【鐵路橋梁樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)5600字（論文）】

鐵路橋梁樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)摘要鉆孔樁基礎(chǔ)在高速鐵路橋梁設(shè)計(jì)中得以廣泛運(yùn)用。樁基礎(chǔ)類型的選擇及設(shè)計(jì)多受地質(zhì)、墩臺(tái)類型等影響，制約因素多，尤其是應(yīng)用于高速鐵路設(shè)計(jì)時(shí)，其承載性能直接關(guān)系到高速鐵路的舒適度以及運(yùn)營安全。本文通過對(duì)項(xiàng)目工程場地巖土勘察報(bào)告和樁基設(shè)計(jì)規(guī)范，進(jìn)行了承臺(tái)沖切驗(yàn)算、受剪驗(yàn)算、受彎計(jì)算，對(duì)樁基礎(chǔ)整體進(jìn)行沉降計(jì)算，并對(duì)樁身計(jì)算配筋，保證該設(shè)計(jì)方案的穩(wěn)定性和安全性，防止對(duì)上部結(jié)構(gòu)造成不利影響。根據(jù)在實(shí)際工作中的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，從山東某鐵路客運(yùn)專線樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求入手，在樁基礎(chǔ)類型選擇、樁長擬定、單樁承載力確定這幾個(gè)方面闡述了高速鐵路樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，對(duì)其他高速鐵路樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)具有一定的參考借鑒和指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：鐵路橋梁；樁基礎(chǔ)類型；樁長；承載力目錄摘要 I1、樁基礎(chǔ)概述 11.1樁基礎(chǔ)概念 11.2樁基礎(chǔ)特點(diǎn) 11.3樁基礎(chǔ)的用途 12、某鐵路橋梁樁基項(xiàng)目設(shè)計(jì)分析 22.1工程概況 22.2工程設(shè)計(jì)實(shí)測資料 23、樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 33.1樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù) 33.2樁的幾何尺寸以及承臺(tái)埋深的確定 33.3單樁承載力的確定 33.3.1確定樁身材料 33.3.2確定單樁承載力 43.4邊柱樁基礎(chǔ)的計(jì)算 43.4.1確定樁數(shù)與布樁 43.4.2單樁豎向承載力驗(yàn)算 63.4.3承臺(tái)抗沖切驗(yàn)算 73.4.4承臺(tái)受剪計(jì)算 83.4.5承臺(tái)受彎計(jì)算 93.5中柱樁基礎(chǔ)的計(jì)算 103.5.1確定樁數(shù)與布樁 103.5.2單樁承載力驗(yàn)算 103.5.3承臺(tái)抗沖切驗(yàn)算 113.5.4承臺(tái)受剪計(jì)算 123.5.5承臺(tái)受彎計(jì)算 133.6柱下樁基礎(chǔ)沉降計(jì)算 14總結(jié) 15參考文獻(xiàn) 16附錄 161、樁基礎(chǔ)概述1.1樁基礎(chǔ)概念樁基礎(chǔ)是一種承載性能高、穩(wěn)定性好、沉降及差異變形小、沉降穩(wěn)定快、抗震能力強(qiáng)以及能適應(yīng)各種復(fù)雜地質(zhì)條件且適用范圍廣的基礎(chǔ)型式。在高聳及高重建筑、建筑橋梁、港口碼頭護(hù)岸工程、近海鉆采平臺(tái)結(jié)構(gòu)、支擋結(jié)構(gòu)以及抗震等工程中得到愈來愈廣泛的應(yīng)用，用于承受豎向抗壓荷載以及側(cè)向風(fēng)力、波浪力、土壓力、地震力、車輛制動(dòng)力和豎向抗拔力。樁的作用就是將上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞到深部較堅(jiān)硬、壓塑性小的土層或巖層上，從而保證建筑物滿足地基穩(wěn)定和變形允許值的要求。樁基礎(chǔ)由樁和承臺(tái)兩部分組成。絕大多數(shù)樁基的樁數(shù)不止一根，樁群有承臺(tái)在上部聯(lián)接成一個(gè)整體，建筑物的荷載通過承臺(tái)分配給各根樁，樁群再把荷載傳給地基。樁基一般承受豎向荷載，還可承受一定的水平荷載，有專門承受上拔力，因此樁基運(yùn)用十分廣泛。