天然地基上刚性浅基础.ppt

第八章天然地基上刚性浅基础,天然地基上浅基础的类型、构造及适用条件 刚性扩大基础施工板桩墙的计算地基容许承载力的确定刚性扩大基础的设计与计算,定义：通常将埋置深度较浅（一般在数米以内），且施工相对简单的基础称为浅基础。特点：施工一般采用敞开挖基坑修筑基础的方法，故亦称为明挖基础。设计计算时可以忽略基础侧面土体对基础的影响，基础结构形式和施工方法也较简单。,回 顾,天然地基：没有经过人为加固处理的地基,人工地基：需人工加固的软弱地基,浅基础：埋深较浅，用一般方法、工艺施工,深基础：(桩基、沉井)，特殊工艺施工,方案组合,天然地基,人工地基,浅基础,深基础,方案选择,造价低 易施工 安全合理 技术先进,第一节 天然地基上浅基础的类型、构造和适用条件,一、浅基础常用类型及适用条件,天然地基浅基础根据受力条件及构造可分为刚性基础（也称无筋扩展基础）和柔性基础（钢筋混凝土扩展基础）两大类。,钢筋混凝土扩展基础,刚性基础,刚性基础和柔性基础的定义和形式,刚性基础：基础截面内不配置受力钢筋的基础形式：刚性扩大基础、柱下独立基础、条形基础材料：砖、石材、素混凝土,形式：刚性扩大基础，单独柱下刚性基础、条形基础等。优点：稳定性好、施工简便、能承受较大的荷载，所以只要地基强度能满足要求，它是桥梁和涵洞等结构物首先考虑的基础形式。缺点：自重大，并且当持力层为软弱土时，由于扩大基础面积有一定限制，需要对地基进行处理或加固后才能采用，否则会因所受的荷载压力超过地基强度而影响建筑物的正常使用。,刚性基础的特点,刚性基础和柔性基础的定义和形式,柔性基础：基础截面内配置有受力钢筋的基础形式：柱下扩展基础、条形和十字形基础、筏形基础、箱形基础材料：钢筋混凝土,形式：柱下扩展基础、条形和十字形基础筏板及箱形基础。优点：其整体性能较好，抗弯刚度较大。如筏板和箱形基础，在外力作用下只产生均匀沉降或整体倾斜，这样对上部结构产生的附加应力比较小，基本上消除了由于地基沉降不均匀引起的建筑物损坏。所以在土质较差的地基上修建高层建筑物时，采用这种基础形式是适宜的。缺点：钢筋混凝土扩展基础，特别是箱形基础，钢筋和水泥的用量较大，施工技术的要求也较高，所以采用这种基础形式应与其它基础方案（如采用桩基础等）比较后再确定。,钢筋混凝土扩展(柔性)基础的特点,浅基础适用条件,刚性基础优点：稳定性好、施工简便、能承受较大荷载；刚性基础缺点：自重大、当持力层为软弱土时，因扩大基础面积有一定限制需要对地基进行处理加强。适用条件：土质较好、地基承载力较高的土。,柔性基础优点：整体性好、抗弯刚度大；柔性基础缺点：钢筋和水泥用量大、施工技术要求高。适用条件：土质较差、地基承载力较低的土,浅基础的结构类型:,1、无筋扩展基础(刚性基础)无筋扩展基础是指由砖、毛石、混凝土等材料组成的无需配筋的墙下条形基础或柱下独立基础。,砖基础,毛石基础,混凝土基础,2、钢筋混凝土扩展基础,扩展基础的抗弯和抗剪性能良好，可在竖向荷载较大、地基承载力不高以及承受水平力和力矩荷载等情况下使用。墙下钢筋混凝土条形基础多用于地质条件较差的多层建筑物，其截面形式为有肋或无肋。见图6-13；柱基础的构造见图6-14，其中现浇柱下基础的截面常为阶梯或锥形；而预制柱下基础一般做成杯形。,3、柱下钢筋混凝土条形基础和柱下十字交叉基础,当地基承载力较低且柱下钢筋混凝土独立基础的底面积不能承受上部结构荷载的作用时，常常把若干柱下的基础连成一条，从而构成柱下条形基础。其目的是将承受的集中荷载较均匀地分布到条形基础底面积上，以减小地基反力，并通过形成的基础刚度来调整可能产生的不均匀沉降。