铁路桥涵地基和基础设计规范学习笔记课件.ppt
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1、铁路桥涵地基和基础设计铁路桥涵地基和基础设计规范学习笔记规范学习笔记 一、天然地基的承载力一、天然地基的承载力 二、挖井基础二、挖井基础 三、双向受力作用下(即:有纵、横向弯三、双向受力作用下(即:有纵、横向弯 矩时)矩形、圆形、圆端形基础最大矩时)矩形、圆形、圆端形基础最大 应力应力 计算计算 四、桩基础设计四、桩基础设计 五、小结五、小结max 一、天然地基的承载力一、天然地基的承载力(一)、地基的破坏形态一)、地基的破坏形态1、完全剪切破坏、完全剪切破坏 基础埋深较浅,基底压力达到一定荷载时基底两端达到极限平衡并开基础埋深较浅,基底压力达到一定荷载时基底两端达到极限平衡并开始产生朔性变性
2、。当基底压力继续增加达到始产生朔性变性。当基底压力继续增加达到Pk时,地基破坏剪切面与地面时,地基破坏剪切面与地面连通,形成一个滑动面,地基土沿此面从基底一侧或两侧大量挤出,整个地连通,形成一个滑动面,地基土沿此面从基底一侧或两侧大量挤出,整个地基失去稳定,这样的破坏称为完全剪切破坏。基失去稳定,这样的破坏称为完全剪切破坏。饱和的粘土地基上的浅基础,极易出现完全剪切破坏,事例国内外均有饱和的粘土地基上的浅基础,极易出现完全剪切破坏,事例国内外均有出现。出现。2、局部剪切破坏、局部剪切破坏 同上,当基底压力继续增加达到同上,当基底压力继续增加达到Pk时,地基破坏剪切面延伸到一时,地基破坏剪切面延
3、伸到一定位置,而没有与地面连通。地基两侧土没有挤出现象,地表仅有微定位置,而没有与地面连通。地基两侧土没有挤出现象,地表仅有微量上升。当基底压力继续增加超过量上升。当基底压力继续增加超过Pk时,剪切面仍然不会延伸到地面,时,剪切面仍然不会延伸到地面,其结果是弹塑性变性不断向周围及深层发展。这样的破坏称为局部剪其结果是弹塑性变性不断向周围及深层发展。这样的破坏称为局部剪切破坏。切破坏。基础埋深较大时,无论是砂性土或粘性土地基,最常见的破基础埋深较大时,无论是砂性土或粘性土地基,最常见的破坏形态是局部剪切破坏。当发生局部剪切破坏时,地基的变形是很坏形态是局部剪切破坏。当发生局部剪切破坏时,地基的变
4、形是很大的,而且随着基础埋深的增加,相对沉降量也相应提高。大的,而且随着基础埋深的增加,相对沉降量也相应提高。3、冲切破坏、冲切破坏 当地基为松软土时,随着荷载的增加,基础下面的土当地基为松软土时,随着荷载的增加,基础下面的土逐步被压密,基础也随之切入土中,称为冲切破坏。软土地逐步被压密,基础也随之切入土中,称为冲切破坏。软土地基极易出现,民用建筑出现过基极易出现,民用建筑出现过2楼变楼变1楼的情况。楼的情况。(二)、天然地基的承载力(二)、天然地基的承载力 根据完全剪切破坏的形态,设基础宽度根据完全剪切破坏的形态,设基础宽度b,埋深,埋深H,假定地基为刚,假定地基为刚塑体,以基底水平面作为半
5、无限体的界面,破坏的形态作如下简化。塑体,以基底水平面作为半无限体的界面,破坏的形态作如下简化。b 假定地基滑动面通过基底边点假定地基滑动面通过基底边点B呈折线呈折线BCD。基础下三角形。基础下三角形ABC范围内的土范围内的土体受到体受到Pk的挤压作用向左侧滑动,土体处于主动极限平衡状态。左侧三角形的挤压作用向左侧滑动,土体处于主动极限平衡状态。左侧三角形ACD范围内的土体,受到范围内的土体,受到ABC土体的挤压顺着滑面土体的挤压顺着滑面CD向上挤出,土体处于被动向上挤出,土体处于被动极限平衡状态。其中极限平衡状态。其中AC铅垂面是主、被动的分界面。当地基处于极限平衡时,铅垂面是主、被动的分界
6、面。当地基处于极限平衡时,两侧的推力相等,据此可求出两侧的推力相等,据此可求出Pk。计算的过程很复杂,结果如下:。计算的过程很复杂,结果如下:12kpcrbrH 是随内摩擦角而变化的无量纲系数。公式可以看出是随内摩擦角而变化的无量纲系数。公式可以看出Pk与基与基础的宽度及埋深有关,且随基础的宽度及埋深增加而增加,也就是所础的宽度及埋深有关,且随基础的宽度及埋深增加而增加,也就是所谓的宽深修正。谓的宽深修正。式中式中 2、地基的容许承载力、地基的容许承载力 在设计中并不直接采用地基的极限承载力,而采用容许承载力,在设计中并不直接采用地基的极限承载力,而采用容许承载力,它等于极限承载力除以大于它等
