橋梁基礎工程設計

1、橋梁基礎設計一、 設計資料1、 地址及水文河床土質(zhì)：從地面（河床）至標高32.5m為軟塑粘土，以下為密實粗砂，深度達30m；河床標高為40.5m，一般沖刷線標高為38.5m，最大沖刷線為35.2m，常水位42.5m。2、 土質(zhì)指標表1 土質(zhì)指標類型地基系數(shù)m(KN/m)極限摩阻力(KPa)內(nèi)摩擦角容重（KN/m）軟塑粘土 8×10 40 20° 12密實粗砂 25×10 120 38° 12 3、樁、承臺尺寸與材料 承臺尺寸：7.0m×4.5m×2.0m。擬定采用四根樁，設計直徑1.0m。樁身混凝土用20號，其受壓彈性模量。 4、荷載

2、情況 上部為等跨25m的預應力梁橋，混凝土橋墩，承臺頂面上縱橋向荷載為： 恒載及一孔活載時： 恒載及二孔活載時： 樁（直徑1.0m）自重每延米為：故，作用在承臺底面中心的荷載力為： 恒載及二孔活載時： 。樁基礎采用沖抓錐鉆孔灌注樁基礎，為摩擦樁。二、單樁容許承載力的確定 根據(jù)公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范中確定單樁容許承載力的經(jīng)驗公式，初步反算樁的長度，設該樁埋入最大沖刷線以下深度為h，一般沖刷線以下深度為h。則， 當兩跨活載時： 計算P時取以下數(shù)據(jù)：樁的設計樁徑1.0m，沖抓錐成孔直徑為1.15m，樁周長 現(xiàn)取h=9m，樁底標高為26.2m。樁的軸向承載力符合要求。具體見如圖所示。圖1 雙排樁斷

3、面 （a）縱橋向斷面 （b）橫橋向斷面三、樁頂及最大沖刷線處荷載 <一>、參數(shù)計算 1、樁的計算寬度 2、樁的變形系數(shù) 樁在最大沖刷線以下深度h=9m，其計算長度則為： 3、樁頂剛度系數(shù)值計算 4、計算承臺底面原點O處位移 <二>計算作用在每根樁頂上的作用力 現(xiàn)采用試算法列表計算（見表2）：表2 受壓區(qū)高度系數(shù)計算表ABCDNu（N）Nj（N）Nu/Nj0.962.5890 0.4011 2.3359 0.6847 -0.000881.9630.972.6158 0.3865 2.3690 0.6590 0.0027262.1270.982.6424 0.3717 2.

4、4012 0.6339 0.0073532.3360.992.6685 0.3566 2.4324 0.6094 0.0134352.6091.00 2.6943 0.3413 2.4627 0.5856 0.0216372.976 由計算表可見，當=0.97時，計算縱向力Nu與設計值Nj之比較為合理，故取=0.97，=0.002726為計算值。 3、計算所需縱向鋼筋的截面積現(xiàn)選用1018，布置如圖2所示?；炷羶舯Ｗo層縱向鋼筋間凈距為256mm>80mm。 <二>對截面進行強度復核 由前面的計算結(jié)果， 1、在垂直與彎矩作用平面內(nèi) 則在垂直于彎矩作用平面內(nèi)的承載力為 在彎矩作

5、用平面內(nèi)的承載力為七、承臺結(jié)構(gòu)設計計算圖3 樁承臺計算圖（尺寸單位：cm）承臺（見圖3）的有效高度為： 1、承臺受沖切驗算 樁邊沖切，計算沖跨比： 計算沖切系數(shù)：取 滿足要求。取滿足要求。3、 抗剪承載力計算所以抗剪承載力滿足要求。4、 承臺受彎承載力計算選用3228鋼筋，間距為17+29×14+17cm，則實際鋼筋=197.02cm，混凝土保護層為5cm，沿X軸方向布置。選用3128鋼筋，間距為23cm，則實際鋼筋=190.86cm，混凝土保護層為5cm，沿X軸方向布置。沉井設計某工程采用沉井方案，由于井位處因地勢低洼，設計地面標高為+4.20米，施工期間實際標高為+2.90米，地