,柱下十字交叉基础：土质更差,或荷载很大,四面基础相连,4、片筏基础,土质更差,单独基础联成整体,特别对于有地下室的房屋或大型储液结构,如游泳池、油库等。,Mat foundation,有筏、墙和顶板形成箱，整体性更好,5、箱型基础,常见浅基础形式,由于地基强度一般较墩台或墙柱圬工的强度低，因而需要将基础平面尺寸扩大以满足地基强度要求，这种刚性基础刚称刚性扩大基础。它是桥涵及其它建筑物常用的基础形式，其平面形状常为矩形。其每边扩大的尺寸最小为0.20m0.50m，视土质、基础厚度、埋置深度和施工方法而定。作为刚性基础，每边扩大的最大尺寸应受到材料刚性角的限制。,6、刚性扩大基础,刚性扩大基础,开挖:刚性扩大基础的施工可采用明挖的方法进行基坑开挖，开挖工作应尽量在枯水或少雨季节进行，且不宜间断。基坑挖至基底设计标高应立即对基底土质及坑底情况进行检验，验收合格后应尽快修筑基础，不得将基坑暴露过久。基坑可用机械或人工开挖，接近基底设计标高应留30cm高度由人工开挖，以免破坏基底土的结构。基坑开挖过程中要注意排水，基坑尺寸要比基底尺寸每边大0.5m1.0m，以方便设置排水沟及立模板和砌筑工作。,第二节 刚性扩大基础施工,施工一般要求：,围护：基坑开挖时根据土质及开挖深度对坑壁予以围护或不围护，围护的方式有多种多样。水中开挖基坑还需先修筑防水围堰。,刚性扩大基础的施工可采用明挖的方法进行基坑开挖，开挖工作应尽量在枯水或少雨季节进行，且不宜间断。基坑挖至基底设计标高应立即对基底土质及坑底情况进行检验，验收合格后应尽快修筑基础，不得将基坑暴露过久。基坑可用机械或人工开挖，接近基底设计标高应留30cm高度由人工开挖，以免破坏基底土的结构。基坑开挖过程中要注意排水，基坑尺寸要比基底尺寸每边大0.5m1.0m，以方便设置排水沟及立模板和砌筑工作。基坑开挖时根据土质及开挖深度对坑壁予以围护或不围护，围护的方式有多种多样。水中开挖基坑还需先修筑防水围堰。,注意事项,旱地上基坑开挖及围护 基坑排水 水中基坑开挖时的围堰工程,一、旱地上基坑开挖及围护,（一）无围护基坑 当基坑较浅，地下水位较低或渗水量较少，不影响坑壁稳定时，坑壁可不加围护，此时可将坑壁挖成竖直或斜坡形。竖直坑壁只有在岩石地基或基坑较浅又无地下水的硬黏土中采用。要求：在一般土质条件下开挖基坑时，应采用放坡开挖的方法，基坑深度在5m以内，施工期较短，地下水在基底以下，且土的湿度接近最佳含水量，土质构造又较均匀时，基坑坡度可参考下表选用。,无围护基坑坑壁坡度,（二）有围护基坑,1、板桩墙支护,概念：在基坑开挖前先垂直打入土中至坑底以下一定深度，然后边挖边设支撑，开挖基坑过程中始终是在板桩支护下进行。,材料：木板桩、钢筋混凝土板桩和钢板桩三种。,断面形式：一字形、槽形和Z字形三种。,一字形 槽形 Z字形,支撑方式：无支撑式、支撑式和锚撑式 支撑式板桩墙按设置支撑的层数可分为单支撑板桩墙和多支撑板桩墙。,无支撑 单支撑 多支撑 锚撑,2、喷射混凝土护壁,概念：以高压空气为动力，将搅拌均匀的砂、石、水泥和速凝剂干料，由喷射机经输料管吹送到喷枪，在通过喷枪的瞬间，加入高压水进行混合，自喷嘴射出，喷射在坑壁，形成环形混凝土护壁结构，以承受土压力。,适用情况：宜用于土质较稳定，渗水量不大，深度小于10m，直径为6m12m的圆形基坑。对于有流砂或淤泥夹层的土质，也有使用成功的实例。,砼喷射顺序：无水、少量渗水坑壁：可由下向上一环一环进行；对渗水较大坑壁：喷护应由上向下进行，以防新喷的混凝土被水冲流；对有集中渗出的股水的基坑：可从无水或水小处开始，逐步向水大处喷护，最后用竹管将集中的股水引出。