鐵路橋墩樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中南大學(xué)

1、鐵路橋墩樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)學(xué)院：土木工程學(xué)院班級：姓名： 學(xué)號：指導(dǎo)老師： 基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 鐵路橋墩樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)資料：1. 線路：雙線、直線、坡度4、線間距5m，雙塊式無碴軌道及雙側(cè)1.7m寬人行道，其重量為44.4kN/m。2. 橋跨：等跨L=31.1m無碴橋面單箱單室預(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0.09m。3. 建筑材料：支承墊石、頂帽、托盤采用C40鋼筋混凝土，墩身

2、采用C30混凝土，樁身采用C25混凝土。4. 地質(zhì)及地下水位情況：標(biāo) 高地質(zhì)情況厚度標(biāo) 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(xì)砂(中密)23.4土層平均容重20kN/m3，土層平均內(nèi)摩擦角=28°。地下水位標(biāo)高：30.5。5. 標(biāo)高：梁頂標(biāo)高+54.483m，墩底33.31m。6

3、. 風(fēng)力：800Pa (橋上有車)。7. 橋墩尺寸：如圖1。二、設(shè)計(jì)荷載： 1. 承臺(tái)底外力合計(jì)：雙線、縱向、二孔重載：N=18629.07kN H=341.5kN M= 4671.75kN雙線、縱向、一孔重載：17534.94kN，H=341.5kN，M=4762.57kN.m 2. 墩頂外力：雙線、縱向、一孔重載：=253.44 kN，893.16 kN.m。三、設(shè)計(jì)要求：1、選定樁的類型和施工方法，確定樁的材料、樁長、樁數(shù)及樁的排列。2、檢算下列項(xiàng)目（1）單樁承載力檢算 （雙線、縱向、二孔重載）；（2）群樁承載力檢算 （雙線、縱向、二孔重載）；（3）墩頂水平位移檢算 （雙線、縱向、一孔重

4、載）；（4）樁身截面配筋計(jì)算 （雙線、縱向、一孔重載）；（5）樁在土面處位移檢算（雙線、縱向、一孔重載）。3、設(shè)計(jì)成果：（1）設(shè)計(jì)說明書和計(jì)算書 一份（2）設(shè)計(jì)圖紙（2號圖，鉛筆圖） 一張（3）電算結(jié)果四、附加說明：1、如布樁需要，可變更圖1中承臺(tái)尺寸；2、任務(wù)書中荷載系按圖1尺寸進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果，如承臺(tái)尺寸變更，應(yīng)對其豎向荷載進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)計(jì)算書 鐵路橋墩樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)一、確定基樁幾何尺寸及樁數(shù)1、承臺(tái)及樁身采用C25混凝土。2、設(shè)計(jì)樁徑取，鉆孔灌注樁；采用旋轉(zhuǎn)式鉆頭。3、考慮選擇較硬土層作為樁端持力層，根據(jù)地質(zhì)條件，將樁端定在粗砂層。樁端全截面進(jìn)入持力層的深度，對于砂土不宜小于1

5、.5，所以選擇樁長，標(biāo)高為-6.69m處，樁端進(jìn)入持力層深度為3.18m。4、確定樁數(shù)n：，其中，為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，橋梁樁基采用1.31.8。計(jì)算單樁容許承載力：其中：（A按設(shè)計(jì)樁徑計(jì)算），鉆孔灌注樁樁底支撐力折減系數(shù)由于，故查鐵路橋規(guī)，地基基本承載力;深度修正系數(shù)，樁側(cè)土為不同土層，應(yīng)采用各土層容重加權(quán)平均。 軟塑砂粘土： 粉砂： 淤泥質(zhì)砂粘土： 細(xì)砂： 粗砂：單樁的軸向受壓容許承載力：取，則，取n=8根。二、承臺(tái)尺寸及布樁1、承臺(tái)尺寸采用圖1中所示尺寸。2、查橋規(guī)知，當(dāng)時(shí)，最外一排柱至承臺(tái)底板邊緣的凈距不得小于且不得小于0.25m，且鉆孔灌注樁的樁中心距不應(yīng)小于，根據(jù)承臺(tái)尺寸及以上布樁原則，取樁

