鐵路橋墩樁基礎(chǔ)設(shè)計 課程設(shè)計書

1、.基礎(chǔ)工程課程設(shè)計鐵路橋墩樁基礎(chǔ)設(shè)計指導老師： 班 級： 姓 名： 學 號：目 錄第一篇 設(shè)計說明書2第二篇 設(shè)計計算書3一、 收集資料3二、 擬定尺寸5三、 承臺底面形心處的位移計算 7四、 墩身彈性水平位移的計算11五、 樁基檢算 13六、 電算結(jié)果 19第一篇 設(shè)計說明書1. 鐵路橋墩樁基礎(chǔ)設(shè)計中所依據(jù)規(guī)范有鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范TB1002.5混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB50010-2002鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范TB1002.3-992鐵路橋墩樁基礎(chǔ)設(shè)計內(nèi)容及步驟 收集資料 擬定樁的尺寸及樁數(shù) 承臺底面形心處的位移計算 墩身彈性水平位移計算承載力、位移、穩(wěn)定性、抗裂

2、性檢算及樁身截面配筋設(shè)計繪制樁基礎(chǔ)布置及樁身鋼筋構(gòu)造圖3. 設(shè)計方案線路為雙線、直線、坡度4、線間距5m，雙塊式無碴軌道。橋跨31.1m，采用樁基礎(chǔ)，蹲下設(shè)八根樁，設(shè)計直徑為1.25m，成孔直徑為1.28m，鉆孔灌注樁，用旋轉(zhuǎn)式鉆頭，樁身采用C25混凝土，樁長42m，粗砂層為持力層，樁底標高為-8.69m。地基容許承載力=644kPa，單樁軸向受壓容許承載力P=4048.52KN，對于主力加附加力P乘以1.2的提高系數(shù)。樁頂和承臺連接為主筋伸入式，樁頂深入承臺0.1m。樁身對稱布置20根20的光圓鋼筋，鋼筋總長15m，深入承臺0.9m。箍筋用8200mm，且沿鋼筋籠方向，每隔2m設(shè)一道骨架鋼筋

3、和定位鋼筋，均為18的一級鋼。第二篇 設(shè)計計算書一、收集資料 設(shè)計資料1、 線路：雙線、直線、坡度4、線距5m，雙塊式2無石渣軌道及雙側(cè)1.7m人行道，其重量為44.4kN/m。2、 橋跨： 等跨L=31.1m無渣橋面單箱單室預(yù)應(yīng)力混凝土梁，梁全長32.6m，梁端縫0.1m。梁高3m，梁寬13.4m，每孔梁重8530kN，簡支箱梁支座中心距梁端距離0.75m，同一橋墩相鄰梁支座間距1.6m。軌底至梁底高度為3.7m，采用盆式橡膠支座，支座高0.173m，梁底至支座鉸中心0.09。3、 建筑材料：支撐墊石、頂帽、托盤采用C40鋼筋混凝土，墩身采用C30混凝土，樁身采用C25混凝土。4、 地質(zhì)及地

4、下水位情況：標 高地質(zhì)情況厚度 標 高地質(zhì)情況厚度36.7936.29耕 地0.5-3.51-12.31粗砂(中密)8.836.2930.79軟塑砂粘土5.5-12.31-22.31中砂(中密)10.030.7921.29粉 砂9.5-22.31-29.31礫砂(中密)7.021.2919.89淤泥質(zhì)砂粘土(松軟)1.4-29.31-46.31硬塑粘土17.019.89-3.51細砂(中密)23.4土層平均重度=20KN/m3，土層平均內(nèi)摩擦角=28°，地下水位標高：+30.5m5、 標高：梁頂標高+53.483m，墩底+35.81m。6、 風力：W=800Pa（橋上有車）。7、 橋

5、墩尺寸：如圖1所示(單位：cm，標高：m)。59060¢ñ130185185130604527045360750206020602501200150604024163824116636816620320201661841841667002413193192411120¢ñ50:150:133.3135.8147.8150.31圖1 橋墩及承臺尺寸示意圖 設(shè)計荷載：1、承臺底外力合計：雙線、縱向、二孔重載：N=18629.07kN,H=341.5KN,M=4671.75kN.m;雙線、縱向、一孔重載：N=17534.94kN,H=341.5kn,M=476

