《基礎(chǔ)工程》課程設(shè)計(jì)報(bào)告雙線(xiàn)高速鐵路某橋墩基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

1、課程名稱(chēng)：基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)題目：雙線(xiàn)高速鐵路某橋墩基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 院 系： 土木工程系 專(zhuān) 業(yè)： 鐵道工程 年 級(jí)： 二零零八級(jí) 姓 名： xxxx 指導(dǎo)教師： xxxxx 西南交通大學(xué)峨眉校區(qū) 2011 年6月5日課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)專(zhuān) 業(yè) 鐵道工程（橋梁組） 姓 名 xxx 學(xué) 號(hào) xxxx 開(kāi)題日期： 2011 年 5月 20日 完成日期：2011年 6月 5 日題 目 一、 設(shè)計(jì)的目的通過(guò)本課程設(shè)計(jì)，要求學(xué)生熟悉基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的方法，掌握基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的基本理論，培養(yǎng)綜合應(yīng)用基本知識(shí)和基本理論的能力。二、 設(shè)計(jì)的內(nèi)容及要求設(shè)計(jì)具體內(nèi)容見(jiàn)任務(wù)書(shū)：通過(guò)本課程設(shè)計(jì)，要求學(xué)生熟悉：1綜合分析設(shè)計(jì)資料，對(duì)三種常

2、用的橋梁基礎(chǔ)類(lèi)型（剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)和沉井基礎(chǔ)）的技術(shù)合理性進(jìn)行比較（限于課時(shí)，本次課程設(shè)計(jì)不考慮造價(jià)因素），選擇較為合理的基礎(chǔ)方案。2對(duì)選定的基礎(chǔ)方案進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。3初步?jīng)Q定修筑基礎(chǔ)的施工方案。三、指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ) 四、成 績(jī) 指導(dǎo)教師 (簽章) 年 月 日目錄一、工程概況3二、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)3三、設(shè)計(jì)荷載41、恒載4（1）結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重4（2）附屬設(shè)施重（二期恒載）42、活載4四、設(shè)計(jì)步驟51.支座反力的確定：5（1）基底以上墩及土的重量和的計(jì)算5（2）附加力（風(fēng)力）6（3）主力72.基礎(chǔ)的選擇與檢算11（1）選定樁基類(lèi)型11（2）選擇樁材與樁徑11（3）擬定承臺(tái)底面平面形狀及尺寸13（4

3、）樁與承臺(tái)連接方式14（5）求r和樁數(shù)檢驗(yàn)14（6）求樁頂荷載15（7）基樁豎向抗壓承載力驗(yàn)算16（8）水平承載力檢驗(yàn)16（9）承臺(tái)抗沖切驗(yàn)算16（10）承臺(tái)底面形心處的位移計(jì)算17（11）樁基檢算223.基礎(chǔ)配筋25（1）判斷大小偏心26（2）應(yīng)力檢算27（3）穩(wěn)定性檢算27（4）單根樁材料表27五、施工圖繪制27六、規(guī)范及參考書(shū)27某高速鐵路橋梁橋墩基礎(chǔ)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)一、工程概況該橋梁系高速鐵路干線(xiàn)上的特大橋（復(fù)線(xiàn)），線(xiàn)路位于直線(xiàn)平坡地段。該地區(qū)地震烈度較低，不考慮地震設(shè)防問(wèn)題。橋梁及橋墩部分的設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，橋跨由8孔32m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土整體箱梁組成，見(jiàn)圖3-1和圖3-3。二、工程地質(zhì)和水

4、文地質(zhì)場(chǎng)地處的地質(zhì)剖面見(jiàn)圖3-2，相關(guān)土工試驗(yàn)資料見(jiàn)表3-1。水文資料見(jiàn)圖3-1。表3-1 土工試驗(yàn)成果表土層編號(hào)及名稱(chēng)地質(zhì)年代比重gs重度g/kn/m3含水量w/%液限wl/%塑限wp/%jc/kpa滲透系數(shù)k/cm/s壓縮系數(shù)a/mpa-1地基承載力特征值(kpa) 軟粘土q42.7214.991.585.055.061710.12.8e-80.494100 砂粘土q42.6918.834.543.028.0120519.43.4e-70.112190 粗砂中密q32.6019.526.2/2432/2.7e-10.011350 強(qiáng)風(fēng)化砂巖k飽和單軸抗壓強(qiáng)度 r=2.4mpa 中風(fēng)化砂巖k

