擋土墻微樁基礎(chǔ)橋臺

1、.擋土墻微樁基礎(chǔ)橋臺 第三章 擋土墻和微型樁基礎(chǔ)組合橋臺設(shè)計 3.1簡介 鋼筋混凝土輕型橋臺，是利用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗彎能力來減少圬工體積而使橋臺輕型化。主要可分為薄壁輕型橋臺和支撐梁輕型橋臺。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)自重輕，施工方便。 輕型橋臺是橋臺的一種形式，還有重力式橋臺、框架式橋臺、組合式橋臺等形式。 輕型橋臺適用于小跨徑橋梁，橋跨孔數(shù)與輕型橋墩配合使用時不宜超過3個，單孔跨徑不大于13m，多孔全長不宜大于20m。 樁基擋墻的擋土部分為懸臂式擋墻， 基礎(chǔ)部分采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁或打入樁等樁基礎(chǔ)。以樁基作為擋墻結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)， 解決了一般懸臂式擋墻必須依靠增大基礎(chǔ)尺寸來提供抗傾覆滑移反力和減小地基承

2、載力的問題， 進(jìn)而能夠減小挖方段的開挖量， 這可通過對樁基擋土墻案例的分析， 說明其計算過程和適用性。 一般懸臂式擋土墻是通過立壁承受土體側(cè)壓力， 通過底板提供抗傾覆滑移反力的墻式構(gòu)造物。通常依靠改變底板尺寸來提供足夠的支撐反力， 采用淺基礎(chǔ)或復(fù)合地基處理， 提高天然地基承載力。我國大部分地區(qū)天然地基承載力或經(jīng)過復(fù)合地基處理的地基承載力一般不超過150kPa200kPa，故我國公路、鐵路路基等相關(guān)設(shè)計規(guī)范中均規(guī)定其墻高不宜超過6m。 與淺基礎(chǔ)處理和復(fù)合地基處理相比， 樁基礎(chǔ)等深基礎(chǔ)處理能夠提供較高的豎向地基承載力， 同時還能提供前者不具備的水平承載力， 因此采用支擋體系的擋土墻與樁基礎(chǔ)結(jié)合，

3、將能使擋土墻的適用范圍擴(kuò)大一步。本文將以鋼筋混凝土懸臂式擋墻（結(jié)構(gòu)體系如圖1所示）為例， 闡述這種體系的計算分析。 一般結(jié)構(gòu)的懸臂式擋墻其結(jié)構(gòu)主要由立壁、墻踵、墻趾構(gòu)成。體系的水平滑移傾覆穩(wěn)定性主要依靠墻身自重和墻踵板上方填土的重力來保證， 而墻趾板主要用來減小基底應(yīng)力. 倘若擋墻高， 土壓力大， 就需要增加立壁、底板的厚度和鋼筋數(shù)量來抵抗立壁上的彎矩， 增加墻踵、墻趾的長度來抵抗土壓力產(chǎn)生的傾覆力矩， 并減小墻趾處的地基應(yīng)力。而對于挖方段擋墻， 增加墻踵長度后將顯著增大基礎(chǔ)的開挖量， 增加墻趾長度后也有可能導(dǎo)致其伸入路下， 造成路面的縱向沉降裂縫。 以灌注樁或者打入樁作為擋墻的基礎(chǔ)， 擋墻的

4、基底應(yīng)力、抗傾覆穩(wěn)定性及抗滑穩(wěn)定性等結(jié)構(gòu)特性不再由底板尺寸和基底土特性決定， 而是由樁基礎(chǔ)來支撐擋墻并抵抗擋墻的傾覆及滑動。這種擋墻對于天然地基承載力較差或挖方段擋墻， 墻體需要開挖、無條件布置拉筋帶并且墻身高度大于6m的情況， 較一般的懸臂式擋墻有明顯優(yōu)勢。 這兩種情況下， 一般懸臂式擋墻都需要增大底板尺寸用以抗傾覆和滑移、減小基底應(yīng)力， 而增大底板尺寸， 尤其是墻踵， 將導(dǎo)致開挖土方工程量大幅度增加。選用樁基礎(chǔ)與擋墻結(jié)合， 其構(gòu)造簡單、施工方便， 可以較好地發(fā)揮材料的強(qiáng)度性能， 實現(xiàn)較小的開挖量。 3.2擋土墻橋臺尺寸設(shè)計及荷載計算 試設(shè)計橋臺尺寸如下圖所示 橋臺尺寸圖（單位：dm） 3.

