鐵路橋梁橋墩基礎(chǔ)工程課程畢業(yè)設(shè)計(jì)包含詳細(xì)設(shè)計(jì)過程

1、課程名稱：基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)題目：雙線高速鐵路某橋墩基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 院 系： 土木工程系 專 業(yè)： 鐵道工程 年 級(jí)： 二零零八級(jí) 姓 名： XXXX 指導(dǎo)教師： XXXXX 西南交通大學(xué)峨眉校區(qū) 2011 年6月5日課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書專 業(yè) 鐵道工程（橋梁組） 姓 名 XXX 學(xué) 號(hào) XXXX 開題日期： 2011 年 5月 20日 完成日期：2011年 6月 5 日題 目 一、 設(shè)計(jì)的目的通過本課程設(shè)計(jì)，要求學(xué)生熟悉基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的方法，掌握基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的基本理論，培養(yǎng)綜合應(yīng)用基本知識(shí)和基本理論的能力。二、 設(shè)計(jì)的內(nèi)容及要求設(shè)計(jì)具體內(nèi)容見任務(wù)書：通過本課程設(shè)計(jì)，要求學(xué)生熟悉：1綜合分析設(shè)計(jì)資料，對(duì)三種常

2、用的橋梁基礎(chǔ)類型（剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)和沉井基礎(chǔ)）的技術(shù)合理性進(jìn)行比較（限于課時(shí)，本次課程設(shè)計(jì)不考慮造價(jià)因素），選擇較為合理的基礎(chǔ)方案。2對(duì)選定的基礎(chǔ)方案進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。3初步?jīng)Q定修筑基礎(chǔ)的施工方案。三、指導(dǎo)教師評(píng)語 四、成 績 指導(dǎo)教師 (簽章) 年 月 日目錄一、工程概況3二、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)3三、設(shè)計(jì)荷載41、恒載4（1）結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重4（2）附屬設(shè)施重（二期恒載）42、活載4四、設(shè)計(jì)步驟51.支座反力的確定：5（1）基底以上墩及土的重量和的計(jì)算5（2）附加力（風(fēng)力）6（3）主力72.基礎(chǔ)的選擇與檢算11（1）選定樁基類型11（2）選擇樁材與樁徑11（3）擬定承臺(tái)底面平面形狀及尺寸13（4

3、）樁與承臺(tái)連接方式14（5）求R和樁數(shù)檢驗(yàn)14（6）求樁頂荷載15（7）基樁豎向抗壓承載力驗(yàn)算16（8）水平承載力檢驗(yàn)16（9）承臺(tái)抗沖切驗(yàn)算16（10）承臺(tái)底面形心處的位移計(jì)算17（11）樁基檢算223.基礎(chǔ)配筋25（1）判斷大小偏心26（2）應(yīng)力檢算27（3）穩(wěn)定性檢算27（4）單根樁材料表27五、施工圖繪制27六、規(guī)范及參考書27某高速鐵路橋梁橋墩基礎(chǔ)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)一、工程概況該橋梁系高速鐵路干線上的特大橋（復(fù)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(shè)防問題。橋梁及橋墩部分的設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，橋跨由8孔32m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土整體箱梁組成，見圖3-1和圖3-3。二、工程地質(zhì)和水

4、文地質(zhì)場地處的地質(zhì)剖面見圖3-2，相關(guān)土工試驗(yàn)資料見表3-1。水文資料見圖3-1。表3-1 土工試驗(yàn)成果表土層編號(hào)及名稱地質(zhì)年代比重Gs重度g/kN/m3含水量w/%液限wL/%塑限wp/%jc/kPa滲透系數(shù)k/cm/s壓縮系數(shù)a/MPa-1地基承載力特征值(kpa) 軟粘土Q42.7214.991.585.055.06°1710.12.8E-80.494100 砂粘土Q42.6918.834.543.028.012°0519.43.4E-70.112190 粗砂中密Q32.6019.526.2/24°32/2.7E-10.011350 強(qiáng)風(fēng)化砂巖K飽和單軸抗壓

