西南交大橋梁基礎(chǔ)工程課程設(shè)計2號墩

1、基礎(chǔ)工程課程設(shè)計橋梁基礎(chǔ)工程課程設(shè)計老師：馮君學(xué)生：姜柏宇 學(xué)號：20100749 班級：土木2010級16班電話一章 概述41.1 工程概況和設(shè)計任務(wù)41.1.1 工程名稱41.1.2 橋跨及附屬結(jié)構(gòu)41.1.3 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)資料51.3 設(shè)計依據(jù)6第二章 方案設(shè)計72.1 地基持力層的選擇72.2 荷載計算72.2.1 主力計算72.2.1.1、恒載72.2.1.2、活載82.2.2 附加力計算92.2.2.1制動力（或牽引力）92.2.2.2縱向風(fēng)力102.2.2.3橫向風(fēng)力112.2.2.4流水壓力112.2.3 荷載組合112.2.3.1縱向主+附，單

2、孔輕載112.2.3.2縱向主+附，單孔重載112.2.3.3縱向主+附，雙孔重載112. 3 基礎(chǔ)類型的比選122.3.1 選定樁基類型122.3.2 選擇樁材與樁徑132.4 承臺尺寸的擬定142.4.1承臺尺寸142.4.2樁與承臺連接方式15第三章 技術(shù)設(shè)計153.1 樁基礎(chǔ)的平面分析153.1.1 153.1.1.1確定樁的相互影響系數(shù)153.1.1.2153.1.2 單樁的剛度系數(shù)計算153.1.2.1單樁軸向剛度系數(shù)153.1.2.2單樁橫向剛度系數(shù)163.1.3 群樁的剛度系數(shù)計算163.1.4 樁頂位移及內(nèi)力計算173.2 橫向荷載作用下單樁的內(nèi)力及位移計算183.3 單樁軸

3、向承載力檢算193.4 墩臺頂?shù)乃轿灰茩z算193.5 群樁基礎(chǔ)的承載力和位移檢算203.6 單樁基底最大豎向壓應(yīng)力及橫向壓應(yīng)力檢算213.6.1 基底最大豎向壓應(yīng)力驗算213.6.2 基礎(chǔ)側(cè)面橫向壓應(yīng)力驗算213.7 基礎(chǔ)配筋223.7.1 配筋223.7.2 計算偏心距233.7.3 判斷大小偏心233.7.4 應(yīng)力檢算233.7.5 穩(wěn)定性檢算24第四章 初步的施工組織設(shè)計244.1 基礎(chǔ)的施工工藝流程244.2 主要施工機具254.3 主要工程數(shù)量和材料用量254.3.1單根樁材料表254.3.1.1鋼筋254.3.1.2混凝土264.3.1.3承臺土方開挖量：264.4 保證施工質(zhì)量

4、的措施264.4.1 砼質(zhì)量保證264.4.1.1成孔控制264.4.1.2鋼筋施工274.4.1.3原材料質(zhì)量控制274.4.1.4混凝土配合比設(shè)計274.4.1.5混凝土的拌和、運輸28第一章 概述1.1 工程概況和設(shè)計任務(wù)1.1.1 工程名稱建筑物的性質(zhì)和用途：該橋梁為等跨度32M，上承板梁，橋面系為無渣橋面，并設(shè)雙側(cè)人行道，橋墩為混凝土實體橋墩，該橋位于直線平坡段上，與河流正交，該地區(qū)無流冰及地震，該河道不通航。1.1.2 橋跨及附屬結(jié)構(gòu)該橋梁系某I級鐵路干線上的特大橋（單線），線路位于直線平坡地段。該地區(qū)地震設(shè)防烈度為VI度，不考慮地震設(shè)防問題。橋梁及橋墩部分的設(shè)計已經(jīng)完成，橋跨由3

5、8孔32m后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁組成，該梁全長32.6m，梁高2.65m，跨中腹板厚度0.18m，下翼緣梁端寬0.88m，上翼緣寬1.92m，為分片式T梁，兩片梁腹板中心距為2.0m，橋梁跨中縱斷面示意如圖1所示。每孔梁的理論重量為2276 kN，梁上設(shè)雙側(cè)人行道，其重量與線路上部建筑重量為35.5kN/m。梁縫10cm，橋墩支承墊石頂面高程1178.12m，軌底高程1181.25m. 本人承擔(dān)2#橋墩的基礎(chǔ)設(shè)計。該橋墩采用圓端橋墩，圓端橋墩支承墊石采用C40鋼筋混凝土，頂帽采用C30鋼筋混凝土，墩身采用C30混凝土。橋梁支座采用SQMZ型鑄鋼支座，支座鉸中心至支承墊石頂面的距離為40cm。圖1