7、于极限承载力除以大于1的安全系数(一般为的安全系数(一般为2.5以上)。根据试验以上)。根据试验资料,不断简化、修正,桥规采用简单实用的经验公式。资料,不断简化、修正,桥规采用简单实用的经验公式。01 122(2)(3)KbKH 经验公式与理论公式很相似,都由三项组成,而且第二项含有经验公式与理论公式很相似,都由三项组成,而且第二项含有 ,第,第三项含有三项含有 。说明经验公式中每一项都有一定的力学意义。说明经验公式中每一项都有一定的力学意义。bH式中的式中的 针对基底以下持力层土(宽度针对基底以下持力层土(宽度b方向);方向);针对基底以上针对基底以上的土(深度的土(深度H方向)。方向)。1
8、2(三)、岩石地基的容许承载力问题(三)、岩石地基的容许承载力问题 岩石地基从硬到软分四级,尽管规范岩石地基从硬到软分四级,尽管规范4.1.2条提供了基本承载力,条提供了基本承载力,但基本上是采用地质专业提供的数值。地质专业提供的基本承载力一但基本上是采用地质专业提供的数值。地质专业提供的基本承载力一般偏于保守,又由于岩石地基承载力修正问题规范不太明确。因而设般偏于保守,又由于岩石地基承载力修正问题规范不太明确。因而设计取值上标准不统一,基础设计偏于保守,造成不必要的浪费。岩石计取值上标准不统一,基础设计偏于保守,造成不必要的浪费。岩石是非常复杂的物质,其结构状况对其力学特性有极大的影响,其破
9、坏是非常复杂的物质,其结构状况对其力学特性有极大的影响,其破坏机理也没有完全搞清楚。机理也没有完全搞清楚。1、岩石的基本承载力、岩石的基本承载力0一般按饱和单轴极限抗压强度一般按饱和单轴极限抗压强度R除以安全系数除以安全系数k得到,即:得到,即:0Rkk值根据岩石的节理发育程度而定。如下表值根据岩石的节理发育程度而定。如下表岩性岩性 k节理很发育节理很发育节理发育节理发育节理不发育节理不发育硬质、软质岩硬质、软质岩18161610106极软岩极软岩121010775 规范规范4.1.2条的岩石的基本承载力表就是由此得出的。因此,设计时应条的岩石的基本承载力表就是由此得出的。因此,设计时应要求地
10、质专业提供单轴极限抗压强度要求地质专业提供单轴极限抗压强度R值,并根据值,并根据k值计算,检查取值值计算,检查取值是否合理。是否合理。002、硬质岩承载力修正问题、硬质岩承载力修正问题 硬质岩基本承载力硬质岩基本承载力 取值一般很高,不控制设计,加之其破取值一般很高,不控制设计,加之其破坏形态也没有搞清楚。故不考虑修正是可行的,容许承载力即为基坏形态也没有搞清楚。故不考虑修正是可行的,容许承载力即为基本承载力本承载力 。3、软质岩承载力修正问题、软质岩承载力修正问题 软质岩(包括极软岩)基本承载力软质岩(包括极软岩)基本承载力 取值往往很低,一般控制设计。容取值往往很低,一般控制设计。容许承载
11、力修正问题观点不一,主流的观点认为软质岩,如泥岩、砂岩、片岩许承载力修正问题观点不一,主流的观点认为软质岩,如泥岩、砂岩、片岩的节理发育的岩石,其破坏形态仍为完全剪切破坏。根据有关文献资料以及的节理发育的岩石,其破坏形态仍为完全剪切破坏。根据有关文献资料以及相关试验表明软质岩(包括极软岩)容许承载力较基本承载力相关试验表明软质岩(包括极软岩)容许承载力较基本承载力 有大幅度有大幅度的提高。的提高。00(1)大桥局在汉阳对红砂岩进行的试验,当)大桥局在汉阳对红砂岩进行的试验,当h/d=1时,容许承载力时,容许承载力为(为(1.21.5)。(2)日本)日本“国铁规范国铁规范”基础埋入岩石中深度超过