5、飽和單軸抗壓強(qiáng)度 r=6.7mpa三、設(shè)計(jì)荷載1、恒載（1）結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重按鐵路涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范（tb10002.1-2005)采用。按照?qǐng)D紙?zhí)峁┎捎昧旱淖灾兀轰摻罨炷林囟?5，梁體混凝土用量259.8則：= （2）附屬設(shè)施重（二期恒載）軌下枕底道碴厚度為35cm。包括鋼軌、道碴、軌枕、防水層、保護(hù)層、人行道遮板、聲屏障、擋碴 墻、電纜槽豎墻、蓋板等重量，直線(xiàn)梁按184kn/m計(jì)算，曲線(xiàn)梁按198kn/m計(jì)算。則：=。2、活載列車(chē)豎向活載縱向計(jì)算分別采用zk標(biāo)準(zhǔn)活載。恒載圖示：圖2 恒載作用簡(jiǎn)圖（尺寸單位：mm）四、設(shè)計(jì)步驟1. 支座反力的確定：根據(jù)提供的上部結(jié)構(gòu)恒載及活載，分雙線(xiàn)縱向主附兩孔滿(mǎn)

6、載、雙線(xiàn)縱向主附一孔輕載兩種情況。先計(jì)算四個(gè)支座的支座反力，再把荷載計(jì)算到承臺(tái)底面形心處。（1） 基底以上墩及土的重量和的計(jì)算墩臺(tái)自重g的計(jì)算：頂帽及托盤(pán)鋼筋混凝土用量：66.63；墩身混鋼筋混凝土用量：83.62；吊籃：一個(gè)橋墩：q235鋼材（12h+1529.3）kg；涂裝面積：72.43（重量可忽略）；支承墊石鋼筋混凝土用量：2.8。底座鋼筋混凝土用量：土的重量：基底以上土的體積：；該土為軟粘土，其重度。該體積的軟粘土重量：（2） 附加力（風(fēng)力）計(jì)算公式：式中：風(fēng)荷載強(qiáng)度（pa）；基本風(fēng)壓值（pa），查規(guī)范取550pa；風(fēng)載體型系數(shù)，l/b=2.19取1.1；風(fēng)壓高度變化系數(shù)，取1.0；

7、地形、地理?xiàng)l件系數(shù)，取1.0。橋上有車(chē)時(shí)按上式值的80%計(jì)算。a) 頂帽風(fēng)力迎風(fēng)面積：頂帽風(fēng)力=0.4842.1=1.12kn對(duì)基底產(chǎn)生的矩為：1.12（0.188+14.2）=16.1knmb) 墩身風(fēng)力迎風(fēng)面積=67.4m2墩身風(fēng)力=67.40.484=32.62kn對(duì)基底產(chǎn)生的矩為：32.628=292.96knm總的縱向風(fēng)力h=1.12+32.62=33.72kn，取34kn。（3） 主力支座編號(hào)：圖3 支座編號(hào)（橫向）簡(jiǎn)圖a) 情況1：雙線(xiàn)縱向主附兩孔滿(mǎn)載圖4 兩孔滿(mǎn)載簡(jiǎn)圖（尺寸單位：mm）列車(chē)活載動(dòng)力系數(shù)：，結(jié)構(gòu)計(jì)算跨度，單位m本設(shè)計(jì)：此時(shí)支座反力計(jì)算：左跨部分：由對(duì)稱(chēng)性：此時(shí)荷載

8、計(jì)算到承臺(tái)底面形心處:圖5 兩孔重載時(shí)承臺(tái)地面受力簡(jiǎn)圖對(duì)應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)，上部結(jié)構(gòu)傳至承臺(tái)底部的豎向力；基底以上基礎(chǔ)、土等的自重之和。b) 情況2：雙線(xiàn)縱向主附一孔輕載圖6 單孔輕載簡(jiǎn)圖（尺寸單位：mm）此時(shí)支座反力計(jì)算：左跨部分：由對(duì)稱(chēng)性： 右跨部分：由對(duì)稱(chēng)性：此時(shí)荷載計(jì)算到承臺(tái)底面形心處:偏心距e=1.7+0.7=2.4m豎向合力和風(fēng)力產(chǎn)生的偏心矩。圖7 單孔輕載時(shí)承臺(tái)底面受力簡(jiǎn)圖2. 基礎(chǔ)的選擇與檢算（1） 選定樁基類(lèi)型考慮樁基為低承臺(tái)，采用鉆孔灌入樁，確定設(shè)計(jì)為端承樁。（2） 選擇樁材與樁徑圖8 土層分布圖a) 樁身采用c25混凝土。b) 設(shè)計(jì)樁徑采用d=1m，成孔樁徑為1.05

9、m,鉆孔灌注樁，采用旋轉(zhuǎn)式鉆頭。c) 畫(huà)出土層分布圖如圖8所示，選用強(qiáng)分化砂巖層為持力層，樁端進(jìn)入持力層的臨界深度為1.5d=1.5m，即樁端進(jìn)入持力層要大于1.5m，從承臺(tái)底面到粗砂中密層底部深度為19.10m，則取樁長(zhǎng)l=22m。樁底標(biāo)高12.13m，進(jìn)入持力層2.90m。d) 估算樁數(shù)：（按雙孔重載估算） 估算公式：式中：豎向承載力總和（kn）；r基樁的豎向承載力設(shè)計(jì)值；經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。由教材表5-6查得樁的極限側(cè)阻力的標(biāo)準(zhǔn)值為：軟粘土：=1.22，=21kpa，=2.59m;砂粘土： =0.43，=70kpa，=8.45m;粗砂中密： =74kpa，=8m；強(qiáng)分化砂巖：=2.4mpa，=2.

