鐵路橋梁高承臺樁基礎(chǔ)設(shè)計書

1、鐵路橋梁高承臺樁基礎(chǔ)設(shè)計書一、收集設(shè)計資料某單線橋位于直線上，沖刷線以下的河床上部為厚度很大的中密孵石層，其容重=2000KN，內(nèi)摩擦角=38o ，地基的基本承載力 =900KPa。局部沖刷線標(biāo)高為19.200m，0承臺底與水位線平齊， 設(shè)計標(biāo)高為26.800 m。采用鉆孔灌注樁施工， 樁基直徑為1.0 1.8 m。設(shè)計時，樁側(cè)土極限摩阻力4f=180KPa，橫向地基系數(shù)的比例系數(shù) m=80MN/m?；鶚痘炷齢7土采用 C30，其受壓彈性模量 E =2.65 10 KPa。二、設(shè)計荷載該橋墩由主力加附加力雙孔活載控制樁基設(shè)計。作用于承臺底面的豎向力：N=2000KN、水平力H=400KN，力矩

2、 M=6900KNm。三、基樁選擇1. 基樁類型與尺寸（ 1）基樁類型鉆孔灌注樁根據(jù)設(shè)計資料知：考慮擠土效應(yīng)和基樁的強度、剛度，選擇灌注樁。而沖刷線以下的河床上部為厚度很大的中密孵石層，有含水層，不宜采用人工挖空樁，考慮經(jīng)濟因素， 采用鉆孔灌注樁。在樁位就地鉆孔，成孔后將鋼筋籠置入孔內(nèi)灌注混凝土而成樁。（ 2）基樁尺寸 1.25 （ 7.6+12.4 ）本設(shè)計中沖刷線以下的河床上部為厚度很大的中密孵石層，承載力高，可作為持力層，從承臺底面到局部沖刷線長度為7.6m，故上部樁長取7.6m，總樁長不妨取為為20m，樁地標(biāo)高 6.8m 處。故基樁尺寸為：樁長取為20m，上部長度7.6m, 下部長度為

3、12.4m；樁徑 1.25m。（ 3）混凝土等級基樁采用C30混凝土，承臺采用C25。2.基樁數(shù)量nN p按雙孔重載估算樁數(shù)：式中： 為經(jīng)驗系數(shù)，橋梁樁基采用1.3 1.8 。（ 1）計算單樁容許承載力 P1 Ufi lim0 A 2式中 : A 樁底面積，此處為Ad 21.2521.227m244m0 樁底支撐力折減系數(shù)，按規(guī)范6.2.2-6 ，取 m0 0.55U 樁身截面周長，U(r0.05) 23.299 （按旋轉(zhuǎn)錐計算）fi 極限摩阻力，fi180kPali 土層厚度， li 12.4 m 0k22 (4d3)6k22 d 樁底地基土的容許承載力，按公式0k22 (4d3)6k22

4、d式中：0 地基基本承載力，0900 kPak2 由鐵路橋涵規(guī)范4.1.3 ，取 k26， k230k22 (4d3) 6k22d900620(41.253)63201.251590KPa根據(jù)規(guī)范 4.2.2 ，主力加附加力時，可以把地基容許承載力提高20%15901.21908 KPa P1fi lim0 A U2118012.40.550.78519084505.4633.2992（ 2）確定樁數(shù) nN20000nu1.35.77P4505.436暫取 n6 ，驗算后在做必要調(diào)整。3. 基樁布置根據(jù)鐵路橋涵規(guī)范6.3.2，鉆孔灌注樁的中心距不應(yīng)小于2.5 倍成孔樁徑；各類樁的承臺板邊緣至最

5、外一排樁的凈距，當(dāng)樁徑d1m 時，不得小于0.3d ，且不得小于 0.5m。根據(jù)承臺及以上布樁原則，基樁的布置圖如下：圖1基樁布置四、每根樁頂內(nèi)力計算1. 單樁的計算寬度 b0形狀換算系數(shù)圓形截面，K f=0.9 ；Kd1受力換算系數(shù)01.8d樁間相互影響系數(shù)L14m, h13(d 1) 3 (1.25 1) 6.75m故， L14m0.6h14.05mK(1b)L10.45(1 0.45)4b0.6h10.60.996.75單樁計算寬度b00.990.91.8 1.252.0m2. 樁的變形系數(shù)4樁的抗彎剛度：EI 0.8Eh I 0.8 2.65 107 1.25 1.625 106 64