6、2.57kN.m2、墩頂外力： 雙線、縱向、一孔重載： H=253.44KN,M=893.16KN.m二、擬定尺寸1、樁身采用C25混凝土。2、設(shè)計樁徑采用d=1.25m，成孔樁徑為1.28m,鉆孔灌注樁，采用旋轉(zhuǎn)式鉆頭。3、畫出土層分布圖，選用粗砂層為持力層，樁端進入持力層的臨界深度為1.5d=1.5m，即樁端進入持力層要大于1.5m，從承臺底面到細沙層底部深度為36.82m，則取樁長l=42m。樁底標高-8.69m，進入持力層5.18m。4、估算樁數(shù)：（按雙孔重載估算） 估算公式： 土層平均天然重度，由于樁側(cè)土為不同土層，應(yīng)采用各土層容重加權(quán)平均，在地下水位以上采用天然重度，在地下水位以下

7、采用浮重度，查鐵路橋規(guī)得，地基的基本承載力,取密實砂，深度修正系數(shù)鉆孔灌注樁樁底支撐力折減系數(shù)：各土層的極限承載摩阻力： 軟塑砂粘土： 粉砂： 淤泥質(zhì)砂粘土： 細砂： 粗砂：單樁的軸向受壓容許承載力： 取，則估算樁數(shù)：，暫取6，驗算后作必要調(diào)整。 5、樁在承臺底面的布置查鐵路橋規(guī)，當時，最外一排樁至承臺底板邊緣的凈距不得小于0.3d（設(shè)計樁徑）且不得小于0.5m，且鉆孔灌注摩擦樁中心距不應(yīng)小于2.5成孔樁徑，滿足樁間距和和承臺邊到樁凈距的前提下得到樁在承臺底面的布置情況，如下圖（單位：cm）：6、樁與承臺連接方式采用主筋伸入式，樁伸入承臺板內(nèi)10cm，具體配筋見后面詳述。三、承臺底面形心處的位

8、移計算 1、設(shè)計荷載：雙線、縱向、二孔重載： 雙線、縱向、一孔重載： 2、計算（1）樁的計算寬度： 其中，樁為圓形且d > 1m. 所以 ，其中因此，（2）計算基礎(chǔ)變形系數(shù)， 假定樁為彈性樁，則其計算深度：深度內(nèi)存在兩層不同的土，則m的換算公式為：其中， ，則 而，則樁為彈性樁，假設(shè)成立。 3、計算單樁樁頂剛度 其中， 又，查表有， 4、計算承臺剛性系數(shù) 對于低承臺樁基，承臺完全處于軟塑砂粘土中，因此，承臺的計算寬度為：， 5、計算承臺底面形心處的位移a，b，樁基為豎直樁基，樁群對稱布置，則有：由上式得承臺形心位移： 荷載情況1雙線、縱向、二孔重載： 荷載情況2雙線、縱向、單孔重載： 四

9、、墩身彈性水平位移的計算假定墩帽、托盤和基礎(chǔ)部分產(chǎn)生剛性轉(zhuǎn)動，將墩身分為四個部分，（由于墩身4-5段下部分在土中，故將其分為兩段，只計算土上部分風力），分別計算它們所受的風荷載,橋上有車時的風壓強度W=800Pa，縱向水平風力等于風荷載強度乘以迎風面積,分別計算出四部分的上下底邊長及中線長，然后計算出各個截面的彎矩，再求和即可得到托盤底面所受的總彎矩。1、和縱向風力引起的力矩：墩冒所受風力：托盤所受風力： 墩身風力： 風力合力作用點位置距長邊的距離為y，梯形形心軸距長邊的距離公式為：，其中a為長邊，b為短邊，h為梯形高計算得：，將墩身分成四段，利用幾何關(guān)系分別求出邊長及中線長，如下圖：風力及截

