基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)鐵路橋梁高承臺樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

1、基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)鐵路橋梁高承臺樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)一、收集設(shè)計(jì)資料 某單線橋位于直線上，沖刷線以下的河床上部為厚度很大的中密孵石層，其容重=2000kn，內(nèi)摩擦角=38º，地基的基本承載力0=900kpa。局部沖刷線標(biāo)高為19.200m，承臺底與水位線平齊，設(shè)計(jì)標(biāo)高為26.800 m。采用鉆孔灌注樁施工，樁基直徑為1.01.8 m。設(shè)計(jì)時(shí)，樁側(cè)土極限摩阻力f=180kpa，橫向地基系數(shù)的比例系數(shù)m=80mn/m4?；鶚痘炷敛捎胏30，其受壓彈性模量eh=2.65×107kpa。2、 設(shè)計(jì)荷載該橋墩由主力加附加力雙孔活載控制樁基設(shè)計(jì)。作用于承臺底面的豎向力：n=2000kn、水平力h

2、=400kn，力矩m=6900knm。三、基樁選擇1. 基樁類型與尺寸（1） 基樁類型鉆孔灌注樁根據(jù)設(shè)計(jì)資料知：考慮擠土效應(yīng)和基樁的強(qiáng)度、剛度，選擇灌注樁。而沖刷線以下的河床上部為厚度很大的中密孵石層，有含水層，不宜采用人工挖空樁，考慮經(jīng)濟(jì)因素，采用鉆孔灌注樁。在樁位就地鉆孔，成孔后將鋼筋籠置入孔內(nèi)灌注混凝土而成樁。（2）基樁尺寸1.25×（7.6+12.4）本設(shè)計(jì)中沖刷線以下的河床上部為厚度很大的中密孵石層，承載力高，可作為持力層，從承臺底面到局部沖刷線長度為7.6m，故上部樁長取7.6m，總樁長不妨取為為20m，樁地標(biāo)高6.8m處。故基樁尺寸為：樁長取為20m，上部長度7.6m,

3、下部長度為12.4m；樁徑1.25m。（3）混凝土等級 基樁采用c30混凝土，承臺采用c25。2. 基樁數(shù)量按雙孔重載估算樁數(shù) ：式中：µ為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，橋梁樁基采用1.31.8。（1） 計(jì)算單樁容許承載力式中: 樁底面積，此處為 樁底支撐力折減系數(shù)，按規(guī)范6.2.2-6，取 樁身截面周長，（按旋轉(zhuǎn)錐計(jì)算） 極限摩阻力， 土層厚度， 樁底地基土的容許承載力，按公式式中：地基基本承載力， 由鐵路橋涵規(guī)范4.1.3，取， 根據(jù)規(guī)范4.2.2，主力加附加力時(shí)，可以把地基容許承載力提高20% （2） 確定樁數(shù)n暫取，驗(yàn)算后在做必要調(diào)整。3.基樁布置根據(jù)鐵路橋涵規(guī)范6.3.2，鉆孔灌注樁的中心距不

4、應(yīng)小于2.5倍成孔樁徑；各類樁的承臺板邊緣至最外一排樁的凈距，當(dāng)樁徑時(shí)，不得小于，且不得小于0.5m。根據(jù)承臺及以上布樁原則，基樁的布置圖如下：圖1 基樁布置圖4、 每根樁頂內(nèi)力計(jì)算1.單樁的計(jì)算寬度b0形狀換算系數(shù) 圓形截面，=0.9；受力換算系數(shù) 樁間相互影響系數(shù) 故， 單樁計(jì)算寬度 2. 樁的變形系數(shù)樁的抗彎剛度：基礎(chǔ)的變形系數(shù)：樁的入土深度：可見，此樁按彈性樁計(jì)算。3. 單樁樁頂剛度（1）軸向剛度系數(shù) 該樁為鉆孔灌注樁，故。 ，由公式大于樁間中心距4m， 故， 取則，（2）軸向剛度系數(shù)、按式6-57計(jì)算，由表6-15可知： 4. 承臺剛度系數(shù)與承臺底面形心處位移計(jì)算按公式6-63計(jì)算各