6、基礎(chǔ)的變形系數(shù)：5 mb05 8000020.629EI1.625106樁的入土深度：l0.62912.47.800m2.5m可見，此樁按彈性樁計算。3. 單樁樁頂剛度（ 1）軸向剛度系數(shù)1該樁為鉆孔灌注樁，故0.5 。l 12.4 m,l 0 7.6m ， EA1.2272.65 1073.2510 7由公式 Dd2l tan1.252 12.4 tan 385.4m 大于樁間中心距4m，取 D4m4故，則， A0D 024212.56m244C0m0 l80000 12.49920001l 0l17.6111.9810 610.5 12.4EAC0 A03.2510799200012.56

7、（ 2）軸向剛度系數(shù)2 、3 、4按式 6-57計算，l0.629 12.47.800,l 00.629 7.6 4.780由表 6-15可知： YH0.0414,YM0.1358,M0.598823EIYH0.62931.6251060.04141.6710 4 KN / m33EIYM0.62931.6251060.13585.49104 KN / m43EIYH0.62931.6251060.59882.42105 KN / m4. 承臺剛度系數(shù)與承臺底面形心處位移計算按公式 6-63 計算各反力和反力矩bbn 16 1.981061.188107 KN / maan261.671041

8、.002105 KN / mn365.4910 43.294105 KN / mn41ni xi262.421051.98106 6224.897 107 KN / m按公式6-62 計算 b, a,bN200001.68410 3 mbb1.188107HM75a4.897104003.2941069004.46510 3 maa21.0021054.897107(3.294105)2aa MH1.00210569003.2941054001.715104rad21.0021054.897107(3.294105 )2aa5. 樁頂內(nèi)力計算按公式 6-64 計算。分別以 x2 代入第一式，可

9、以求得樁頂?shù)淖畲蠛妥钚≥S向力：N max=Nx200001.71541.986=4012KNN minn12101026546此外 ,H ia234.46510 31.671041.715 10 45.4910466.67KNM i4a 31.7151042.42 1054.46510 35.49104202.802KNm校核：N i3(40122654)20000 KNNH i666.67400KNHM202.8023 (4012 2654)32 6930 KNm M五、局部沖刷線處樁身的橫向位移和轉(zhuǎn)角因樁下端在土層內(nèi)，且al 2.5，故 x0 和0 可利用式6-38 和 6-39 計算，即

10、x0H 0AxM 0B3 EI2 EIx0H 0AM 0B2 EIEI其中M 0M iH i l0202.80266.677.6303.89 KNmH 0H i66.7KN系數(shù) Ax 、 Bx 、 A 、 B 可根據(jù)z0 （地面處 z0）及l(fā) 4.0Ax2.441Bx1.621A1.621B1.751則x066.671062.441303.8901068.7510 4 m0.62931.6250.62921.62501.6210.629266.67106303.8901.7516.88710 4 rad1.6250.6291.625106六、樁身內(nèi)力計算1. 求任意深度 z 處樁身截面上的彎矩

11、MH 0AMM 0BM66.67303.890BM105.994 AM 303.890BMAM0.629系數(shù) AM 、 BM 值可根據(jù)z值及l(fā) 4.0 從表6-11 查得。將局部沖刷線以下任意深度 z 處的 Mz 值表計算如下表所示。2. 求任意深度 z 處的樁側(cè)土的抗力zH0 A2M0 B0.629 66.67A0.6292 303.890B 20.996A 60.112Bb0b022則， M z 和xz 列表計算如下表1，并將計算結(jié)果繪于圖2。表 1M z 和xz 計算表zZ/mAMBM105.994AM303.890BMM ZAB20. 996A60.112 Bxz / kPa0.000

12、.0000.0001.0000.000303.890303.8900.0000.0000.0000.0000.0000.200.3180.1970.99820.881303.282324.1630.4240.2588.90215.50924.4110.400.6360.3770.98639.960188.701339.5950.7210.40015.13824.04539.1830.600.9540.5290.95956.071183.533347.5010.9020.45018.93827.05045.9890.801.2720.6460.91368.472174.730345.9240.9

