m2m。30（3）计算基底边缘最大压力）
25、计算基底边缘最大压力Pmax按公式按公式2.16计算基底边缘最大应力为：计算基底边缘最大应力为：设计示例设计示例总荷载的偏心距：总荷载的偏心距：基底总力矩：基底总力矩：基础的总垂直荷载：基础的总垂直荷载：基础及回填土自重：基础及回填土自重：W的计算？31（4）按基础埋深修正地基承载力：）按基础埋深修正地基承载力：设计示例设计示例（6）验算中心荷载作用下的基底应力的允许条件：）验算中心荷载作用下的基底应力的允许条件：（5）验算偏心荷载下基底反力的允许条件：）验算偏心荷载下基底反力的允许条件：查表查表2.10 得得 d d1.6,1.6,持力层以上土体容重持力层以上土体容重 m17.6 kN/m2
26、：32（7）确定基础高度和构造尺寸：）确定基础高度和构造尺寸：设计示例设计示例根据素混凝土基础构造要求，基础总高度大于根据素混凝土基础构造要求，基础总高度大于900mm时时做成三层台阶，每个台阶高度不大于做成三层台阶，每个台阶高度不大于500mm，基础构造，基础构造尺寸如图：尺寸如图：采用采用C10混凝土基础，查表混凝土基础，查表2.4,台阶高宽比允许值为台阶高宽比允许值为1:1.0,则基础高度则基础高度33本章小结本章小结刚性基础设计：刚性基础设计：中心荷载作用下刚性基础设计中心荷载作用下刚性基础设计偏心荷载作用下刚性基础的设计偏心荷载作用下刚性基础的设计刚性基础构造要求刚性基础构造要求设计计算主要内容：基础底面尺寸、埋置深度和基础设计计算主要内容：基础底面尺寸、埋置深度和基础构造构造作业作业：阅读教材及参考书，完成阅读教材及参考书，完成P123P123思考题与习题思考题与习题2.182.18预习下一讲内容，预习下一讲内容，2.7 2.7 钢筋混凝土扩展基础设计钢筋混凝土扩展基础设计 。