喷射作业应沿坑周分若干区段进行，区段长度一般不超过6m。砼材料要求：喷射混凝土应当早强、速凝、有较高的不透水性，且其干料应能顺利通过喷射机。,砼喷射厚度：一般粘性土、砂土和碎卵石类土层，如无渗水，厚度为3cm8cm；如有少量渗水，厚度为5cm10cm；对稳定性较差的土，如淤泥、粉砂等，如无渗水，厚度为10cm15cm；如有少量渗水，厚度为15cm；当有大量渗水时，厚度为15cm20cm。一次喷射是否能达到规定的厚度，主要取决于混凝土与土之间的粘结力和渗水量大小。如一次喷射达不到规定的厚度，则应在混凝土终凝后再补喷，直至达到规定厚度为止。,喷锚支护,3、砼围圈护壁,概念：混凝土围圈护壁是用混凝土环形结构承受土压力，但其混凝土壁是现场浇筑的普通混凝土，壁厚较喷射混凝土大，一般为15cm30cm，也可按土压力作用下环形结构计算。,适用情况：混凝土围圈护壁则适应性较强，可以按一般混凝土施工，基坑深度可达15m20m，除流砂及呈流塑状态黏土外，可适用于其它各种土类。,施工方法：基坑自上而下分层垂直开挖，开挖一层后随即灌注一层混凝土壁。为防止已浇筑的围圈混凝土施工时因失去支承而下坠，顶层混凝土应一次整体浇筑，以下各层均间隔开挖和浇筑，并将上下层混凝土纵向接缝错开。开挖面应均匀分布对称施工，及时浇筑混凝土壁支护，每层坑壁无混凝土壁支护总长度应不大于周长的一半。分层高度以垂直开挖面不坍塌为原则，一般顶层高2m左右，以下每层高1m1.5m。围圈混凝土一般采用C15早强混凝土。为使基坑开挖和支护工作连续不间断地进行，一般在围圈混凝土抗压强度到达2500kPa强度时，即可拆除摸板，承受土压力。,4、其他方法,在软弱土层中的较深基坑以深层搅拌桩、粉体喷射搅拌桩、旋喷桩等，按密排或格框形布置成连续墙以形成支档结构代替板桩墙等，多用于市政工程、工业与民用建筑工程，桥梁工程也有使用成功的报道。在一些基础工程施工中，对局部坑壁的围护也常因地制宜就地取材采用多种灵活的围护方法，在浅基坑中，当地下水影响不大时，也可使用木档板支撑（路桥施工除在特定条件下，现较少采用）。,适用情况：基坑如在地下水位以下，随着基坑的下挖，渗水将不断涌集基坑，因此施工过程中必须不断地排水，以保持基坑的干燥，便于基坑挖土和基础的砌筑与养护。常用方法：表面排水法、井点法降低地下水位。,二、基坑排水,（一）表面排水法,概念：在基坑整个开挖过程及基础砌筑和养护期间，在基坑四周开挖集水沟汇集坑壁及基底的渗水，并引向一个或数个比集水沟挖得更深一些的集水坑，集水沟和集水坑应设在基础范围以外，在基坑每次下挖以前，必须先挖沟和坑，集水坑的深度应大于抽水机吸水龙头的高度，在吸水龙头上套竹筐围护，以防土石堵塞龙头。适用情况：一般土质条件下均可采用。但当地基土为饱和粉细砂土等黏聚力较小的细粒土层时，由于抽水会引起流砂现象，造成基坑的破坏和坍塌，因此当基坑为这类土时，应避免采用表面排水法。,（二）井点法降低地下水位,轻型井点降水布置图,（二）井点法降低地下水位,概念：即在基坑开挖前预先在基坑四周打入（或沉入）若干根井管，井管下端1.5m左右为滤管，上面钻有若干直径约2mm的滤孔，外面用过滤层包扎起来。各个井管用集水管连接并抽水。,类型：分为轻型井点、喷射井点、电渗井点和深井泵井点等，可根据土的渗透系数，要求降低水位的深度及工程特点选用。,特点：井管范围内的地下水不从基坑的四周边缘和底面流出，而是以相反的方向流向井管，因而可以避免发生流砂和边坡坍塌现象，且由于流水压力对土层还有一定的压密作用。,适用情况：适用于渗透系数为（0.180）m/d的砂土。