10、96m。由教材表5-7查得樁的極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值為：強(qiáng)分化砂巖：h=25m，取=6300kpa。故：由于樁端端阻力承受主要豎向力，取，。故：取，則估算樁數(shù)：暫時(shí)取n=6根，驗(yàn)算后作必要調(diào)整。（3） 擬定承臺(tái)底面平面形狀及尺寸查鐵路橋規(guī)，當(dāng)時(shí)，最外一排樁至承臺(tái)底板邊緣的凈距不得小于0.5d（設(shè)計(jì)樁徑）且不得小于0.25m，且鉆孔灌注樁中心距不應(yīng)小于2.5成孔樁徑，滿(mǎn)足樁間距和和承臺(tái)邊到樁凈距的前提下得到樁在承臺(tái)底面的布置情況，如下圖（單位：cm）：圖9 樁在承臺(tái)底面的布置（尺寸單位：cm） 由上圖可知樁中心距在（3-4）d之間，所以樁端處地基中各樁傳來(lái)的壓力將相互重疊。（4） 樁與承臺(tái)連接方式采用

11、主筋伸入式，樁伸入承臺(tái)板內(nèi)10cm，具體配筋見(jiàn)后面詳述。（5） 求r和樁數(shù)檢驗(yàn)計(jì)算考慮群樁效應(yīng)下的基礎(chǔ)豎向承載力設(shè)計(jì)值r并檢驗(yàn)樁數(shù)是否合適根據(jù)式（5-67）可知其中a) 求側(cè)阻、端阻群樁系數(shù)。這兩個(gè)系數(shù)可根據(jù)由表5-20查得，但由于橫向和縱向不相等，查表時(shí)應(yīng)采取平均值，即以，按樁周為砂土，用內(nèi)插法從表5-20得出b) 求承臺(tái)底的土抗力群樁效應(yīng)系數(shù)。這個(gè)系數(shù)可按式5-70計(jì)算。首先求出承臺(tái)內(nèi)區(qū)、外區(qū)的凈面積 和承臺(tái)底地基土凈面積 可根據(jù)由表5-21內(nèi)插法查得,由于承臺(tái)下的砂粘土屬于高壓縮性土，故按取值。按和，用內(nèi)插法得按式（5-70）得（6） 求樁頂荷載豎向力;承臺(tái)高度h為2m，則承臺(tái)所受的彎矩

12、（繞y軸）(繞軸方式：水平向右為y軸，向上為x軸)按式（5-60），各基樁所受的平均豎向壓力設(shè)計(jì)值為按式（5-61），基樁最大和最小豎向壓力設(shè)計(jì)值為（7） 基樁豎向抗壓承載力驗(yàn)算基礎(chǔ)偏心受壓時(shí)，驗(yàn)算時(shí)要同時(shí)滿(mǎn)足式（5-72）和式（5-73）兩個(gè)條件，設(shè)計(jì)樁基的安全等級(jí)為一級(jí)，則建筑基樁重要性系數(shù)=1.2。驗(yàn)算如下兩項(xiàng)驗(yàn)算均滿(mǎn)足要求。（8） 水平承載力檢驗(yàn)水平力h=34kn,水平力和豎向力的合力與鉛垂線(xiàn)的夾角，故可以不驗(yàn)算基樁的水平承載力。（9） 承臺(tái)抗沖切驗(yàn)算設(shè)計(jì)承臺(tái)厚2.0m，沖切破壞錐體的有效高度。a) 柱對(duì)承臺(tái)的沖切驗(yàn)算。根據(jù)公式（5-93），（5-94），（5-95）式中：作用于沖切破