10、面彎矩值計算表對各截面彎矩 M（KN·m）水平力(KN)托盤頂0托盤底1234墩底5墩頂水平力152.064532.2241292.5442052.8642813.1843573.504墩帽風力1.086.4817.2828.0838.8849.68托盤風力6.02929.42952.82976.22999.629墩身風力21.38464.296107.208150.12021.81565.591109.36722.24666.88620.240墩頂彎矩893.16893.16893.16893.16893.16893.16總計1046.3041437.8932253.7973113

11、.0444016.4984962.5862、墩頂水平位移計算注：墩帽托盤 C40：，墩身 C30：墩冒969.7320.60.329.1607.5816E+082.302E-07托盤1242.0991.51.3517.74934.6148E+085.450E-061-2段1845.84533.617.20754.1298E+084.827E-052-3段2683.42136.619.56464.6955E+081.133E-043-4段3564.77139.622.15215.3165E+081.931E-044-5段4489.542312.624.98395.9961E+082.830E-0

12、4總計6.434E-04表中，：分段高度，：分段中線到墩頂鉸支座距離， 五、樁基檢算 1、單樁承載力檢算（按雙孔重載計算） 則樁頂內(nèi)力：樁身C25混凝土容重，土平均重度則樁自重：樁入土部分同體積土重：則 其中，故單樁軸向受壓承載力滿足要求。2、群樁承載力檢算（按雙孔重載計算）將樁群看作一個實體基礎(chǔ)，則實體基礎(chǔ)為一臺體，臺體底面由于內(nèi)摩擦角（）較頂面放大（如左圖），底面尺寸：樁自重：樁側(cè)土重：承臺重：承臺部分土重： 3、墩頂水平位移檢算（按一孔重載）墩高：則墩頂位移 4、結(jié)構(gòu)在土面處的位移（按一孔重載）在橋規(guī)中查m、m0時，只適用于結(jié)構(gòu)在地面處的最大位移為6mm，若超過6mm就不能采用“m”法進

13、行計算，故需要對樁在土面處的位移進行檢算。墩身埋于土中高度：可以用m法直接查表計算 5、樁身截面配筋設(shè)計（一孔重載）（1）樁身彎矩計算 任意深度z處樁身截面彎矩：列表計算如下：0.00 0.00 0.000 1.000 0.000 23.18 23.18 0.20 0.57 0.197 0.998 10.827 23.14 33.96 0.40 1.13 0.377 0.986 20.719 22.86 43.58 0.60 1.70 0.529 0.959 29.073 22.23 51.31 0.80 2.26 0.646 0.913 35.503 21.17 56.67 1.00 2.8

14、3 0.723 0.851 39.735 19.73 59.46 1.20 3.39 0.762 0.774 41.878 17.94 59.82 1.40 3.96 0.765 0.687 42.043 15.93 57.97 1.60 4.52 0.737 0.594 40.504 13.77 54.28 1.80 5.09 0.685 0.499 37.646 11.57 49.22 2.00 5.66 0.614 0.407 33.744 9.44 43.18 2.20 6.22 0.532 0.320 29.238 7.42 36.66 2.40 6.79 0.443 0.243 2

15、4.346 5.63 29.98 2.60 7.35 0.355 0.175 19.510 4.06 23.57 2.80 7.92 0.270 0.120 14.839 2.78 17.62 3.00 8.48 0.193 0.076 10.607 1.76 12.37 3.50 9.90 0.051 0.014 2.803 0.32 3.13 4.00 11.31 0.000 0.000 0.000 0.00 0.00 由表知： （2）計算偏心距初始偏心距：偏心距放大系數(shù)：其中，影響系數(shù)計算長度：，（為變形系數(shù)） 主力+附加力，所以K=0.6則 （3）配筋根據(jù)灌注樁構(gòu)造要求，橋梁樁基主筋宜

16、采用光圓鋼筋，主筋直徑不宜小于16mm，凈距不宜小于120mm，且任一情況下不得小于80mm，主筋凈保護層不應(yīng)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=0.5%,則選用2020的級鋼筋，取凈保護層厚度，采用對稱配筋，則主筋凈距為：，符合要求。樁與承臺的聯(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（算至彎鉤切點）對于光圓鋼筋不得不小于45倍主筋直徑,即900mm,主筋應(yīng)配到4/處以下2m處（約為13.31m）,取其長度為14m，則主筋總長為15m。箍筋采用8200mm，為增

