橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)(20210201091546)

1、橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 一、設(shè)計(jì)資料 1、地址及水文 河床土質(zhì)：從地面(河床)至標(biāo)高 32.5m為軟塑粘土，以下為密實(shí)粗砂，深度達(dá) 30m河床 標(biāo)高為40.5m, 般沖刷線標(biāo)高為38.5m，最大沖刷線為35.2m,常水位42.5m。 2、土質(zhì)指標(biāo) 表1 土質(zhì)指標(biāo) 類型 地基系數(shù)m(KN/m) 極限摩阻力t (KPa) 內(nèi)摩擦角 容重丫 (KN/m) 軟塑粘土 8 X 103 40 20 12 密實(shí)粗砂 25 X 103 120 38 12 3 、樁、承臺尺寸與材料 承臺尺寸：7.0mX 4.5mx 2.0m。擬定采用四根樁，設(shè)計(jì)直徑1.0m。樁身混凝土用20號, 其受壓彈性模量Eh =2.6 104MP

2、a。 4 、荷載情況 上部為等跨25m的預(yù)應(yīng)力梁橋，混凝土橋墩，承臺頂面上縱橋向荷載為： 恒載及一孔活載時(shí)： 恒載及二孔活載時(shí)： ZN0 =6498.2KN 樁(直徑1.0m)自重每延米為： 兀疋1 0 2 q15 =：11.78KN /m (已扣除浮力) 4 故，作用在承臺底面中心的荷載力為： ZN =5659.4 (7.0 4.5 2.0 25) =7234.4KN ZH =298.8KN iM =3847.7 298.8 2.0 =4445.3KN m 恒載及二孔活載時(shí)： EN =64982 + (7.0漢4.5匯2.0漢25 = 8073.2KN。樁基礎(chǔ)采用沖抓錐鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，為摩

3、擦樁。 二、單樁容許承載力的確定 根據(jù)公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范中確定單樁容許承載力的經(jīng)驗(yàn)公式，初步反算樁 的長度，設(shè)該樁埋入最大沖刷線以下深度為 h, 般沖刷線以下深度為h3。貝 1 Nh =P=丄山1宀mA6 k2 2也 -3) 2 當(dāng)兩跨活載時(shí)： Nh = 8073.23.3 11.78- 11.78h(KN) 42 計(jì)算P時(shí)取以下數(shù)據(jù)： 樁的設(shè)計(jì)樁徑 1.0m , 沖抓錐成孔直徑為 1.15m , 樁周 兀 X1、樁的變形系數(shù)a 2 U =二 1.15 = 3.61m， A0.485m ， = 0.70, m = 0.9, K2 = 6.0, 4 匚0 =550KPa, 2=12KN/

4、m2(已扣除浮力)，-40KPa，.2=120KPa。 1 P3.61 2.7 40 (h-2.7) 120 0.70 0.9 0.785 550 6.0 12 (h 3.3-3) 二 Nh =2057.17 5.89 二 h=8.78m 現(xiàn)取h=9m樁底標(biāo)高為26.2m。樁的軸向承載力符合要求。具體見如圖所示。 雙排樁斷面 (a)縱橋向斷面 (b)橫橋向斷面 樁頂及最大沖刷線處荷載 R、Qi、Mi及P。、Q。、Mo的計(jì)算 、參數(shù)計(jì)算 、樁的計(jì)算寬度b1 K0 K d =0.9 (d 1)K =0.911 K =1.8K 又, 故, =1.5m; g = 3 d 1 = 6m; n = 2;

5、b =0.6 ，二 5=0.6 3 哇=0.767 0.6h10.66 b1 =0.99 0.767 =1.38 L1 mb1 =5 _ . EI ； m1h1 m2 2h1 h2 h2 33 8 102.725 102 2.7 1.31.3 -0.67Eh 4 0.0491m4 64 hm 33 = 17.25 10 KN /m = 0.67 2.6 107 KN /m2 42 17.25 1 03 1.38 ,0.67匯2.607 90491 二 0.489m 樁在最大沖刷線以下深度h=9m其計(jì)算長度則為: h = 0.489 9 = 4.4012.5 故按彈性樁計(jì)算 3、樁頂剛度系數(shù)匚2