5、反力和反力矩 按公式6-62計(jì)算b, a, 5.樁頂內(nèi)力計(jì)算 按公式6-64計(jì)算。 分別以代入第一式，可以求得樁頂?shù)淖畲蠛妥钚≥S向力： = 此外, 校核：五、局部沖刷線處樁身的橫向位移和轉(zhuǎn)角因樁下端在土層內(nèi)，且，故和可利用式6-38和6-39計(jì)算，即其中 系數(shù)、可根據(jù)（地面處）及 則 六、樁身內(nèi)力計(jì)算1. 求任意深度z處樁身截面上的彎矩 系數(shù)、值可根據(jù)值及從表6-11查得。將局部沖刷線以下任意深度z處的值表計(jì)算如下表所示。2. 求任意深度z處的樁側(cè)土的抗力 則，和列表計(jì)算如下表1，并將計(jì)算結(jié)果繪于圖2。表1 和計(jì)算表z/m0.00 0.000 0.000 1.000 0.000 303.890

6、 303.890 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.20 0.318 0.197 0.998 20.881 303.282 324.163 0.424 0.258 8.902 15.509 24.411 0.40 0.636 0.377 0.986 39.960 188.701 339.595 0.721 0.400 15.138 24.045 39.183 0.60 0.954 0.529 0.959 56.071 183.533 347.501 0.902 0.450 18.938 27.050 45.989 0.80 1.272 0.646 0.913 68

7、.472 174.730 345.924 0.979 0.430 20.555 25.848 46.403 1.00 1.590 0.723 0.851 76.634 162.864 335.244 0.970 0.361 20.366 21.700 42.067 1.20 1.908 0.762 0.774 80.767 148.128 315.978 0.895 0.263 18.791 15.809 34.601 1.40 2.226 0.765 0.687 81.085 131.478 289.858 0.772 0.151 16.209 9.077 25.286 1.60 2.544

8、 0.737 0.594 78.118 113.680 258.628 0.621 0.039 13.039 2.344 15.383 1.80 2.862 0.685 0.499 72.606 95.499 224.247 0.457 -0.064 9.595 -3.847 5.748 2.00 3.180 0.614 0.407 65.080 77.892 188.764 0.294 -0.151 6.173 -9.077 -2.904 2.20 3.498 0.532 0.320 56.389 61.242 153.634 0.142 -0.219 2.981 -13.165 -10.1

9、83 2.40 3.816 0.443 0.243 46.955 46.505 120.801 0.008 -0.265 0.168 -15.930 -15.762 2.60 4.134 0.355 0.175 37.628 33.492 90.809 -0.104 -0.290 -2.184 -17.432 -19.616 2.80 4.452 0.270 0.120 28.618 22.966 65.085 -0.193 -0.295 -4.052 -17.733 -21.785 3.00 4.769 0.193 0.076 20.457 14.545 43.552 -0.262 -0.2

10、84 -5.501 -17.072 -22.573 3.50 5.564 0.051 0.014 5.406 2.679 9.660 -0.367 -0.199 -7.706 -11.962 -19.668 4.00 6.359 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 -0.432 -0.059 -9.070 -3.547 -12.617 mmax=347.512knmmmax=-202.802knmmmax=303.89knm=46.412kpa圖2 樁身彎矩和樁側(cè)土橫向壓應(yīng)力分布圖 3.任意深度z的剪力hz 則，列表計(jì)算如下表2，并將計(jì)算結(jié)果繪于圖3。表2 hz剪力計(jì)算

11、表0.00 0.000 1.000 0.000 66.670 0.000 66.670 0.20 0.318 0.956 -0.280 63.737 -53.521 10.215 0.40 0.636 0.839 -0.096 55.936 -18.350 37.586 0.60 0.954 0.675 -0.182 45.002 -34.789 10.213 0.80 1.272 0.458 -0.271 30.535 -51.801 -21.266 1.00 1.590 0.289 -0.351 19.268 -67.093 -47.825 1.20 1.908 0.102 -0.413