5、2.1恒載計算 恒載可以為橋臺自重，橋臺上土自重和上部恒載組成，橋臺尺寸如下圖所示。 1.橋臺、承臺及上部填土重力計算 橋臺背墻：0.4?2.5?60?25?1500kN 臺身重：1?7?60?25?10500kN 承臺重：1?4?60?25?6000kN 承臺上土的加權(quán)平均重度： ?m?h hiii17?2.5?17?0.9?18?1.3?18?3.9?0.9?2017.8kNm3 9.5 承臺上土重：2?9.5?60?17.8?20292kN ?P?1500?10500?6000?20292?38292kN M?1500?(4/2?2?0.4/2)?10500?(4/2?2?1/2)?20

6、292?(4/2?2?1)?14742kN?m 2上部構(gòu)造恒載計算 本飛機(jī)滑行道橋為22+28+28+22跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋，橋厚2.5m，橋梁設(shè)計總寬度為60m。 P恒=（112?60?2.5?30）20=25200 kN ex?1?(4/2?2?1/2)?1.5m M恒?P恒?ex?25200?1.5?37800kN?m 3.2.2橋臺后土壓力計算： 1、臺后填土表面無飛機(jī)時土壓力計算 將兩層土的重度內(nèi)摩擦角按土層厚度進(jìn)行加權(quán)平均，得： ?m?h?hiii17?2.5?17?0.9?18?1.3?18?3.9?0.9?2017.8kNm3 9.5 ?m?h hi ii22?2.5?

7、14?0.9?18?1.3?30?3.9?0.9?34?25.1? 9.5 臺后填土自重引起的主動土壓力: EA?1?mH2KaB 2 式中： ?m墻后填土重度的加權(quán)平均值（kNm3）； H 土壓力作用的高度； B 土壓力作用的寬度； Ka主動土壓力作用系數(shù)。 土壓力作用系數(shù)如下： Kacos2(?m?) cos2?cos(?)?1?sin(?)?sin(?) cos(?)cos(?) cos2(25.1?0) cos20?cos(25.12?0)?1? ?2 sin(25.12?25.1?)?sin(25.1?0) cos(25.12?0)cos(0?0)?2 0.52 式中： ?m墻后填土

8、內(nèi)摩擦角的加權(quán)平均值； ? 墻背與豎直線之間的夾角； ? 墻背與填土間的摩擦角； ? 填土面與水平面之間的傾角； Ka主動土壓力作用系數(shù)。 臺后填土自重引起的主動土壓力: EA?11?mH2KaB?17.8?9.52?0.52?60?25060.62kN 22 水平分力： .62cos(25.1?0)22694.12 kN EAx?EAcos(?)?25060 作用點與基礎(chǔ)底面的距離： 1ey?9.5?3.17m 3 水平方向土壓力對基底形心軸的彎矩： Mex?EAxey?22694.12?(?3.17)?71940.36kN?m 豎向分力： .62sin(25.1?0)10630.7kN E

9、Ay?EAsin(?)25060 與基礎(chǔ)底面的距離： ex?6.84/3?2.28m 豎直方向土壓力對基底形心軸的彎矩： Mey?EAyex?10630.7?2.28?24237.996kN?m 2、臺后填土表面有飛機(jī)荷載時土壓力計算 由飛機(jī)荷載換算成等代的均布土層厚度 h?G Bl? 式中： l?破壞棱體長度， l?Htan?； H 橋臺高度； 破壞棱柱體滑動面與水平面之間的夾角。 tan=?atan+ =?tan37.65+ =0.72 破裂棱柱體長度： l?Htan?9.5?0.72?6.84m 在破壞棱體范圍內(nèi)布滿均布荷載： ?G1500kN 將飛機(jī)荷載轉(zhuǎn)換為等效土層，厚度為： G15

