某公路橋梁橋雙柱式墩基礎設計

1、基礎工程課程設計題目名稱: 某公路橋梁橋雙柱式墩基礎設計學 院：專業(yè)年級：09土木2班 學生姓名：學 號：指導教師：課程設計第一部分本設計對象為某公路橋梁，該橋梁的上部結構設計已經完成，本課程設計的任務是完成橋墩基礎與地基的設計與檢算。要求同學按給定的條件完成相關的設計和計算工作，具體要求如下：1綜合分析設計資料，對三種常用的橋梁基礎類型（剛性擴大基礎、樁基礎和沉井基礎）的技術合理性進行比較（限于課時，本次課程設計不考慮造價因素），選擇較為合理的基礎方案。2對選定的基礎方案進行詳細設計。3初步決定修筑基礎的施工方案。4將以上全部成果整理成設計計算說明書和設計施工圖。設計資料該橋梁系某I級公路干

2、線上的中橋（單線），線路位于直線平坡地段。該地區(qū)地震烈度較低，不考慮地震設防問題。橋梁及橋墩部分的設計已經完成，橋跨由4孔30m預應力鋼筋混凝土梁組成。1.2.2 工程地質和水文地質地面標高340.8m，最大沖刷線標高335.6m。地基土為中砂，,內摩擦角38o，地基土比例系數(shù)m15 000 kN/m4；地基土極限摩阻力 kPa；地基容許承載力370kPa，土的飽和容重 = 19. 50 kN/m3；土的浮容重 = 10.8 kN/m3。1.2.3墩柱及樁的尺寸采用雙柱式墩（圖1)。墩帽蓋梁標高351.4m，墩柱頂標高為350.2m，樁頂（常水位）標高為345.2m，。墩柱直徑1.50m；樁的

3、直徑1.60 m。樁身用C25混凝土；其受壓彈性模量MPa；樁的容重 = 25kN/m31.2.4荷載情況 橋墩為單排雙柱式，上部結構為30 m預應力鋼筋混凝土T梁，橋面寬度7m+2×2。橋梁處于I類環(huán)境，下部結構安全等級為二級，以順橋向計算。圖1 雙柱式橋墩計算圖（標高單位為m，尺寸單位為cm）每一根樁承受荷載為：兩跨恒載反力 N1=145 kN蓋梁自重反力 N2= kN系梁自重反力 N3=148 kN一根墩柱（直徑1.5m）自重N4=220.28 kN 樁每延米自重兩跨活載反力 N5=560 kN 單跨活載反力 N6=418kN車輛荷載反力已按偏心受壓原理考慮橫向分布的分配影響。

4、在順橋向引起的彎矩 M=125kN·m 制動力T= kN，作用點在支座中心，距樁頂距離為m?？v向風力：蓋梁部分W1=kN，對樁頂力臂m；墩身部分W2=kN，對樁頂力臂m；樁基礎采用旋轉鉆孔灌注樁基礎，為摩擦樁。橋墩為單排雙柱式，上部結構為30 m預應力鋼筋混凝土T梁，橋面凈寬7m2×2。以順橋向計算，計得至蓋梁頂?shù)母髯饔弥狄姳?。1.3 設計依據1中華人民共和國交通部部標準公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范（JTG D63-2007）.人民交通出版社，20072中華人民共和國鐵道部標準鐵路橋涵地基基礎設計規(guī)范，TBJ2993趙明華主編，徐學燕副主編基礎工程高等教育出版社，20034

5、李克釧主編，羅書學副主編基礎工程中國鐵道出版社，20005王曉謀主編，基礎工程人民交通出版社，2005第二部分 方案設計方案比選(1)對剛性擴大基礎基礎在外力（包括基礎自重）作用下，基底的地基反力為，此時基礎的懸出部分a-a斷面左端，相當于承受著強度為的均布荷載的懸臂梁，在荷載作用下，a-a斷面將產生彎曲拉應力和剪應力。當基礎圬工具有足夠的截面使材料的容許應力大于由地基反力產生的彎曲拉應力和剪應力時，a-a斷面不會出現(xiàn)裂縫，這時，基礎內不需配置受力鋼筋，這種基礎稱為剛性基礎。剛性擴大基礎屬于淺基礎，其埋置深度一般小于5米，對于本工程若采用剛性擴大基礎，其須埋于最大沖刷線下不小于1米，剛最小的進

6、置深度為5.7m因此，盡管持力層土層地質良好，考慮淺基礎特點故不適合。(2)沉井基礎沉井基礎適用以下情況a上部荷載較大，而表層地基土的容許承載力不足，擴大基礎開挖工作量大，以及支撐困難,但在一定深度下有好的持力層，采用沉井基礎與其它深基礎相比較，經濟上較為合理時；b在山區(qū)河流中，雖然土質較好，但沖刷大或河中有較大卵石不便樁基礎施工時；c巖層表面較平坦且覆蓋層薄，但河水較深；采用擴大基礎施工圍堰有困難時。綜上所述，本工程不須采用沉井基礎。(3)樁基礎a當建筑物荷載較大，地基上部土層軟弱或適宜的地基持力層位置較深，地下水位較高，采用淺基礎或人工地基在技術上、經濟上不合理；b河床沖刷較大，河道不穩(wěn)定