17、加鋼筋籠剛度，順鋼筋籠長度每隔2m加一道18的骨架鋼筋。順鋼筋籠長度每隔2m在四個節(jié)點處加四個定位鋼筋，直徑為18。樁身截面配筋如設(shè)計圖紙。（4）判斷大小偏心取n=15換算截面面積：換算截面慣性矩：核心距：故屬小偏心構(gòu)件（5）應(yīng)力檢算小偏心構(gòu)件，全截面受壓，則 應(yīng)力合格（6）穩(wěn)定性檢算樁計算長度查混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理表11-4得=1.0，查表11-3得m=12.4 則穩(wěn)定性滿足要求 6、單根樁材料表（1）鋼筋直徑mm根數(shù)單根長m單重kg/m總長m總重kg受力縱筋2020152.47300741環(huán)向箍筋8752.760.39520781.765骨架鋼筋1876.14242.9885.96定位鋼筋1

18、8280.424211.87223.744總932.469（2）混凝土等級直徑m長m體積樁C251.284254.045六、電算結(jié)果 1、電算輸入文件 2 6 2 0 0.5 3.1 280000005000 28 0.58000 28 5.58000 28 9.54000 28 1.415000 28 23.425000 28 8.84 1.25 1.25 0 42 0 -2.254 1.25 1.25 0 42 0 2.253.48 11.20 0 0341.5 17534.94 4762.57341.5 18629.07 4671.75 * * 第 一 部 分 原 始 數(shù) 據(jù) * * 樁

19、類型組數(shù) 土層數(shù) 作用力H方向上一排樁的樁數(shù) 2 6 2 樁端嵌固類型 MD=.0 樁傳力類型系數(shù) XS=0.5000 最小樁間凈距 LS= 3.10(米) 樁材砼彈性模量 E= 0.2800E+08(kN/m2)地基比例系數(shù)(kN/m4) 內(nèi)摩擦角(度) 第I土層的厚度(米) 5000. 28.0 0.50 8000. 28.0 5.50 8000. 28.0 9.50 4000. 28.0 1.40 15000. 28.0 23.40 25000. 28.0 8.80 I IT D DB LO LI AH X 1 4 1.250 1.250 0.000 42.000 0.0000 -2.2

20、500 2 4 1.250 1.250 0.000 42.000 0.0000 2.2500 承臺埋入地面或局部沖刷線以下的深度： 3.5 承 臺 的 實 際 寬 度 ： 11.2 荷載類型I 水平力H(kN) 軸向力N(kN) 彎矩M(kN.m) 1 0.0 0.0 0.0 2 341.5 17534.9 4762.6 3 341.5 18629.1 4671.8 * * 第 二 部 分 計 算 結(jié) 果 * * 基礎(chǔ)的變形系數(shù)a及樁頂剛度系數(shù)I AF LO1 LO2 LO3 LO4 1 0.353 1480959.50 125253.74 329182.72 1405956.38 2 0.3

21、53 1480959.50 125253.74 329182.72 1405956.38 承 臺 剛 度 矩 陣 I K1 K2 K3 1 1574549.091687 0.000000 -1969339.527503 2 0.000000 11847676.000000 0.000000 3 -1969339.527503 0.000000 71321930.609031 * 荷載類型NP= 1 (單孔輕載) * 承 臺 位 移 水平位移(毫米) 豎向位移(毫米) 轉(zhuǎn)角(rad) 0.00 0.00 0.0000E+00 I= 1 第 1 根樁的樁頂位移 J A1(J) A2(J) P2(J

22、) 1 0.00 0.00 0.000000 2 0.00 0.00 0.000000 3 0.00 0.00 0.000000 第 1 根 樁 樁 身 內(nèi) 力 J H(m) My(kN.m) Qy(kN) dy(kN/m) 1 0.57 0.000 0.000 0.000 2 1.13 0.000 0.000 0.000 3 1.70 0.000 0.000 0.000 4 2.27 0.000 0.000 0.000 5 2.84 0.000 0.000 0.000 6 3.40 0.000 0.000 0.000 7 3.97 0.000 0.000 0.000 8 4.54 0.000