10、00h?0.21m 60?6.84?17.8Blo? 臺背在填土連同破壞接體上飛機(jī)荷載作用下的引起的土壓力： EA?1?mH(2h?H)KaB 2 ? 水平方向的分力 1?17.8?9.5?(2?0.21?9.5)?0.52?60?26168.56kN2 .56?cos(37.65?0)?20719.14kN EAx?EAcos(?)=26168 作用點與基礎(chǔ)底面中心的距離： HH?3h?) 3H?2h 19.5?3?0.21?(?9.5?)?4.19m 39.5?2?0.21ey?( 水平方向土壓力對基地形心軸的彎矩： .14?(?4.19)?86813.2kN?m Mex?EAxey?20

11、719 豎向分力： .56sin(37.65?0)15984.71kN EAy?EAsin(?)26168 與基礎(chǔ)底面的距離： ex?6.84/3?2.28m 豎直方向土壓力對基底形心軸的彎矩： Mey?EAy?ex?15984.71?2.28?36445.14kN?m 3.2.3支座活載反力計算 設(shè)計荷載為空客380F類荷載，重150噸。 R飛?1500kN 橋上飛機(jī)荷載反力對基礎(chǔ)底面產(chǎn)生的彎矩為： M飛?1?(4/2?2?1/2)?1500?2250 kN.m 3.2.4支座摩阻力計算 滑動支座摩擦系數(shù)取 f=0.05 ，則支座摩阻力： F?P恒f=25200×0.05=1260

12、kN 支座厚42mm，支座摩阻力與承臺底面的豎直距離： ey?0.042?9.5?1?10.542m 支座摩阻力與承臺底面形心軸的彎矩： M支?F?ey?1260?10.542?13282.92 kN.m 在一聯(lián)內(nèi)支座全部采用活動支座，即采用漂浮體系。如果制動力大于支座摩阻力，結(jié)構(gòu)以位移抵消這部分力，因此只計算支座摩阻力，不需要與制動力比較。 3.2.5荷載組合 根據(jù)實際可能發(fā)生的組合，應(yīng)按三種情形進(jìn)行荷載組合，即：橋上有飛機(jī)，臺后無飛機(jī)荷載；橋上有飛機(jī)，臺后也有飛機(jī)荷載；橋上無飛機(jī)，臺后有飛機(jī)荷載。 荷載組合基本公式： n?m?oSud?0?aiSaik?Q1SQ1k?c?QjSQjk? j

13、?2?i?1? 式中： sud承載能力極限狀態(tài)下作用基本組合的效應(yīng)組合設(shè)計值； ?o結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，該橋為中橋，取?o=1； ?Gi第i個永久作用效應(yīng)的分項系數(shù)，橋臺自重、恒重、填土自重取1.2， 土的側(cè)向壓力取1.4 ?Q1汽車荷載效應(yīng)的分項系數(shù)，取?Q1=1.4； ?Qj在作用效應(yīng)組合中除飛機(jī)荷載效應(yīng)外的其它可變作用效應(yīng)的分項系 數(shù)，人群荷載分項系數(shù)取1.4， ?c在作用效應(yīng)組合中除飛機(jī)荷載效應(yīng)外的其它可變作用的組合系數(shù)。 1、橋上有飛機(jī)，臺后無飛機(jī)荷載 )?1.4?10630.7?1.4?1500?93173.38kN ?oNud?1.2?(38292?25200 ?oHud?1.4?2

14、2694.12?1.4?1260?30007.768kN )?1.4?24237.996?1.4?2250?1.4?13282.92 ?oMud?1.2?(14742?37800 =50863.293 kN.m 2、橋上有飛機(jī)，臺后也有飛機(jī)荷載 )?1.4?15984.71?1.4?1500?100668.994kN ?oNud?1.2?(38292?25200 ?oHud?1.4?20719.14?1.4?1260?27242.796kN )?1.4?36445.14?1.4?2250?1.4?13282.92?oMud?1.2?(14742?37800 =33773.292 kN.m 3、