6、、J、6值計(jì)算 疋 1nd22 lo =3.3m;h =9m;； A0.785m 2 4 353 C0 =10m0 =10 25 10 =2.5 10 KN /m 按樁中心距計(jì)算面積，故取A。2.5 4.91m2 4 1 I 39d 1 = 10 3h 1 2+1 0.785x2.6x1072.5x105 x4.91 AEh 5 =8.355 10 =0.977EI 已知：h - : h =0.489 9 =4.4014,取用 4 l0 - - l0 =0.489 3.3 =1.614 查附表 17、18、19得：Xq =0.262564； xm =0.448403； m = 1.063181

7、 r 2 二:3EIxq =0.031EI 2 k Elx m =0.107 El t 4 fEI m 7520EI 4、計(jì)算承臺底面原點(diǎn)O處位移a0、b0、一：0 N 7234.41851.42 0 一 n 二1 一 4 0.977EI 一 EI m n J J X： =4 0.50EI0.977EI4 1.252 = 8.185EI n 4 0.031EI =0.124EI n 4 0.107EI 7.429EI 2 . 2 2 Z 2 =(0.429EI ) =0.184(EI ) a m n4 *Xi2 i=1 fm- M2 n P4 +PJ x2 (nf f 、i#丿 8.185EI

8、298.8 0.429EI 4445.3 2 0.124EI 85EI 0.184EI ) Rn2M +n P3H 0 二,，J nP2 nP4 + P1E x2 (3 2 lI 丿 0.124EI4445.3 0.429EI298.8 2 0.124EI W85EI 0.184EI ) 二 5299.66 EI 820.80 EI 豎向力 P 二 b Xi0.977El X： El El 2810.87KN 806.33KN 水平力 Qi 二：2a0 -=0.031El 299_0.107El 820=74.7KN El El 彎矩Mi =6 -3a。=0.520El 叱-0.107El61

9、41.50KNm El El 校核 nQj =4 74.7 =298.8KN H =298.8KN XiR nM i =22810.87 -806.331.254-141.50 i 4 = 4445.3KNm 八 M = 4445.3KNm Z nP =2工(2810.87+806.33 )=7234.4KN =P = 7234.4KN i 4 :：:三計(jì)算最大沖刷線處樁身彎矩M 0,水平力Q0及軸向力P0 M 二Mi Qil。- -141.5074.7 3.3 =105.00KNm Qo =74.7KN Po =2810.870.785 3.3 15 =2849.73KN 四、最大彎矩Mma

10、x及最大彎矩位置Zmax的計(jì)算 :=0.489 :h =0.489 9 = 4.401 ctM 00.489x105.00 Cq 二 Q。 74.7 = 0.687 查得附表13得, :Z = 1.043 Z = 10432.132 0.489 查得附表13得, Km =1.972 所以，Mmax =M0Km =105.00 1.972 = 207.06 KNm 五、樁頂縱向水平位移驗(yàn)算 樁在最大沖刷線處水平 位移x0和轉(zhuǎn)角0： Ax = 2.44066, Bx =1.62100，A .=-1.62100，B . = -1.75058 Xo Q0M 074.7105 0 Ax Bx32.440

11、6621.62100 ：3EI : 2EI0.4893 EI0.4892 EI =2.644 10 m = 2.644mm ： 6mm 符合規(guī)范要求 Q0 A . M 0 B _2 AB :2EI : ei -1.027 10rad 74 7105 2-1.62100-1.75058 0.4892EI0.489 EI Xm QI； 3 74.7 3.3 =1.042 10m=1.042m 5 3EI 3 8.588 10 Ml 0-141.50 3.32/ -5 - -8.97 10 m - -0.897m 2EI2 8.588 105 .樁頂縱向水平位移 X1 = 2.644 1.027 1

12、2.3 1.042 -0.89710 = 15.43 10 15.43mm 水平位移容許值： =0.5.25 =2.5cm，符合要求。 六、樁身截面配筋的計(jì)算 一配筋的計(jì)算 最大彎矩截面在Z =2.132處，次處設(shè)計(jì)最大彎矩 為M j =207.06KNm 1 1 設(shè)計(jì)最大彎矩為 Nj =2849.73 2.132 11.78 -40 3.61 2.1322708.36KN j 2 2 由截面強(qiáng)度的計(jì)算公式 Nj y b 2 -一 RaAr c Nj y -RgClr2 s V / b f r 3 -一 RaBr c 丄 RgD3 s 取以上兩式的臨界狀態(tài) 分析，整理得: l 上 Br-A e

