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1、,公路桥涵结构设计技术探讨-公路桥涵地基与基础设计规范JTG D63-2007 鲍卫刚（中交桥梁技术有限公司）,一、公路桥涵设计规范修订基本情况,交通部文件 交公路发2002288号 关于发布公路工程标准体系的通知 现批准发布公路工程标准体系(JTGA01-2002),自发布之日起施行。今后公路工程标准的制订与管理，将遵照该体系执行。现行公路工程标准未列入体系表中的，现阶段仍然适用，今后视具体情况逐步予以废止或转为协会标准。二二年七月十日,公路工程标准体系表,公路工程标准体系表,标准的演变20世纪50年代：公路工程设计准则 60年代：公路桥梁设计规范（试行）（1961年9月）70年代：公路桥涵
2、设计规范（试行）（1975年）公路预应力混凝土桥梁设计规范（1978年）80年代：公路桥涵设计通用规范JTJ021-85、公路砖石及混凝土桥涵设计规范JTJ022-85、公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTJ023-85、公路桥涵钢结构及木结构设计规 范JTJ023-86、公路桥涵地基与基础设计规 范JTJ024-86 等 进入21世纪：公路桥涵设计通用规范JTG D60-2004、公路圬工桥涵设计规范JTG D61-2005、公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTG D62-2004 公路桥涵地基与基础设计规范JTG D63-2007等（公路桥梁钢结构设计规范）,中华人民共
3、和国交通部公告2007年第32号关于发布公路桥涵地基与基础设计规范(JTG D632007)的公告 现公布公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007），自2007年12月1日起施行，原规范公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ024-85）同时废止。公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007）中，第、条为强制性条文，必须严格执行。中华人民共和国交通部 二七年九月二十九日,关于颁发公路桥涵地基与基础设计规范的通知（85）交公路字1131号 1985年5月21日前身：1974年颁发公路桥涵设计规范（试行）第7章：地基与基础,修订基础：1理论研究的深入，对土体力学性质和变形机理认识的
4、深入；2结构设计理论体系的改进、完善；3设计、施工、检测、材料技术和工艺的进步。,85版较75版规范的修订之处：1 增加了新近沉积粘性土的容许承载力、软土地基容许承载力的计算公式；2 增加了大、中桥基底最小埋深安全值、桥涵基础在季节性冻土中的埋置深度和切力值及桩基础的冻拔验算公式；3 取消了原规范用K法计算桩基的方法；4 不再将桩基设计分为高桩承台和低桩承台，即取消高、低桩承台的判别条件及低桩承台的设计方法；5 删去木桩的有关规定；6 调整了黄土地基土的容许承载力；7 补充了薄壁浮运沉井横向稳定的计算。,2007版较85版规范的修订之处：1按公路工程结构可靠度设计统一标准GB/T50283的规
5、定，引入了极限状态设计原则，使得本规范与公路桥梁系列设计规范体系协调；2按工程结构设计基本术语和通用符号GBJ132-90的规定，修改了符号并列出了主要名词术语；3参照现行有关标准、规范的要求，结合公路工程实际，修改了地基土的分类及工程特性的有关规定；4补充、修改了公路桥涵浅基础设计的有关规定，按照最新的科研成果修订了冻土地区基础设计的有关规定；5完善、修订了桩基础设计的有关规定，补充了后压浆设计等最新成熟的先进技术；6完善了沉井计算的有关规定；7新增了地下连续墙设计的内容。,1 地基承载力方面，修改了地基土的分类及工程特性的有关规定；2 地基承载力的容许值及其他相关参数，强调首先应由载荷试验
6、或其他原位测试确定，并给出若干有关试验方法，但规范仍部分保留经局部修正的原规范各项表列数据，并规定仅供测试确有困难且跨径不大的中小桥和涵洞设计应用；3 计算公式方面，修改了在季节性冻胀土中基底最小埋置深度的计算，分别以土的冻胀性、土的类别、环境和基础埋深等对冻深的影响，代替原规范单一取值1.15的冻深影响系数，上述诸多影响系数是根据近年来冻土试验场试验分析及有关调研资料综合研究得到的；4 增加了双向偏心受荷时基底土承载力的计算公式，同时给出岩石地基上当基础部分受压时应力重分布的计算方法；5 简化了原规范基础沉降计算的分层总和法，采用平均附加应力系数并制成表格，使原繁琐的计算工作简单化；,6 修
7、改了地基土冻胀性分类；7 修改了季节性冻土地基和多年冻土地基基础抗冻拔稳定性计算，其中季节性冻土单位面积切向冻胀力标准值和多年冻土与基础表面单位面积冻结力标准值，以及用于计算设计冻深时影响标准冻深的多项影响系数，都是新的研究成果；8 在基桩计算方面有：根据多年来的施工实践经验，新增了采用后压浆技术的灌注桩承载力的计算公式；在嵌岩桩承载力计算中考虑了覆盖层土的侧阻力的作用，而且随着岩石抗压强度高低而取得不同程度的发挥；在桩计算内力的m法中，桩基计算宽度及地基比例系数当量m值的换算方法均得到一定程度的简化和改善。9 增列地下连续墙的有关内容。,1 总则2 地基承载力 2.1 地基的容许承载力 2.
