公路桥梁桥墩基础设计研究

李沛霖

摘要：对于一座桥梁而言，最依赖且最重要的结构便是基础。若一座桥梁的基础都不稳固不足以承受上部结构、桥面系、荷载等作用，则将大大影响桥梁的稳定性和使用寿命，然而基础工程是一项隐蔽工程，一旦建成很难维修甚至重建，因此桥梁的基础设计至关重要须严格按照要求通过验算。本文主要针对某二级公路桥梁的桥墩基础进行举例设计，先收集关于桥点的设计资料，然后分析资料假定设计类型为刚性扩大基础，最终通过设计验算得到基础底面为16.46×4.66m的台阶形基础。

关键词：桥墩基础 刚性扩大基础 设计过程 验算

引言

刚性扩大基础也称为无筋扩展基础，由砖、毛石、混凝土、灰土和三合土等材料组成的墙下条基或柱下独立基础。无筋扩展基础的抗压强度高而抗拉强度和抗剪强度较低，因此必须控制基础内的拉应力和剪应力，使其不超过材料的强度。

1设计资料

1）某二级公路桥梁，上部结构为25m预

应力钢筋混凝土简支梁（计算跨径L-23.98 m），桥面宽度为9.5（四车道）+2x0.75 m，弧形滑动支座，摩擦系数μ=0.2。

2）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。

3）横向基本风压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。基础混凝土15#，容重γ=20 kN/m3

5）每跨上部结构自重5500 kN（中心荷载）。

6）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。

2设计过程

1）擬定基础埋置深度

根据以上地质勘查资料以及上部结构、设计荷载资料，已知此基础为Ⅱ级公路桥梁重力式桥墩刚性扩大基础，上部结构为简支梁，即基础埋置深度的确定主要考虑两大因素：地基的地质条件、河流的冲刷深度。又从地质资料中可看出，最大冲刷线和一般冲刷线就是现有的地表线，标高为112.OOm。可以直接选用第一层土层黏土作为持力层，再根据非岩石河床桥梁墩台基底埋深安全值，初步确定基础底面在最大冲刷线—下1.7m处（标高为112.00-1.70=110. 30m），基础埋深为1.7m。

2）拟定基础尺寸

由于基底的高程已由基础埋深确定，且基础位于水中基础顶面一般不高于最低水位;一般情况下，大、中桥墩、台混凝土基础厚度在1.0-2.Om，故可暂且拟订基础厚度为1.50m，材料为15#混凝土，即可知基础顶面的标高为110.30+1. 50=111. 80m。从而得到桥墩的墩身高为120. 8-1.2-111.8=7. 8m，又因为墩身坡度值为10：1，则桥墩的底部的截面尺寸：长为13.70+0.78*2=15.26m，宽为1.90+0.78#2=3.46m。

因基础厚度超过了Im以上，即可将基础的剖面浇砌成台阶形可扩大基地面积增加基础承载力。将基础分为两层，每层高为75cm，襟边为30cm，台阶宽度为30cm。又根据规范知混凝土浇筑时刚性角应满足α_max≤40。，而α=21.8°<40° 故满足刚性角要求。得到基础底面尺寸为：

长=15.26+0.3*2+0.3*2=16.46m

宽=3.46+0.3*2+0.3*2=4.66m

3验算过程

1.基底应力计算：

il.持力层承载力验算：

由之前的基础设计得到持力层为黏性土，再根据《公路桥涵地基与基础设计规范》查表得：当又因为基底埋置深度仅为1. 7m<3m，故地基承载力不需予以修正。从而[fa]=[fa0] =379.7KPa>Pmax=225.04KPa。即满足要水。

ill.下卧层承载力验算：，查规范表得[fa0] =159. 8KPa<小于持力层容许承载力[fa0] =379. 7KPa。则该下卧层为软弱下卧层，必须进行验算。

基底至下卧层顶面的距离z为：z=6-1.7=4.3m，则数表得α=0.583。而当z/b=0 .92<1时，P应当取离最大压应力距离b/3=1.56m处的压应力，即P=219KPa。从而计算软弱下卧层顶面的压应力有（其中γ1、γ2应取浮容重=20.2-10=10.2KN/m3）：

P1=γ1（h+z）+α（P-Y2h）=178.77KPa

再进行计算下卧层顶面的承载容许值有（其中由于下卧层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。故满足要求。

iV.基底偏心距验算

a）作用为恒载作用时

Co=0，p=1/6 b=0.78，即Co

故满足要求。

b）有合力偏心距作用时

应按照最不利组合情况，依照荷载组合<3>计算：

故满足要求。

v.基础稳定性验算

a）倾覆稳定性验算：

基础倾覆或倾斜往往发生在承受较大的单向水平推力而其合理作用点又离基础地面的距离较高的结构物上。因此，这里采用荷载组合<4>进行计算。

故满足要求。

b）滑动稳定性验算：

由于地基土为黏性土，查摩擦系数表得μ=0.25。依旧按照荷载组合<4>：恒载（最高水位）+风力进行验算有：

故满足了墩台基础抗倾覆稳定性系数K >1.3的要求。本文在此略去沉降验算。

综上所述，设计符合要求。

参考文献

[1]李强，浅谈关于桥墩刚性基础的设计等有关问题[J].黑龙江科技信息，2014.

[2]盛丽艳，暗桥刚性扩大基础尺寸的拟定[J].北方交通，2007.

[3]赵贺刚，浅谈剐性扩大基础基底应力重分布，[J].黑龙江交通科技，2003.

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