13、。 Rg C e -Dgr = 240 MPa 現(xiàn)擬定采用20號混凝土，I級鋼筋，Ra =11MPa，Rg 1計(jì)算偏心距增大系數(shù) M j 207.06 e076.5mm N j 2708.39 因 a h =4.401 4.0,故樁的計(jì)算長度 Ip =0.53.3 +上1= 5.740mm p847 -0.0 0088 5317X10 3 2708 疋 10 r 1.963 : 0.97 2.6158 0.3865 2 3690 0.6 590 0.0( 2726 5761 03 270803 2.127 0.98 2.6424 0.3717 2 4012 0.6 339 0.0( 7353

14、3 6328漢 10 3 2708 漢 10 2.336 0.99 : 2.6685 0.3566 2 4324 0.6 i094 0.01 3435 7067 03 2708 0 2.609 1 1.00 : .6943 0. 3413 2.4 627 0.58 56 0.021 637 3 8061 0 3 2708 江 10 2.976 由計(jì)算表可見，當(dāng)E =0.97時(shí)，計(jì)算縱向力Nu與設(shè)計(jì)值Nj之比較為合理，故取E =0.97 , 卩=0.002726為計(jì)算值。 10418 所示?；炷?0 3 、計(jì)算所需縱向鋼筋的截面積 Ag - ：r2 =0.002726 二 500 2 = 214

15、1mm： 現(xiàn)選用10 18， Ag = 25.45cm2，布置如圖2 土凈保護(hù)層 20 c =6050mm - 25mm,縱向鋼筋間凈 2 256mm80mm 馳 倒筋布賈示意和尺寸單位；cm） )0 二 對截面進(jìn)行強(qiáng)度復(fù)核 由前面的計(jì)算結(jié)果, e0 = 76.5mm, a = 60mm， rg = 450mm， 筋率-蘭445 nd n x50 1 、在垂直與彎矩作用平面內(nèi) 二d2 g = 0.9，實(shí)際配 = 0.01296 長細(xì)比b =5.740 ：7，故縱向彎曲系數(shù)=1。 d d 2 混凝土截面積為Ah-785398mm2,實(shí)際縱向鋼筋面積Ag= 2545mm2，, 4 g 則在垂直于彎

16、矩作用平面內(nèi)的承載力為 .-RaAhRg Ag cS (11、 =1 0.9511 785398240 2545 V1.251.25丿 -7030.137KN Nj =2708 KN 2、在彎矩作用平面內(nèi) BgRgr ARa CiRg B 11 D 0.01296 0.9 240 500 A 11 C 0.01296 240 5500 B 1327.95D -11A 3.110C 同樣采用試算法可得，當(dāng)上=0.98時(shí),eA78.99mm,與設(shè)計(jì)的e。= 76.5mm 很接近，故取上=0.98為計(jì)算值。 在彎矩作用平面內(nèi)的承載力為 肌二丄RaAr2RgCr2 cs 工095 11 2.64245

17、00 2095 240 2.3690 0.007353500 2 1.25 1.25 =6327.73 KN Nj =2708KN yy Mu =RaBr3D切2Rg cs 二095 11 0.3717500 3095 240 0.6339 0.007353 500 2 七、承臺結(jié) 1.25 1.25 = 484.07KNm M j =207.06KNm 樁截面符合強(qiáng)度要求。 構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 -Lioo l： 筠QLiQQ- 圖 承臺（見圖3）的有效高度為： 3樁承臺計(jì)算圖（尺寸單位：cm） h 二 200 - 20 - 3 二 177cm 1 、承臺受沖切驗(yàn)算 樁邊沖切，計(jì)算沖跨比: 計(jì)算沖切系

18、數(shù): 取:hp =1.0,則: 滿足要求 aox ho a0y ho = 100 =0.565 177 25 0.14V： 0.2, 取 0.2 177 0841.098 局x 0.20.565 0.2 0.840.84 0.84 心 0.2 二 0.2 0.2 =2.100 2 5x be aoy he + ax 陽hp ft ho =20.56510.252.1002 1.5 丨 1.0 1100 1.77 = 32371.04KN2810.87KN a1x = 100cm； a“ = 25cm，所以，儀=0.565； 樁向上沖切，g = c2 = 150cm； 1y -0.2,計(jì)算沖切系