8、2 地基土的容许承载力的提高3 基础的埋置深度与计算 3.1 基础的埋置深度 3.2 地基与基础的计算 3.3 基础沉降计算 3.4 基础稳定性计算4 桩基础 4.1 一般规定 4.2 壮的构造 4.3 桩的计算5 人工地基6 沉井基础 6.1 一般规定 6.2 沉井构造 6.3 沉井计算9（7）附录 83条文,1 总则2 术语、符号3 地基岩土分类、工程特性与地基承载力 3.1 地基岩土分类 3.2 工程特性指标 3.3 地基承载力4 基础计算与地基处理 4.1 基础埋置深度 4.2 地基与基础计算 4.3 基础沉降计算 4.4 基础稳定性计算 4.5 软土与软弱地基处理 4.6 湿陷性黄土
9、地基处理5 桩基础 5.1 一般规定 5.2 构造 5.3 计算6 沉井基础 6.1 一般规定 6.2 构造 6.3 计算7 地下连续墙 7.1 一般规定 7.2 支护结构设计 7.3 基础设计18附录 152条文,新旧规范章节对比,二、公路桥涵结构 概率极限状态设计,设计理论的基本演变 容许应力法 破损阶段设计法（定值极限状态设计方法）以可靠性理论为基础的概率极限状态设计方法,在我国，从20世纪70年代初，原国家计委标准定额局先后下达了工程结构可靠度设计统一标准、建筑结构设计统一标准、铁路工程结构可靠度设计统一标准、港口工程结构可靠度设计统一标准和水利水电工程结构可靠度设计统一标准。除铁路外
10、，其他行业的标准都基本完成了标准的转变，采用了概率极限状态设计方法：水准I半概率设计法；水准II近似概率设计方法；水准III全概率设计法。,采用概率极限状态设计方法可明显地体现如下方面的优点：1可使工程结构设计规范引入先进的可靠性理论；2可更全面地考虑影响结构可靠性诸因素的变异性，使结构设计规范所采用的有关参、系数更趋于反映客观实际，使所设计的结构更趋合理；3可变作用按随机过程进行分析，随机过程的时间域可取为结构的设计基准期，从而使结构设计的可靠概率有了一个统一的时间概念；,4有了具体结构的目标可靠指标，可以根据工程结构的不同要求和特点恰当地划分和选择安全等级，以便处理好结构可靠性与经济性之间
11、的矛盾；实用的极限状态设计表达式中的各分项系数，可根据给定的可靠指标经概率分析优化后确定，从而使结构设计主要依据经验及其判断的局面得到改变，做到所设计的同类结构和结构构件在不同的承载情况下具有较佳的可靠度的一致性，使工程结构的极限状态设计方法更加科学、合理；5结构的可靠度往往与质量控制联系在一起，为了保证结构设计达到预定的可靠度，可以进一步强调质量控制的重要性，从而使设计规范与施工、验收等标准在结构可靠度上得以互相衔接和配套。,概率极限状态设计方法显示了结构的可靠程度与拟承担的风险之间的关系。以往的容许应力设计方法也具有一定的概率的含义。,结构可靠度的定义：结构在规定的时间内，在规定的条件下，
12、完成预定功能的概率。规定条件-正常设计、正常施工和正常使用规定时间-设计基准期 预定功能-安全性、适用性、耐久性（总称为结构的可靠性）,结构设计需考虑的极限状态：承载能力极限状态 正常使用极限状态设计 结构设计需考虑的设计状况：持久状况 短暂状况 偶然状况,公路桥涵结构设计应考虑结构上可能同时出现的作用，按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行作用效应组合，取其最不利效应组合进行设计：1 只有在结构上可能同时出现的作用，才进行其效应的组合。当结构或结构构件需作不同受力方向的验算时，则应以不同方向的最不利的作用效应进行组合。3 钢筋混凝土和预应力混凝土结构在进行结构构件的承载能力极限状态设计时，
13、可不考虑混凝土收缩和徐变、温度作用效应参与组合；基础变位作用是否参与组合视具体情况确定；拱桥仍应考虑混凝土收缩和徐变、温度作用效应和基础变位作用的组合。,1.0.5 基础和桩基结构设计的作用及其效应组合，应按下列规定采用：1 按承载能力极限状态要求，结构构件自身承载力及稳定性应采用作用效应基本组合和偶然组合进行验算。1)基本组合 承载力验算时作用效应组合表达式，结构重要性系数，各效应的分项系数及效应组合系数按公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）第条第1款规定执行；稳定性验算时，上述各项系数均取为1.0。,混凝土结构设计的基本计算内容（JTG D62-2004）：1)持久状况承载能力