对于渗透系数小于0.1m/d的淤泥、软黏土等则效果较差，需要采用电渗井点排水或其它方法。,围堰的概念：是一种临时挡水结构，在水中修筑桥梁基础时，开挖基坑前需在基坑周围先修筑一道防水围堰，把围堰内水排干后，再开挖基坑修筑基础。如排水较因难，也可在围堰内进行水下挖土，挖至预定标高后先灌注水下封底混凝土，然后再抽干水继续修筑基础。在围堰内不但可以修筑浅基础，也可以修筑桩基础等。围堰的种类：有土围堰、草（麻）袋围堰、钢板桩围堰、双壁钢围堰和地下连续墙围堰等。,三、水中开挖基坑时的围堰工程,（一）土围堰和草袋围堰,在水深较浅（2m以内），流速缓慢，河床渗水较小的河流中修筑基础可采用土围堰或草袋围堰。,土围堰（尺寸单位：m）草袋围堰（尺寸单位：m）,（二）地下连续墙围堰,地下连续墙是近几十年来伴随着钻孔灌注桩施工技术在地下工程和基础工程施工中发展起来的一项新技术，它既可是结构物基础的一部分，也可在修筑施工中起围堰支护基坑的作用，目前已在修建桥梁基础中得到应用。关于地下连续墙的介绍详见第五章。,第三节 板桩墙的计算,板桩墙的作用是挡住基坑四周的土体，防止土体下滑和防止水从坑壁周围渗入或从坑底上涌，避免渗水过大或形成流砂而影响基坑开挖。根据基坑深度和水深，一般可采用无支撑、单支撑和多支撑板桩墙。它主要承受土压力和水压力，因此，板桩墙本身也是挡土墙，但又非一般刚性挡墙，它在承受水平压力时是弹性变形较大的柔性结构，它的受力条件与板桩墙的支撑方式、支撑的构造、板桩和支撑的施工方法以及板桩入土深度密切相关，需要进行专门的设计计算。,板桩墙计算内容应包括：板桩墙侧向压力计算；确定板桩插入土中深度的计算，以确保板桩墙有足够的稳定性；计算板桩墙截面内力，验算板桩墙材料强度，确定板桩截面尺寸；板桩支撑（锚撑）的计算；基坑稳定性验算；水下混凝土封底计算。,一、侧向压力计算,作用于板桩墙的外力主要来自坑壁土压力和水压力，或坑顶其它荷载（如挖、运土机械等）所引起的侧向压力。,由于它大多是临时结构物，因此常采用比较粗略的近似计算，即不考虑板桩墙的实际变形，仍沿用古典土压力理论计算作用于板桩墙上的土压力。一般用朗金理论来计算不同深度z处每延米宽度内的主、被动土压力强度pa、pp(kPa)：,（2-3）,朗金理论计算不同深度z处每延米宽度内的主、被动土压力强度pa、pp(kPa)：,对于黏性土，式（2-3）中的内摩擦角用等代内摩擦角e代入，其值可参照表2-2取用。,等代内摩擦角值e 表2-2,如有地下水或地面水时，还应根据土的透水性质和施工方法来考虑计算静水压力对板桩的作用。当土层为透水性土时，则在计算土压力时，土重取浮重度，并考虑全部静水压力；当水下土层为不透水的粘性土层，且打板桩时不会使打桩后的土松动而使水进入土中时，计算土压力不考虑水的浮力取饱和重度，而土面以上水深作为均布的超载作用考虑。,二、悬臂式板桩墙计算,破坏形式：侧压力作用下的转动破坏(绕O点)。,计算假定：1、侧压力按直线分布；2、假定Ep2作用位置位于桩端b点；,插入深度t应在计算值基础上适当增加1020，以修正Ep2作用位置假定影响！,三、单支撑（锚碇式）板桩墙计算,T,三、单支撑（锚碇式）板桩墙计算,计算方法：1、计算简图：将板桩墙作为两点支撑竖直梁；支点1为支撑杆或锚碇拉杆，支点2为板桩下端土体；2、支撑类型：简支（板桩埋入土层较浅）或固定（埋入土层较深）；3、土压力分布：见下页,单支撑板桩墙土压力分布,4、简支支撑板桩墙计算步骤：1）计算朗金主动、被动土压力；2）按力矩平衡条件（o0）计算插入深度t（不修正）；3）按H0求锚杆拉力；4）按剪应力等于零求反弯点t0;5）计算最大弯矩，确定板厚,5、固定支撑板桩墙计算步骤：1）根据太沙基经验关系式确定反弯点位置y2）在反弯点处将板桩切开，然后计算朗金主动、被动土压力；3）按力矩平衡条件（o0）计算c截面上的剪力；4）按力矩平衡条件（b0）计算插入深度t；5）按力学平衡条件求锚杆拉力,a,c,四、多支撑板桩墙计算,当坑底在地面或水面以下很深时，为了减少板桩的弯矩可以设置多层支撑。