19、數(shù)： 0.56 0.56 0.732 入x 0.20.565 0.2 0.560.56 d =1.400 心 0.20.2 0.2 取:hp =1.0,所以: - Jy ” z丄 a1x Xx - c2 + 2丿 + 1y G +1 (8.20.152 444.33 =140.69kN *m 8 (2)假設(shè)抽墊木時(shí)，先抽空的回填部位已經(jīng)壓實(shí)變成支點(diǎn)，此時(shí)，沉井的井壁支承在三點(diǎn)上，如下圖 所示： 川I川II川川川川川1|皿麗川 0.51 支座彎矩： 1p M 支142.050.5 8.2= -298.48kN *m 8 跨中彎矩： 2 M中二 0.07 142.05 0.5 8.2 i； =16

20、7.15 (3) 配筋計(jì)算 L/H =8.2/10.1 ： 2，按深梁進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)規(guī)范計(jì)算如下: L As,min = 0.2% 匯 1000匯 400 = 800mm 選用 1016, As =2011mm2 2.刃腳內(nèi)側(cè)豎向鋼筋計(jì)算 600mm進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算簡圖如下 按沉井已部分入土的情況進(jìn)行計(jì)算，刃腳內(nèi)側(cè)切入土中 P-K-I :i 取仝-30 （砂墊層內(nèi)摩擦角）進(jìn) 行計(jì)算 a = 600mm,b 二 300mm, c = 300mm 600 o :二 arcta n63 300 （1）水平作用力計(jì)算 井壁單位寬度重量設(shè)計(jì)值：gs =142.05kN / m 土的反

21、力：R =gs 二乂 V2 =204.15kN/m 1 2R R -；cb,；二= 2 b 2c 11 2R Rb 142.05 0.3 V? b = b工 47kN/m 22 b 2c b 2c 0.3 2 0.3 H =V2ta n：- - 47.35 tan 63 -30=30.75kN/m (2)內(nèi)力計(jì)算及配筋 1 )刃腳跟部C-C截面的彎矩計(jì)算及配筋 計(jì)算時(shí)，略去刃腳自重和井壁摩阻力 22 Mc aH 0.6 30.75 =12.3kN /m 3 3 h = 555mm, b = 1000mm = 0.00416 M12.3 106 :fcbh2 _1.0 9.6 1000 5552

22、 =1 - 1 -2： s =0.00417 22 As 二 bhbrfc/ fy = 74.1mm : A,min = 0.2% 1000 600 = 1200mm 按構(gòu)造配筋，選用 8：14,As = 1231mm2 2）凹槽下口 D-D截面彎矩計(jì)算及配筋 ,2 , 2 M D a 0.9 H0.6 0.930.75 = 39.98kN/m 3 3 h0 = 355mm, b = 1000mm s M -0.033 39.98 06 2 1.0 9.6 1000 355 =1 - 1匚2s = 0-0336 代=6務(wù) fc/ fy =381.7mm2 代口山=0.2%漢1000匯 400

23、= 800mm2 按構(gòu)造配筋，選用 614, As = 923mm2 六、井壁水平框架的內(nèi)力計(jì)算及配筋 采用公式法計(jì)算沉井平面框架的內(nèi)力，本設(shè)計(jì)為一單孔矩形沉井，荷載及彎矩分布見下圖 三三二三三三三三三三 mm 12 1 + P2a Ma=Mb=Mc=Mdql 121 +g 1 2 Me=Mg ql M a 1 2 M F = M H qb M a 8 1. 按承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行配筋 標(biāo)高+5.20+1.00m井壁，按標(biāo)高+1.00處下沉的內(nèi)力配置水平鋼筋，豎向鋼筋按構(gòu)造配筋， 標(biāo)高+1.00-3.00m井壁，按標(biāo)高-3.00處下沉?xí)r的內(nèi)力配置水平鋼筋，豎向鋼筋按構(gòu)造配置， 標(biāo)高-3.40-

24、4.30m的刃腳部分，根據(jù)該段的水平荷載平均值作用下的內(nèi)力，按框架配置水平鋼筋。 標(biāo)高+1.00m處水平壓力設(shè)計(jì)值： qs =1.27 24.7 =31.37kN /m 標(biāo)高-3.00m處水平壓力設(shè)計(jì)值： qs =1.27 76.7 =97.41kN /m 刃腳頂面以上1.5t，即-3.40-4.30m段: = 185.74kN /m qs=1.27 81.9 93.61 93.6 101.40.6 1）列表計(jì)算井壁水平框架彎矩設(shè)計(jì)值 序號 框架位置標(biāo)高 何載qs Ma Me Mf （m） (kN/m) (kNm) (kNm) (kNm) 1 +1.00 31.37 -128.56 116.1

