橋臺(tái)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)

橋臺(tái)樁根底設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)路橋073張金輝荷載計(jì)算上部構(gòu)造恒載反力及橋臺(tái)臺(tái)身、根底土重的計(jì)算該局部的計(jì)算列于以下的恒載計(jì)算表中?！矎澗卣?fù)規(guī)定如下：逆時(shí)針?lè)较蛉　?”，順時(shí)針?lè)较蛉　啊薄吃摌蚺_(tái)的側(cè)立面圖、平面圖如圖〔一〕、圖〔二〕所示，在計(jì)算橋臺(tái)混凝土自重時(shí)，將其分為11塊分別進(jìn)行計(jì)算，最后將其求和累加。上部構(gòu)造恒載計(jì)算：上部構(gòu)造恒載=EQ邊梁重量+中梁重量+橋面鋪裝重量=4723.587KN距離承臺(tái)底形心軸的距離=1.48m對(duì)承臺(tái)底形心軸的彎矩為：=-*4723.587*1.48=-3495.454KN·m圖(二)恒載計(jì)算表序號(hào)計(jì)算式豎直力對(duì)基底中心軸偏心彎矩1×××25×2×××××3×××3+1.74〕×254×0.3×××〕×25×5×××3+1.74〕×25×6×××2×25×7×××3+1.74〕×25669.57×8×1××25×1××25133×1××25×1××259××3××252-1-3×=00××3××252-1-3×=00××3××251972-1-3×=00××3××252-1-3×=0010×××4×2517820011×××6×2589100上部恒載××橋臺(tái)土合計(jì)土壓力計(jì)算根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用標(biāo)準(zhǔn)》，取臺(tái)背與填土間的摩擦角δ=。土壓力按臺(tái)背豎直〔ε=0〕，回填土為兩層：0~1.5m采用天然級(jí)配砂礫回填=40°，ε=0，δ==20°，β=0，；下局部采用原土碾壓回填=16°，c=30°，；根據(jù)土壓力相等的概念來(lái)計(jì)算1.5m以下回填土的等效內(nèi)摩擦角：＝H=6.606+1.5+1.37+0.75-1.5=8.726m其中6.606=〔+++〕/4，那么有＝＝o因?yàn)榛靥钔练譃閮蓪?，故將兩層土的重度、?nèi)摩擦角的值按土層厚度進(jìn)行加權(quán)平均，即＝＝＝1.臺(tái)后填土外表無(wú)活載時(shí)的土壓力計(jì)算臺(tái)后填土自重所引起的主動(dòng)土壓力按庫(kù)倫土壓力公式計(jì)算：式中：——墻后填土重度的加權(quán)平均值〔〕；H――土壓力作用的高度；B――土壓力作用的寬度；――庫(kù)倫主動(dòng)土壓力作用系數(shù)；其中＝＝＝故有其水平方向的分力：＝水平方向的分力作用點(diǎn)距離承臺(tái)底面的距離：水平方向土壓力對(duì)承臺(tái)底形心軸的彎矩：在豎直方向的分力：＝＝1184.769kN豎直方向的分力作用點(diǎn)距離承臺(tái)底面的距離：豎直方向土壓力對(duì)承臺(tái)底形心軸的彎矩：2.臺(tái)后填土外表有車(chē)輛荷載時(shí)的土壓力計(jì)算圖〔三〕〔a〕.〔b〕車(chē)輛荷載的立面、平面尺寸圖〔四〕車(chē)輛橫向分布示意圖當(dāng)橋涵設(shè)計(jì)車(chē)道數(shù)大于2時(shí)，有汽車(chē)荷載產(chǎn)生的效應(yīng)應(yīng)按規(guī)定的多車(chē)道折減系數(shù)進(jìn)行折減，查《公路橋涵設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》表4.3.1.1-4可知，橫向布置的車(chē)道數(shù)為3時(shí)，橫向折減系數(shù)取0.78。由汽車(chē)荷載換算的等代均布土層厚度為：式中：――破壞棱體長(zhǎng)度，；H――橋臺(tái)高度；――破壞棱體滑動(dòng)面與水平面之間的夾角；其中====0.452m破裂棱柱體長(zhǎng)度：當(dāng)臺(tái)背為豎直時(shí)，ε=0故=〕×=4.622m在破壞棱體長(zhǎng)度范圍內(nèi)不能完全放一輛重車(chē)，因此按照不利的情況擺放車(chē)輛，只將汽車(chē)的兩個(gè)后軸放置于破壞棱體長(zhǎng)度范圍內(nèi)，如下列圖〔5〕所示：圖〔五〕汽車(chē)荷載：＝3×〔140+140〕＝840kN在破壞棱體范圍內(nèi)汽車(chē)荷載換算的等代均布土層厚度為：：＝＝臺(tái)背在填土連同破壞接體上車(chē)輛荷載作用時(shí)引起的土壓力：在水平方向的分力：作用點(diǎn)與承臺(tái)底面中心的距離：水平方向土壓力對(duì)承臺(tái)底形心軸的彎矩：豎直方向的分力：＝＝×=1273.227kN作用點(diǎn)與承臺(tái)底面的距離：豎直方向土壓力對(duì)基底形心軸的彎矩：3.