支撑的层数及位置要根据土质、坑深、支撑结构杆件的材料强度，以及施工要求等因素拟定。板桩支撑的层数和支撑间距布置一般采用以下两种方法设置：,1等弯矩布置：当板桩强度已定，即板桩作为常备设备使用时，可按支撑之间最大弯矩相等的原则设置。,2等反力布置：当把支撑作为常备构件使用时，甚至要求各层支撑的断面都相等时，可把各层支撑的反力设计成相等。,支撑系按在轴向力作用下的压杆计算，若支撑长度很大时，应考虑支撑自重产生的弯矩影响。从施工角度出发，支撑间距不应小于2.5m。,墙后土体达不到主动极限平衡状态，土压力不能按库仑或朗金理论计算。根据试验结果证明这时土压力呈中间大、上下小的抛物线形状分布，其变化在静止土压力与主动土压力之间，如图2-20所示。,图2-20 多支撑板桩墙的位移及土压力分布,太沙基和佩克（Terzaghi and Peck,1948,1967,1969）根据实测及模型试验结果，提出作用在板桩墙上的土压力分布经验图形（图2-21）。,图2-21 多支撑板桩墙上土压力的分布图形a）板桩支撑；b）松砂；c）密砂；d）粘土H6cu；e）粘土H4Cu,（一）坑底流砂验算,若坑底土为粉砂、细砂等时，在基坑内抽水可能引起流砂的危险。一般可采用简化计算方法进行验算。原则：板桩有足够的入土深度以增大渗流长度，减少向上动水力。,五、基坑稳定性验算,由于基坑内抽水后引起的水头差h 造成的渗流，其最短渗流途径为在流程t中水对土粒动水力应是垂直向上的，故可要求此动水力不超过土的有效重度b，则不产生流砂的安全条件为,式中：K安全系数，取2.0；i水力梯度，；w水的重度。,基坑抽水后水头差引起的渗流,由此可计算确定板桩要求的入土深度t。,（二）坑底隆起验算,开挖较深的软土基坑时，在坑壁土体自重和坑顶荷载作用下，坑底软土可能受挤在坑底发生隆起现象。常用简化方法验算，即假定地基破坏时会发生如图所示滑动面，其滑动面圆心在最底层支撑点A处，半径为x，垂直面上的抗滑阻力不予考虑。,则滑动力矩为：,稳定力矩为：,式中：Su滑动面上不排水抗剪强度，如土为饱和软粘土，则=0，Su=Cu。M与Md之比即为安全系数K，如基坑处地层土质均匀，则安全系数为,式中 以弧度表示。,（三）封底混凝土厚度计算,钢板桩围堰需进行水下封底混凝土后在围堰内抽水修筑基础和墩身，在抽干水后封底混凝土底面因围堰内外水头差而受到向上的静水压力。,在静水压力作用下：封底混凝土及围堰有可能被水浮起，或者封底混凝土产生向上挠曲而折裂，,因此：封底混凝土应有足够的厚度，以确保围堰安全。,考虑浮力的封底层厚度计算：,作用在封底层的浮力是由封底混凝土和围堰自重，以及板桩和土的摩阻力来平衡的。当板桩打入基底以下深度不大时，平衡浮力主要靠封底混凝土自重，因此在计算时为偏安全考虑，仅计入封底混凝土自重。,式中：考虑未计算桩土间摩阻力和围堰自重 的修正系数，小于1，具体数值由经验确定；w 水的重度，取10kN/m3;c 混凝土重度，取23kN/m3;h 封底混凝土顶面处水头高度（m）。,考虑强度的封底层厚度计算：,如板桩打入基坑下较深，板桩与土之间摩阻力较大，加上封底层及围堰自重整个围堰不会被水浮起，此时封底层厚度应由其强度确定。