13、790.43020.55525.84846.4031.001.5900.7230.85176.634162.864335.2440.9700.36120.36621.70042.0671.201.9080.7620.77480.767148.128315.9780.8950.26318.79115.80934.6011.402.2260.7650.68781.085131.478289.8580.7720.15116.2099.07725.2861.602.5440.7370.59478.118113.680258.6280.6210.03913.0392.34415.3831.802.862

14、0.6850.49972.60695.499224.2470.457-0.0649.595-3.8475.7482.003.1800.6140.40765.08077.892188.7640.294-0.1516.173-9.077-2.9042.203.4980.5320.32056.38961.242153.6340.142-0.2192.981-13.165-10.1832.403.8160.4430.24346.95546.505120.8010.008-0.2650.168-15.930-15.7622.604.1340.3550.17537.62833.49290.809-0.10

15、4-0.290-2.184-17.432-19.6162.804.4520.2700.12028.61822.96665.085-0.193-0.295-4.052-17.733-21.7853.004.7690.1930.07620.45714.54543.552-0.262-0.284-5.501-17.072-22.5733.505.5640.0510.0145.4062.6799.660-0.367-0.199-7.706-11.962-19.6684.006.3590.0000.0000.0000.0000.000-0.432-0.059-9.070-3.547-12.617圖 2樁

16、身彎矩和樁側(cè)土橫向壓應(yīng)力分布圖M max =-202.802KNm=46.412KPamaxM max =303.89KNmM max =347.512KNm3. 任意深度 z 的剪力 HzH zH0AHM 0BH66.67AH0.629303.89 BH66.67AH191.147BH則， H z 列表計算如下表2，并將計算結(jié)果繪于圖3。表 2H z 剪力計算表zZAHBH66.67 AH191.147BHHz0.000.0001.0000.00066.6700.00066.6700.200.3180.956-0.28063.737-53.52110.2150.400.6360.839-0.

17、09655.936-18.35037.5860.600.9540.675-0.18245.002-34.78910.2130.801.2720.458-0.27130.535-51.801-21.2661.001.5900.289-0.35119.268-67.093-47.8251.201.9080.102-0.4136.800-78.944-72.1431.402.226-0.066-0.455-4.400-86.972-91.3721.602.544-0.206-0.474-13.734-90.604-104.3381.802.862-0.313-0.471-20.868-90.030-

18、110.8982.003.180-0.388-0.449-25.868-85.825-111.6932.203.498-0.432-0.449-28.801-85.825-114.6262.403.816-0.446-0.412-29.735-78.753-108.4872.604.134-0.437-0.363-29.135-69.386-98.5212.804.452-0.406-0.307-27.068-58.682-85.7503.004.769-0.361-0.249-24.068-47.596-71.6633.505.564-0.200-0.067-13.334-12.807-26

19、.1414.006.359-0.0100.000-0.6670.000-0.667圖 3剪力分布圖Hzmax=66.67KNHzmax=114.626KN七、基樁配筋計算根據(jù)灌注樁構(gòu)造要求， 橋梁樁基主筋宜采用光圓鋼筋， 主筋直徑不宜小于 16mm，凈距不宜小于 120mm，主筋凈保護層不因小于 60mm，在滿足最小間距的情況下，盡可能采用單筋、小直徑的鋼筋。以提高樁的抗裂性，所以，主筋采用 I 級鋼筋。樁身混凝土為 C30，根據(jù)橋規(guī)規(guī)定，取 min=0.2%。設(shè)計荷載： M max347.512KNm , H z max114.626KN , N max4012 KN根據(jù)計算和構(gòu)造要求，初步

20、配筋為：樁與承臺聯(lián)結(jié)方式為主筋伸入式，樁身伸入承臺板0.1m ，主筋伸入承臺的長度對光圓鋼筋不得不小于45倍主筋直徑，取1m；主筋應(yīng)配到 4/a處以下 2m處，故主筋在樁中的長度為16.96m, 取為 17m,箍筋采用單肢 8，間距為 200mm。為增加鋼筋籠剛度，順鋼筋籠長度每隔2m加一道 20 的骨架鋼筋。為預(yù)防施工中鋼筋籠被混凝土頂起，使 2根 20主筋伸到樁底。下面對以上配筋進行具體計算分析。1. 主筋（ 1）截面配筋根據(jù)灌注樁構(gòu)造要求，橋梁樁基主筋宜采用光圓鋼筋，主筋直徑不宜小于16mm，凈距不宜小于 120mm，主筋凈保護層不小于60mm，在滿足最小間距的情況下，盡可能采用單筋、小