臺(tái)前溜坡填土自重對(duì)橋臺(tái)前側(cè)面上的主動(dòng)土壓力在計(jì)算時(shí)，以橋臺(tái)前側(cè)邊緣垂線作為假想臺(tái)背，土外表的傾斜度以溜坡坡度為1:1.5，算得β°那么承臺(tái)底邊緣至坡面的垂直距離為:等代內(nèi)摩擦角：＝主動(dòng)土壓力系數(shù)：＝=承臺(tái)底邊緣至坡面的垂直距離為:所以主動(dòng)土壓力為：水平方向的分力作用點(diǎn)與承臺(tái)底面中心的距離：水平方向土壓力對(duì)基地形心軸的彎矩：豎直方向的分力：＝＝156.365kN豎直力與承臺(tái)底面的距離：豎直方向土壓力對(duì)承臺(tái)底形心軸的彎矩：〔三〕支座活載反力計(jì)算1.橋上有活載，臺(tái)后無(wú)汽車(chē)荷載〔1〕汽車(chē)及人群荷載反力在橋上的汽車(chē)荷載布置如下列圖〔6〕所示圖〔六〕車(chē)道荷載支座反力：人群荷載支座反力：支座反力作用點(diǎn)離承臺(tái)底形心軸的距離：對(duì)承臺(tái)底形心軸的彎矩：=(795.612+165)×1.48=1421.705〔2〕汽車(chē)荷載制動(dòng)力車(chē)道荷載的均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)滿布于是結(jié)構(gòu)產(chǎn)生最不利效應(yīng)的同號(hào)影響線上，而集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值只作用于相應(yīng)影響線中一個(gè)最大影響線的峰值處。即圖〔六〕所示跨徑上布滿均布的車(chē)道荷載，而集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值只作用于在左側(cè)的平板橡膠支座上，那么由一個(gè)設(shè)計(jì)車(chē)道上由汽車(chē)產(chǎn)生的制動(dòng)力標(biāo)準(zhǔn)值按《公路橋涵設(shè)計(jì)通用標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的車(chē)道荷載標(biāo)準(zhǔn)值在加載長(zhǎng)度上計(jì)算得總重力的10%計(jì)算，但本設(shè)計(jì)中公路-1級(jí)汽車(chē)荷載的制動(dòng)力標(biāo)準(zhǔn)值不得小于165KN，且同向行駛?cè)?chē)道為一個(gè)設(shè)計(jì)車(chē)道的2.34倍。那么其單車(chē)道制動(dòng)力：×19.46+237.84〕×10%=44.217kN<165KN故取同向行駛?cè)?chē)道上汽車(chē)荷載制動(dòng)力為：×165=386.1KN對(duì)于端部橋臺(tái)設(shè)滑板橡膠支座的簡(jiǎn)支梁橋臺(tái)，應(yīng)計(jì)的制動(dòng)力為：0×386.1=115.83KN〔3〕支座摩阻力支座摩阻力=上部構(gòu)造恒載××f根據(jù)支座類(lèi)型，取f=0.05，那么有××0.05=118.09KN對(duì)承臺(tái)底形心軸的彎矩：支座底到承臺(tái)底的豎直距離h=1.5+6.606+1.1=9.206m×118.06=1087.137KN·m2.橋上有活載，臺(tái)后也有汽車(chē)荷載在橋跨上的汽車(chē)荷載布置如圖〔7〕所示：圖〔七〕將臺(tái)后長(zhǎng)度=4.622m范圍內(nèi)的均布車(chē)道荷載換算成與前面土壓力計(jì)算的填土相同的等代土層厚度，即破裂棱柱體長(zhǎng)度：＝4.622m在破壞棱體范圍內(nèi)布滿車(chē)道均布荷載：＝3×××那么車(chē)道均布荷載轉(zhuǎn)換為等效土層，厚度為：故臺(tái)背在填土連同破壞接體上有車(chē)道均布荷載作用下的引起的土壓力：水在水平方向的分力：作用點(diǎn)與承臺(tái)底面中心的距離：水平方向的分力對(duì)承臺(tái)底形心軸的彎矩：豎直方向的分力：＝＝1200.063kN豎直力作用點(diǎn)與承臺(tái)底面形心軸的距離：豎直方向的力對(duì)承臺(tái)底形心軸的彎矩：荷載組合根據(jù)實(shí)際可能發(fā)生的組合，應(yīng)按五種情形進(jìn)行荷載組合，即：橋上有活載，臺(tái)后無(wú)汽車(chē)荷載；橋上有活載，臺(tái)后也有汽車(chē)荷載；橋上無(wú)活載，臺(tái)后有汽車(chē)荷載。