现一般按容许应力法并简化计算，假定封底层为一简支单向板，其顶面在静水压力作用下产生弯曲拉应力：,经整理得：,式中：W封底层每米宽断面的截面模量（m3）；l 围堰宽度（m）；水下混凝土容许弯曲应力，考虑水下混凝土表层质量较差、养护时间短等因素，不宜取值过高，一般用100200kPa。,可解得封底砼厚度,注意,封底混凝土灌注时厚度宜比计算值超过0.250.50m,以便在抽水后将顶层浮浆、软弱层凿除，以保证质量。,第四节 地基承载力容许值的确定,地基承载力容许值的确定一般有以下三种方法：1根据现场荷载试验的p-s曲线；2按地基承载力理论公式计算；3按现行规范提供的经验公式计算。,常用,步骤和方法：,一确定地基岩土的名称 对于一般地基土，通常根据塑性指数、粒径、工程地质特性等分为六类，即岩石、碎石土、砂土、粉土、黏性土和特殊性岩土。具体分类方法参照规范：公路桥涵地基与基础设计规范（JTJD63-2007）。,二地基岩土工程特性指标确定 土的工程特性指标包括抗剪强度指标、压缩性指标、动力触探锤击数、静力触探探头阻力、载荷试验承载力以及其他特性指标。地基土工程特性指标的代表值应分别为标准值、平均值及容许值。强度指标应取标准值；压缩性指标应取平均值；承载力指标应取容许值。,三地基承载力容许值确定,地基承载力的验算，应以修正后的地基承载力容许值fa控制。该值系在地基原位测试或公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D632007）给出的各类岩土承载力基本容许值fa0的基础上，经修正后而得。地基承载力基本容许值应首先考虑由载荷试验或其他原位测试取得，其值不应大于地基极限承载力的1/2；对中小桥、涵洞，当受现场条件限制，或载荷试验和原位测试确有困难时，也可按照公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D632007）第条有关规定采用。地基承载力基本容许值尚应根据基底埋深、基础宽度及地基土的类别按照公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D632007）第条规定进行修正。,一般岩石地基可根据强度等级、节理按表2-17确定承载力基本容许值fa0。对于复杂的岩层（如溶洞、断层、软弱夹层、易溶岩石、软化岩石等）应按各项因素综合确定。岩石地基承载力基本容许值fa0 表2-17,（1）地基承载力基本容许值的确定,碎石土地基可根据其类别和密实程度按表2-18确定承载力基本容许值fa0。碎石土地基承载力基本容许值fa0 表2-18,注：（1）由硬质岩组成，填充砂土者取高值；由软质岩组成，填充黏性土 者取低值；（2）半胶结的碎石土，可按密实的同类土的fa0值提高10%30；（3）松散的碎石土在天然河床中很少遇见，需特别注意鉴定；（4）漂石、块石的fa0值，可参照卵石、碎石适当提高。,砂土地基可根据土的密实度和水位情况按表219确定承载力基本容许值fa0。砂土地基承载力基本容许值fa0 表219,粉土地基可根据土的天然孔隙比e和天然含水量w（%）按表220确定承载力基本容许值fa0。粉土地基承载力基本容许值fa0 表220,老黏性土地基可根据压缩模量Es按表221确定承载力基本容许值fa0。老黏性土地基承载力基本容许值fa0 表221,注：当老黏性土Es10MPa时，承载力基本容许值fa0按一般黏性土（表2-22）确定。,一般黏性土可根据液性指数IL和天然孔隙比e按表222确定地基承载力基本容许值fa0。