14、极限状态（第5章）（受压区高度系数x限制、正截面和斜截面承载能力）2 持久状况正常使用极限状态 抗裂（条）（正截面-正应力；斜截面-主拉应力）裂缝计算（条）变形（挠度）计算（6.5节）3 持久状况应力计算（弹性阶段）（法向压应力、钢筋拉应力和斜截面上混凝土的主压应力）（条）4 短暂状况应力计算,1.2*恒荷载+1.4*汽车荷载1.2*恒荷载+1.4*汽车荷载+0.8*1.4*人群荷载1.2*恒荷载+1.4*汽车荷载+0.7*（1.4*人群荷载+1.1*风荷载）1.2*恒荷载+1.4*汽车荷载+0.6*（1.4*人群荷载+1.1*风荷载+1.4*土压力）1.2*恒荷载+1.4*汽车荷载+0.5*
15、（1.4*人群荷载+1.1*风荷载+1.4*土压力+1.4*汽车制动力）,2)偶然组合（不包括地震作用）。永久作用标准值效应与可变作用某种代表值效应、一种偶然作用标准值效应相组合。作用效应组合可采用下列表达式：,SQ1K-除偶然荷载作用外，第一个可变作用标准值效应，该标准值效应大于其它任意第j个可变作用标准值效应；SQjK-其它第j个可变作用标准值效应；11-第一个可变作用的频遇值系数，按公路桥涵设计通用规范第条第1款的规定取用；稳定验算时取=1.0；2j-其它第j个可变作用的准永久值系数，按公路桥涵设计通用规范第条第2款的规定采用；稳定验算时取=1.0；Gi、a-上面表达式中相应作用效应的分
16、项系数，均取值为1.0。,2 当基础结构或桩基需要进行正常使用极限状态设计时，作用短期效应组合和长期效应组合表达式、频遇值系数及准永久值系数，均应按公路桥涵设计通用规范第条办理。,按正常使用极限状态设计时的作用效应组合：1 作用短期效应组合,作用长期效应组合,1.0.5 基础结构作为桥涵的重要组成部分，与桥涵主体结构一样应进行自身承载力验算，以保证其在最不利作用效应组合下具有足够的安全度。承载力验算的内容有：受弯、受压和受剪承载力、抗冲切和局部承压承载力。有关现行规范已为这些验算提供了方法和公式。作用效应的组合应按承载能力极限状态要求采用基本组合和偶然组合。参与基本组合的各个作用是经常出现在结
17、构上的，取其值为设计值，也即在它们的标准值基础上乘与相应的分项系数，所以基本组合就是各作用设计值在结构中引起的效应的组合；在组合中当同时出现多个可变作用效应时，尚应考虑根据可变作用数量多少而确定的组合系数。结构重要性系数采用主体结构相同值。上述各项系数在有关规范中都有明确规定。,偶然组合是由地震作用或船舶撞击荷载或汽车撞击荷载参与的组合。这些都是偶然作用于结构上的。有关地震作用的取值及组合由现行公路工程抗震设计规范规定，本规范的偶然组合仅指船舶撞击荷载或汽车撞击荷载参与的组合。由于偶然荷载出现的概率很小，且作用在结构上的持续时间也很短，但一旦出现其值很大，因此，进行效应组合时，两个偶然荷载不能
18、组合在一起，永久荷载和偶然荷载均可取标准值效应，分项系数和结构重要性系数均取为1.0；其他可变作用效应视具体情况可有多个参与组合，但其值应分别取小于标准值的适当代表值，如频遇值、准永久值等，不考虑组合系数。但当这些代表值与偶然作用同时出现的机率很小或对基础结构非不利时，也可不予组合。至于结构稳定验算，由于要利用原规范的稳定性系数，所以基本组合或偶然组合其作用取值及效应组合仍按原规范的规定采用，即结构重要性系数及作用的各项系数均取为1.0。基础结构当需进行正常使用极限状态设计时，永久作用采用标准值，可变作用采用短期效应组合的频遇值系数和长期效应组合的准永久值系数，与主体结构相同。,1.0.6 基
19、础结构的稳定性可按下式进行验算：,Ssk使基础结构失稳的作用标准值效应的组合值；，按基本组合和偶然组合最大组合值计算；Sbk使基础结构稳定的作用标准值效应的组合值，按基本组合和偶然组合最小组合值计算；b基础结构稳定性系数，见本规范有关章节的规定。,1.0.6 基础结构的稳定验算是承载能力极限状态设计的内容之一，将基础视为刚体使其保持静力平衡并具有一定的稳定系数。平衡作用效应和不平衡作用效应可取标准值组合，作用效应组合表达式中的各项系数均取为1.0。在计算中，应考虑作用效应的最不利组合。对使结构失稳的同向、且可能同时出现的可变作用效应都应组合在内，使达到组合效应最大值；而使结构稳定的同向、但有可