6、下水位也為+2.90米。一、設計條件1. 工程概況 根據(jù)使用要求，本沉井結(jié)構(gòu)尺寸如圖所示，沉井平面為矩形，剖面為階梯形，井頂標高為+5.20米，刃腳踏面標高為-4.90米，制作高度為10.10米，施工時采用二次施作，一次下沉，第一節(jié)制作高度為5.00米。標高+1.70米以上，井壁厚度為0.3米，標高+1.70米以下，井壁厚度為0.6米。沉井封底水下混凝土厚度為1.3米。2沉井材料混凝土采用C20，其軸心抗壓，軸心抗拉強度標準值fck=13.4(N/mm2) , ftk=1.54(N/mm2)軸心抗壓，軸心抗拉強度設計值fc=9.6(N/mm2) , ft=1.10(N/mm2) 鋼筋采用熱軋鋼

7、筋HRB335,強度標準值fyk=335,(N/mm2) 強度設計值fy=300(N/mm2) 沉井剖面、平面圖3. 地質(zhì)資料根據(jù)地質(zhì)鉆探資料分析，本沉井工程范圍內(nèi)的地層，分為五層，其物理力學指標如表1所示。沉井井位以下主要是表1所列第五層灰色淤泥質(zhì)粘土夾砂層。序號土層名稱埋藏深度（標高：米）孔隙比e含水量w (%)天然容重KN/m3干容重dKN/m3塑性指數(shù)Ip內(nèi)摩擦角0內(nèi)聚力C(kPa)允許承載力R(kPa)備注1黃色亞粘土+3.600.00.9333.018.714.112.7185110淤泥質(zhì)土2灰色亞粘土+0.00-2.501.0337.218.313.49.91831003灰色粘土

8、夾砂-2.5.13.501.4230.217.110.818.188804灰色粘-13515.51.1139.018.113.017.712101105灰色亞粘土-15.5以下0.9734.018.613.913.2168130沉井井壁與土體之間的摩阻力土的種類井壁與土體之間的摩阻力（kPa）粘性土1520 二、水、土壓力的計算本沉井采用排水下沉（地下水浮力標準值=0），對于作用在井壁上的水、土壓力采用重液地壓公式計算： 試中：為水土混合液的容重，取=13。 為計算點距重液面的高度。 當= 0時，= 0 = 1.9 m時，=13×1.9=24.7 = 5.9m時，=13×5

9、.9=76.7 = 6.3 m時，=13×6.3=81.9 =7.2 m時，=13×1.9=93.6 = 7.8 m時，=13×7.8=101.4 三、下沉計算1. 沉井自重井壁鋼筋混凝土容重按25計，沉井重量為 =【（8.2×6.37.0×5.1）×10.1（3.5+4.2）×0.3÷2×2×（7.96.0）】×25 = 3227.2 2. 摩阻力 井壁的側(cè)面摩阻力分布如下圖所示，單位摩阻力取進行計算。 = = 98.0 井壁總摩阻力： kN下沉系數(shù) ，滿足下沉要求。四、沉井豎向計算

10、1. 抽墊木時井壁豎向計算 沉井在開始下沉特別是在抽墊木時，井壁會產(chǎn)生較大的彎曲應力。該沉井采用四個支撐點，支撐點布置見下圖：（1） 假定定位墊木間距為0.7l，不考慮刃腳下回填砂的承載力，如下圖所示 井壁單位寬度標準值： 井壁單位寬度設計值：支座彎矩: 跨中彎矩:（2） 假設抽墊木時，先抽空的回填部位已經(jīng)壓實變成支點，此時，沉井的井壁支承在三點上，如下圖所示：支座彎矩：跨中彎矩：（3） 配筋計算 ，按深梁進行計算，根據(jù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件設計規(guī)范計算如下： L<H，所以按內(nèi)力臂z = 0.6l = 0.6×8.2 = 4.92 m刃腳底部： 井壁頂部： 求得的鋼筋值較小，故按構(gòu)

11、造配筋即可滿足要求。2. 井壁的抗拉計算 根據(jù)給排水工程鋼筋混凝土沉井結(jié)構(gòu)設計規(guī)程，由于本工程地基為土質(zhì)均勻的軟土地基，且下沉深度不大，故不必進行豎向抗拉計算。五、刃腳計算1. 刃腳外側(cè)豎向配筋計算 本沉井采用排水法施工，井內(nèi)無水，按刃腳下的土已被掏空的情況計算，如圖：（1） 刃腳跟部C-C截面彎矩計算及配筋計算時，刃腳自重及井壁摩阻力不計。按構(gòu)造配筋，選用（2） 凹槽下口D-D截面彎矩計算及配筋 選用2. 刃腳內(nèi)側(cè)豎向鋼筋計算 按沉井已部分入土的情況進行計算，刃腳內(nèi)側(cè)切入土中600mm進行計算，計算簡圖如下?。?） 水平作用力計算井壁單位寬度重量設計值：土的反力： (2) 內(nèi)力計算及配筋 1