一般黏性土地基承载力基本容许值fa0 表222,注：（1）土中含有粒径大于2mm的颗粒质量超过总质量30以上者，fa0可适 当提高；（2）当e0.5时，取e=0.5；当IL0时，取IL0。此外，超过表列范围的 一般黏性土，。,新近沉积黏性土地基可根据液性指数IL和天然孔隙比e按表223确定承载力基本容许值fa0。新近沉积黏性土地基承载力基本容许值fa0 表223,（2）地基承载力容许值的确定,地基承载力容许值fa按式(29)确定。当基础位于水中不透水地层上时，fa按平均常水位至一般冲刷线的水深每米再增大10kPa。,(29),式中：fa地基承载力容许值（kPa）；B基础底面的最小边宽（m），当b2m时，取b=2m；当b10m 时，取b=10m；h基底埋置深度（m），自天然地面起算，有水流冲刷时自一般冲刷 线起算；当h3m时，取h=3m；当h/b4时，取h=4b；k1、k2基底宽度、深度修正系数，根据基底持力层土的类别按表224确 定；1基底持力层土的天然重度(kN/m3)。若持力层在水面以下且为透水 者，应取浮重度；2基底以上土层的加权平均重度(kN/m3)，换算时若持力层在水面以 下，且不透水时，不论基底以上土的透水性质如何，一律取饱和重 度；当透水时，水中部分土层则应取浮重度。,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,第五节 刚性扩大基础的设计与计算,一、埋置深度确定,1、基础埋深要求：1）基础设置在变形较小、强度较高持力层：目的是保证地基强度满足要求、避免产生过大沉降或沉降差；2）埋置深度足够大：目的保证基础稳定性、确保基础安全。,2、基础埋深设计应考虑的因素：,1、地基的地质条件：覆盖层较薄时，基础宜直接修建在新鲜岩面上；覆盖层（风化层）较厚时，基础埋深根据风化程度、冲刷深度和容许承载力确定；岩层表面倾斜时，应避免基础同时放置在岩石和土体上。,2、基础埋深设计应考虑的因素：,2、河流的冲刷深度：基础埋置在设计洪水的最大冲刷线以下不小于1米。3、当地的冻结深度4、上部结构形式,2、基础埋深设计应考虑的因素：,5、当地的地形条件：基础设置在较陡斜坡上时，应避免土坡和基础一同失稳现象发生。6、保证持力层稳定所需的最小埋置深度；为保证地基和基础稳定性，埋置深度应在天然地面或无冲刷河底以下不小于1米。,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,基础厚度,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。,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：,基础剖面尺寸：刚性扩大基础的剖面形式一般做成矩形或台阶形。襟边:自墩、台身底边缘至基顶边缘距离c1,其作用一方面是扩大基底面积增加基础承载力，同时也便于调整基础施工时在平面尺寸上可能发生的误差，也为了支立墩、台身模板的需要。其值应视基底面积的要求、基础厚度及施工方法而定。桥梁墩台基础襟边最小值为20cm30cm。,基础悬出总长度（包括襟边与台阶宽度之和），应使悬出部分在基底反力作用下，所产生的弯曲拉力和剪应力不超过基础圬工的强度限值。刚性角:所以满足上述要求时，就可得到自墩台身边缘处的垂线与基底边缘的联线间的最大夹角max在设计时，应使每个台阶宽度ci与厚度ti保持在一定比例内，使其夹角imax，这时可认为属刚性基础，不必对基础进行弯曲拉应力和剪应力的强度验算，在基础中也可不设置受力钢筋。刚性角max的数值是与基础所用的圬工材料强度有关。