15、橋上無飛機(jī)，臺后有飛機(jī)荷載 ?oNud?1.2?(38292?25200)?1.4?15984.71?98568.994kN ?oHud?1.4?20719.14?29006.796kN )?1.4?36445.14?1.4?13282.92?oMud?1.2?(14742?37800 =24137.87kN.m 荷載組合匯總表 三種荷載組合的匯總表如表所示，綜上所述，最不利的荷載組合如下: Nud=100668.994 kN Hud=3007.768 kN Mud=50863.293 kN.m 3.3樁基礎(chǔ)設(shè)計 3.3.1單樁承載力計算 試設(shè)計樁長20m，C30高強(qiáng)度水泥漿灌注樁基，1m在中

16、密卵石土層中，19m在密實卵石土層中，樁徑去300mm。 根據(jù)地基基礎(chǔ)規(guī)范經(jīng)驗公式 Quk?Qsk?Qpk?up?qsikli?qpkAP 樁側(cè)土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值如下： 中密卵石土層，取qs1k=85kPa. 密實卵石土層，取qs2k=90kPa。 樁的極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值如下： 密實卵石土層，取qpk=2200kPa Quk?Qsk?Qpk?up?qsikli?qpkAP ?3,14?0.3?(85?1?90?19)?3.14?0.152?2200?1846.32kN 單樁豎向承載力特征值： Ra=Quk/K?1846.32/2?923.16kN 根據(jù)上部荷載初步估計樁數(shù)為 N?Fk10066

17、8.?109.04 取n=120根 .16Ra 3.3.2計算樁頂Pi、Qi、Mi 1樁的計算寬度b1計算 b1?KfK0Kd Kf形狀換算系數(shù)，圓形截面取0.9 K0受力換算系數(shù)，圓形截面取1? L1?0.6h1?K?1.0 K11?1?4.33 d0.3L1?0.6h1?1?b?L?K?b?' '1 0.6h1 L1沿水平力H作用方向上的樁間凈距L1?2m h1樁在地下的計算深度h1?3?d?1?3?0.3?1?3.9m?h?24m? b'-與一排中的樁數(shù)n有關(guān)的系數(shù)n?2.b'?0.6 ?L1?0.6h1?2.34m?. ?

18、1?b?LK?b?' '1 0.6h1?0.6? 1?0.62?0.940.63.9 故樁的計算寬度b1?0.9?4.33?0.94?0.3?1.099m 2. 換算多層土的m值 2.5彈性樁h>，為地面以下hm范圍內(nèi)的系數(shù)。 ? hm?2?d?1?2?0.3?1?2.6m 在局部沖刷線以下土層范圍內(nèi)有兩層土，但因m1=m2 ，均為60000kPa/m2，則m不需要換算，=m1=60000kPa/m2。 則 m=k?=0.94×60000=56400kPa/m2 3. 樁-土的變形系數(shù)? EI=0.67EhI=0.67×3

19、15;107×64×0.34=7.99×104 1 ?mb1?EI56400?1.099?0.95 79900 樁在最大沖刷線以下深度20m，則其計算長度： h?h?0.95×20=19m?2.5m 屬于彈性樁，按彈性樁計算. 4. 計算樁頂剛度系數(shù)?1、?2、?3、?4 ?1?1 0?AEhCoA0 式中：該承臺為低樁承臺l0?0 h?20m 鉆孔灌注樁?0.5 持力層為密實的礫類土，查表可知m0?56400kNm4 C0?m0h?56400?20?1.128?106m3 持力層為密實卵石土土其等代內(nèi)摩擦角為： h×tan=20×t