6、橋梁跨中縱斷面示意圖(單位：cm)1.1.3 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)資料本段線路通過構(gòu)造剝蝕低中山區(qū)、河谷階地、河流峽谷區(qū)等地貌單元，大部分穿行山前緩坡，地形起伏大，海拔在10001500m，地形起伏大，相對高差100200m，山頂覆蓋新黃土或風(fēng)積砂，溝谷發(fā)育。根據(jù)巖土工程勘察報告，大橋地層自上而下依次為新黃土、白堊系泥巖夾砂巖，河谷處主要為沖積砂及礫石土。各地層的主要物理、力學(xué)參數(shù)見表11。場地勘察未發(fā)現(xiàn)滑坡、巖溶、斷層、破碎帶等不良地質(zhì)現(xiàn)象。表11地層的主要物理、力學(xué)參數(shù)注：W4泥巖為全風(fēng)化泥巖，相關(guān)的參數(shù)按照黏性土取值，W3泥巖和W3砂巖為強風(fēng)化泥巖和強風(fēng)化砂巖，相關(guān)的參數(shù)按照碎石土取值，W

7、2泥巖和W2砂巖為微風(fēng)化泥巖和微風(fēng)化砂巖。新黃土不需要考慮濕陷性。本區(qū)蒸發(fā)量遠大于降水量，為貧水地區(qū)，地下水量一般不大且埋藏較深，局部地段有泉水出露。按其賦存條件可分基巖裂隙水、第四系孔隙潛水。地下水主要靠大氣降水補給，局部受地表水補給。其排泄路徑主要為蒸發(fā)。地下水及地表水對普通混凝土不具侵蝕性。地表河流為常年流水，設(shè)計頻率水位1122.60m，設(shè)計流速1.8m/s，常水位1121.50m，流速1.2m/s，一般沖刷線1119.50m，局部沖刷線1118.30m。該橋所在地區(qū)的基本風(fēng)壓為800Pa。1.3 設(shè)計依據(jù)（1）鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（TB10002.5-2005）（2）鐵路橋涵設(shè)

8、計基本規(guī)范（TB10002.1-2005）（3）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（TB10002.3-2005）（4）鐵道第三勘察設(shè)計院編鐵路工程設(shè)計技術(shù)手冊橋涵地基和基礎(chǔ)（5）西南交通大學(xué)巖土工程系編橋梁基礎(chǔ)工程第二章 方案設(shè)計2.1 地基持力層的選擇由2#橋墩鉆孔柱狀圖知，地面以下土層依次為新黃土、W4泥巖、W3泥巖、W3砂巖、W2泥巖、W2砂巖。本橋墩高度為16.37米，對地基壓力大，則地基容許承載力也應(yīng)達到比較大的數(shù)值，排除用新黃土與W4泥巖作為持力層的方案。W3砂巖基本承載力為600kPa，W3泥巖基本承載力為400kPa，選擇基本承載力達的W3砂巖作為持力層。2.1.1

9、、數(shù)據(jù)確定墊石頂部到地面高14.7m，設(shè)計墩身14.3m，埋入土中0.18m，設(shè)計承臺厚2m，樁長28m共6根。2.2 荷載計算2.2.1 主力計算2.2.1.1、恒載（1）由橋墩傳來的恒載壓力： （2）墊石重量：（3）頂帽重量（墊石下的小塊放大）（4）墩身重量： 除開圓臺部分面積圓臺部分 （5）承臺重量： （6）承臺上的土體重量： 因為高于設(shè)計頻率水位 不計算浮力（7）總恒載 2.2.1.2、活載（令承臺底橫橋方向中心軸為軸，順橋方向中心軸為軸）（1）單孔重載 根據(jù)，可得支點反力為作用在承臺底的豎向活載 對承臺底的力矩 （2）單孔輕載 根據(jù)，可得支點反力為作用在承臺底的豎向活載 對承臺底的力

10、矩 （3）雙孔重載根據(jù)確定最不利荷載位置。本設(shè)計為等跨梁，故，和分別為左右兩跨上活載重量，由解得。則支點反力、為作用在承臺底的豎向活載 、對承臺底的力距 （4）雙孔空車荷載支點反力 作用在承臺底的豎向活載 、對承臺底的力距 2.2.2 附加力計算2.2.2.1制動力（或牽引力）單孔重載與單孔輕載的制動力（或牽引力）因單孔重載與單孔輕載作用在梁上的豎向靜活載相同，故制動力（或牽引力）也相等，為對承臺底的力矩 雙孔重載的制動力（或牽引力）左孔梁為固定支座傳遞的制動力（或牽引力）右孔梁為滑動支座傳遞的制動力（或牽引力）傳到橋墩上的制動力（或牽引力）為故雙孔重載時采用的制動力（或牽引力）為 對承臺底的

