课程设计课程名称基础工程设计题目重力式桥墩刚性扩大基础设计姓名专业年级学号指导教师成绩日期 2011 年6 月 26 日《基础工程课程设计》评语指导教师(签名)：2011年 6 月 30 日目录：一、设计资料 (4)二、拟定刚性扩大基础尺寸 (4)2.1确定基础埋置深度2.2基础的尺寸拟定三、桥墩荷载计算 (5)3.1上部构造恒载反力、桥墩、墩帽自重及浮力等。
3.2汽车和人群荷载计算3.3汽车制动力：3.4风荷载计算四、地基压应力计算 (9)五、持力层承载力验算 (10)5.1基底应力计5.2持力层承载力验算5.3下卧层承载力验算六、基底偏心距验算 (10)6.1恒载作用时6.2由合力偏心距七、基础稳定性验算 (11)7.1倾覆稳定性验算7.2.滑动稳定性验算八、沉降计算 (11)九、参考文献 (12)一、设计资料1. 某一级公路桥梁，上部结构为35 m预应力钢筋混凝土简支梁(计算跨径l=33.98 m)，桥面宽度为净10(三车道)+2×1.5 m，弧形滑动支座，摩擦系数μ=0.2。
2. 设计荷载：公路-Ⅰ级，人群荷载3. 5 kN/m2。
3. 桥址处河流最高水位为116.66 m，最低水位为112.8 m，通航水位为115.33 m。
=0.83 kN/m2。
4. 横向基本风压W5. 材料：墩帽混凝土30#，容重γ=25 kN/m3；墩身混凝土20#，容重γ=24 kN/m3。
6.每跨上部结构自重6000 kN(中心荷载)。
7. 地基情况及土的物理力学性质指标，见表1。
表1 地基土层分布及计算指标名称厚度/m 容重/kN/m3孔隙比含水量/% 液限/% 塑限/% 压缩模量/MPa黏土 6.0 20.2 0.651 22.0 34.3 16.1 16.5亚黏土 3.0 18.3 0.978 33.1 36.0 19.8 7.5强风化岩 6.0 22.5 ————358. 冲刷线：最大冲刷线和一般冲刷线就是现有的地面线，标高为112.00 m。
9. 桥墩形式和尺寸示意图，见图1。
二、拟定刚性扩大基础尺寸2.1确定基础埋置深度由上部结构和设计荷载资料知道，本桥是重力式桥墩刚性扩大基础，并且为公路—Ⅰ级，从地质条件看最大冲刷线和一般冲刷线就是现有的地面线，标高为112.00 m。
再由(如表2：)初步拟定基础底面在最大冲刷线以下1.8 m处，标高为112.00-1.8=110.20m，基础埋深为1.8m桥梁墩台基础基底最小埋置深度(m) 表2由规知“水中基础顶面不宜高于最低水位，并在一般情况下大、中桥墩、台基础厚度在1—2m 左右”。
现初定基础材料为C20混凝土浇筑基础，厚度为 1.5m ，基础顶面标高为110.2+1.5=111.7m ，则墩身高为120.8-1.2-111.7=7.9m ，由墩身坡度值10:1的，墩底截面长为15.28m ，宽为 3.48m 。
基础分两层，台阶宽30cm ，故台阶扩展角][227530arctan0αα<==，小于刚性角容许值[α]= 040,符合刚性角的要求。
则基础底面尺寸为：a=15.28+4×0.3=16.48m b=3.48+4×0.3=4.68m拟定尺寸图（二）三、桥墩荷载计算3.1上部构造恒载反力、桥墩、墩帽自重及浮力等。
(1)计算值列表3(2)浮力重力式桥墩刚性扩大基础在水中的水位线图（三）最低低水位浮力： F 1=【{21×(1.9+1.9+0.76×2)×7.6×11.8+31π(0.76+0.95) 2×(7.6+9.5)－31π×0.952×9.5}－{21×(1.9+1.9+0.68×2)×6.8×11.8+31π(0.68+0.95) 2×(6.8+9.5)－31π×0.952×9.5}】 ×10=385.4kN 最高水位浮力： F 1=【{21×(1.9+1.9+0.76×2)×7.6×11.8+31π(0.76+0.95) 2×(7.6+9.5)－31π×0.952×9.5}－{21×(1.9+1.9+0.294×2)×2.94×11.8+31π(0.294+0.95) 2×(2.94+9.5)－31π×0.952×9.5}】 ×10=1946.37kN(3)上覆土重kNW 35.3362.203.003.021)25.528.11(2.203.03.02)2.148.1660.068.4(2.2005.13.02)6.048.1668.4(=⨯⨯⨯⨯⨯+⨯+⨯⨯⨯⨯-+-+⨯⨯⨯⨯-+=3.2汽车和人群荷载计算对于桥墩基础的设计，汽车荷载采用车道荷载，车道荷载包括均部k q 和集中荷载k p 两部分组成。
对于公路-Ⅰ级汽车荷载，m kN q k /5.10=，集中荷载k p 与计算跨径有关，计算跨径小于或等于5m 时，k p = 180kN ；桥涵计算跨径等于或大于50m 时，k p =360kN ，桥涵计算跨径大于5m 小于50m 时k p 值采用直线插求得。