1.2樁基礎(chǔ)特點(diǎn)與天然地基上的淺基礎(chǔ)相比較，包括樁基礎(chǔ)在內(nèi)的深基礎(chǔ)至少有三個(gè)特點(diǎn)：（1）在設(shè)計(jì)上，深基礎(chǔ)應(yīng)采用特定的設(shè)計(jì)機(jī)械或手段，吧基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)植入深部較好土層中；（2）從傳力特點(diǎn)看，深基礎(chǔ)的入土深度（樁長l）與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的寬帶（樁徑d）的比值—長徑比l/d較大，因此在決定深基礎(chǔ)的承載力時(shí)，基礎(chǔ)側(cè)面的摩阻支撐力，不但不能忽略，有時(shí)甚至其主要作用；（3）淺基礎(chǔ)下的地基可能有不同的破壞模式，但在深基礎(chǔ)下卻往往只發(fā)生刺入（即沖切）剪切破壞。1.3樁基礎(chǔ)的用途基礎(chǔ)設(shè)計(jì)常進(jìn)行多種方案遴選，下列情況下往往適宜采用樁基礎(chǔ)：（1）高重建筑物下的天然地基承載力與變形不能滿足要求；（2）地基軟弱，而采用地基加固處理措施，技術(shù)上不可行或經(jīng)濟(jì)上不合理；（3）地基軟硬不均勻或荷載分布不均勻，天然地基上不能滿足結(jié)構(gòu)物對(duì)差異沉降限制的要求；（4）地基土性不穩(wěn)定，如液化土、濕陷性黃土、季節(jié)性凍土、膨脹土等，需要采用樁基礎(chǔ)將荷載傳至深部穩(wěn)定土層中；（5）建筑物受相鄰建筑物或地面堆載影響，采用淺基礎(chǔ)將會(huì)產(chǎn)生過量沉降或傾斜；（6）需要抵抗上拔力或傾覆力的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，如地下水位以下的受上浮力的作用筏基或箱基應(yīng)采用樁筏或樁箱基礎(chǔ)；（7）振動(dòng)機(jī)器的基礎(chǔ)，采用樁基礎(chǔ)可提高機(jī)器基礎(chǔ)下地基的剛度，以控制震動(dòng)的振幅和系統(tǒng)自振頻率；（8）橋墩存在潛在沖刷危險(xiǎn)，采用樁基礎(chǔ)并深入沖刷線以下，可以提高安全度。2、某鐵路橋梁樁基項(xiàng)目設(shè)計(jì)分析2.1工程概況鐵路橋梁樁基項(xiàng)目位于山東區(qū)北地塊內(nèi)。設(shè)計(jì)合理使用年限50年；地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)：乙級(jí)。結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)：低級(jí)安全等級(jí)為二級(jí)：樁基設(shè)計(jì)等級(jí)為乙級(jí)。靜壓預(yù)制樁，樁斷面為0.25m×0.25m，樁長為21.0m(不含樁尖)，主筋采用4Ф14，單樁設(shè)計(jì)承載力為450KN，混凝土等級(jí)為C35，樁端持力層為細(xì)砂層，設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高為-1.4m。場地地下水位埋深0.9至1.17之間，相應(yīng)標(biāo)高3.15至3.40之間，豐水期（5到8月），枯水期（1到2月），水位變化1.0m。場地內(nèi)水對(duì)基礎(chǔ)混凝土有微腐蝕性，當(dāng)水位交替時(shí)，對(duì)混凝土中鋼筋有弱腐蝕性，地下水位對(duì)鋼結(jié)構(gòu)有弱腐蝕性。表1土重度γ表層號(hào)土層名稱一般層底埋藏度(m)厚度（m）土重度γ(kPa/m)①填土1.31.318.2②褐黃一灰黃色粉質(zhì)粘土3.32.017.8③灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土4.61.317.6④灰色砂質(zhì)粉土夾粉質(zhì)粘土5.91.317.3⑤粉砂夾粉土115.117.32.2工程設(shè)計(jì)實(shí)測資料由于基本建設(shè)和樁基技術(shù)的快速發(fā)展，經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)保、簡便的靜壓預(yù)制樁加固地基技術(shù)工藝日益為大家所接受和采用。表2單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)結(jié)果樁號(hào)樁長（m）樁徑（㎜）最大試驗(yàn)荷載（KN）最大試驗(yàn)荷載下樁頂沉降（㎜）殘余變形（㎜）單樁豎向極限承載力（KN）極限承載力下樁頂沉降（㎜）49#11.04φ50038409.792.27不小于384099#8.30φ50038409.602.40不小于3840169#14.84φ500384010.451.63不小于3840216#24.38φ500384021.444.78不小于3840本工程地質(zhì)條件較差，場地埋深15.0m以上大都為軟土層，含水率較高，基本為流塑性土，壓縮性高，且④-1飽和砂(粉)土、⑤粉砂夾粉土為中等液化土，表層土地基承載力僅為2-3t/m2，為防止樁機(jī)沉陷、跑偏，增大地基受力面積[[]賈文.