11、力矩 2.2.2.2縱向風(fēng)力風(fēng)荷載強度其中，根據(jù)場邊迎風(fēng)的圓端形截面，查表得為1.1；根據(jù)軌頂離常水位的高度（本橋墩設(shè)計中為軌頂離地面高度）為,查表得1.00，根據(jù)地形為河谷階地、河流峽谷區(qū)，查表得為1.20。墊石風(fēng)力： 頂帽風(fēng)力對承臺底的力矩為 :墩身風(fēng)力墩身高度：對承臺底的力矩為:縱向風(fēng)力在承臺底產(chǎn)生的荷載 2.2.2.3橫向風(fēng)力略2.2.2.4流水壓力因在橋孔下無水，故不計算流水壓力。2.2.3 荷載組合2.2.3.1縱向主+附，單孔輕載 2.2.3.2縱向主+附，單孔重載2.2.3.3縱向主+附，雙孔重載 2. 3 基礎(chǔ)類型的比選2.3.1 選定樁基類型方案比較表基 礎(chǔ) 類 型方 案

12、比 較淺基礎(chǔ)建筑物的淺平基多用磚、石、混凝土或鋼筋混凝土等材料組成，因為材料的抗拉性能差，截面強度要求較高，埋深較小，用料省，無需復(fù)雜的施工設(shè)備，因而工期短，造價低，但只適宜于上部荷載較小的建筑物。低承臺樁基穩(wěn)定性較好，但水中施工難度較大，故多用于季節(jié)性河流或沖刷深度較小的河流，航運繁忙或有強烈流水的河流不適合。位于旱地、淺水灘或季節(jié)性河流的墩臺，當(dāng)沖刷不深，施工排水不太困難時，選用低承臺樁基有利于提高基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。高承臺樁基當(dāng)常年有水，且水位較高，施工不易排水或河床沖刷較深，在沒有和不通航河流上，可采用高承臺樁基。有時為了節(jié)省圬工和便于施工，也可采用高承臺樁基。然而在水平力的作用下，由于承臺

13、及部分樁身露出地面或局部沖刷線，減少了及自由段樁身側(cè)面的土抗力，樁身的內(nèi)力和位移都將大于低承臺樁基，在穩(wěn)定性方面也不如低承臺樁基。沉井沉井基礎(chǔ)占地面積小，施工方便，對鄰近建筑物影響小，沉井內(nèi)部空間還可得到充分利用。沉井法適用于地基深層土的承載力大，而上部土層比較松軟，易于開挖的地層。因為橋孔下無水，地下水位較深，上部荷載較大，綜上考慮樁基低承臺，采用鉆孔灌入樁，設(shè)計為摩擦樁。2.3.2 選擇樁材與樁徑圖2 土層分布圖（單位：米）1) 樁身采用C30混凝土。2) 設(shè)計樁徑采用d=1m，成孔樁徑為1.10m,鉆孔灌注樁，采用旋轉(zhuǎn)式鉆頭。3) 畫出土層分布圖如圖2所示，選用W3砂巖作為持力層，取樁長

14、l=28m。樁底標(biāo)高1131.57m。 4) 估算樁數(shù)：（按雙孔重載估算） 估算公式：式中： n樁的根數(shù) N作用在承臺地面上的豎向荷載（kN） P單樁承載力容許值（kN） 經(jīng)驗系數(shù)，本設(shè)計中取值1.2 ，基底以上土的天然重度平均值 取n=6 2.4 承臺尺寸的擬定2.4.1承臺尺寸查鐵路橋規(guī)，當(dāng)時，最外一排樁至承臺底板邊緣的凈距不得小于0.5d（設(shè)計樁徑）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：圖3 樁在承臺底面的布置（尺寸單位：cm）2.4.2樁與承臺連接方式采用主筋伸入式，樁伸入承臺板內(nèi)10cm