21、直徑的鋼筋。以提高樁的抗裂性，所以，主筋采用I 級鋼筋。樁身混凝土為C25，根據(jù)橋規(guī)規(guī)定，取min =0.5%, 則：此處采用對稱配筋，按照最小配筋率初定鋼筋截面面積，即As,minminAc0.2%3.141250 22453mm24選取 8 20 的一級鋼筋 As實2513mm2 ，取凈保護層厚度為 70mm。此時主筋間距為：( 2 Rd0 )( 23.14 (6257010)20) 407.8 120mmn8圖 5：橫截面配筋（單位：mm）（ 2）計算偏心距eie0M max347.512103N min2654130.9mm0.10.160.10.160.531e086.60.2h0.

22、21250查基礎(chǔ)工程課本表6-25 可知：對于樁在l4 的多排樁，計算長度為lc0.5(l40.5 (7.647.6m0)0.531因為 lc / d6.17 ，由表 6-26可知 : 縱向彎曲折減系數(shù)1取 K 0.6 ，由附表2.3可知： Ec 3.2107 kpa則：11=1.0002KN0.64012110.5312 Ec I c3.21070.1203.14227.62l c偏心距為 eie01.0002130.9 130.9mm（ 3）截面校核取 n=15，換算截面面積為A0R 2nAs3.1462521525131264257.5mm2換算截面慣性矩為I 0d 41 nAs rs2

23、3.14 12504115 2513 (625 70 10) 21.258 1011 mm4642642核心距為kI 01.258 1011159.2mm為小偏心。A0 y1264257.5 625小偏心受壓構(gòu)件為全截面受壓，故受壓區(qū)圓心角為360， =180。K1cos1（ -1)122V2sin 33cos 43sincos 20 3 3.14 ( 1) 9.42W123sin 432sin3cos37.7Q3cos9.42配筋率為A實25132.1%Ac1226562.5混凝土的最大壓應(yīng)力為：c96KM max2R3W 24nrsR9611.0002347.51210 6625337.7

24、24153.14 0.0021 (545) 2 6253.46MPab 11.2MPa鋼筋的最大壓應(yīng)力為：snR 2K1rsc2KR153.46625(211) 5452162548.59MPas 160MPa符合要求。2.箍筋與骨架鋼筋箍筋采用 8，間距為200mm，為增加鋼筋籠剛度，順鋼筋籠長度每隔2m 加一道 18的骨架鋼筋。則綜合上述計算得出設(shè)計配筋為：根據(jù)計算和構(gòu)造要求，初步配筋為：樁與承臺聯(lián)結(jié)方式為主筋伸入式，樁身伸入承臺板0.1m，主筋伸入承臺的長度對光圓鋼筋不得不小于45倍主筋直徑，取1m；主筋應(yīng)配到 4/a 處以下 2m處，故主筋在樁中的長度為16.96m, 取為 17m,箍

25、筋采用單肢8 ，間距為 200mm。為增加鋼筋籠剛度，順鋼筋籠長度每隔2m加一道20 的骨架鋼筋。為預(yù)防施工中鋼筋籠被混凝土頂起，使2根 20 主筋伸到樁底。八、基樁驗算1. 單樁軸向承載力驗算本題樁底置于透水土中，計算樁身自重和樁入土部分同體積的土重時均可考慮水的浮力。樁身自重為：G ( D27.6D 212.4)(10)44(3.141.2527.63.141.3212.4) (25 10)44386.585KN樁入土部分同體積土的重量：D2G412.4 ( 10)3.141.32412.4(2010)164.505KN則樁底受力：N maxGG 4012386.585164.505423