20、能不同时出现的可变作用效应，则应选用其中主导作用效应，其他可变作用效应不予组合，以使稳定作用效应达最小值。最后所得稳定性系数应满足规范的规定值。,1.0.8 地基或桩基进行竖向承载力验算时，传至基础底或承台底面的作用效应应按正常使用极限状态的短期效应组合采用；同时尚应考虑作用效应的偶然组合（不包括地震作用）。作用效应组合值应小于或等于相应的抗力应采用地基承载力容许值或单桩承载力容许值。1 当采用作用短期效应组合时，其中可变作用的频遇值系数均取为1.0，且汽车荷载应计及入冲击系数。填料厚度（包括路面厚度）等于或大于0.5m的拱桥、涵洞，以及重力式墩台，其地基计算可不计汽车冲击系数。2 当采用作用
21、效应的偶然组合时，其组合表达式按本规范第条采用，但不考虑结构重要性系数，该式中的荷载作用分项系数和、频遇值系数和准永久值系数均取为1.0。,说明1.0.8 与混凝土、砖石材料相比，地基土是个大变形材料。地基土的变形随着其上作用的加大而增加，承载力也相应提高。但地基土的变形不能无限制地增加，地基承载力也不能达到极限值。就地基设计而言，由于建于地基上的桥梁结构出于自身变形的要求而不能适应地基土的大变形，往往是地基承载力达到真正的极限值之前，地基变形已使结构达到或超过按正常使用的限值。因此，地基设计应遵循正常使用极限状态这一原则。所选定的地基承载力为由载荷试验或其他原位测试确定的地基土压力与变形关系
22、曲线、其线性变形段内不超过比例限界点的地基压力值，即本规范称之为地基承载力容许值。但是，地基设计与结构构件按正常使用极限状态要求的裂缝宽度和挠度等计算有所不同，后者在设计中考虑了荷载长期效应的影响，一般而言，裂缝宽度和挠度等即使处理不当也不致造成结构承载力降低，更不会招至结构破坏。而地基支撑着整个桥梁及桥梁上作用的荷载，且地基土的物理性能变异性很大，如果地基承载力不足，将可能构成对桥梁安全性的威胁。所以地基承载力验算在选用作用问题上，应有别于主体结构正常使用极限状态计算，在短期效应组合中可变作用不取频遇值而取频遇值系数等于1.0的标准值；汽车荷载要计入冲击系数；同时，也要考虑作用效应的偶然组合
23、，但偶然荷载的分项系数可取为1.0。而桥涵主体结构的正常使用极限状态设计，汽车是不计冲击系数，也不要求进行偶然组合计算的。,1.0.9 计算基础沉降时，传至基础底面的作用效应应按正常使用极限状态下作用长期效应组合采用。该组合仅为直接施加结构上的永久作用标准值（不包括混凝土收缩及徐变作用、基础变位作用仅）和可变作用准永久值（仅指汽车荷载和人群荷载）引起的效应。说明1.0.9 计算基础沉降要考虑地基变形性质。由于地基土是一个大变形材料，具有长期的时间效应，因此基础沉降应按正常使用极限状态下作用长期效应组合进行计算。所谓作用长期效应组合，按照现行公路工程结构可靠度设计统一标准的规定，为永久作用标准值
24、效应与可变作用准永久值效应相组合。原规范的基础沉降是按结构自重（包括土重）作用下计算的，有意见认为这并不合理。本规范将统一标准的作用长期效应组合改为荷载长期效应组合，其中永久荷载标准值仅指结构自重、土重、土侧压力、浮力标准值；可变荷载准永久值仅指汽车荷载准永久值和人群荷载准永久值。可以看出，本规范在计算基础沉降的荷载取值上，比原规范增加了。但调查统计表明，本规范采用的荷载效应组合，在桥梁上出现的概率较大，持续的时间较长，对基础沉降有较大影响。因而是较合理的。,1.0.7 基础结构应按其所处环境条件进行耐久性设计。混凝土及钢筋混凝土构件耐久性设计可参照有关现行规范执行。基础结构的耐久性不仅受材料
25、（如混凝土和钢筋混凝土）本身所含有害物质的影响，而且也受基础结构所处气、水、土等自然环境中常含的腐蚀性物质侵害的影响。,混凝土结构的耐久性 耐久性设计：传统的经验方法：将环境作用按其严重程度定性地划分成几个等级，在工程类比的基础上，对于不同环境作用等级下的 混凝土结构构件，由规范直接规定材料的耐久性要求（通常用混凝土的强度、水胶比、胶凝材料用量指标等表示）和钢筋保护层厚度等构造要求，以满足结构的耐久性需要。定量计算方法：环境作用（大体可为一般作用、冻融作用、氯化物环境和化学腐蚀环境四大类）需要定量表示，选用适当的材料劣化模型求出环境作用效应，列出环境作用效应与耐久性抗力之间的定量关系式，就可以
