公路橋梁橋墩基礎設計研究

李沛霖

摘要：對于一座橋梁而言，最依賴且最重要的結構便是基礎。若一座橋梁的基礎都不穩固不足以承受上部結構、橋面系、荷載等作用，則將大大影響橋梁的穩定性和使用壽命，然而基礎工程是一項隱蔽工程，一旦建成很難維修甚至重建，因此橋梁的基礎設計至關重要須嚴格按照要求通過驗算。本文主要針對某二級公路橋梁的橋墩基礎進行舉例設計，先收集關于橋點的設計資料，然后分析資料假定設計類型為剛性擴大基礎，最終通過設計驗算得到基礎底面為16.46×4.66m的臺階形基礎。

關鍵詞：橋墩基礎 剛性擴大基礎 設計過程 驗算

引言

剛性擴大基礎也稱為無筋擴展基礎，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立基礎。無筋擴展基礎的抗壓強度高而抗拉強度和抗剪強度較低，因此必須控制基礎內的拉應力和剪應力，使其不超過材料的強度。

1設計資料

1）某二級公路橋梁，上部結構為25m預

應力鋼筋混凝土簡支梁（計算跨徑L-23.98 m），橋面寬度為9.5（四車道）+2x0.75 m，弧形滑動支座，摩擦系數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。基礎混凝土15#，容重γ=20 kN/m3

5）每跨上部結構自重5500 kN（中心荷載）。

6）沖刷線：最大沖刷線和一般沖刷線就是現有的地面線，標高為112.00 m。

2設計過程

1）擬定基礎埋置深度

根據以上地質勘查資料以及上部結構、設計荷載資料，已知此基礎為Ⅱ級公路橋梁重力式橋墩剛性擴大基礎，上部結構為簡支梁，即基礎埋置深度的確定主要考慮兩大因素：地基的地質條件、河流的沖刷深度。又從地質資料中可看出，最大沖刷線和一般沖刷線就是現有的地表線，標高為112.OOm。可以直接選用第一層土層黏土作為持力層，再根據非巖石河床橋梁墩臺基底埋深安全值，初步確定基礎底面在最大沖刷線—下1.7m處（標高為112.00-1.70=110. 30m），基礎埋深為1.7m。

2）擬定基礎尺寸

由于基底的高程已由基礎埋深確定，且基礎位于水中基礎頂面一般不高于最低水位;一般情況下，大、中橋墩、臺混凝土基礎厚度在1.0-2.Om，故可暫且擬訂基礎厚度為1.50m，材料為15#混凝土，即可知基礎頂面的標高為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，又因為墩身坡度值為10：1，則橋墩的底部的截面尺寸：長為13.70+0.78*2=15.26m，寬為1.90+0.78#2=3.46m。

因基礎厚度超過了Im以上，即可將基礎的剖面澆砌成臺階形可擴大基地面積增加基礎承載力。將基礎分為兩層，每層高為75cm，襟邊為30cm，臺階寬度為30cm。又根據規范知混凝土澆筑時剛性角應滿足α_max≤40。，而α=21.8°<40° 故滿足剛性角要求。得到基礎底面尺寸為：

長=15.26+0.3*2+0.3*2=16.46m

寬=3.46+0.3*2+0.3*2=4.66m

3驗算過程

1.基底應力計算：

il.持力層承載力驗算：

由之前的基礎設計得到持力層為黏性土，再根據《公路橋涵地基與基礎設計規范》查表得：當又因為基底埋置深度僅為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.下臥層承載力驗算：，查規范表得[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，必須進行驗算。

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

P1=γ1（h+z）+α（P-Y2h）=178.77KPa

再進行計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.基底偏心距驗算

a）作用為恒載作用時

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

應按照最不利組合情況，依照荷載組合<3>計算：

故滿足要求。

v.基礎穩定性驗算

a）傾覆穩定性驗算：

基礎傾覆或傾斜往往發生在承受較大的單向水平推力而其合理作用點又離基礎地面的距離較高的結構物上。因此，這里采用荷載組合<4>進行計算。

故滿足要求。

b）滑動穩定性驗算：

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

故滿足了墩臺基礎抗傾覆穩定性系數K >1.3的要求。本文在此略去沉降驗算。

綜上所述，設計符合要求。

參考文獻

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