12、基础埋入岩石中深度超过60cm时,每超过时,每超过30cm其容许承载力增加其容许承载力增加20%,但不能超过,但不能超过 的的2倍。倍。(3)英国)英国“土木工程师协会实用规范土木工程师协会实用规范N04”基础埋深每增加基础埋深每增加1m,其,其容许承载力增加容许承载力增加20%,直到地基承载力,直到地基承载力 的的2倍为止。倍为止。(4)“地基极限承载力标准值制报告地基极限承载力标准值制报告”(规范修订附件),明确(规范修订附件),明确岩石地基可以考虑宽深修正。岩石地基可以考虑宽深修正。(5)“岩石地基承载力的合理确定岩石地基承载力的合理确定”(铁道工程学报(铁道工程学报 1994.3)提)
13、提出软质岩石地基可以考虑宽深修正,具体按规范出软质岩石地基可以考虑宽深修正,具体按规范4.1.3条的规定进行。条的规定进行。000 根据以上研究结论,建议软质岩石地基可以考虑根据以上研究结论,建议软质岩石地基可以考虑宽深修正,具体按规范宽深修正,具体按规范4.1.3条的规定进行,但容许承条的规定进行,但容许承载力不应超过载力不应超过0的的2倍。倍。二、挖井基础二、挖井基础(一)、一般规定(一)、一般规定1、当基础需要埋深较深,且无地下水,地基承载力较好,施工条件适宜时,、当基础需要埋深较深,且无地下水,地基承载力较好,施工条件适宜时,可选用挖井。可选用挖井。2、挖井基础深度应控制在、挖井基础深
14、度应控制在15m以内。基础形式宜采用圆形、圆端形截面,当以内。基础形式宜采用圆形、圆端形截面,当 截面尺寸不大时也可以选用矩形。截面尺寸不大时也可以选用矩形。3、挖井基础施工时,应设护壁,可采用钢筋混凝土或钢箱结构,钢筋混凝土、挖井基础施工时,应设护壁,可采用钢筋混凝土或钢箱结构,钢筋混凝土 护壁厚度不应小于护壁厚度不应小于30cm。必要时设井内纵、横向井壁顶撑。必要时设井内纵、横向井壁顶撑。4、挖井基础应人工配合小型机械垂直开挖,护壁及时跟进。不得采用大型挖、挖井基础应人工配合小型机械垂直开挖,护壁及时跟进。不得采用大型挖 掘机放坡开挖。掘机放坡开挖。5、地形陡峻的山区,挖井施工前应做好井口
15、以外的边坡防护,确保周边岸坡、地形陡峻的山区,挖井施工前应做好井口以外的边坡防护,确保周边岸坡 稳定。挖井施工时井口应有专人看守防护,确保井内施工作业人员的安全。稳定。挖井施工时井口应有专人看守防护,确保井内施工作业人员的安全。6、加强防排水措施,挖井施工作业平台周边应设必要的排水沟,以防止周围、加强防排水措施,挖井施工作业平台周边应设必要的排水沟,以防止周围 雨水汇入井内。雨水汇入井内。7、挖井混凝土灌注时不得设基础模板,应满灌基础,护壁可不拆除。、挖井混凝土灌注时不得设基础模板,应满灌基础,护壁可不拆除。(二)、挖井计算(二)、挖井计算1、挖井基础底面处土的容许承载力,应按本规范第、挖井基
16、础底面处土的容许承载力,应按本规范第4章确定。章确定。2、垂直开挖施工的挖井,当井孔周围一定范围的土体未被扰动,为原状土、垂直开挖施工的挖井,当井孔周围一定范围的土体未被扰动,为原状土 时,可考虑土的弹性抗力,按本规范附录时,可考虑土的弹性抗力,按本规范附录D计算,井壁可考虑摩阻力。计算,井壁可考虑摩阻力。3、挖井基础容许承载力计算时,、挖井基础容许承载力计算时,井壁摩阻力可按本规范表井壁摩阻力可按本规范表6.2.2-5数值的数值的1/2 取值。取值。4、挖井基础的沉降检算,应按本规范第、挖井基础的沉降检算,应按本规范第3.2节和第节和第5.2节的规定办理。节的规定办理。5、挖井基础的基底偏心
17、距检算,可不计井壁的摩阻力。、挖井基础的基底偏心距检算,可不计井壁的摩阻力。三、双向受力作用下(即:有纵、横向弯矩三、双向受力作用下(即:有纵、横向弯矩时)矩形、圆形、圆端形基础最大应力计算时)矩形、圆形、圆端形基础最大应力计算1、矩形截面、矩形截面ba22xyeee最大、最小应力在矩形的角点上,如最大、最小应力在矩形的角点上,如B B点。点。偏心计算,合成偏心偏心计算,合成偏心 m ax,m in()()22xyyxyxyxabMMMyMxNNAIIAII6xWaA6yWbAabmin1eNA 注:注:M Mx x及及M My y为应力方向上的弯矩,未按右手螺旋法则规定。为应力方向上的弯矩,
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