26、求出与所考虑的极限状态对应的使用年限。新版桥涵设计标准提高了混凝土结构的耐久性要求（环境类别划分、耐久性要求和混凝土保护层厚度规定等），并推荐：淘汰低性能低质建筑材料，提倡使用高强高性能的钢材和混凝土材料；提高桥涵结构的最低用材标准（混凝土的最低强度指标有所提高）；提高了混凝土结构的最低配筋率要求。-属于传统的经验方法为主的设计方法。,混凝土结构的耐久性国家标准混凝土结构耐久性规范中规定：混凝土结构的耐久性设计一般应包括：1）确定结构的设计使用年限、环境类别及其作用等级 2）概念设计 有利于减轻环境因素对结构作用结构的结构选 型、布置和构造；3）混凝土材料和钢筋的选用 按结构耐久性需要对材料提
27、出质 量要求；4）根据耐久性要求确定混凝土保护层厚度；5）防水、排水等构造措施；6）混凝土裂缝控制要求；7）严重环境作用下需要采取的多重防护措施与防腐蚀附加措施；8）基于耐久性的施工工艺与质量验收要求；9）结构使用阶段的维护与检测要求。,混凝土结构的耐久性应综合控制混凝土的最低强度等级、最大水胶比和在限定范围内选择混凝土原材料的品种、用量和质量，就能满足不同类别环境作用下的耐久性质量要求。限定范围：主要指硅酸盐水泥和矿物掺和料等胶凝材料的用量范围（如上下限值）、化学外加剂的选用（如高效减水剂和引气剂）、水泥中的铝酸三钙含量限制、原材料中的有害成分总量限制（如氯离子、硫酸根离子、可熔碱等）、粗骨
28、料的最大粒径与吸水率等。-水泥的品行-骨料-化学外加剂-粉煤灰,三、桥涵基础设计的基本概念,1.0.1 为了适应公路桥涵地基基础设计的需要，使设计符合技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理、有利环保保护环境的要求，制定本规范。1.0.2 本规范适用于公路桥涵地基基础的设计；其他道路桥涵的地基基础设计也可参照使用。1.0.3 地基基础设计，必须坚持因地制宜、就地取材、节约资源和可持续发展的原则。基础的类型应根据水文、地质、地形、荷载、材料供应情况、上下部结构型式和施工条件合理地选用。1.0.4 桥位址处应进行工程地质勘察，提供的勘察资料应能正确反映地形、地貌、地层结构、地质尤其影响桥涵稳定的不良
29、地质、各岩土层的物理力学性质及地下水埋藏等详细情况。,基础设计满足三个基本要求:1.强度问题：作用于地基的作用不超过地基的承载能力2.变形问题：基础沉降或其他特征变形不超过允许值3.上部结构的其它要求：上部结构对基础结构的强度、刚度和耐久性要求,地 基：承受桥基础的场地，即受桥影响的土层。按地基性质分：土基、岩基 按处置方式分：天然地基（是不经过对地基土的处理）人工地基（经过地基处理）,基础形式：明挖基础（扩大基础）桩基础 沉井基础 地下连续墙 等,谢谢！,85版规范：17条文 3 基础的埋置深度与计算 3.1 基础的埋置深度 3.2 地基与基础的计算 3.3 基础沉降计算 3.4 基础稳定性
30、计算 2007版规范：36条文 4 基础计算与地基处理 4.1 基础埋置深度 4.2 地基与基础计算 4.3 基础沉降计算 4.4 基础稳定性计算 4.5 软土与软弱地基处理 4.6 湿陷性黄土地基处理,4.1 基础埋置深度4.1.1 桥涵墩台基础（不包括桩基础）基底埋置深度应符合下列规定：1 当墩台基底设置在不冻胀土层中时，基底埋深可不受冻深的限制。2 上部为外超静定结构的桥涵基础，其地基为冻胀土层时，应将基底埋入冻结线以下不小于0.25m。3 当墩台基础设置在季节性冻胀土层中时，基底的最小埋置深度可按下列公式计算：,冻胀丘,表4.1.1-1 土的类别对冻深的影响系数,表4.1.1-2 土的
31、冻胀性对冻深的影响系数,H.0.1 中国季节性冻土标准冻深线图（图）,公路桥涵地基土的季节性冻胀性分类，可按表H.0.2 分为不冻胀，弱冻胀、冻胀、强冻胀、特强冻胀和极强冻胀。H.0.3 公路桥涵地基土的多年冻土分类，可按表分为不融沉、弱融沉、融沉、强融沉和融陷。,直接设置在天然地基上的桥涵墩台基底的埋置深度，应根据地基土的性质、冻胀、受流水的冲刷情况及桥涵结构的性质等综合考虑。季节性冻胀土层中埋置深度 墩台基础设置在季节冻土中时，基底最小埋深为设计冻深减去基础底面容许最大冻土层厚度。设计冻深宜尽量采用当地多年实测最大冻深平均值减去地表平均冻胀量。当缺乏上述资料时，设计冻深可采用标准冻深z0乘