荷載組合根本公式：式中：——承載能力極限狀態(tài)下作用根本組合的效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值；——結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，該橋?yàn)橹袠颍?1；——第i個(gè)永久作用效應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)；——汽車(chē)荷載效應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)；——在作用效應(yīng)組合中除汽車(chē)荷載效應(yīng)外的其它可變作用效應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)；——在作用效應(yīng)組合中除汽車(chē)荷載效應(yīng)外的其它可變作用的組合系數(shù)；橋上有活載，臺(tái)后無(wú)汽車(chē)荷載根本組合：恒載+橋上活載+臺(tái)前土壓力+臺(tái)后土壓力+支座摩阻力第一個(gè)永久作用效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值：上部結(jié)構(gòu)恒載KN·m由于該作用對(duì)結(jié)構(gòu)承載力不利，取=1.2；第二個(gè)永久作用效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值：橋臺(tái)混凝土自重=4945.774，對(duì)結(jié)構(gòu)承載力不利=1.2；=2389.855KN·m，對(duì)結(jié)構(gòu)承載力不利=1.2；第三個(gè)永久作用效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值：橋臺(tái)中土的自重=11947.48KN，對(duì)結(jié)構(gòu)承載力不利=1.2；=2844.47KN·m，對(duì)結(jié)構(gòu)承載力不利=1.2；第四個(gè)永久作用效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值：臺(tái)前土壓力〔水平力方向以臺(tái)前指向臺(tái)后為正〕=156.365，對(duì)結(jié)構(gòu)承載力不利；=249.165KN，對(duì)結(jié)構(gòu)承載力不利；=486.619KN·m，對(duì)結(jié)構(gòu)承載力不利；=-422.184KN·m，對(duì)結(jié)構(gòu)承載力有利=1.0；第五個(gè)永久作用效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值：臺(tái)后土壓力=1184，769KN，對(duì)結(jié)構(gòu)承載力不利；=-2833.948KN，對(duì)結(jié)構(gòu)承載力有利=1.0；=-9659.984KN·m，對(duì)結(jié)構(gòu)承載力有利=1.0；=3198.876KN·m，對(duì)結(jié)構(gòu)承載力不利=1.4；汽車(chē)荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值〔可變作用〕=795.612KN，=1.4；1.48=1177.506KN·m，=1.4；人群荷載〔可變作用〕：=165KN，=1.4；=1651.48=244.2KN·m，=1.4；支座摩阻力〔可變作用〕：=118.09KN，=1.4；9.206=1087.137KN·m，=1.4；除汽車(chē)荷載外，尚有兩種可變作用參與組合時(shí)，其組合系數(shù)=0.70.綜上豎直力××××1184.769+××795.612=26282.302kN水平力××××0.8=-2352.856kN彎矩×〔3495.454+2389.855+2844.470〕×.0×+×××1.4)×××=8506.478橋上有活載，臺(tái)后也有汽車(chē)荷載根本組合：恒載+橋上活載+臺(tái)前土壓力+臺(tái)后有車(chē)道均布荷載時(shí)的土壓力+支座摩阻力第一個(gè)永久作用效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值：上部結(jié)構(gòu)恒載=+3495.454KN·m由于該作用對(duì)結(jié)構(gòu)承載力不利，取=1.2；第二個(gè)永久作用效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值：橋臺(tái)混凝土自重=4945.774，對(duì)結(jié)構(gòu)承載力不利=1.2；=2389.855