20、an9=3.2 3.22?8.04m2 故取A0?4 A=×0.152=0.07 1?1?2.05?105?2.57EI 0?0.5?201?0.07?3?1071.128?106?8.04 樁的換算深度：h?h?0.95?20?19m（>4m） 取h?4m， 低樁承臺l0?0， 查基礎(chǔ)工程附表17.18.19得?Q?1.06423 ?m?0.98545 ?m?1.48375 ?2?3EIxQ?0.953?1.06423EI?0.912EI EI?0.889EI ?3?2EIxM?0.952?0.98545 ?4?EI?M?0.95?1.48375EI?1.41EI 5

21、計算承臺底面中心處的位移ao、bo、?o b0?N ? i?1n?1N100668.994326.42 ?120?1120?2.57EIEI 2 2n?4?1?xi?120?1.41EI?2.57EI?120?1?477.6EIi?1n n?2?120?0.912EI?109.44EI n?3?120?0.889EI?106.68EI n?2?n?4?1?xi?H?n?3M i?1?0? n?2?2n?2?n?4?1?xi?n2?3 i?1? 477.6EI?3007.768?106.68EI?50863.293 ?222109.44EI?477.6EI?106.68EI167.84?EI n

22、?2M?n?3H n?2?2n?2?n?4?1?xi?n2?3 i?1?109.44?50863.293?106.68?3007.768?EI? 222109.44EI?477.6EI?106.68EI 143.99?EI?0? 6計算各樁樁頂所受作用力Pi、Qi、Mi 143.99?326.42Pi?1bi?1?b0?xi?0?2.57EI?1?EI?EI .95kN?1208?468.85kN 167.84143.99?0.889EI?25.06kN EIEI 143.99167.84Mi?4?0?3?0?1.41EI?0.889EI?53.82kN?m EIEI 校核: Qi?2?0?3

23、?0?0.912EI? nQi?120?25.06?3007.2kN?H?3007.768kN?xP?nMii i?1 nni?60?1208.95?468.85?1?120?53.82 ?50864.4kN?m?M?50863.293kN?m kN?N?100668.994kN?P?60?1208.95?468.85?100668i i?1 符合規(guī)范要求。 3.4樁基礎(chǔ)強(qiáng)度驗算 3.4.1驗算單樁軸向承載力 按土的支承力確定單樁軸向允許承載力（經(jīng)驗公式法） 單樁軸向允許承載力： NG max?2?P? 其中： Nmax：單樁最大承載力，取1208.95kN G:為整個樁重，取G=30?20?

24、0.32 4?42.41kN ?P?1n 2U?i?li?m0A?0?k2?2?h?3? i?1 采用旋挖鉆進(jìn)成孔，則U=?0.3?0.3?1.88m； 第一層土為中密卵石土 l1?1m,?1?200mPa ； 第二層土為密實卵石土 l2?19m,?2?300mPa 由于?.3?66.67，且裝底部不透水，則?0.72 t?0.3?1.67,則取m0?0.6 A?d2?0.32 4?4?0.07m2 由于基底為密實砂礫，則查表有?0?1000mPa k2?6.0 則有， ?2? 1?20?19?22 ?21.9kN3 m20 G1 ?1208.95+0.5?30?20?3.14?(0.3)2=

25、1230.155kN 24 h=20m 代入有：Nmax? ?P?0.5?1.88?(1?200?19?300)?0.72?0.6? 0.07?1000?6?21.9?(20?3)? ?2316.19kN?Nh?1230.55kN 即有該單樁的軸向承載力滿足要求。 3.4.2樁內(nèi)力及位移計算 M0?Mi?0=53.82kN.m Q0?QI=25.06kN ' P0?Pi=1208.95kN 3.4.3計算最大沖刷線以下深度Z處樁截面上的彎矩MZ Mz? QO ? Am?MOBm GZX aQ0a2M0?ZAx?ZBX b1b1 內(nèi)力匯總表 內(nèi)力匯總圖 最大彎矩為66.18109

26、 kN.m,最大彎矩所在位置是0.84m 3.4.4樁頂縱向水平位移驗算 樁頂?shù)乃轿灰坪退轿灰妻D(zhuǎn)角： 查表，得AX=2.044066，BX =1.62100 Q0M0A?Bx xa3EIa2EI 25.0653.82?2.044066?1.62100?1.96mm <6mm 0.953?7.99?1040.952?7.99?104 QM?0?20A?0B? aEIaEIX0? 查表，得A?= -1.62100，B?= -1.75058 ?0?25.0653.82?(?1.62100)?(?1.75058) 0.952?7.99?1040.95?7.99?104 ?1.8?10