5、強(qiáng)度 R=2.4MPa 中風(fēng)化砂巖K飽和單軸抗壓強(qiáng)度 R=6.7MPa三、設(shè)計(jì)荷載1、恒載（1）結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重按鐵路涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范（TB10002.1-2005)采用。按照?qǐng)D紙?zhí)峁┎捎昧旱淖灾兀轰摻罨炷林囟?5，梁體混凝土用量259.8則：= （2）附屬設(shè)施重（二期恒載）軌下枕底道碴厚度為35cm。包括鋼軌、道碴、軌枕、防水層、保護(hù)層、人行道遮板、聲屏障、擋碴 墻、電纜槽豎墻、蓋板等重量，直線梁按184kN/m計(jì)算，曲線梁按198kN/m計(jì)算。則：=。2、活載列車豎向活載縱向計(jì)算分別采用ZK標(biāo)準(zhǔn)活載。恒載圖示：圖2 恒載作用簡圖（尺寸單位：mm）四、設(shè)計(jì)步驟1. 支座反力的確定：根據(jù)提供的上部

6、結(jié)構(gòu)恒載及活載，分雙線縱向主附兩孔滿載、雙線縱向主附一孔輕載兩種情況。先計(jì)算四個(gè)支座的支座反力，再把荷載計(jì)算到承臺(tái)底面形心處。（1） 基底以上墩及土的重量和的計(jì)算墩臺(tái)自重G的計(jì)算：頂帽及托盤鋼筋混凝土用量：66.63；墩身混鋼筋混凝土用量：83.62；吊籃：一個(gè)橋墩：Q235鋼材（12h+1529.3）kg；涂裝面積：72.43（重量可忽略）；支承墊石鋼筋混凝土用量：2.8。底座鋼筋混凝土用量：土的重量：基底以上土的體積：；該土為軟粘土，其重度。該體積的軟粘土重量：（2） 附加力（風(fēng)力）計(jì)算公式：式中：風(fēng)荷載強(qiáng)度（Pa）；基本風(fēng)壓值（Pa），查規(guī)范取550Pa；風(fēng)載體型系數(shù)，L/b=2.19取

7、1.1；風(fēng)壓高度變化系數(shù)，取1.0；地形、地理?xiàng)l件系數(shù)，取1.0。橋上有車時(shí)按上式值的80%計(jì)算。a) 頂帽風(fēng)力迎風(fēng)面積：頂帽風(fēng)力=0.484×2.1=1.12kN對(duì)基底產(chǎn)生的矩為：1.12×（0.188+14.2）=16.1kNmb) 墩身風(fēng)力迎風(fēng)面積=67.4m2墩身風(fēng)力=67.4×0.484=32.62kN對(duì)基底產(chǎn)生的矩為：32.62×8=292.96kNm總的縱向風(fēng)力H=1.12+32.62=33.72kN，取34kN。（3） 主力支座編號(hào)：圖3 支座編號(hào)（橫向）簡圖a) 情況1：雙線縱向主附兩孔滿載圖4 兩孔滿載簡圖（尺寸單位：mm）列車活載動(dòng)

8、力系數(shù)：，結(jié)構(gòu)計(jì)算跨度，單位m本設(shè)計(jì)：此時(shí)支座反力計(jì)算：左跨部分：由對(duì)稱性：此時(shí)荷載計(jì)算到承臺(tái)底面形心處:圖5 兩孔重載時(shí)承臺(tái)地面受力簡圖對(duì)應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)，上部結(jié)構(gòu)傳至承臺(tái)底部的豎向力；基底以上基礎(chǔ)、土等的自重之和。b) 情況2：雙線縱向主附一孔輕載圖6 單孔輕載簡圖（尺寸單位：mm）此時(shí)支座反力計(jì)算：左跨部分：由對(duì)稱性： 右跨部分：由對(duì)稱性：此時(shí)荷載計(jì)算到承臺(tái)底面形心處:偏心距e=1.7+0.7=2.4m豎向合力和風(fēng)力產(chǎn)生的偏心矩。圖7 單孔輕載時(shí)承臺(tái)底面受力簡圖2. 基礎(chǔ)的選擇與檢算（1） 選定樁基類型考慮樁基為低承臺(tái)，采用鉆孔灌入樁，確定設(shè)計(jì)為端承樁。（2） 選擇樁材與樁徑圖8