KN·m，對(duì)結(jié)構(gòu)承載力不利=1.2；第三個(gè)永久作用效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值：橋臺(tái)中土的自重=11947.48KN，對(duì)結(jié)構(gòu)承載力不利=1.2；=2844.47KN·m，對(duì)結(jié)構(gòu)承載力不利=1.2；第四個(gè)永久作用效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值：臺(tái)前土壓力=156.365，對(duì)結(jié)構(gòu)承載力不利=1.4；=249.165KN，對(duì)結(jié)構(gòu)承載力不利=1.4；=486.619KN·m，對(duì)結(jié)構(gòu)承載力不利=1.4；=-422.184KN·m，對(duì)結(jié)構(gòu)承載力有利=1.0；汽車(chē)荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值〔可變作用〕=795.612KN，=1.4；1.48=1177.506KN·m，=1.4；人群荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值〔可變作用〕：=165KN，=1.4；=1651.48=244.2KN·m，=1.4；支座摩阻力〔可變作用〕：=118.09KN，=1.4；9.206=1087.137KN·m，=1.4；臺(tái)后有車(chē)道均布荷載時(shí)的土壓力效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值(可變作用)：=1200.063KN，=1.4；=-2870.532KN，=1.4；=-9845.925+3240.171=-6605.754KN·m，=1.4；除汽車(chē)荷載外，尚有兩種可變作用參與組合時(shí)，其組合系數(shù)=0.70.綜上豎直力×〔4945.774+11947.48+2361.794〕+〔××1200.063〕×××=kN水平力×+1.4×9-××kN彎矩××××××)××=7952.816橋上無(wú)活載，臺(tái)后有汽車(chē)荷載根本組合：恒載+臺(tái)前土壓力+臺(tái)后有車(chē)輛荷載時(shí)的土壓力+支座摩阻力第一個(gè)永久作用效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值：上部結(jié)構(gòu)恒載=+3495.454KN·m由于該作用對(duì)結(jié)構(gòu)承載力不利，取=1.2；第二個(gè)永久作用效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值：橋臺(tái)混凝土自重=4945.774，對(duì)結(jié)構(gòu)承載力不利=1.2；=2389.855KN·m，對(duì)結(jié)構(gòu)承載力不利=1.2；第三個(gè)永久作用效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值：橋臺(tái)中土的自重=11947.48KN，對(duì)結(jié)構(gòu)承載力不利=1.2；=2844.47KN·m，對(duì)結(jié)構(gòu)承載力不利=1.2；第四個(gè)永久作用效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值：臺(tái)前土壓力=156.365，對(duì)結(jié)構(gòu)承載力不利=1.4；=249.165KN，對(duì)結(jié)構(gòu)承載力不利=1.4；=486.619KN·m，對(duì)結(jié)構(gòu)承載力不利=1.4；=-422.184KN·m，對(duì)結(jié)構(gòu)承載力有利=1.0；臺(tái)后有汽車(chē)荷載時(shí)的土壓力效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值〔可變作用〕：=1273.227KN，=1.4；·m，=1.4；=-3045.538KN，=1.4；支座摩阻力〔可變作用〕：=118.09KN，=1.4；9.206=1087.137KN·m，=1.4；綜上，豎直力×〔4945.774+11947.48+2361.794〕××1273.227+×=kN水平力×.4××1.4=-kN彎矩××1.4+〔1.4××7301.713〕××=對(duì)于實(shí)體式埋置式橋臺(tái)不計(jì)汽車(chē)荷載的沖擊力。同時(shí)從以上對(duì)制動(dòng)力和支座摩阻力的計(jì)算結(jié)果說(shuō)明，支座摩阻力大于制動(dòng)力。