26、4.08KN1.2 P1.24505.2635046.316KN4234.08KN故，單樁承載力符合要求。2. 單樁穩(wěn)定性檢算樁的計算長度為l c7.6m ，查鐵路橋涵混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計基本原理表11-3可知，m10.4。l cl c7.610 324.1iI 01.2581011A01264257.5故，查規(guī)范0.898Nh ( Ac mAs)40121031.0(1226562 .510.44012)3.52 MPa c 9.0MPa單樁穩(wěn)定性符合要求。3. 單樁斜截面承載力驗算由混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范可知，圓形截面的鋼筋混凝土受彎構(gòu)件和偏心受壓構(gòu)件，其斜截面受剪承載力可換算成矩形截面進行計算。此

27、時b 1.76r 1.760.6251.1m ， h0 1.6r 1.6 0.625 1mV 0.7 f tbhof yvAsvh0 0.07 Ns0.71.241100100021050.310000.0740120002001288.455KNVmax114.626 KN受剪承載力符合要求。4. 橫向力作用下樁的穩(wěn)定性及其承載力由基礎(chǔ)工程公式6-110 可知：z1 2 z( k pka ) 2c(K pK a )式中： z2.90 ， 11.0b02，20.8 ，暫取 c10kpa，b38k ptan2 (45)2.352katan2 (4538)1.392代入計算可得：z12 z(kpk

28、 a )2c(K pK a )1.00.82014.622.351.392022.351.18773.2KPamax46.12 KPa檢核通過。5. 地基持力層承載力驗算檢算條件：樁中心間距為5 米，小于6d，考慮群樁效應(yīng)；N 0M檢算方法：AW如下圖 4，為假想實體基礎(chǔ)示意圖式中： N樁臺以上的豎向力、樁重、土重，此處M高承臺樁局部沖刷線以上外力對該平面處樁群形心的力矩A 實體基礎(chǔ)底面面積，由于內(nèi)摩擦角的影響W 實體基礎(chǔ)的地面截面模量圖 4假想實體基礎(chǔ)示意圖由于內(nèi)摩擦角的影響，外伸寬度：a8212.4380tan9.87 m4b523806.87m12.4 tan4Aab9.876.8767

29、.81m2Wba 26.879.872111.54m366樁身自重：G16386.5852319.51KN樁側(cè)土自重：G 67.812012.46164.50517803 .91KN則，地基上總豎向力：N 0NGG 200002319.5117803.9140123.42樁群形心的力矩：M69004007.69940KNmN 0M40123.429940則，W67.81680.82 KPa 900KPaA111.546. 樁的抗裂驗算由于樁屬于小偏心受壓， 全截面受壓，鉆孔灌注樁，不需吊裝，施工期間樁截面一般不出現(xiàn)拉應(yīng)力，所以樁不產(chǎn)生裂縫。7. 樁對其側(cè)面土的橫向壓應(yīng)力由基樁內(nèi)力計算知： （如

30、圖 2）max46.12KPa0 ，滿足要求。8. 地基沉降檢算摩擦型群樁基礎(chǔ)，在樁底的中心距小于或等于6 倍時，應(yīng)視為樁基為實體基礎(chǔ)，采用建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范GBJ7-89 建議計算，驗算樁基的沉降量或相鄰基礎(chǔ)的沉降差。（ 1）計算基礎(chǔ)底面的附加壓力基礎(chǔ)底面平均壓力為 :N 040123.32pk591.7KPaA67.81基礎(chǔ)底面自重壓力為:chmd10.012.4124.0KPa上式中m 為基底標(biāo)高以上天然土層的加權(quán)平均重度，其中地下水位下的重度取浮重度mi hi10.0KN/ m3hi基礎(chǔ)底面的附加壓力為:P0Pkch591.7124467.7KPa（ 2） 確定分層厚度查規(guī)范知，基礎(chǔ)分層厚度 d 0.4b2.748m, 則，不妨取 d 2.4m 。（ 3）沉降經(jīng)驗修正系數(shù)s查工程地質(zhì)與土力學(xué)教材知：中密孵石層E0 為 26-32MPa，取為 28MPa，泊松比為 0.25-0.35，取 0.3 。EsiE02837.69MPa2220.321110.31nniAiAiEs1i 1= Esi =37.69MPanAinAi1 Esiii 1Esi故查規(guī)范知： Es20MPa 時，s 取 0.2 。（