公路橋梁橋墩基礎(chǔ)設(shè)計(jì)研究

李沛霖

摘要：對(duì)于一座橋梁而言，最依賴且最重要的結(jié)構(gòu)便是基礎(chǔ)。若一座橋梁的基礎(chǔ)都不穩(wěn)固不足以承受上部結(jié)構(gòu)、橋面系、荷載等作用，則將大大影響橋梁的穩(wěn)定性和使用壽命，然而基礎(chǔ)工程是一項(xiàng)隱蔽工程，一旦建成很難維修甚至重建，因此橋梁的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)至關(guān)重要須嚴(yán)格按照要求通過驗(yàn)算。本文主要針對(duì)某二級(jí)公路橋梁的橋墩基礎(chǔ)進(jìn)行舉例設(shè)計(jì)，先收集關(guān)于橋點(diǎn)的設(shè)計(jì)資料，然后分析資料假定設(shè)計(jì)類型為剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)，最終通過設(shè)計(jì)驗(yàn)算得到基礎(chǔ)底面為16.46×4.66m的臺(tái)階形基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：橋墩基礎(chǔ) 剛性擴(kuò)大基礎(chǔ) 設(shè)計(jì)過程 驗(yàn)算

引言

剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)也稱為無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)，由磚、毛石、混凝土、灰土和三合土等材料組成的墻下條基或柱下獨(dú)立基礎(chǔ)。無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)的抗壓強(qiáng)度高而抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度較低，因此必須控制基礎(chǔ)內(nèi)的拉應(yīng)力和剪應(yīng)力，使其不超過材料的強(qiáng)度。

1設(shè)計(jì)資料

1）某二級(jí)公路橋梁，上部結(jié)構(gòu)為25m預(yù)

應(yīng)力鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁（計(jì)算跨徑L-23.98 m），橋面寬度為9.5（四車道）+2x0.75 m，弧形滑動(dòng)支座，摩擦系數(shù)μ=0.2。

2）橋址處河流最高水位為116.66 m，最低

水位為112.8 m，通航水位為115.33 m。

3）橫向基本風(fēng)壓W0=0.83 kN/m2。

4）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?；A(chǔ)混凝土15#，容重γ=20 kN/m3

5）每跨上部結(jié)構(gòu)自重5500 kN（中心荷載）。

6）沖刷線：最大沖刷線和一般沖刷線就是現(xiàn)有的地面線，標(biāo)高為112.00 m。

2設(shè)計(jì)過程

1）擬定基礎(chǔ)埋置深度

根據(jù)以上地質(zhì)勘查資料以及上部結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)荷載資料，已知此基礎(chǔ)為Ⅱ級(jí)公路橋梁重力式橋墩剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)，上部結(jié)構(gòu)為簡(jiǎn)支梁，即基礎(chǔ)埋置深度的確定主要考慮兩大因素：地基的地質(zhì)條件、河流的沖刷深度。又從地質(zhì)資料中可看出，最大沖刷線和一般沖刷線就是現(xiàn)有的地表線，標(biāo)高為112.OOm?？梢灾苯舆x用第一層土層黏土作為持力層，再根據(jù)非巖石河床橋梁墩臺(tái)基底埋深安全值，初步確定基礎(chǔ)底面在最大沖刷線—下1.7m處（標(biāo)高為112.00-1.70=110. 30m），基礎(chǔ)埋深為1.7m。

2）擬定基礎(chǔ)尺寸

由于基底的高程已由基礎(chǔ)埋深確定，且基礎(chǔ)位于水中基礎(chǔ)頂面一般不高于最低水位;一般情況下，大、中橋墩、臺(tái)混凝土基礎(chǔ)厚度在1.0-2.Om，故可暫且擬訂基礎(chǔ)厚度為1.50m，材料為15#混凝土，即可知基礎(chǔ)頂面的標(biāo)高為110.30+1. 50=111. 80m。從而得到橋墩的墩身高為120. 8-1.2-111.8=7. 8m，又因?yàn)槎丈砥露戎禐?0：1，則橋墩的底部的截面尺寸：長(zhǎng)為13.70+0.78*2=15.26m，寬為1.90+0.78#2=3.46m。

因基礎(chǔ)厚度超過了Im以上，即可將基礎(chǔ)的剖面澆砌成臺(tái)階形可擴(kuò)大基地面積增加基礎(chǔ)承載力。將基礎(chǔ)分為兩層，每層高為75cm，襟邊為30cm，臺(tái)階寬度為30cm。又根據(jù)規(guī)范知混凝土澆筑時(shí)剛性角應(yīng)滿足α_max≤40。，而α=21.8°<40° 故滿足剛性角要求。得到基礎(chǔ)底面尺寸為：

長(zhǎng)=15.26+0.3*2+0.3*2=16.46m

寬=3.46+0.3*2+0.3*2=4.66m

3驗(yàn)算過程

1.基底應(yīng)力計(jì)算：

il.持力層承載力驗(yàn)算：

由之前的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)得到持力層為黏性土，再根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》查表得：當(dāng)又因?yàn)榛茁裰蒙疃葍H為1. 7m<3m，故地基承載力不需予以修正。從而[fa]=[fa0] =379.7KPa>Pmax=225.04KPa。即滿足要水。

ill.下臥層承載力驗(yàn)算：，查規(guī)范表得[fa0] =159. 8KPa<小于持力層容許承載力[fa0] =379. 7KPa。則該下臥層為軟弱下臥層，必須進(jìn)行驗(yàn)算。

基底至下臥層頂面的距離z為：z=6-1.7=4.3m，則數(shù)表得α=0.583。而當(dāng)z/b=0 .92<1時(shí)，P應(yīng)當(dāng)取離最大壓應(yīng)力距離b/3=1.56m處的壓應(yīng)力，即P=219KPa。從而計(jì)算軟弱下臥層頂面的壓應(yīng)力有（其中γ1、γ2應(yīng)取浮容重=20.2-10=10.2KN/m3）：

P1=γ1（h+z）+α（P-Y2h）=178.77KPa

再進(jìn)行計(jì)算下臥層頂面的承載容許值有（其中由于下臥層I1=0.82>0.5，故k1=0、k2=1.5）γR[f.]=159.8+1.5×10.2×（1.7+4.3-3）=205.7KPa>Pz=178.77KPa。故滿足要求。

iV.基底偏心距驗(yàn)算

a）作用為恒載作用時(shí)

Co=0，p=1/6 b=0.78，即Co

故滿足要求。

b）有合力偏心距作用時(shí)

應(yīng)按照最不利組合情況，依照荷載組合<3>計(jì)算：

故滿足要求。

v.基礎(chǔ)穩(wěn)定性驗(yàn)算

a）傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算：

基礎(chǔ)傾覆或傾斜往往發(fā)生在承受較大的單向水平推力而其合理作用點(diǎn)又離基礎(chǔ)地面的距離較高的結(jié)構(gòu)物上。因此，這里采用荷載組合<4>進(jìn)行計(jì)算。

故滿足要求。

b）滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算：

由于地基土為黏性土，查摩擦系數(shù)表得μ=0.25。依舊按照荷載組合<4>：恒載（最高水位）+風(fēng)力進(jìn)行驗(yàn)算有：

故滿足了墩臺(tái)基礎(chǔ)抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)K >1.3的要求。本文在此略去沉降驗(yàn)算。

綜上所述，設(shè)計(jì)符合要求。

參考文獻(xiàn)

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