12、）刃腳跟部C-C截面的彎矩計算及配筋計算時，略去刃腳自重和井壁摩阻力按構(gòu)造配筋，選用2）凹槽下口D-D截面彎矩計算及配筋按構(gòu)造配筋，選用六、井壁水平框架的內(nèi)力計算及配筋采用公式法計算沉井平面框架的內(nèi)力，本設計為一單孔矩形沉井，荷載及彎矩分布見下圖1. 按承載能力極限狀態(tài)進行配筋標高+5.20+1.00m井壁，按標高+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，標高+1.00-3.00m井壁，按標高-3.00處下沉時的內(nèi)力配置水平鋼筋，豎向鋼筋按構(gòu)造配置，標高-3.40-4.30m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。標高+1.00m處水平壓力設計值：標

13、高-3.00m處水平壓力設計值：刃腳頂面以上1.5t，即-3.40-4.30m段：1） 列表計算井壁水平框架彎矩設計值序號框架位置標高 （m）荷載(kN/m)(kNm)(kNm)(kNm) 1 +1.00 31.37 -128.56116.17 12.61 2 -3.00 97.41-366.30337.00 29.31 3-3.40-4.30 185.74-698.46642.58 55.882) 列表計算井壁配筋 井壁位置 b(mm) (mm) M（kNm） ()配筋標高+1.00m以上AB、CD跨中1000255116.170.18610.20771694.81781固端A、B、C、D1

14、000255128.560.20590.23311902.12036AD、BC跨中100025512.610.02020.0204166.5615標高+1.00-3.00mAB、CD跨中1000555337.000.11400.12142156.12199固端A、B、C、D1000555366.300.12390.13272356.82513AD、BC跨中100055529.310.00990.0099175.81231標高-3.40-4.30mAB、CD跨中1000555642.580.21730.24814406.34418固端A、B、C、D1000555698.460.23620.273

15、64859.14926AD、BC跨中100055555.880.01890.0191339.212312. 按正常使用按受彎構(gòu)件進行強度配筋計算，控制裂縫寬度為0.3mm。由鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范可知：混凝土：采用C20，鋼筋：采用HRB335級，受彎構(gòu)件，取c = 35mm列表計算井壁水平框架彎矩標準值序號框架位置標高 （m）荷載(kN/m)(kNm)(kNm)(kNm) 1 +1.00 24.70 -101.491.4 9.93 2 -3.00 76.70-296.64272.92 23.74 3-3.40-4.30 146.25-549.96505.96 44.002) 列表計算井壁裂縫

16、寬度及配筋 井壁位置 () M（kNm） 承載能力配筋使用極限配筋標高+1.00m以上AB、CD跨中17810.011991.47231.50.7370.288固端A、B、C、D20360.0136101.23224.10.7720.270AD、BC跨中6150.01009.9372.80.2000.027標高+1.00-3.00mAB、CD跨中21990.0100272.92257.00.7110.342固端A、B、C、D25130.0100296.64244.50.6910.317AD、BC跨中12310.010023.7439.90.2000.015標高-3.40-4.30mAB、CD跨

17、中44180.0147505.96237.20.8130.289固端A、B、C、D49260.0164549.96231.20.8360.273AD、BC跨中12310.010044.0074.00.2000.028七、封底混凝土的驗算封底混凝土容重取24kN/ ,厚1.3m。1. 荷載計算標準值：設計值：2. 封底混凝土厚度驗算 計算彎矩時，假定用刃腳斜面與封底混凝土板連接均按簡支來進行計算 本沉井封底混凝土： ，按四邊簡支的板來計算查表得： 封底混凝土厚度 試中，k為混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件強度安全系數(shù)，本沉井封底為受彎構(gòu)件，取k=2.65 d為考慮沉井封底混凝土底部泥土可能與封底混凝土摻混而增加的安全厚度，此處取d=300mm。 故封底混凝土厚度取1300mm，滿足要求。八、鋼筋混凝土底板的計算1. 荷載計算 底板厚度采用400mm 底板反力標準值： 底板反力設計值：2. 彎矩計算 （1）設計值產(chǎn)生的板中彎矩： （2）標準值產(chǎn)生的板中彎矩： 2. 按承載能力進行配筋計算（1） 上層鋼筋 按構(gòu)造配筋，選用，配筋選用，（2） 下層鋼筋因底板按四邊簡支計算