9、土層分布圖a) 樁身采用C25混凝土。b) 設(shè)計(jì)樁徑采用d=1m，成孔樁徑為1.05m,鉆孔灌注樁，采用旋轉(zhuǎn)式鉆頭。c) 畫出土層分布圖如圖8所示，選用強(qiáng)分化砂巖層為持力層，樁端進(jìn)入持力層的臨界深度為1.5d=1.5m，即樁端進(jìn)入持力層要大于1.5m，從承臺(tái)底面到粗砂中密層底部深度為19.10m，則取樁長l=22m。樁底標(biāo)高12.13m，進(jìn)入持力層2.90m。d) 估算樁數(shù)：（按雙孔重載估算） 估算公式：式中：豎向承載力總和（kN）；R基樁的豎向承載力設(shè)計(jì)值；經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。由教材表5-6查得樁的極限側(cè)阻力的標(biāo)準(zhǔn)值為：軟粘土：=1.22，=21kPa，=2.59m;砂粘土： =0.43，=70kPa

10、，=8.45m;粗砂中密： =74kPa，=8m；強(qiáng)分化砂巖：=2.4MPa，=2.96m。由教材表5-7查得樁的極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值為：強(qiáng)分化砂巖：h=25m，取=6300kPa。故：由于樁端端阻力承受主要豎向力，取，。故：取，則估算樁數(shù)：暫時(shí)取n=6根，驗(yàn)算后作必要調(diào)整。（3） 擬定承臺(tái)底面平面形狀及尺寸查鐵路橋規(guī)，當(dāng)時(shí)，最外一排樁至承臺(tái)底板邊緣的凈距不得小于0.5d（設(shè)計(jì)樁徑）且不得小于0.25m，且鉆孔灌注樁中心距不應(yīng)小于2.5成孔樁徑，滿足樁間距和和承臺(tái)邊到樁凈距的前提下得到樁在承臺(tái)底面的布置情況，如下圖（單位：cm）：圖9 樁在承臺(tái)底面的布置（尺寸單位：cm） 由上圖可知樁中心距在（3

11、-4）d之間，所以樁端處地基中各樁傳來的壓力將相互重疊。（4） 樁與承臺(tái)連接方式采用主筋伸入式，樁伸入承臺(tái)板內(nèi)10cm，具體配筋見后面詳述。（5） 求R和樁數(shù)檢驗(yàn)計(jì)算考慮群樁效應(yīng)下的基礎(chǔ)豎向承載力設(shè)計(jì)值R并檢驗(yàn)樁數(shù)是否合適根據(jù)式（5-67）可知其中a) 求側(cè)阻、端阻群樁系數(shù)。這兩個(gè)系數(shù)可根據(jù)由表5-20查得，但由于橫向和縱向不相等，查表時(shí)應(yīng)采取平均值，即以，按樁周為砂土，用內(nèi)插法從表5-20得出b) 求承臺(tái)底的土抗力群樁效應(yīng)系數(shù)。這個(gè)系數(shù)可按式5-70計(jì)算。首先求出承臺(tái)內(nèi)區(qū)、外區(qū)的凈面積 和承臺(tái)底地基土凈面積 可根據(jù)由表5-21內(nèi)插法查得,由于承臺(tái)下的砂粘土屬于高壓縮性土，故按取值。按和，用內(nèi)

12、插法得按式（5-70）得（6） 求樁頂荷載豎向力;承臺(tái)高度h為2m，則承臺(tái)所受的彎矩（繞y軸）(繞軸方式：水平向右為y軸，向上為x軸)按式（5-60），各基樁所受的平均豎向壓力設(shè)計(jì)值為按式（5-61），基樁最大和最小豎向壓力設(shè)計(jì)值為（7） 基樁豎向抗壓承載力驗(yàn)算基礎(chǔ)偏心受壓時(shí)，驗(yàn)算時(shí)要同時(shí)滿足式（5-72）和式（5-73）兩個(gè)條件，設(shè)計(jì)樁基的安全等級(jí)為一級(jí)，則建筑基樁重要性系數(shù)=1.2。驗(yàn)算如下兩項(xiàng)驗(yàn)算均滿足要求。（8） 水平承載力檢驗(yàn)水平力H=34kN,水平力和豎向力的合力與鉛垂線的夾角，故可以不驗(yàn)算基樁的水平承載力。（9） 承臺(tái)抗沖切驗(yàn)算設(shè)計(jì)承臺(tái)厚2.0m，沖切破壞錐體的有效高度。a) 柱