12、6.800 -78.944 -72.143 1.40 2.226 -0.066 -0.455 -4.400 -86.972 -91.372 1.60 2.544 -0.206 -0.474 -13.734 -90.604 -104.338 1.80 2.862 -0.313 -0.471 -20.868 -90.030 -110.898 2.00 3.180 -0.388 -0.449 -25.868 -85.825 -111.693 2.20 3.498 -0.432 -0.449 -28.801 -85.825 -114.626 2.40 3.816 -0.446 -0.412 -29.7

13、35 -78.753 -108.487 2.60 4.134 -0.437 -0.363 -29.135 -69.386 -98.521 2.80 4.452 -0.406 -0.307 -27.068 -58.682 -85.750 3.00 4.769 -0.361 -0.249 -24.068 -47.596 -71.663 3.50 5.564 -0.200 -0.067 -13.334 -12.807 -26.141 4.00 6.359 -0.010 0.000 -0.667 0.000 -0.667 圖3 剪力分布圖hzmax=114.626knhzmax=66.67kn7、 基

14、樁配筋計(jì)算根據(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，主筋凈保護(hù)層不因小于60mm，在滿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級鋼筋。樁身混凝土為c30，根據(jù)橋規(guī)規(guī)定，取min=0.2%。設(shè)計(jì)荷載：根據(jù)計(jì)算和構(gòu)造要求，初步配筋為：樁與承臺聯(lián)結(jié)方式為主筋伸入式，樁身伸入承臺板0.1m，主筋伸入承臺的長度對光圓鋼筋不得不小于45倍主筋直徑，取1m；主筋應(yīng)配到4/a處以下2m處，故主筋在樁中的長度為16.96m,取為17m,箍筋采用單肢 8，間距為200mm。為增加鋼筋籠剛度，順鋼筋籠長度每隔2m加一

15、道 20的骨架鋼筋。為預(yù)防施工中鋼筋籠被混凝土頂起，使2根 20主筋伸到樁底。下面對以上配筋進(jìn)行具體計(jì)算分析。1.主筋（1）截面配筋根據(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，主筋凈保護(hù)層不小于60mm，在滿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級鋼筋。樁身混凝土為c25，根據(jù)橋規(guī)規(guī)定，取min=0.5%,則：此處采用對稱配筋，按照最小配筋率初定鋼筋截面面積，即 選取820的一級鋼筋，取凈保護(hù)層厚度為70mm。此時(shí)主筋間距為：圖5：橫截面配筋（單位：mm）（2）計(jì)算偏心距 查基礎(chǔ)工程課本表6-2

16、5可知：對于樁在的多排樁，計(jì)算長度為 因?yàn)?，由?-26可知:縱向彎曲折減系數(shù)取，由附表2.3可知： 則： =1.0002偏心距為（3）截面校核取n=15，換算截面面積為 換算截面慣性矩為 核心距為 為小偏心。小偏心受壓構(gòu)件為全截面受壓，故受壓區(qū)圓心角為360°，=180°。配筋率為 混凝土的最大壓應(yīng)力為： 鋼筋的最大壓應(yīng)力為： 符合要求。2. 箍筋與骨架鋼筋箍筋采用8，間距為200mm，為增加鋼筋籠剛度，順鋼筋籠長度每隔2m加一道18的骨架鋼筋。則綜合上述計(jì)算得出設(shè)計(jì)配筋為：根據(jù)計(jì)算和構(gòu)造要求，初步配筋為：樁與承臺聯(lián)結(jié)方式為主筋伸入式，樁身伸入承臺板0.1m，主筋伸入承臺