32、以各项影响系数；标准冻深z0采用建筑地基基础设计规范（GB 50007-2002）（简称GB 50007-2002规范）附录F，该规范考虑三个系数，即土的类别、土的冻胀性、环境对冻深的影响系数。除上述三个因素外，根据公路修建特点，尚应考虑地形坡向和原规范对基础圬工较河床覆盖土导热性强两个因素，因此共考虑五个因素。后两个因素系根据黑龙江省交通科学研究所的推荐建议。,表4.1.1-3 环境对冻深的影响系数,表4.1.1-4 地形坡向对冻深的影响系数,表4.1.1-5 不同冻胀土类别在基础底面下容许最大冻层厚度hmax,4 涵洞基础设置在季节性冻土地基上时，出入口和自两端洞口向内各26m（或可采用不
33、小于2m的一段涵节长度）范围内涵身基底的埋置深度可按本条公式（）计算确定。涵洞中间部分的基础埋深，可根据地区经验确定。严寒地区，当涵洞中间部分基础的埋深与洞口埋深相差较大时，其连接处应设置过渡段。冻结较深地区，也可采用将基底至冻结线处的地基土换填为粗颗粒土（包括碎石土、砾砂、粗砂、中砂，但其中粉黏粒含量不应大于15%，或粒径小于0.1mm的颗粒不应大于25%）的措施。5 小桥涵基础，在无冲刷处（岩石地基除外），应在地面或河床底以下埋深不小于1m；如有冲刷，基底埋深应在局部冲刷线以下不小于1m；如河床上有铺砌层时，基础底面宜设置在铺砌层顶面以下不小于1m。,6 非岩石河床墩台基底埋深安全值，可按
34、表确定。表4.1.1-6 基底埋深安全值（m）,注：总冲刷深度为自河床面算起的河床自然演变冲刷、一般冲刷与局部冲刷深度之和；表列数值为墩台基底埋入总冲刷深度以下的最小值；若设计流量、水位和原始断面资料无适当把握或河床演变不能获得准确资料时，其值宜适当加大；若桥位上下游有已建桥梁，应调查已建桥梁的特大洪水冲刷情况，新建桥墩台基础埋置深度不宜小于已建桥梁的冲刷深度且酌加必要的安全值。(4)如河床上有铺砌层时，基础底面宜设置在铺砌层顶面以下不小于1m。,7 岩石河床墩台基底最小埋置深度可参考公路工程水文勘测设计规范（JTG C302002）附录C确定。8 位于河槽的桥台，当其最大冲刷深度小于桥墩总冲
35、刷深度时，桥台基底的埋深应与桥墩基底相同；当桥台位于河滩时，对河槽摆动不稳定河流，桥台基底高程应与桥墩基底高程相同；在稳定河流上，桥台基底高程可按照桥台冲刷结果确定。4.1.2 墩台基础顶面标高宜根据桥位情况、施工难易，并考虑美观的整体协调进行确定。（桥梁除考虑安全经济外，还须考虑整体美观，应与当地的地形、环境相配合，使其各部的线形互相协调，尽可能做到美观的要求。所以，对原规范要求基础顶面不宜高于最低水位，也不宜高于原地面标高的规定，本规范不再作此类的硬性规定，以便设计者可根据实际情况灵活应用。）,4.2 地基与基础计算地基基础设计原则,1）防止地基土体剪切破坏和丧失稳定性方面，应有足够的安全
36、度；（强度要求）2）控制地基的特征变形量不超过规范允许值；（变形要求）3）满足基础结构的强度、刚度和耐久性。（上部结构的其他要求）,浅基础类型,扩展基础,刚性基础,柔性基础,联合基础,条形基础,箱形基础,独立基础,交叉条形基础,筏形基础,按结构型式,壳体基础,按基础材料 无筋基础和钢筋混凝土基础,按结构型式,扩展基础,无筋扩展基础 砖、石、灰土，素混凝土 材料抗拉强度很低有基础台阶宽高比(刚性角)要求,扩展基础(柔性基础)钢筋混凝土要满足抗弯,抗剪和抗冲切等结构要求,与材料和荷载有关,浅基础深度的确定,基础埋置深度：基础底面埋在地面下的深度。,考虑冻胀的基础埋深,dmin zd hmaxZd
37、设计冻深；hmax允许冻土最大厚度,地基冻融条件,地基变形的三个阶段,a.线性变形阶段,塑性变形区,连续滑动面,ob段，荷载小，主要产生压缩变形，荷载与沉降关系接近于直线，土中f,地基处于弹性平衡状态,b.弹塑性变形阶段,bu段，荷载增加，荷载与沉降关系呈曲线，地基中局部产生剪切破坏，出现塑性变形区,c.破坏阶段,uc段，塑性区扩大，发展成连续滑动面，荷载增加，沉降急剧变化,pb比例极限荷载 或临塑荷载pu极限荷载,地基的破坏形式,地基开始出现剪切破坏（即弹性变形阶段转变为弹塑性变形阶段）时，地基所承受的基底压力称为临塑荷载pb,地基濒临破坏（即弹塑性变形阶段转变为破坏阶段）时，地基所承受的基
38、底压力称为极限荷载pu,1.整体剪切破坏,a.p-s曲线上有两个明显的转折点，可区分地基变形的三个阶段,b.地基内产生塑性变形区，随着荷载增加塑性变形区发展成连续的滑动面,c.荷载达到极限荷载后，基础急剧下沉，并可能向一侧倾斜，基础两侧地面明显隆起,2.局部剪切破坏,a.p-s曲线转折点不明显，没有明显的直线段,b.塑性变形区不延伸到地面，限制在地基内部某一区域内,c.荷载达到极限荷载后，基础两侧地面微微隆起,3.冲剪破坏,b.地基不出现明显连续滑动面,c.荷载达到极限荷载后，基础两侧地面不隆起，而是下陷,a.p-s曲线没有明显的转折点,4.2 地基与基础计算4.2.1 设计桥梁墩台基础时，应