談鉆孔灌注樁斷樁現(xiàn)象的防治與處理措施[J].山西建筑.2014(03)][]賈文.談鉆孔灌注樁斷樁現(xiàn)象的防治與處理措施[J].山西建筑.2014(03)3、樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)3.1樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)根據(jù)巖土勘察報(bào)告，鉆孔灌注樁的樁側(cè)土摩阻力特征值和樁端阻力特征值如下表3樁基設(shè)計(jì)參數(shù)建議值表地層名稱鉆孔灌注樁（kPa）（kPa）5＜H≤15③淤泥質(zhì)粘土10④粉質(zhì)粘土30⑤強(qiáng)風(fēng)化泥巖50⑥中風(fēng)化泥巖15022003.2樁的幾何尺寸以及承臺(tái)埋深的確定本文樁基礎(chǔ)為柱下樁基礎(chǔ)，由于中柱和邊柱荷重不同，樁基礎(chǔ)共分兩種：四樁正方形承臺(tái)樁基礎(chǔ)和六樁矩形承臺(tái)樁基礎(chǔ)。根據(jù)上部荷載初步選擇樁徑為600mm，樁端進(jìn)入中風(fēng)化泥巖層5.5m，承臺(tái)底面埋深為2.5m。3.3單樁承載力的確定3.3.1確定樁身材料樁型：鋼筋混凝土鉆孔灌注樁樁徑：600mm樁長：15.5m樁身混凝土強(qiáng)度：C35主筋：HRB335箍筋：HPB300混凝土保護(hù)層厚度：50mm3.3.2確定單樁承載力樁身穿越的土層及在其中的長度和土層提供的摩阻力見表4所示樁端阻力：=2200kN/m2表4樁身穿越的土層及在其中的長度和土層提供的摩阻力土層雜填土淤泥質(zhì)粘土粉質(zhì)粘土強(qiáng)風(fēng)化泥巖中風(fēng)化泥巖長度（m）3.34.74.10.4u摩阻力(N/m2)103050150=1.884(10×4.7+30×4.1+50×0.4+5.5×150)=1912.3kN=2200×0.2826=621.7kN式中—單樁總極限側(cè)阻力—單樁總極限端阻力假設(shè)先不考慮承臺(tái)效應(yīng)，按照非復(fù)合樁基設(shè)計(jì)計(jì)算：即其中為基礎(chǔ)寬度，L為基礎(chǔ)長度查表可得：==1.70，則：=1521.6kN3.4邊柱樁基礎(chǔ)的計(jì)算3.4.1確定樁數(shù)與布樁按荷載效應(yīng)基本組合，則承臺(tái)及其上土重設(shè)計(jì)值為G=3×3×20×2.0×1.35=486kN則樁數(shù)：n≥（F+G）/R=（4800+486）/1521.6=3.5，取n=4。樁中心距為sa=3d=1800mm，橋墩及承臺(tái)尺寸示意圖1。承臺(tái)底面布樁圖見圖2。圖1橋墩及承臺(tái)尺寸示意圖圖2四樁承臺(tái)底面布樁圖3.4.2單樁豎向承載力驗(yàn)算（1）單樁所受的平均豎向作用力為：N=(F+G)/n=（4800+486）/4=1321.5kN1.0×1321.5=1321.5kN﹤R=1521.6kN故基樁豎向承載力滿足要求。（2）樁配筋驗(yàn)算根據(jù)下式計(jì)算：式中：—鋼筋的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；—軸向力設(shè)計(jì)值；—鋼筋混凝土構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)；—構(gòu)件的截面面積；—混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；—全部縱向受壓鋼筋截面面積。其中：=16.7N/mm2，=300N/mm2，A=3.14×300×300=282600mml/b=15.5/0.6=25.83，=0.545，N=1321.5kN—6750.7mm2由于HRB335鋼筋的最小配筋率為0.60﹪=0.60﹪A=0.60﹪×282600=1564.8mm2選配8B16（實(shí)配=1608mm2）并選配螺旋筋A(yù)8@100/200，環(huán)箍B14@2000。3.4.3承臺(tái)抗沖切驗(yàn)算取承臺(tái)厚1.25m，取鋼筋混凝土保護(hù)層厚50mm，則=1.2m。（1）柱對(duì)承臺(tái)的沖切驗(yàn)算根據(jù)下式計(jì)算：式中：—建筑樁基重要性系數(shù)；—作用于沖切破壞錐體上的沖切力設(shè)計(jì)值（kN），數(shù)值上等于作用于柱底的豎向荷載設(shè)計(jì)值F減去沖切破壞錐體范圍內(nèi)各基樁的凈反力設(shè)計(jì)值之和；，—由式求取，其中應(yīng)取：；，—柱截面長、短邊尺寸(m)；，—自柱短、長邊到最近樁邊的水平距離（m）。