6、距為，樁的分布如下圖所示：三、承臺(tái)底面形心處位移計(jì)算1、樁的計(jì)算寬度和變形系數(shù) 其中，樁間距，其中因此，查鐵路橋規(guī)，樁身采用C25混凝土?xí)r假定為彈性樁，承臺(tái)底面下計(jì)算深度為，此深度內(nèi)存在軟塑砂粘土和粉砂需要換算m值。查表，取，；，。故，是彈性樁，故假設(shè)成立。2、單樁樁頂剛度的計(jì)算公式：，其中，側(cè)摩阻力以擴(kuò)散角至樁底平面得出半徑，大于樁間距1.5m，取，查表得：則：2、承臺(tái)剛度系數(shù)的計(jì)算因?yàn)闃妒菍ΨQ布置，故 由于是低承臺(tái)樁基，故承臺(tái)計(jì)算寬度承臺(tái)處于耕地軟塑砂粘土中，取，3、承臺(tái)底面形心處位移計(jì)算雙線、縱向、二孔重載：N=18629.07KN, H=341.5KN, M=4671.75KNm 雙線

7、、縱向、一孔重載：N=17534.94KN, H=341.5KN, M=4762.57kNm4、托盤底面水平位移 及轉(zhuǎn)角計(jì)算假定墩帽、托盤和基礎(chǔ)部分僅產(chǎn)生剛性轉(zhuǎn)動(dòng)，將墩身分為四部分，基本風(fēng)荷載強(qiáng)度，橋上有車時(shí)風(fēng)荷載強(qiáng)度采用，縱向水平風(fēng)力等于風(fēng)荷載強(qiáng)度乘以受風(fēng)面積。(1)和縱向風(fēng)力引起的力矩墩帽所受風(fēng)力：托盤所受風(fēng)力：墩身風(fēng)力： 梯形形心軸距下邊緣的距離計(jì)算公式為：，其中a為下邊長度，b為上邊長度。故，將墩身分為四部分，如下圖：風(fēng)力及截面彎矩值計(jì)算表各截面彎矩M水平力(KN)托盤頂0托盤底12-23-34-4墩底5墩頂水平力253.44633.61393.922154.242914.563674

8、.88墩帽風(fēng)力H=2.880.8645.18413.82422.46431.10439.744托盤風(fēng)力H=6.2404.82423.54442.26460.98479.704墩身風(fēng)力H1-2=11.4430017.10851.43785.767120.096H2-3=11.67400017.45252.47387.494H3-4=11.900000017.79353.493H4-5=8.1450000016.192墩頂彎矩893.16893.16893.16893.16893.16893.16總計(jì)1147.4641536.7482341.5563181.0174055.8414964.763（

9、2）計(jì)算托盤底面的水平位移和轉(zhuǎn)角由得：托盤水平位移和轉(zhuǎn)角計(jì)算表：1-2段1939.16234.08817.2085506560004.32E-052-3段2761.28637.08819.5656260800009.38E-053-4段3618.432310.08822.1527088640001.54E-044-5段4511.29313.08824.9847994880002.22E-04總計(jì)5.13E-04四、樁基檢算1、單樁承載力檢算（雙線、縱向、二孔重載） 查規(guī)范，樁的容重 土平均重度，樁身自重：與樁入土部分同體積的土重為：則： 所以，單樁承載力合格2、群樁承載力驗(yàn)算（雙線、縱向、二孔

10、重載）樁中心距為4.5米，小于6d=6米，考慮群樁效應(yīng)。將樁群看作一個(gè)實(shí)體基礎(chǔ)，則實(shí)體基礎(chǔ)為一臺(tái)體，臺(tái)體底面由于內(nèi)摩擦角（）較頂面放大，如下圖：樁身自重：樁側(cè)土重：承臺(tái)重：承臺(tái)部分土重： 所以，群樁承載力合格。3、墩頂水平位移檢算（雙線、縱向、一孔重載）故墩頂水平位移滿足要求。4、樁在土面處位移檢算（雙線、縱向、一孔重載）在橋規(guī)中查m、m0時(shí)，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(jìn)行計(jì)算，故需要對樁在土面處的位移進(jìn)行檢算。故可用m法進(jìn)行計(jì)算。5、樁身配筋計(jì)算（雙線、縱向、一孔重載）（1）計(jì)算樁身彎矩任意深度z處樁身截面彎矩樁身彎矩計(jì)算表00.000 010 -

11、22.014 -22.014 0.20.484 0.1970.99811.655 -21.970 -10.315 0.40.969 0.3770.98622.304 -21.706 0.598 0.61.453 0.5290.95931.297 -21.111 10.185 0.81.937 0.6460.91338.219 -20.099 18.120 12.421 0.7230.85142.774 -18.734 24.040 1.22.906 0.7620.77445.081 -17.039 28.043 1.43.390 0.7650.68745.259 -15.124 30.135