27、?3rad 3Qlo25.06?0xQ?0 3EI3EI Qlo225.06?0xm?0 2EI2EI 樁頂縱向水平位移： x1?xo?folo?xQ?xm?(1.96?0.59?2)?10?3?3.14mm 水平位移容許值： ?0.52?70mm 由于3.14mm?70mm，所以樁頂縱向水平位移符合要求。 3.4.5樁身截面配筋的驗算 1、配筋的計算 最大彎矩截面在Z=0.8m處，此處設(shè)計的最大彎矩為 Mj?66.18kN?m 恒載安全系數(shù)1.2，活載安全系數(shù)1.4，最大承載力： 11.22 Nj?(4427.157?3.14?2.4?25)?1.2?5093.1kN 24 由截面強(qiáng)度計算公

28、式得 Ni?RaAr2?RgCur2 Nj?eo?Mj?RaBr3?RgDugr3 取以上兩式的臨界狀態(tài)分析，整理得 ?RaBr?A(?eo) ?RgC(?eo)?Dgr 現(xiàn)擬定采用C20混凝土，HRB鋼筋，Ra?11MPa，Rg?340MPa。 （1）、計算偏心距增大系數(shù) eo?MjNj?1627.52?309mm 因?h?4m，故樁的計算長度 lp?0.5?0.417?4.8mm 長細(xì)比lpd?4800?4?7，可不考慮縱向彎曲對偏心距的影響，取?1。 （2）、計算受壓區(qū)高度系數(shù) ?eo?1?309?309mm r?d2?2?600mm 設(shè)g=0.9，則rg?gr?0.9?600?540m

29、m ? ? RaBr?A(?eo) ? RgC(?eo)?Dgr 11600B?320A6600B?1520A? 340320C?540D108800C?183600D Nu?RaAr2?RgCur2 ?11?A?6002?340?C?6002?3960000A?122400000Cu 由計算表可知，當(dāng)=0.64時，計算縱向力Nu與設(shè)計值Nj之比較為合理，故取=0.64， ?=0.00572為計算值。 （3）、計算所需縱向鋼筋的截面積 Ag?r2?0.00572?3.14?6002?6465.89mm2 現(xiàn)選用8?32，Ag?6434mm2，鋼筋布置如圖1.7所示： 混凝土保護(hù)層厚度c?60?

30、31.6?2?44.2mm?30mm,縱向鋼筋間凈距為350mm>251.14mm?80mm 2、對截面進(jìn)行強(qiáng)度復(fù)核 由前面的計算結(jié)果可知： ?eo?300mm，a?60mm，rg?540mm，g=0.9 實際配筋率： ?4Agd2?(4?64.34)(3.14?1202)?0.569% （1）、在垂直于彎矩作用平面內(nèi) 混凝土截面面積 Ab?d2?1.13?106mm2 實際縱向鋼筋截面面積 Ag?6434mm2 則垂直于彎矩作用平面內(nèi)的承載力 Nu?b(RaAho?Rg'Ags) ?1?0.95?(11?1.25?340?.25?11109kN?5093.1kN （2）、在彎矩作用平面內(nèi) ?eo?BRa?D?gRg ARa?C?Rgr?B?11?D?0.00569?0.9?3406600B?1044.684D? 11?A?1.9346C11A?1.9346C 采用圖表法列表計算 由計算表可知，當(dāng)=0.64時，計算得到的偏心距?eo'與設(shè)計值?eo之比較為合理，故取=0.64作為計算值。 在彎矩作用平面內(nèi)的承載力 Nu?RaAr2?RgC?r2 ?11?1.6188?340?0.7373?0.00569?6002 ?5262.2kN?Nj?5093.1kN Mu?RaBr3?RgD?r3