式中：；承臺(tái)選用C35混凝土，則；則上式右=2×2×1.35×0.8×1.57×103kN；=1.0×4800=4800kN﹤6782.4kN故承臺(tái)受柱沖切承載力滿足要求。（2）角樁沖切驗(yàn)算根據(jù)下式計(jì)算：，式中：—建筑樁基重要性系數(shù)；—角樁豎向凈反力設(shè)計(jì)值（kN）；，—角樁的沖切系數(shù)，由求得，其中：；，—從角樁內(nèi)邊緣至承臺(tái)外邊緣的距離；，—從承臺(tái)底角樁內(nèi)邊緣引45度沖切線與承臺(tái)頂面相交點(diǎn)至角樁內(nèi)邊緣的水平距離；—承臺(tái)外邊緣的有效高度。式中：==0.9m；==0.4m；=1.2m；；==0.48/（1/3+0.2）=0.9；=1321.5kN則上式右=2×0.9×（0.4+0.4/2）×1.2×1.57×103=1.0×1321.5=1321.5kN﹤2034.7kN故承臺(tái)受角樁沖切承載力滿足要求。圖3四樁承臺(tái)受沖切驗(yàn)算3.4.4承臺(tái)受剪計(jì)算根據(jù)下式計(jì)算：式中：V—斜截面的最大剪力設(shè)計(jì)值；—混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；—承臺(tái)計(jì)算截面處的計(jì)算寬帶；—剪切系數(shù)，當(dāng)0.3≤λ﹤1.4時(shí)，；當(dāng)時(shí)，；—計(jì)算截面的剪跨比，。當(dāng)﹤0.3時(shí)取=0.3；當(dāng)﹥3.0,時(shí)取=3.0。式中：因λ﹥0.3，=0.19=1×2×1321.5=2643kN=0.19×16700×3.0×1.2=11422.8kN﹥2643kN故承臺(tái)受剪承載力滿足要求。3.4.5承臺(tái)受彎計(jì)算各樁對(duì)x軸、y軸的彎矩：式中：—承臺(tái)受力鋼筋的面積；—鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；—計(jì)算系數(shù)，當(dāng)混凝土強(qiáng)度不超過C50時(shí)，取=1.0，當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C80時(shí)，取=0.94，其間按線性內(nèi)插法確定；X—等效矩形應(yīng)力圖形的混凝土受壓區(qū)高度；—相對(duì)界限受壓區(qū)高度；—計(jì)算系數(shù)，當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不超過C50時(shí)，取=0.8，當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C80時(shí)，取=0.74，其間按線性內(nèi)插法確定；—鋼筋彈性模量；—非均勻受壓時(shí)的混凝土極限壓應(yīng)變，當(dāng)計(jì)算的值大于0.0033時(shí)，取=0.0033；—混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。承臺(tái)選用C35混凝土，故=1.0，=0.8，，=35；配筋選用HRB335級(jí)鋼筋，=300，=2.0×。=0.00345﹥0.0033，取=0.0033；=0.55；=0.55×1200=660.0mm承臺(tái)選用25?22，間距100mm，則實(shí)用鋼筋=9502.53.5中柱樁基礎(chǔ)的計(jì)算3.5.1確定樁數(shù)與布樁按荷載效應(yīng)基本組合，則承臺(tái)及其上土重設(shè)計(jì)值為G=3×3×20×2.0×1.35=486kN則樁數(shù)：n≥（F+G）/R=（7200+486）/1521.6=5.05（根），則n=6樁的布置按矩形排列，樁中心距Sa=3d=1800mm3.5.2單樁承載力驗(yàn)算（1）單樁所受的平均豎向作用力為：N=(F+G)/n=（7200+486）/6=1281kN1.0×1281=1281kN﹤1521.6kN故基樁豎向承載力滿足要求。圖4四樁承臺(tái)底面布置圖（5）樁配筋驗(yàn)算根據(jù)下式計(jì)算：式中：—鋼筋的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；—軸向力設(shè)計(jì)值；—鋼筋混凝土構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)；—構(gòu)件的截面面積；—混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；—全部縱向受壓鋼筋截面面積其中：=16.7N/mm2，=300N/mm2，A=3.14×300×300=282600mml/b=15.5/0.6=25.83，=0.545，N=1281kN—7025.9mm2由于HRB335鋼筋的最小配筋率為0.60﹪=0.60﹪A=0.60﹪×282600=1564.8mm2選配8B16（實(shí)配=1608mm2）并選配螺旋筋A(yù)8@100/200，環(huán)箍B14@2000。