12、1.63.874 0.7370.59443.602 -13.076 30.526 1.84.358 0.6850.49940.526 -10.985 29.541 24.843 0.6140.40736.325 -8.960 27.366 2.25.327 0.5320.3231.474 -7.044 24.430 2.45.811 0.4430.24326.209 -5.349 20.859 2.66.295 0.3550.17521.003 -3.852 17.150 2.86.780 0.270.1215.974 -2.642 13.332 37.264 0.1930.07611.418

13、 -1.673 9.745 3.58.475 0.0510.0143.017 -0.308 2.709 49.685 00000樁身彎矩分布圖（2）求偏心矩e偏心距放大系數(shù)：所以 主力加附加力，所以K=1.6 （3）配筋根據(jù)灌注樁構(gòu)造要求，橋梁樁基主筋宜采用光鋼筋，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、小直徑鋼筋，以提高樁的抗裂性。所以，主筋采用級鋼筋，樁身混凝土為C25，根據(jù)橋規(guī)規(guī)定，取，則：，選用1618的級鋼筋，則。取凈保護(hù)層厚度，采用對稱配筋此時(shí)主筋凈距為：，滿足。樁與承臺(tái)的聯(lián)結(jié)方式為主筋伸入式，樁身伸入

14、承臺(tái)板0.1m；主筋伸入承臺(tái)的長度不小于45倍的主筋直徑即，取900mm。主筋應(yīng)配到4/處一下2m處，取主筋在樁中長度為12m；箍筋采用，為增加鋼筋籠剛度，順鋼筋籠長度每隔2m加一道的骨架鋼筋。（4）判別大小偏心取換算截面面積：換算截面慣性矩：，故屬于小偏心受壓構(gòu)件。（5）截面應(yīng)力核算小偏心構(gòu)件，全截面受壓，則 故樁的截面應(yīng)力滿足要求。（6）穩(wěn)定性驗(yàn)算樁的計(jì)算長度，查混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理表11-4查得=1.0，查表11-3得m=12.4，按軸心受壓構(gòu)件檢算樁的穩(wěn)定性。所以，樁的穩(wěn)定性滿足要求。（7）樁的抗裂驗(yàn)算由于樁屬于小偏心受壓，全截面受壓，鉆孔灌注樁現(xiàn)場澆灌，不需吊裝，施工期間樁截面一般不出

15、現(xiàn)拉應(yīng)力，所以樁不產(chǎn)生裂縫。五、電算結(jié)果（1）輸入文件2 5 20 0.5 3.5 300000006000 28 2.529000 28 9.55000 28 1.415000 28 23.425000 28 8.84 1.0 1.0 0 40 0 -2.254 1.0 1.0 0 40 0 2.252.5 11.20 0 0341.5 17534.94 4762.57341.5 18629.07 4671.75 （2）輸出文件 * * 第 一 部 分 原 始 數(shù) 據(jù) * * 樁類型組數(shù) 土層數(shù) 作用力H方向上一排樁的樁數(shù) 2 5 2 樁端嵌固類型 MD=.0 樁傳力類型系數(shù) XS=0.50

16、00 最小樁間凈距 LS= 3.50(米) 樁材砼彈性模量 E= 0.3000E+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) 6000. 28.0 2.52 9000. 28.0 9.50 5000. 28.0 1.40 15000. 28.0 23.40 25000. 28.0 8.80 I IT D DB LO LI AH X 1 4 1.000 1.000 0.000 40.000 0.0000 -2.2500 2 4 1.000 1.000 0.000 40.000 0.0000 2.2500 承臺(tái)埋入地面或局部沖刷線以下的深度： 2.5 承 臺(tái)

17、 的 實(shí) 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(jì) 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 0.412 1096849.12 87424.84 196804.41 720065.38 2 0.412 1096849.12 87424.84 196804.41 720065.38 承 臺(tái) 剛 度 矩 陣 I K1 K2 K3 1 1018543

18、.120010 0.000000 -1308481.608325 2 0.000000 8774793.000000 0.000000 3 -1308481.608325 0.000000 50236103.290835 * 荷載類型NP= 1 (單孔輕載) * 承 臺(tái) 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) 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)

