基础形状和尺寸的拟定是基础设计中的关键环节,尺寸拟定恰当,可以减少重复的设计计算工作。拟定时一般要考虑上部结构的形式、荷载大小、初定的基础埋置深度、地基允许承载力、施工情况及墩台底面的形状和尺寸等因素。所拟定的基础尺寸,应是在可能的最不利荷载组合条件下,能保证基础本身有足够的结构强度;能使地基与基础的承载力和稳定性均能满足规定要求;并且经济合理。
基础尺寸包括基础厚度、立面尺寸和平面尺寸三个方面。
一、基础厚度
首先按基础埋深的要求确定基底标高,然后根据桥位情况、施工难易程度,同时考虑美观、整体协调性及安全因素综合确定基顶标高。基础厚度即为顶面标高和底面标高之差。在一般情况下,大(中)桥墩、台混凝土基础厚度在1.0~2.0m左右。
二、立面尺寸
刚性基础的立面形式应力求简单、节省材料和便于施工,一般可做成矩形或台阶形。当基础较薄时,可做成矩形(图5-3a);当基础较厚(超过1.0m)时,可做成台阶形(见图5-3b)。
图5-3 刚性扩大基础立面、平面图
a)矩形 b)台阶形
立面尺寸包括襟边宽度、各台阶宽度和高度。(www.daowen.com)
襟边宽度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20~30cm。各台阶尽可能采取相同的宽度与高度,以便于设计计算和施工。各台阶宽度宜与襟边相同,各台阶高度通常为0.5~1.0m。
自墩(台)身底面边缘处与基底边缘的连线和垂线间的夹角α称为基础的扩散角。很显然,基础悬出长度(包括襟边与台阶宽度之和)越大,扩散角α越大。
根据刚性基础的受力要求,基础悬出总长度应受到一定限制,应使悬出部分在基底反力作用下,在a-a截面(图5-3)所产生的弯曲拉力和剪应力不超过基础材料的强度设计值。否则将产生开裂破坏。把相应于基础最大悬出长度时的扩散角α的极限值αmax,称为刚性角。
在拟定尺寸时,应使α≤αmax,同时使每个台阶宽度ci与厚度ti保持在一定比例内,使其扩散角αi≤αmax,这时认为基础本身强度能够得到保证,不必对基础进行弯曲拉应力和剪应力的强度验算,在基础中可不设置受力钢筋。
刚性角αmax的数值与基础所用的圬工材料强度有关。《公路圬工桥涵设计规范》(JTG D61—2005)规定:实体墩台基础的刚性角,对于片石、块石和料石砌体,当用强度等级为M5的砂浆砌筑时,不应大于30°;当用M5以上的砂浆砌筑时,不应大于35°;对于混凝土,不应大于40°。
三、平面尺寸
基础平面形状一般应根据墩(台)身底面的形状而确定。考虑到施工的方便,基础平面形状常采用矩形。
其长度和宽度可根据墩(台)底面的尺寸及襟边宽度、各台阶宽度求得。
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