23、 0.000 0.000 9 5.11 0.000 0.000 0.000 10 5.67 0.000 0.000 0.000 11 6.24 0.000 0.000 0.000 12 6.81 0.000 0.000 0.000 13 7.38 0.000 0.000 0.000 14 7.94 0.000 0.000 0.000 15 8.51 0.000 0.000 0.000 16 9.08 0.000 0.000 0.000 17 9.65 0.000 0.000 0.000 18 10.21 0.000 0.000 0.000 19 10.78 0.000 0.000 0.000

24、20 11.35 0.000 0.000 0.000 I= 2 第 2 根樁的樁頂位移 J A1(J) A2(J) P2(J) 1 0.00 0.00 0.000000 2 0.00 0.00 0.000000 3 0.00 0.00 0.000000 第 2 根 樁 樁 身 內(nèi) 力 J H(m) My(kN.m) Qy(kN) dy(kN/m) 1 0.57 0.000 0.000 0.000 2 1.13 0.000 0.000 0.000 3 1.70 0.000 0.000 0.000 4 2.27 0.000 0.000 0.000 5 2.84 0.000 0.000 0.000

25、6 3.40 0.000 0.000 0.000 7 3.97 0.000 0.000 0.000 8 4.54 0.000 0.000 0.000 9 5.11 0.000 0.000 0.000 10 5.67 0.000 0.000 0.000 11 6.24 0.000 0.000 0.000 12 6.81 0.000 0.000 0.000 13 7.38 0.000 0.000 0.000 14 7.94 0.000 0.000 0.000 15 8.51 0.000 0.000 0.000 16 9.08 0.000 0.000 0.000 17 9.65 0.000 0.00

26、0 0.000 18 10.21 0.000 0.000 0.000 19 10.78 0.000 0.000 0.000 20 11.35 0.000 0.000 0.000 * 荷載類型NP= 2 (單孔重載) * 承 臺 位 移 水平位移(毫米) 豎向位移(毫米) 轉(zhuǎn)角(rad) 0.31 1.48 0.7537E-04 I= 1 第 1 根樁的樁頂位移 J A1(J) A2(J) P2(J) 1 0.31 0.31 14.163336 2 1.31 1.31 1940.732059 3 0.08 0.08 3.537224 第 1 根 樁 樁 身 內(nèi) 力 J H(m) My(kN.m)

27、 Qy(kN) dy(kN/m) 1 0.57 11.444 13.498 2.228 2 1.13 18.652 11.764 3.776 3 1.70 24.661 9.332 4.699 4 2.27 29.172 6.535 5.076 5 2.84 32.061 3.657 5.004 6 3.40 33.349 0.923 4.584 7 3.97 33.168 -1.500 3.923 8 4.54 31.727 -3.501 3.117 9 5.11 29.285 -5.026 2.253 10 5.67 26.117 -6.061 1.401 11 6.24 22.496 -

28、6.628 0.614 12 6.81 18.675 -6.776 -0.074 13 7.38 14.875 -6.566 -0.645 14 7.94 11.279 -6.067 -1.095 15 8.51 8.033 -5.345 -1.434 16 9.08 5.246 -4.458 -1.679 17 9.65 2.997 -3.453 -1.853 18 10.21 1.343 -2.364 -1.981 19 10.78 0.326 -1.210 -2.085 20 11.35 -0.020 0.000 -2.180 I= 2 第 2 根樁的樁頂位移 J A1(J) A2(J) P2(J) 1 0.31 0.31 14.163336 2 1.65 1.65 2443.002941 3 0.08 0.08 3.537224 * 荷載類型NP= 3 (雙孔重載) * 承 臺 位 移 水平位移(毫米) 豎向位移(毫米) 轉(zhuǎn)角(rad) 0.31 1.57 0.7405E-04 I= 1 第 1 根樁的樁頂位移 J A1(J) A2(J) P2(J) 1 0.31 0.31 14.390883 2 1.41 1.41 2081.893195 3 0.07 0.07 2.225895 第 1 根 樁 樁 身 內(nèi) 力 J H(m) My(kN.m) Qy(kN