19、 力 J H(m) My(kN.m) Qy(kN) dy(kN/m) 1 0.49 0.000 0.000 0.000 2 0.97 0.000 0.000 0.000 3 1.46 0.000 0.000 0.000 4 1.94 0.000 0.000 0.000 5 2.43 0.000 0.000 0.000 6 2.92 0.000 0.000 0.000 7 3.40 0.000 0.000 0.000 8 3.89 0.000 0.000 0.000 9 4.37 0.000 0.000 0.000 10 4.86 0.000 0.000 0.000 11 5.35 0.000

20、0.000 0.000 12 5.83 0.000 0.000 0.000 13 6.32 0.000 0.000 0.000 14 6.80 0.000 0.000 0.000 15 7.29 0.000 0.000 0.000 16 7.78 0.000 0.000 0.000 17 8.26 0.000 0.000 0.000 18 8.75 0.000 0.000 0.000 19 9.23 0.000 0.000 0.000 20 9.72 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 0.000

21、000 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 0.49 0.000 0.000 0.000 2 0.97 0.000 0.000 0.000 3 1.46 0.000 0.000 0.000 4 1.94 0.000 0.000 0.000 5 2.43 0.000 0.000 0.000 6 2.92 0.000 0.000 0.000 7 3.40 0.000 0.000 0.000 8 3.89 0.000 0.000 0.000 9 4.37

22、 0.000 0.000 0.000 10 4.86 0.000 0.000 0.000 11 5.35 0.000 0.000 0.000 12 5.83 0.000 0.000 0.000 13 6.32 0.000 0.000 0.000 14 6.80 0.000 0.000 0.000 15 7.29 0.000 0.000 0.000 16 7.78 0.000 0.000 0.000 17 8.26 0.000 0.000 0.000 18 8.75 0.000 0.000 0.000 19 9.23 0.000 0.000 0.000 20 9.72 0.000 0.000 0

23、.000 * 荷載類型NP= 2 (單孔重載) * 承 臺(tái) 位 移 水平位移(毫米) 豎向位移(毫米) 轉(zhuǎn)角(rad) 0.47 2.00 0.1071E-03 I= 1 第 1 根樁的樁頂位移 J A1(J) A2(J) P2(J) 1 0.47 0.47 20.261041 2 1.76 1.76 1927.502190 3 0.11 0.11 -15.934015 第 1 根 樁 樁 身 內(nèi) 力 J H(m) My(kN.m) Qy(kN) dy(kN/m) 1 0.49 -6.205 19.543 2.835 2 0.97 2.868 17.625 4.932 3 1.46 10.79

24、1 14.867 6.302 4 1.94 17.239 11.608 7.001 5 2.43 22.044 8.157 7.114 6 2.92 25.179 4.771 6.750 7 3.40 26.726 1.654 6.028 8 3.89 26.854 -1.050 5.067 9 4.37 25.787 -3.250 3.976 10 4.86 23.782 -4.909 2.851 11 5.35 21.103 -6.028 1.766 12 5.83 18.005 -6.641 0.774 13 6.32 14.721 -6.801 -0.093 14 6.80 11.45

25、7 -6.572 -0.825 15 7.29 8.385 -6.020 -1.426 16 7.78 5.648 -5.203 -1.918 17 8.26 3.362 -4.169 -2.328 18 8.75 1.626 -2.948 -2.689 19 9.23 0.524 -1.558 -3.032 20 9.72 0.138 0.000 -3.380 I= 2 第 2 根樁的樁頂位移 J A1(J) A2(J) P2(J) 1 0.47 0.47 20.261041 2 2.24 2.24 2456.232810 3 0.11 0.11 -15.934015 * 荷載類型NP= 3

26、 (雙孔重載) * 承 臺(tái) 位 移 水平位移(毫米) 豎向位移(毫米) 轉(zhuǎn)角(rad) 0.47 2.12 0.1053E-03 I= 1 第 1 根樁的樁頂位移 J A1(J) A2(J) P2(J) 1 0.47 0.47 20.419082 2 1.89 1.89 2068.884544 3 0.11 0.11 -16.807962 第 1 根 樁 樁 身 內(nèi) 力 J H(m) My(kN.m) Qy(kN) dy(kN/m) 1 0.49 -7.002 19.704 2.824 2 0.97 2.151 17.792 4.919 3 1.46 10.157 15.039 6.294 4 1.94 16.689 11.783 7.001 5 2.43 21.578 8.329