本算例中，k p =295.92kN 由于本桥梁是(三)车道，所以查表(1)双孔汽车荷载+双孔两侧行人荷载双孔汽车荷载+双孔两侧行人荷载图（四）则支座反力为：kN R R 63.9482)92.295298.335.10(11=⨯+⨯='=人群荷载引起的支座反力为2R 和'2RkN R R 5.1572235.13522=⨯⨯⨯='=对基底形心轴的弯矩为：M R1 = M ’R1=948.63×0.51=483.8kN.m M R2= M ’R2=157.5×0.51=80.3 kN.m (2)单孔汽车荷载—20+单孔两侧行人荷载单孔汽车荷载—20+单孔两侧行人荷载图（五）则支座反力为：kN R 63.9482)92.295298.335.10(1=⨯+⨯= 01='R人群荷载引起的支座反力为2R 和'2RkN R 5.1572235.1352=⨯⨯⨯=02='R 对基底形心轴的弯矩为：M R1 =948.63×0.51=483.8kN.m M ’R1=0 M R2=157.5×0.51=80.3 kN.m M ’R2=03.3汽车制动力：由汽车荷载产生的制动力按车道荷载标准值在加载长度上计算的总重力的10%计算，但公路-I 级汽车制动力不小于165kN 。
H1=（10.5×35+295.92）×10%=66.34kN < 165kN ，则H 1取为165kN 。
因此简支梁板式支座的汽车荷载产生的制动力为： H=0.5H 1=0.5×165=82.5kN 3.4风荷载计算横桥向风荷载假定水平地垂直作用于桥梁各部分迎风面积的形心上，则：地形、地理条件系数k 3 表(5)地表分类k 2 表(6)风速高度变化修正系数 表(7)由规得公式风荷载标准值 F wh =k 0k 1k 3W d A wh ； W d =γV d ²/2g ； W 0=γV 10²/2g ； V d =k 2•k 5•V 10；因此F wh = k 0•k 1•k 3•（k 2•k 5）²W 0•A wh ；查规可知，k 0=0.9、k 1=0.5、k 3=1.0、k 5=1.38、k 2=1.0； 计算简图看图荷载作用示意图（六）墩帽F wh =0.9×0.5×1.0×（1.0×1.38）²×0.83×（2.1×1.2）=1.79kN 。
① 按最高水位计算；墩身F wh =0.9×0.5×1.0×（1.0×1.38）²×0.83×（1.9+2.49）×2.94/2=4.59kN ② 按最低水位计算；墩身F wh = 0.9×0.5×1.0×（1.0×1.38）²×0.83×（1.9+3.26）×6.8/2=12.48kN四、地基压应力计算荷载组合I ：恒载（最低水位）+双孔汽车荷载+双孔两侧行人荷载+风力+制动力； 荷载组合Ⅱ：恒载（最高水位）+单孔汽车荷载—20+单孔两侧行人荷载+风力+制动力；荷载组合Ⅲ：恒载（最高水位）+风力；荷载组合Ⅳ：恒载（最低水位）+双孔汽车荷载+双孔两侧行人荷载； 计算见表(11)表各种荷载组合下作用于基础底面形心处得H 、N 和M 值五、持力层承载力验算5.1基底应力计kpa W M A N p 57.25768.448.166114.59568.448.165.191022max =⨯⨯+⨯=+=kpa W M A N p 78.23768.448.166114.59568.448.165.191022min =⨯⨯⨯=-=－5.2持力层承载力验算持力层为一般黏性土，按《公路桥涵地基与基础设计规》（JTG D63-2007）；当e=0.651，I L =0.32时，查表得[fa0]=379.7kPa,因埋置深度为 1.8地基承载力不予修正，则[f0]=[ fa0]=379.7kPa > Pmax=257.57kPa,满足要求 5.3下卧层承载力验算 下卧层为亚黏土，e=0.978，I L =0.82时，查表得[fa0]=159.8kPa <持力层[fa0]=379.7kPa,故必须予以验算。
基底至亚黏土层顶面处的距离z 为；z=6-1.8=4.2m ，当a/b=16.48/4.68=3.52，z/b=4.2/4.68=0.9，由《公路桥涵地基与基础设计规》（JTG D63-2007）查得附加应力系数α=0.583。
计算下卧层顶面处的压应力σh+z ，当z/b <1，基底压应力取离最大压应力距离b/3=1.56m 处的压应力，P=251kPa ，则Ph+z=10.2×（1.8+4.2）+0.583×（251-10.2×2）=195.64kPa而下卧层顶面处的承载力容许值可按课本公式（2-16）计算，其中K 1=0，而I L =0.82>0.5，故K 2=1.5，则[P] h+z=159.8+1.5×10.2×（1.8+4.2-3）=205.7kPa > Ph+z=195.64kPa ，满足要求。