13、壞錐體上的沖切力設(shè)計(jì)值；承臺(tái)混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；沖切破壞錐體有效高度中線(xiàn)周長(zhǎng)；承臺(tái)沖切破壞錐體的有效高度；沖切系數(shù)；沖跨比，為沖跨，即柱（墻）邊或承臺(tái)變階處到樁邊的水平距離；當(dāng)時(shí)，??；當(dāng)，取，滿(mǎn)足0.21.0；f作用于柱或墻底的豎向荷載設(shè)計(jì)值；沖切破壞錐體范圍內(nèi)各基樁的凈反力（不計(jì)承臺(tái)和承臺(tái)上土自重）設(shè)計(jì)值之和。設(shè)計(jì)一級(jí)樁基，由于在x方向，在y方向。采用兩者平均值，即，則m承臺(tái)混凝土選用c30，抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，則滿(mǎn)足要求。（10） 承臺(tái)底面形心處的位移計(jì)算a) 設(shè)計(jì)荷載：雙線(xiàn)、縱向、二孔重載：雙線(xiàn)、縱向、一孔輕載：b) 計(jì)算i. 樁的計(jì)算寬度：ii. 計(jì)算基礎(chǔ)變形系數(shù)， 鐵路 假定樁為彈性樁

14、，則其計(jì)算深度：深度內(nèi)存在兩層不同的土，則地基比例系數(shù)m的換算公式為：其中 ，則 而，則樁為彈性樁，按彈性樁計(jì)算。c) 計(jì)算單樁樁頂剛度 其中： 又，查表有i. 計(jì)算承臺(tái)剛性系數(shù) 對(duì)于低承臺(tái)樁基，承臺(tái)完全處于軟塑砂粘土中，因此，承臺(tái)的計(jì)算寬度為：， ii. 計(jì)算承臺(tái)底面形心處的位移a，b，樁基為豎直樁基，樁群對(duì)稱(chēng)布置，則有：由上式得承臺(tái)形心位移：荷載情況1雙線(xiàn)、縱向、二孔重載： 荷載情況2雙線(xiàn)、縱向、單孔重載： （11） 樁基檢算a) 群樁承載力檢算（按雙孔重載計(jì)算）將樁群看作一個(gè)實(shí)體基礎(chǔ)，則實(shí)體基礎(chǔ)為一臺(tái)體，臺(tái)體底面由于內(nèi)摩擦角（）較頂面放大，底面尺寸：樁自重：樁側(cè)土重：承臺(tái)重：承臺(tái)部分土重

15、： b) 墩頂水平位移檢算（按一孔重載）墩高：h=14.35m則墩頂位移c) 結(jié)構(gòu)在土面處的位移（按一孔輕載）在橋規(guī)中查m、m0時(shí)，只適用于結(jié)構(gòu)在地面處的最大位移為6mm，若超過(guò)6mm就不能采用“m”法進(jìn)行計(jì)算，故需要對(duì)樁在土面處的位移進(jìn)行檢算。墩身埋于土中高度：可以用m法直接查表計(jì)算d) 樁身截面配筋設(shè)計(jì)（一孔重載）i. 樁身彎矩計(jì)算 任意深度z處樁身截面彎矩：列表計(jì)算如下：00.00 010136.248136.2480.20.477 0.1970.99816.781 135.976 152.757 0.40.955 0.3770.98632.114 134.341 166.455 0.6

16、1.432 0.5290.95945.062 130.662 175.724 0.81.909 0.6460.91355.029 124.394 179.423 1.02.387 0.7230.85161.588 115.947 177.535 1.22.864 0.7620.77464.910 105.456 170.366 1.43.3410.7650.68765.166 93.602 158.768 1.63.819 0.7370.59462.781 80.931 143.712 1.84.296 0.6850.49958.351 67.988 126.339 2.04.773 0.61

17、40.40752.303 55.453 107.756 2.25.251 0.5320.3245.318 43.599 88.917 2.45.728 0.4430.24337.737 33.108 70.845 2.66.205 0.3550.17530.240 23.843 54.084 2.86.683 0.270.1223.000 16.350 39.349 3.07.160 0.1930.07616.441 10.355 26.795 3.58.353 0.0510.0144.344 1.907 6.252 4.09.547 000.000 0.000 0.000 由表知： ii.

18、計(jì)算偏心距初始偏心距：偏心距放大系數(shù)：其中，影響系數(shù)計(jì)算長(zhǎng)度：，（為變形系數(shù)） 主力+附加力，所以k=0.6則 3. 基礎(chǔ)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，且任一情況下不得小于80mm，主筋凈保護(hù)層不應(yīng)小于60mm。在滿(mǎn)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(jí)鋼筋。樁身混凝土為c25，根據(jù)橋規(guī)規(guī)定，取=0.5%,則選用1618的級(jí)鋼筋，取凈保護(hù)層厚度，采用對(duì)稱(chēng)配筋，則主筋凈距為：，符合要求。樁與承臺(tái)的聯(lián)結(jié)方式為主筋伸入式，樁身伸入承臺(tái)板0.1m，主筋伸入承臺(tái)的長(zhǎng)度（算至彎鉤切點(diǎn)）對(duì)于光圓鋼筋不得不小于45倍主筋直徑（即810mm），取900mm,主筋應(yīng)配到4/處以下2m處（約為11.55m）,取其長(zhǎng)度為12m，則主筋總長(zhǎng)為13