15、，具體配筋見后面詳述。第三章 技術(shù)設(shè)計3.1 樁基礎(chǔ)的平面分析3.1.1 3.1.1.1確定樁的相互影響系數(shù) 3.1.1.2 ， 3.1.2 單樁的剛度系數(shù)計算3.1.2.1單樁軸向剛度系數(shù) ， , ， 則 3.1.2.2單樁橫向剛度系數(shù) 則 3.1.3 群樁的剛度系數(shù)計算（1）, （式中取承臺高度）（2）（3）（4） （5） （6）取坐標(biāo)原點為承臺面中心位置，方向為順橋軸線方向。 3.1.4 樁頂位移及內(nèi)力計算 對荷載組合所得總荷載值分析可知，只需分別計算常水位時，荷載組合為縱向主+附，單孔重載時的樁頂位移及內(nèi)力以及常水位時，荷載組合為縱向主+附，雙孔重載時的樁頂位移及內(nèi)力，取所得位移及內(nèi)力

16、較大值即可。設(shè)承臺在荷載作用下發(fā)生，任意排樁樁頂?shù)摹Ｈ簶痘A(chǔ)的整體位移計算 解得 各樁樁頂位移計算 bab1b2ai單孔輕載1.39E-031.11E-034.45E-042.06E-037.21E-041.39E-03單孔重載1.44E-038.75E-043.18E-041.91E-039.59E-041.44E-03雙孔重載1.57E-038.45E-042.97E-042.02E-031.13E-031.57E-03iN1N2QiM單孔輕載-4.45E-042.63E+039.24E+021.24E+011.06E+02單孔重載-3.18E-042.45E+031.23E+031.71

17、E+015.75E+01雙孔重載-2.97E-042.59E+031.44E+031.88E+014.74E+013.2 橫向荷載作用下單樁的內(nèi)力及位移計算計算采用的荷載組合為常水位時，縱向主+附，單孔重載產(chǎn)生的單樁內(nèi)力及位移。計算時采用簡捷計算法。，此時，此時。yayABxyAmBmM000000157.50.476190.20.4240.2583.145590.1970.99865.405710.9523810.40.7210.45.130790.3770.98672.044291.4285710.60.9020.456.134730.5290.95976.680361.9047620.8

18、0.9790.436.329260.6460.91378.798932.38095210.970.3615.9045350.7230.85178.368932.8571431.20.8950.2635.0530550.7620.77475.529293.3333331.40.7720.1513.9311650.7650.68770.648933.8095241.60.6210.0392.6975550.7370.59464.161434.2857141.80.457-0.0641.462790.6850.49956.581794.76190520.294-0.1510.3221750.6140

19、.40748.401075.2380952.20.142-0.219-0.667490.5320.3240.065.7142862.40.008-0.265-1.461360.4430.24332.008936.1904762.6-0.104-0.29-2.049110.3550.17524.516076.6666672.8-0.193-0.295-2.43240.270.1217.892867.1428573-0.262-0.284-2.645720.1930.07612.227868.3333333.5-0.367-0.199-2.58570.0510.0142.8814299.52381

20、4-0.432-0.059-2.056150003.3 單樁軸向承載力檢算最不利荷載組合為縱向主+附，雙孔重載。，樁為彈性樁。單樁自重 同體積土重 。故單樁軸向承載力滿足要求。3.4 墩臺頂?shù)乃轿灰茩z算最不利荷載組合為縱向主+附，單孔重載。橋上風(fēng)荷載強度w=1.1kPa，橋墩有0.18m埋在土層中，故受風(fēng)荷載的墩身高度為14.12m。分別計算橋墩頂部和橋墩與地面相接處均布風(fēng)荷載（假設(shè)均布風(fēng)荷載大小呈梯形分布）。，墩身風(fēng)力引起的墩臺頂水平位移：水平制動力引起的墩臺頂水平位移：單孔重載支座反力產(chǎn)生的彎矩引起的墩臺頂水平位移：則墩臺頂總水平位移： ， 滿足要求。3.5 群樁基礎(chǔ)的承載力和位移檢算最

21、不利荷載組合為縱向主+附，雙孔重載。 ， ,故群樁基礎(chǔ)為全截面受壓。 ， 群樁自重 樁側(cè)土重 則 ，滿足要求。3.6 單樁基底最大豎向壓應(yīng)力及橫向壓應(yīng)力檢算 最不利荷載組合為縱向主+附，雙孔重載。按常水位時的荷載計算。3.6.1 基底最大豎向壓應(yīng)力驗算，樁為彈性樁。單樁自重 樁側(cè)面土摩阻力 3.6.2 基礎(chǔ)側(cè)面橫向壓應(yīng)力驗算，則基礎(chǔ)側(cè)面橫向壓應(yīng)力必須滿足下式要求：，代入數(shù)據(jù)得，故 基礎(chǔ)側(cè)面橫向壓應(yīng)力滿足要求。3.7 基礎(chǔ)配筋3.7.1 配筋根據(jù)灌注樁構(gòu)造要求，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