3.5.3承臺(tái)抗沖切驗(yàn)算（1）柱對(duì)承臺(tái)的沖切驗(yàn)算根據(jù)下式計(jì)算：式中：—建筑樁基重要性系數(shù)；—作用于沖切破壞錐體上的沖切力設(shè)計(jì)值（kN），數(shù)值上等于作用于柱底的豎向荷載設(shè)計(jì)值F減去沖切破壞錐體范圍內(nèi)各基樁的凈反力設(shè)計(jì)值之和；，——由式求取，其中應(yīng)?。?；，—柱截面長、短邊尺寸(m)；，—自柱短、長邊到最近樁邊的水平距離（m）。式中：；承臺(tái)選用C35混凝土，則；則上式右=2【1.35×(0.4+1.3)+0.56×(0.4+0.4)】×1570×1.2=10335.6kN=1.0×7200=7200kN﹤10335.6kN（2）角樁沖切驗(yàn)算根據(jù)下式計(jì)算：式中：—建筑樁基重要性系數(shù)；—角樁豎向凈反力設(shè)計(jì)值（kN）；，—角樁的沖切系數(shù)，由求得，其中：；，—從角樁內(nèi)邊緣至承臺(tái)外邊緣的距離；，—從承臺(tái)底角樁內(nèi)邊緣引45度沖切線與承臺(tái)頂面相交點(diǎn)至角樁內(nèi)邊緣的水平距離；—承臺(tái)外邊緣的有效高度。式中：==0.9m；=1.3m；=0.4m；=1.2m；則上式右=【0.8×（0.9+1.3/2）+0.32×（0.9+0.4/2）】×1570×1.2=2999.3kN。=1.0×1281=1281kN﹤2999.3kN。故承臺(tái)受角樁沖切承載力滿足要求。圖5六樁承臺(tái)受沖切驗(yàn)算3.5.4承臺(tái)受剪計(jì)算根據(jù)下式計(jì)算：式中：V—斜截面的最大剪力設(shè)計(jì)值；—混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；—承臺(tái)計(jì)算截面處的計(jì)算寬帶：—剪切系數(shù)，當(dāng)0.3≤λ﹤1.4時(shí)，；當(dāng)時(shí)，；—計(jì)算截面的剪跨比，。當(dāng)﹤0.3時(shí)取=0.3；當(dāng)﹥3.0,時(shí)取=3.0。3.5.5承臺(tái)受彎計(jì)算各樁對(duì)x、y軸的彎矩：式中：—承臺(tái)受力鋼筋的面積；—鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；—計(jì)算系數(shù)，當(dāng)混凝土強(qiáng)度不超過C50時(shí)，取=1.0，當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C80時(shí)，取=0.94，其間按線性內(nèi)插法確定；X—等效矩形應(yīng)力圖形的混凝土受壓區(qū)高度；—相對(duì)界限受壓區(qū)高度；—計(jì)算系數(shù)，當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不超過C50時(shí)，取=0.8，當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C80時(shí)，取=0.74，其間按線性內(nèi)插法確定；—鋼筋彈性模量；—非均勻受壓時(shí)的混凝土極限壓應(yīng)變，當(dāng)計(jì)算的值大于0.0033時(shí)，取=0.0033；—混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。承臺(tái)選用C35混凝土，故=1.0，=0.8，，=35；配筋選用HRB335級(jí)鋼筋，=300，=2.0×。=0.00345﹥0.0033，取=0.0033；=0.55；=0.55×1200=660.0mm沿x軸方向選用43?20，間距100mm，則實(shí)用鋼筋=13510.6沿y軸方向選用29?28，間距100mm，則實(shí)用鋼筋=17858.23.6柱下樁基礎(chǔ)沉降計(jì)算邊柱樁基沉降計(jì)算如下：基底壓力：P=F/A=4800/3*3=533.3kPaZ/B=0，l/b=1，查表得KC=0.254×0.25×533.3=533.3kPa取沉降計(jì)算深度Z=5.0m，在此深度內(nèi)只有一層土：中風(fēng)化泥巖由于Z/B=2.5，l/b=1，查表得=0.1788樁基的最終沉降量：式中：—樁基沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；—樁基等效沉降系數(shù)；式中：=1.0，=0.063，=1.500，=7.822，=2=0.17S