39、考虑在修建和使用期间可能发生的各项作用效应并对地基进行验算。当桥台台背填土的高度在5m以上时，应考虑台背填土对桥台基底或桩端平面处的附加竖向压应力（参见本规范附录J）。对软土或软弱地基，如相邻墩台的距离小于5m时，应考虑邻近墩台对软土或软弱地基所引起的附加竖向压应力。对于桥台基础，当台背地基填土较高且地基土质不良时，应验算桥台与路堤可能一起沿圆弧面滑动的稳定性。墩台基础是桥梁的重要组成部分，基础与基底持力层必须有足够的强度和稳定性，以确保桥梁的安全。因此，在墩台设计中，应按墩台在建造时与使用期间可能同时发生的各种最不利的外力组合，对基础的稳定和基底土的承载力加以验算，必要时还要验算基础的沉降量
40、。当台背填土较高且地基又较软弱时，地基因受高填土的附加压力作用，往往会超过其容许承载力，使桥台丧失稳定，故须验算由于台背高填土对桥台基底的影响。,附录J 台背路基填土对桥基底或桩端平面处的附加竖向压应力的计算台背路基填土对桥台基底或桩端平面处地基土上引起的附加压应力按下列公式计算：,（kPa）（）对于埋置式桥台，应按下列公式加算由于台前锥体对基底或桩端平面处的前边缘引起的附加压应力,（kPa）（）,将p1和p2与其它荷载引起的相应基底或桩端平面处的边缘应力相加即得基底总应力。,基础压力的数值与形状，是个复杂的问题，因为地基和桥涵基础不是同一种材料，两者刚度相差很大，两者变形不能协调。桥涵基础属
41、于刚性基础，它的抗弯刚度大，在荷载作用下，基础本身几乎不变形，因此，原来是平面的基底，沉降后仍保持平面。如基础上的荷载合力通过基底形心，则沿基底的沉降也相同，但通过现场埋土压力盒实测和理论计算，基底压力的分布形状，根据其在基础上中心荷载的大小，可分为“马鞍形”、“抛物线形”和“钟形”三种（图4-1）。可见，抗弯刚度很大的基础，具有“架越作用”，即在调整基底沉降使之趋于均匀的同时，也使基底压力发生了由中部向边缘转移。一般压力情况中心受压时接触压力为马鞍形分布。当荷载较大时，位于基础边缘部分的土中产生塑性变形区，边缘应力不再增大，而中间部分继续增加，应力图形由马鞍形转为抛物线形。当荷载接近于地基的
42、破坏荷载时，应力图形由抛物形转变成中部突出的钟形。以上情况如图4-1所示。,图41 刚性基础基底压力分布图（a）马鞍形；（b）抛物线形；（c）钟形,温度连续二年或二年以上保持在摄氏零度或零度以下，并含有冰的土层，称为多年冻土。多年冻土地基的表层常覆盖有季节性冻土（或称融冻层）。在多年冻土上修建建筑物后，由于建筑物地基中的热量改变了多年的地温状态，使冻土逐年融化而强度显著降低，压缩性明显增高，从而导致上部结构破坏或妨碍正常使用。由于多年冻土与季节性冻土不同，埋藏深而厚度大，设计中很难处理，因此有必要作为特殊地基处理，不属于本规范考虑内容。多年冻土地基的设计有专门规范，如冻土地区建筑地基基础设计规
43、范（JGJ 11898），可供参用。桥涵墩台基础，一般都可视为马鞍形分布的刚性基础。这些基础，因受地基承载力的限制，荷载不会太大，加上还有一定埋深，所以在中心荷载作用下，可以认为是均匀分布；另外，根据圣维南原理，在地表以下一定深度（约1.52.0倍基础宽）所引起地基应力，几乎和基底荷载分布形状无关，而只与其合力大小及作用点位置有关。因此，在工程实用中把基底压力假设为直线分布，而按弹性材料力学公式进行简化计算，如本规范公式（）、（）、（）所示。,4.2.2 基础底面岩土的承载力，当不考虑嵌固作用时，可按下列公式验算：1 当基底只承受轴心荷载时：（）式中p基底平均压应力；N由本规范第条规定的作用短
44、期效应组合作用下在基底产生的竖向力；A基础底面面积。2 当基底单向偏心受压，承受竖向力N和弯矩M共同作用时，除满足第1款外，尚应符合下列条件：（）式中 pmax基底最大压应力；M由本规范第条规定的作用短期效应组合产生于墩台的水平力和竖向力对基底重心轴的弯矩；W基础底面偏心方向边缘弹性抵抗矩。3 当基底双向偏心受压，承受竖向力N和绕x轴弯矩Mx与绕y轴弯矩My共同作用时，除满足第1款外，尚应符合下列条件：（）式中Mx、My作用于基底的水平力和竖向力绕x轴、y轴的对基底的弯矩；Wx、Wy基础底面偏心方向边缘绕x轴、y轴弹性抵抗矩。,4.2.3 当设置在基岩上的基底承受单向偏心荷载，其偏心距e0超过