7、或沖刷深度不易計算正確，位于基礎或結構物下面的土層有可能被侵蝕、沖刷，如果采用淺基礎不能保證基礎安全時；c當?shù)鼗嬎愠两颠^大或結構物對基礎沉降變形與水平側向位移較敏感，采用樁基礎穿過松軟（高壓縮）土層，將荷載傳到較堅實（低壓縮性）土層，以減少建筑物沉降并使沉降較均勻；d承受較大的水平力，需要減少建筑物的水平位移和傾斜時，對穩(wěn)定性要求較高；e在地震區(qū)，可液化地基中，采用樁基礎可增加建筑物抗震能力，樁基礎穿越可液化土層并伸入下部密實穩(wěn)定土層，可消除或減輕地震對建筑物的危害。本工程對水平位移要求嚴格，本工程中局部沖刷線集位置較深，采用樁基礎具有造價低，強度高，沉降量小而均勻，施工較兩者簡易，綜上所述

8、，本工程采用樁基礎比較合理。3.1樁長計算由于地基土土層單一，為中密砂礫土，根據地質情況樁長不可確定，應按單樁軸向容許承載力公式反算樁長。采用短期效應組合，除了考慮永久作用外，還需考慮汽車效應和人群效應。按兩跨布載考慮設樁埋入局部沖刷線下深度為h,埋入一般沖刷線下，則計算時取以下數(shù)據：樁的設計樁徑1.60m,樁周長 =5.03m，,=0.7, =0.8, =4.0, =370,=10.80(已考慮浮力)，=50，所以得=解得h=15.40m 取h=16.0m 樁底標高為319.60 取h=16.0m樁的軸向承載力滿足要求。3.2單樁所受外荷載的分配計算墩柱頂外荷載、（按單跨計算） 3.3 換算

9、到局部沖刷線處計算汽車按一跨布載考慮，按承載能力極限狀態(tài)下作用基本組合的效應組合計算，除汽車荷載效應外還需考慮人群荷載、汽車制動力、風荷載的可變效應。3.4 樁的各參數(shù)確定地基土比例系數(shù)計算寬度樁的變形參數(shù)計算局部沖刷線以下深度Z處的樁身截面彎矩,計算公式：無量綱系數(shù)有附表3、附表7分別查得,計算如下表：局部沖刷線以下深度z處橫向土抗力計算：無量綱系數(shù)由附表1，附表5查得，的計算列表見下表：樁身最大彎矩及最大彎矩位置計算：由得 ，由 ，故 , 故 3.6樁底最大壓應力驗算：樁端最大和最小壓應力應滿足下式要求：=則因 , 故則顯然： ，滿足要求按承載能力極限狀態(tài)作用效應基本組合進行驗算，根據以上

10、的計算可知樁的局部沖刷線處受力為；墩柱頂上受力為墩柱頂縱向水平位移：，其中樁在局部沖刷線處的水平位移和轉角為：水平位移 ：轉 角 ：根據分析，摩擦樁且>2.5或支承樁且>3.5時，幾乎為零，可以認為。因為=5.52>4所以按=4查公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范（JTG D63-2007）得下表： ，滿足要求。按最大彎矩所在截面的內力進行配筋和強度驗算最大彎矩發(fā)生在地面以下z=1.94m處，該處，樁內豎向鋼筋按含筋率0.9%配置：鋼筋面積：現(xiàn)選用30根則實際配筋率，縱向鋼筋所在圓周半徑。截面有效高度1)在垂直于彎矩作用平面內，長細比則在垂直于彎矩作用平面的承載力為：2)在彎矩作用平

11、面內以下采用試算法列表。（）322320由上表可見，當時，（）=322mm與設計的=323mm很接近,故取為計算值。3)在彎矩作用平面內的承載力為計算結果表明截面符合承載力要求。4)配置箍筋現(xiàn)取10R235級鋼筋滿足規(guī)范要求。單肢10箍筋的面積，箍筋根據構造要求取箍筋間距為S=200mm截面復核：檢查混凝土保護層是否會剝落滿足要求，故混凝土保護層不會脫落。根據公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范（JTG D62-2004）截面相對界限受壓區(qū)高度，則構件為小偏心受壓，無需驗算裂縫寬度。第四部分 施工方案根據工程地質水文地質資料情況該樁基礎采用旋挖鉆機成孔的方法，鉆孔灌注樁是一種質量要求高，施工工序多，須在短時間內連續(xù)完成的一種地下隱蔽工程，所以嚴格控制工序施工質量，保證樁質量。施工工序：（一）準備工作1、準備場地，施工前應將場地平整好，以便安裝鉆架進行鉆孔。場地位于淺水時，宜采用筑島法。2、埋置護筒，水中筑島，護筒宜埋入河床面以下1m。在水中平臺上設置護筒，課根據施工最高水位，流速，沖刷及地質條件等因素確定。必要時打入不透水層。3、安裝鉆機，安裝時，底架應墊平，保持穩(wěn)定，不得產生位移沉陷。鉆頭好鉆桿中心與護筒頂面中心