13、對(duì)承臺(tái)的沖切驗(yàn)算。根據(jù)公式（5-93），（5-94），（5-95）式中：作用于沖切破壞錐體上的沖切力設(shè)計(jì)值；承臺(tái)混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；沖切破壞錐體有效高度中線周長；承臺(tái)沖切破壞錐體的有效高度；沖切系數(shù)；沖跨比，為沖跨，即柱（墻）邊或承臺(tái)變階處到樁邊的水平距離；當(dāng)時(shí)，取；當(dāng)，取，滿足0.21.0；F作用于柱或墻底的豎向荷載設(shè)計(jì)值；沖切破壞錐體范圍內(nèi)各基樁的凈反力（不計(jì)承臺(tái)和承臺(tái)上土自重）設(shè)計(jì)值之和。設(shè)計(jì)一級(jí)樁基，由于在x方向，在y方向。采用兩者平均值，即，則m承臺(tái)混凝土選用C30，抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，則滿足要求。（10） 承臺(tái)底面形心處的位移計(jì)算a) 設(shè)計(jì)荷載：雙線、縱向、二孔重載：雙線、縱向、一孔

14、輕載：b) 計(jì)算i. 樁的計(jì)算寬度：ii. 計(jì)算基礎(chǔ)變形系數(shù)， 鐵路 假定樁為彈性樁，則其計(jì)算深度：深度內(nèi)存在兩層不同的土，則地基比例系數(shù)m的換算公式為：其中 ，則 而，則樁為彈性樁，按彈性樁計(jì)算。c) 計(jì)算單樁樁頂剛度 其中： 又，查表有i. 計(jì)算承臺(tái)剛性系數(shù) 對(duì)于低承臺(tái)樁基，承臺(tái)完全處于軟塑砂粘土中，因此，承臺(tái)的計(jì)算寬度為：， ii. 計(jì)算承臺(tái)底面形心處的位移a，b，樁基為豎直樁基，樁群對(duì)稱布置，則有：由上式得承臺(tái)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： （11） 樁基檢算a) 群樁承載力檢算（按雙孔重載計(jì)算）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，

15、臺(tái)體底面由于內(nèi)摩擦角（）較頂面放大，底面尺寸：樁自重：樁側(cè)土重：承臺(tái)重：承臺(tái)部分土重： b) 墩頂水平位移檢算（按一孔重載）墩高：H=14.35m則墩頂位移c) 結(jié)構(gòu)在土面處的位移（按一孔輕載）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(duì)樁在土面處的位移進(jìn)行檢算。墩身埋于土中高度：可以用m法直接查表計(jì)算d) 樁身截面配筋設(shè)計(jì)（一孔重載）i. 樁身彎矩計(jì)算 任意深度z處樁身截面彎矩：列表計(jì)算如下：由表知： ii. 計(jì)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(jì)算長度：，（為變形系數(shù)） 主力+附加力，所以K=0.6則 3.

16、基礎(chǔ)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，且任一情況下不得小于80mm，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、小直徑的鋼筋，以提高樁的抗裂性，所以主筋采用I級(jí)鋼筋。樁身混凝土為C25，根據(jù)橋規(guī)規(guī)定，取=0.5%,則選用1618的級(jí)鋼筋，取凈保護(hù)層厚度，采用對(duì)稱配筋，則主筋凈距為：，符合要求。樁與承臺(tái)的聯(lián)結(jié)方式為主筋伸入式，樁身伸入承臺(tái)板0.1m，主筋伸入承臺(tái)的長度（算至彎鉤切點(diǎn)）對(duì)于光圓鋼筋不得不小于45倍主筋直徑（即810mm），取900mm,主筋應(yīng)配到4/處以下2m處（約為11.55m）,取其長

17、度為12m，則主筋總長為13m。箍筋采用8200mm，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。樁身截面配筋如設(shè)計(jì)圖紙。（1） 判斷大小偏心n=16，換算截面面積：換算截面慣性矩：核心距：故屬小偏心構(gòu)件（2） 應(yīng)力檢算小偏心構(gòu)件，全截面受壓，則 應(yīng)力合格（3） 穩(wěn)定性檢算樁計(jì)算長度查表取得=1.0， m=12.4 則穩(wěn)定性滿足要求（4） 單根樁材料表a) 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1816132208416環(huán)向箍筋8652.760.395179.470.86骨架鋼筋1862.65215.931.80b) 混凝土等級(jí)直徑m長m體積m3樁C251.052219.050五、施工圖繪制設(shè)計(jì)結(jié)果應(yīng)表示為施工圖。圖紙統(tǒng)一用標(biāo)準(zhǔn)A3圖幅（297mm´420