45、核心半径时，可仅按受压区计算基底最大压应力（不考虑基底承受拉力，见图）。基底为矩形截面的最大压应力按下列公式计算：（）式中和图中符号 b偏心方向基础底面的边长；a垂直于b边基础底面的边长；d力作用点至基底受压边缘的距离；e0力作用点偏心距。4.2.4 当设置在基岩上的墩台基底承受双向偏心压应力且按本规范公式（）、（）计算的e0/1.0（为核心半径）时，可仅按受压区计算基底压应力（不考虑基底承受拉应力），墩台基底最大压应力可按本规范附录K确定。岩石地基的承载力容许值，按本规范第条、第条和第条的规定采用。,图4.2.3 基岩上矩形截面基底单向偏心受压应力重分布图（a）基础立面（b）基础平面,4.2
46、.4 当设置在基岩上的墩台基底承受双向偏心压应力且按本规范公式（）、（）计算的e0/1.0（为核心半径）时，可仅按受压区计算基底压应力（不考虑基底承受拉应力），墩台基底最大压应力可按本规范附录K确定。岩石地基的承载力容许值，按本规范第条、第条和第条的规定采用。基岩上的墩台基底作用合力偏心距允许超出核心半径（即e0），但其值仍不得超出本规范第条的规定值。基岩上的墩台基底作用偏心距超出核心半径，将出现拉应力，地基不能承受拉应力，因此将要脱空，地基应力将重分布。单向偏心当偏心距超出核心半径后的应力重分布计算如本规范公式（）所示。双向偏心当偏心距超出核心半径后的应力重分布，计算时的数学处理比较麻烦，杨
47、高中桥梁学术论文集（人民交通出版社2001年7月）第一部分有数篇专文讨论，可供参阅。本规范附录K参录1962年铁路设计手册的计算诺模图可供使用；该诺模图原用于弹性材料力学的双偏心受压及压力重分布；对于地基压力验算，由于采用同一理论，同样适用。,4.2.5 桥涵墩台应验算作用于基底的合力偏心距。1 桥涵墩台基底的合力偏心距容许值e0应符合表的规定。表4.2.5 墩台基底的合力偏心距容许值e0（强制性条文）,2 基底以上外力作用点对基底重心轴的偏心距按下列公式计算：（）式中N、M作用于基底的竖向力和所有外力（竖向力、水平力）对基底截面重心的弯矩。3 基底承受单向或双向偏心受压的值可按下列公式计算：
48、（）（）式中 pmin基底最小压应力，当负值时表示拉应力；e0N作用点距截面重心的距离。（双向偏心受压的核心半径的计算参见规范条文说明。）,4.2.6 在基础底面下或基桩桩端下有软土层或软弱地基时，应按下列公式验算软土层或软弱地基的承载力：（）当基底或桩端以下有软土层或软弱地基下卧层时，应验算其承载力。由于作用在下卧层的附加压应力值是随其深度的增加而降低，故一般不必对所有墩台的下卧层都验算，仅基底下有湿陷性土或液性指数大于0.6的粘性土下卧层时才进行验算。基底压力梯形图形，本条近似地简化为矩形，基底压力值p按本条规定采用。这样的做法同样用于沉降计算。铁路桥涵地基和基础设计规范（TB10002.
49、52005）第条、第条均采用此法。随着地基的加深，附加压应力将逐步减小，基底压应力的影响也将减小，故可以简化。,4.2.7 当墩台、桩基础位于冻胀土中时，应验算抗冻拔稳定性，计算方法可参照本规范附录L。,L.0.1 季节性冻土地基墩、台和基础（含条形基础）抗冻拔稳定性按下列公式验算：,（）,（）,（）,L.0.2 多年冻土地基墩、台和基础（含条基）抗冻拔稳定性按下列公式验算：,（）,（）,（）,L.0.3 桩（柱）基础抗冻拔稳定性按下列公式验算：,（）,（）,4.3 基础沉降计算4.3.1 当墩台建筑在地质情况复杂、土质不均匀及承载力较差的地基上，以及相邻跨径差别悬殊而需计算沉降差或跨线桥净高
50、需预先考虑沉降量时，均应计算其沉降。（墩台基础的沉降必然引起上部结构下沉，从而影响桥下净高和伸缩装置、支座、简支梁连续桥面的使用。一般情况下，有下列情况者，应验算墩台基底沉降。1 两相邻跨径差别悬殊。2 确定跨线桥或跨线渡槽下的净高时，需要预先计算其墩台沉降值。3 当墩台建筑在地质复杂、地层不均匀及承载力较差的地基上时，应验算其沉降。4 桥梁改建或拓宽。）4.3.2 沉降计算时传至基底的作用效应按本规范第条规定执行。,4.3.3 在本规范第条规定的作用长期效应组合下墩台的沉降（mm），应符合下列规定：1 相邻墩台间不均匀沉降差值（不包括施工中的沉降），不应使桥面形成大于2的附加纵坡（折角）。2