,基础每层台阶高度ti，通常为0.50m1.00m，在一般情况下各层台阶宜采用相同厚度。,三、地基承载力验算,持力层承载力验算软弱下卧层承载力验算,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,对公路桥梁，通常基础横向长度比顺桥向宽度大的多，同时上部结构在横桥向布置常是对称的，故一般由顺桥向控制基底应力计算。但对通航河流或河流中有漂流物时，应计算船舶撞击力或漂流物撞击力在横桥向产生的基底应力，并与顺桥向基底应力比较，取其大者控制设计。,在曲线上的桥梁，除顺桥向引起的力矩Mx外，尚有离心力（横桥向水平力）在横桥向产生的力矩My；若桥面上活载考虑横向分布的偏心作用时，则偏心竖向力对基底两个方向中心轴均有偏心距,并产生偏心距Mx=Nex，My=Ney。故对于曲线桥，计算基底应力时，应按下式计算：,软弱下卧层承载力验算,软弱下卧层:指容许承载力小于持力层容许承载力的土层,当软弱下卧层为压缩性高而且较厚的软粘土，或当上部结构对基础沉降有一定要求时，除承载力应满足上述要求外，还应验算包括软弱下卧层的基础沉降量。,四、基底合力偏心距验算,目的:尽可能使基底应力分布比较均匀，以免基底两侧应力相差过大，使基础产生较大的不均匀沉降，墩、台发生倾斜，影响正常使用。,设计原则:,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e0应分别不大于基底核心半径的0.1倍（桥墩）和0.75倍（桥台）；当墩、台承受作用标准效应组合或偶然作用（地震作用除外）标准效应组合时，一般只要求基底偏心距e0不超过核心半径即可。,岩石地基:可以允许出现拉应力，根据岩石的强度，合力偏心距e0最大可为基底核心半径的1.21.5倍，以保证必要的安全储备。,五、基础稳定性和地基稳定性验算,1、基础稳定性验算1.1基础倾覆稳定性验算倾覆稳定性是基础在不平衡水平推力作用下发生倾覆现象。验算方法：限制合力偏心距e0保证基础不发生倾覆。抗倾覆稳定系数,垂直力,水平力,到基底距离,到基底型心轴的距离,K0允许值：主要荷载组合：K0 1.5附加荷载组合：K0 1.11.3,五、基础稳定性和地基稳定性验算,1.2基础滑动稳定性验算滑动稳定性是基础在不平衡水平推力作用下发生滑移现象。验算方法：水平推力小于基底摩擦力。抗滑动稳定系数,K c允许值：K c1.21.3,摩擦系数,五、基础稳定性和地基稳定性验算,2、地基稳定性验算地基稳定性验算桥台沿滑裂曲面滑动 的可能性。验算方法：按圆弧滑动土坡稳定性分析方法进行验算,六、基础沉降验算,基础的沉降主要由竖向荷载作用下土层的压缩变形引起。沉降量过大将影响结构物的正常使用和安全，应加以限制。在确定一般土质的地基承载力容许值时，已考虑这一变形的因素，所以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度要求，地基（基础）的沉降也就满足要求。,六、基础沉降验算,验算内容：沉降量、相邻基础沉降差、不均匀沉降引起引起的倾斜。一般中小型桥梁基础，只要满足地基强度要求，地基沉降也就满足要求了。但下列情况，需要验算基础沉降：,六、基础沉降验算,需要验算基础沉降情况：1、地质情况度杂、地层分布不均匀、强度较小的软粘土地基、湿陷性黄土地基2、非岩石地基上拱桥、连续桥梁等超静定结构基础3、相邻基础下地基土强度显著不同或相邻跨度相差悬殊而必须考虑沉降差时4、跨线桥、跨线渡槽要保证净空高度时,六、基础沉降验算,建筑物顶面水平位移允许范围：,基础底面至墩、台顶面高度,基础底面转角,墩、台顶面水平位移,墩、台顶面允许水平位移,