17、的長度對光圓鋼筋不得不小于45倍主筋直徑，取1m；主筋應(yīng)配到4/a處以下2m處，故主筋在樁中的長度為16.96m,取為17m,箍筋采用單肢 8，間距為200mm。為增加鋼筋籠剛度，順鋼筋籠長度每隔2m加一道 20的骨架鋼筋。為預(yù)防施工中鋼筋籠被混凝土頂起，使2根 20主筋伸到樁底。八、基樁驗(yàn)算1. 單樁軸向承載力驗(yàn)算本題樁底置于透水土中，計(jì)算樁身自重和樁入土部分同體積的土重時(shí)均可考慮水的浮力。樁身自重為： 樁入土部分同體積土的重量： 則樁底受力：故，單樁承載力符合要求。2. 單樁穩(wěn)定性檢算樁的計(jì)算長度為，查鐵路橋涵混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原理表11-3可知，。故， 查規(guī)范 單樁穩(wěn)定性符合要求。3.單

18、樁斜截面承載力驗(yàn)算由混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范可知，圓形截面的鋼筋混凝土受彎構(gòu)件和偏心受壓構(gòu)件，其斜截面受剪承載力可換算成矩形截面進(jìn)行計(jì)算。此時(shí) ， 受剪承載力符合要求。4. 橫向力作用下樁的穩(wěn)定性及其承載力由基礎(chǔ)工程公式6-110可知： 式中：，暫取 代入計(jì)算可得： 檢核通過。5. 地基持力層承載力驗(yàn)算檢算條件：樁中心間距為5米，小于6d，考慮群樁效應(yīng)；檢算方法：如下圖4，為假想實(shí)體基礎(chǔ)示意圖式中：n樁臺以上的豎向力、樁重、土重，此處m高承臺樁局部沖刷線以上外力對該平面處樁群形心的力矩 a實(shí)體基礎(chǔ)底面面積，由于內(nèi)摩擦角的影響 w實(shí)體基礎(chǔ)的地面截面模量 圖4 假想實(shí)體基礎(chǔ)示意圖由于內(nèi)摩擦角的影響，外伸

19、寬度： 樁身自重：樁側(cè)土自重： 則，地基上總豎向力： 樁群形心的力矩：則， 6. 樁的抗裂驗(yàn)算由于樁屬于小偏心受壓，全截面受壓，鉆孔灌注樁，不需吊裝，施工期間樁截面一般不出現(xiàn)拉應(yīng)力，所以樁不產(chǎn)生裂縫。7. 樁對其側(cè)面土的橫向壓應(yīng)力由基樁內(nèi)力計(jì)算知：（如圖2），滿足要求。8. 地基沉降檢算摩擦型群樁基礎(chǔ)，在樁底的中心距小于或等于6倍時(shí)，應(yīng)視為樁基為實(shí)體基礎(chǔ)，采用建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范gbj7-89建議計(jì)算，驗(yàn)算樁基的沉降量或相鄰基礎(chǔ)的沉降差。（1）計(jì)算基礎(chǔ)底面的附加壓力基礎(chǔ)底面平均壓力為: 基礎(chǔ)底面自重壓力為: 上式中 為基底標(biāo)高以上天然土層的加權(quán)平均重度，其中地下水位下的重度取浮重度 基礎(chǔ)底面的

20、附加壓力為: （2） 確定分層厚度 查規(guī)范知，基礎(chǔ)分層厚度。（3）沉降經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù) 查工程地質(zhì)與土力學(xué)教材知：中密孵石層e0為26-32mpa，取為28mpa，泊松比為0.25-0.35，取0.3。 =37.69mpa 故查規(guī)范知：時(shí)，取0.2。 （4） 確定沉降計(jì)算深度 查規(guī)范知： （5）計(jì)算分層沉降量 根據(jù)"基礎(chǔ)規(guī)范"表 k.0.1-2可得到平均附加應(yīng)力系數(shù)，計(jì)算的分層沉降值見下表: 表3 各土層沉降計(jì)算表層次iz(m)ai=ai（a/b,z/bi)ziai - zi-1ai-1 dsi = 4p0/esi(ziai - zi-1ai-1)(m)dsi = 4p0/esi(ziai - zi-1ai-1) (m)12.40.247750.59460.049980.02231524.80.241670.5654160.04591637.20.229490.492380.0417649.60.214610.40783