25、7 12.61 2 -3.00 97.41 -366.30 337.00 29.31 3-3.40-4.30185.74-698.46642.5855.88 2）列表計(jì)算井壁配筋 井壁 位置 b (mm) 跨中 1000 A、B、 C、D 1000 AB、CD 標(biāo)高 +1.00 固端 m以上 (mm) 255116.17 255128.56 ho M （kNm） AD、BC 跨中 1000255 12.61 AB、CD 標(biāo)高 +1.00 固端 -3.00m AD、BC 跨中 1000 A、B、 1000 C、D 跨中 1000 555337.00 555366.30 55529.31 AB、C

26、D 標(biāo)高 -3.40 固端 -4.30m AD、BC 跨中 1000 A、B、 1000 C、D 跨中 1000 555642.58 555698.46 55555.88 配筋 As 2 (mm ) 1694.8 7：18 1781 1902.1 & :18 2036 166.5 4：14 615 2156.1 7：20 2199 2356.8 &20 2513 175.8 & :14 1231 4406.3 9：25 4418 4859.1 8 28 4926 339.2 8 14 1231 0.18610.2077 0.20590.2331 0.02020.0204 0.11400.121

27、4 0.12390.1327 0.00990.0099 0.21730.2481 0.23620.2736 0.01890.0191 2.按正常使用 按受彎構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度配筋計(jì)算，控制裂縫寬度為0.3mm。 由鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范可知： Wmax 二： c?蘭 s 2.1 混凝土：采用 C20， fck = 13.4n/mm2, ftk =1.54n/mm2 鋼筋：采用 HRB335 級，Es =2105n/ mm2 A5bh,訃二冬，當(dāng)Ge QI時(shí)，取0.01 Ate 受彎構(gòu)件, Mk 0.87h0As 屮_1 1 0 65ftk當(dāng)屮 :：:0.2時(shí)，取 0.2，- 1.0 時(shí)，取 1.0

28、2 2J 1 ：te sk 取 c = 35mm 列表計(jì)算井壁水平框架彎矩標(biāo)準(zhǔn)值 序號 框架位置標(biāo)高 （m） 何載qs Ma Me Mf (kN/m) (kNm) (kNm) (kNm) 1 + 1.00 24.70 -101.4 91.4 9.93 2 -3.00 76.70 -296.64 272.92 23.74 3 -3.40-4.30 146.25 -549.96 505.96 44.00 2）列表計(jì)算井壁裂縫寬度及配筋 井壁 位置 As 2 (mm ) ：le M (kNm) -sk wmax 承載能 力配筋 使用 極限 配筋 AB、 CD 跨中 1781 0.0119 91.47

29、 231.5 0.737 0.288 7：18 718 標(biāo)高 +1.0 0m 以上 固端 A、B、 C、D 2036 0.0136 101.23 224.1 0.772 0.270 & ：V8 8：18 AD、 BC 跨中 615 0.0100 9.93 72.8 0.200 0.027 4：14 4：14 標(biāo)高 AB、 CD 跨中 2199 0.0100 272.92 257.0 0.711 0.342 720 8 ：20 +1.0 0 -3.0 固端 A、B、 C、D 2513 0.0100 296.64 244.5 0.691 0.317 820 920 0m AD、 跨中 1231 0

30、.0100 23.74 39.9 0.200 0.015 &：14 814 BC 標(biāo)高 AB、 CD 跨中 4418 0.0147 505.96 -3.4 0 -4.3 固端 A、B、 C、D 4926 0.0164 549.96 0m AD、 BC 跨中 1231 0.0100 44.00 237.2 0.813 0.289 9：25 9：25 231.2 0.836 0.273 &：28 8 ：28 74.0 0.200 0.028 8 :14 &14 七、封底混凝土的驗(yàn)算 封底混凝土容重取 24kN/ mm3,厚1.3m。 1. 荷載計(jì)算 標(biāo)準(zhǔn)值：qk 二 whw -q1 =10 (6.3 1.3) -24 1.3 = 設(shè)計(jì)值：qk =1.27 44.8 =56.9kN/m2 2. 封