因此，在根本組合中，以支座摩阻力作為控制設(shè)計(jì)。荷載組合表荷載組合豎向力(KN)水平力(KN)彎矩〔kN.m〕〔一〕〔二〕〔三〕由上表可知第1組為最不利組合，即有H=(KN)N=(KN)M=〔kN.m〕多排樁計(jì)算1.樁的計(jì)算寬度根據(jù)地基的土質(zhì)情況，假定樁長(zhǎng)h=22m，即樁底放置在密實(shí)的礫類(lèi)土中。樁的直徑d=1.20m。查教材表4—3得形狀換算系數(shù)=0.9；受力換算系數(shù)：；樁間的相互影響系數(shù)：沿水平力H作用方向上的樁間凈距L1=2.0m，樁在地面下的計(jì)算深度=3〔d+1〕=3×〔1.2+1〕=6.6<h=22m，那么有×6.6=3.96>L1=2.0m，一排中有四根樁，即n=4，當(dāng)n4時(shí)，取，故那么樁的計(jì)算寬度×××=1.441m且n=4×1.441=5.765m<×3+1.2+1=18.7m，并且2b；2.計(jì)算地基系數(shù)隨深度變化的比例系數(shù)m：，將地面以下深度內(nèi)的土層，根據(jù)換算前后地基系數(shù)圖形面積在深度內(nèi)相等的原那么，換算成為一個(gè)當(dāng)量的m值，作為整個(gè)深度的m值。即查《根底工程》教材表4-1得，在0——3.9m的范圍內(nèi)，取m=12=6.307<22m，屬于彈性樁，按彈性樁計(jì)算.4.計(jì)算樁頂剛度系數(shù)樁露出地面長(zhǎng)m；樁的埋置深度；鉆挖孔樁采用；樁的橫截面積；樁底平面的地基土豎向地基系數(shù)=將地面以下各層土的重度，內(nèi)摩擦角值按土層厚度進(jìn)行加權(quán)平均，即＝＝＝樁底平面處地基沉降計(jì)算，假定外力界樁側(cè)土的摩阻力和樁身作用，自地面以/4角擴(kuò)散至樁底平面處的面積上，那么有又以相鄰樁底面中心距為直徑所得到的面積為：故取所以：查附表17.18.19得所以5．計(jì)算承臺(tái)底面中心處的位移、、6．計(jì)算各樁樁頂所受作用力、、豎向力水平力:=彎矩校核：4×()=N=26282.302KNEQ軸向力=-KNmQI=KN=KN8.按土的支承力確定單樁軸向允許承載力〔經(jīng)驗(yàn)公式法〕單樁軸向允許承載力：其中：?jiǎn)螛蹲畲蟪休d力，取KnG:為整個(gè)樁重，取G=2522，那么有采用旋挖鉆進(jìn)成孔，那么U=；第一層土為粉性黃土；第二層土為中密砂礫第三層土為細(xì)實(shí)砂礫由于，且裝底部不透水，那么那么取由于基底為密實(shí)砂礫，那么查表有h=22m代入有：kN即有該單樁的軸向承載力滿足要求。9．樁的內(nèi)力及位移計(jì)算〔1〕樁身最大彎矩位置及最大彎矩計(jì)算計(jì)算樁頂以下深度Z處樁截面上的彎矩MZ內(nèi)力匯總表=a(kn.m)00000．80.614130.40658150.443340.2426212.80.269960.1197910.136150.05099圖〔八〕由圖〔八〕可知，〔2〕配筋計(jì)算及樁身材料截面強(qiáng)度驗(yàn)算最大彎矩最大彎矩所在位置是樁頂。樁在受到外荷載的作用下，可將其視為一偏心受壓構(gòu)件，認(rèn)為桿件兩端均為不移動(dòng)鉸。取計(jì)算長(zhǎng)度。采用C20混凝土，HRB335鋼筋，，，。計(jì)算偏心距增大系數(shù)：長(zhǎng)細(xì)比，應(yīng)考慮縱向彎曲對(duì)偏心距的影響；截面的有效高度那么偏心距增大系數(shù)為故；計(jì)算受壓高度系數(shù)：受壓區(qū)高度系數(shù)ξξABCD1.905324由計(jì)算表可知，當(dāng)ξ時(shí)，計(jì)算縱向力與設(shè)計(jì)值之比擬為合理，故取ξ，以為計(jì)算值。計(jì)算所需縱向鋼筋的截面積：現(xiàn)選用8根32，實(shí)際，鋼筋布置如圖1.7所示：圖〔八〕鋼筋布置示意圖〔單位mm〕混凝土保護(hù)層厚度,縱向鋼筋間凈距為471〔3〕樁頂?shù)乃轿灰乞?yàn)算：查附表1，得查附表5，得〔1〕樁頂處的局部受壓驗(yàn)算式中：——承臺(tái)內(nèi)一根承受的最大計(jì)算軸向力kN，其中結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)；只有人群荷載參與組合時(shí)，荷載組合系數(shù)??；結(jié)構(gòu)平安系數(shù)；那么有——材料平安系數(shù)，對(duì)于混凝土取=1.54；——局部承壓時(shí)提高系數(shù)，；——局部受壓時(shí)計(jì)算面積，局部受壓面積邊緣至靠近的構(gòu)件邊緣〔又稱(chēng)臨空面〕的最小距離，所以沿各邊向外擴(kuò)大的有效距離為0.5m，所以——承臺(tái)內(nèi)基樁樁頂橫截面的面積，；所以，=；那么有