22、可能采用單筋、小直徑的鋼筋，以提高樁的抗裂性，所以主筋采用級鋼筋。樁身混凝土為C30，根據(jù)橋規(guī)規(guī)定，取=0.5%,則選用10 18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810mm），主筋應(yīng)配到4/處以下2m處（約為11.5m）,則主筋總長為12.5m。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。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。3.7.2 計算偏心距

23、初始偏心距：偏心距放大系數(shù)：計算長度：，（為變形系數(shù)），3.7.3 判斷大小偏心取n=10換算截面面積：換算截面慣性矩：核心距：故屬小偏心構(gòu)件3.7.4 應(yīng)力檢算小偏心構(gòu)件，全截面受壓，則 應(yīng)力合格3.7.5 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，查表得m=12.4 則穩(wěn)定性滿足要求。第四章 初步的施工組織設(shè)計4.1 基礎(chǔ)的施工工藝流程本基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁。施工工藝流程如下： 4.2 主要施工機具鉆孔機、旋轉(zhuǎn)式鉆頭、挖土機、工程運輸車。4.3 主要工程數(shù)量和材料用量4.3.1單根樁材料表4.3.1.1鋼筋鋼筋型號直徑mm根數(shù)單根長m單重kg/m總長m總重kgN1HRB3

24、35181029.052290.5581N2HRB33581402.760.395386.4152.63N2HRB33518132.76235.971.8N3HPB23520527.82.465405.6999.8N4HRB335324.8153.6378.64.3.1.2混凝土等級直徑m長m體積樁C301.102821.99 4.3.1.3承臺土方開挖量： 4.4 保證施工質(zhì)量的措施4.4.1 砼質(zhì)量保證由于橋樁基都屬于隱蔽工程。為保證樁基的施工質(zhì)量，對樁基成孔必須嚴格控制，對砼的性能控制是關(guān)鍵，要控制好砼的性能，必需嚴格按以下幾點進行控制。4.4.1.1成孔控制（1）樁基護筒只有2米至4米

25、，挖土下放護筒之后，必須回填粘土并壓實，在護筒腳周圍形成保護孔壁的泥皮，防止塌孔事故的發(fā)生，可投入增加泥漿粘度的外加劑。必要時，加長護筒或填片石粘土混合物用沖錘夯實。樁孔深度較深，如何控制垂直度成為成孔質(zhì)量的關(guān)鍵。在沖孔過程中根據(jù)不同地層通過調(diào)節(jié)沖程大小，松繩的快慢來控制沖孔質(zhì)量，遇到粘錘，可回填些片石或廢舊鋼絲繩，增加地層面的硬度。沖孔過程還要避免打空錘，控制好松繩時間，避免梅花樁的出現(xiàn)。（2）泥漿的循環(huán)對鉆進速度起關(guān)鍵作用。優(yōu)質(zhì)泥漿能減少孔底沉淀，減小粘錘。實際證明在泥漿處理器上加裝篩網(wǎng)能有效提高泥漿質(zhì)量，減小糊鉆，對增加沖進速度有很大改善。為降低泥漿的含砂率，采用了圓錐形濾砂器，使用砂泵

26、將分級沉淀后的泥漿抽入濾砂器中旋轉(zhuǎn)而使砂礫沉淀。4.4.1.2鋼筋施工（1）鋼筋加工后應(yīng)用進行檢查。（2）鋼筋籠在起吊和運輸過程中，由于鋼筋籠骨架鋼筋少，容易變形，須在吊點位置加焊吊環(huán)，并通過吊架來承受鋼筋起吊時吊點的水平分力，防止鋼筋籠變形。（3）鋼筋主筋采用搭接焊。并現(xiàn)場檢查安裝情況。（4）鋼筋端頭處需做好標(biāo)記，方便對接。（5）對鋼筋加工按規(guī)范抽檢頻率要求進行抽檢。4.4.1.3原材料質(zhì)量控制（1）嚴格對進場的砂、碎石進行物理性能試驗，試驗結(jié)果符合規(guī)范要求后才進行采用。（2）水泥由業(yè)主提供，每批水泥做原材料試驗，并將試驗報告單連同廠商的材質(zhì)檢驗合格證書報監(jiān)理工程師，必要時會同監(jiān)理工程師進行復(fù)核，不同標(biāo)號品種的水泥不得混用，過期水泥