鐵路橋墩樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)(中南大學(xué))

.PAGE...鐵路橋墩樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)學(xué)院：土木工程學(xué)院______指導(dǎo)基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)——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(wú)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(wú)碴橋面單箱單室預(yù)應(yīng)力混凝土梁,梁全長(zhǎng)32.6m,梁端縫0.1m,梁高3m,梁寬13.4m,每孔梁重8530kN,簡(jiǎn)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3.建筑材料：支承墊石、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36.79~36.29耕地0.5-3.51~-12.31粗砂<中密>8.836.29~30.79軟塑砂粘土5.5-12.31~-22.31中砂<中密>10.030.79~21.29粉砂9.5-22.31~-29.31礫砂〔中密7.021.29～19.89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.風(fēng)力：ω＝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=18629.07kNH=341.5kNM=4671.75kN雙線、縱向、一孔重載：17534.94kN,H=341.5kN,M=4762.57kN.m2.墩頂外力：雙線、縱向、一孔重載：=253.44kN,＝893.16kN.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(zhǎng)、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(shuō)明書(shū)和計(jì)算書(shū)一份〔2設(shè)計(jì)圖紙〔2號(hào)圖,鉛筆圖一張〔3電算結(jié)果四、附加說(shuō)明：1、如布樁需要,可變更圖1中承臺(tái)尺寸；2、任務(wù)書(shū)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(duì)其豎向荷載進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整?；A(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)——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(duì)于砂土不宜小于1.5,所以選擇樁長(zhǎng),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,μ為經(jīng)驗(yàn)系數(shù),橋梁樁基采用1.3～1.8。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?duì)稱布置,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=4671.75KN?m雙線、縱向、一孔重載：N=17534.94KN,H=341.5KN,M=4762.57kN?m4、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(zhǎng)度,b為上邊長(zhǎng)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253.44633.61393.922154.242914.563674.88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〔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(guò)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。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00.000010-22.014-22.0140.20.4840.1970.99811.655-21.970-10.3150.40.9690.3770.98622.304-21.7060.5980.61.4530.5290.95931.297-21.11110.1850.81.9370.6460.91338.219-20.09918.12012.4210.7230.85142.774-18.73424.0401.22.9060.7620.77445.081-17.03928.0431.43.3900.7650.68745.259-15.12430.1351.63.8740.7370.59443.602-13.07630.5261.84.3580.6850.49940.526-10.98529.54124.8430.6140.40736.325-8.96027.3662.25.3270.5320.3231.474-7.04424.4302.45.8110.4430.24326.209-5.34920.8592.66.2950.3550.17521.003-3.85217.1502.86.7800.270.1215.974-2.64213.33237.2640.1930.07611.418-1.6739.7453.58.4750.0510.0143.017-0.3082.70949.68500000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Ⅰ級(jí)鋼筋,樁身混凝土為C25,根據(jù)《橋規(guī)》規(guī)定,取,則：,選用1618的Ⅰ級(jí)鋼筋,則。取凈保護(hù)層厚度,采用對(duì)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,樁身伸入承臺(tái)板0.1m；主筋伸入承臺(tái)的長(zhǎng)度不小于45倍的主筋直徑即,取900mm。主筋應(yīng)配到4/α處一下2m處,取主筋在樁中長(zhǎng)度為12m；箍筋采用,為增加鋼筋籠剛度,順?shù)摻罨\長(zhǎng)度每隔2m加一道的骨架鋼筋?！?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?！?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?！?穩(wěn)定性驗(yàn)算樁的計(jì)算長(zhǎng)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?！?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(chǎng)澆灌,不需吊裝,施工期間樁截面一般不出現(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25200.53.5300000006000282.529000289.55000281.4150002823.425000288.841.01.00400-2.2541.01.004002.252.511.2000341.517534.944762.57341.518629.074671.75〔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)252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=3.50<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>6000.28.02.529000.28.09.505000.28.01.4015000.28.023.4025000.28.08.80IITDDBLOLIAHX141.0001.0000.00040.0000.0000-2.2500241.0001.0000.00040.0000.00002.2500承臺(tái)埋入地面或局部沖刷線以下的深度：2.5承臺(tái)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>10.00.00.02341.517534.94762.63341.518629.14671.8***************************************************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)IAFLO1LO2LO3LO410.4121096849.1287424.84196804.41720065.3820.4121096849.1287424.84196804.41720065.38承臺(tái)剛度矩陣IK1K2K311018543.1200100.000000-1308481.60832520.0000008774793.0000000.0000003-1308481.6083250.00000050236103.290835*******************************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>0.000.000.0000E+00I=1第1根樁的樁頂位移JA1<J>A2<J>P2<J>10.000.000.00000020.000.000.00000030.000.000.000000第1根樁樁身內(nèi)力JH<m>My<kN.m>Qy<kN>dy<kN/m>10.490.0000.0000.00020.970.0000.0000.00031.460.0000.0000.00041.940.0000.0000.00052.430.0000.0000.00062.920.0000.0000.00073.400.0000.0000.00083.890.0000.0000.00094.370.0000.0000.000104.860.0000.0000.000115.350.0000.0000.000125.830.0000.0000.000136.320.0000.0000.000146.800.0000.0000.000157.290.0000.0000.000167.780.0000.0000.000178.260.0000.0000.000188.750.0000.0000.000199.230.0000.0000.000209.720.0000.0000.000I=2第2根樁的樁頂位移JA1<J>A2<J>P2<J>10.000.000.00000020.000.000.00000030.000.000.000000第2根樁樁身內(nèi)力JH<m>My<kN.m>Qy<kN>dy<kN/m>10.490.0000.0000.00020.970.0000.0000.00031.460.0000.0000.00041.940.0000.0000.00052.430.0000.0000.00062.920.0000.0000.00073.400.0000.0000.00083.890.0000.0000.00094.370.0000.0000.000104.860.0000.0000.000115.350.0000.0000.000125.830.0000.0000.000136.320.0000.0000.000146.800.0000.0000.000157.290.0000.0000.000167.780.0000.0000.000178.260.0000.0000.000188.750.0000.0000.000199.230.0000.0000.000209.720.0000.0000.000*******************************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>0.472.000.1071E-03I=1第1根樁的樁頂位移JA1<J>A2<J>P2<J>10.470.4720.26104121.761.761927.50219030.110.11-15.934015第1根樁樁身內(nèi)力JH<m>My<kN.m>Qy<kN>dy<kN/m>10.49-6.20519.5432.83520.972.86817.6254.93231.4610.79114.8676.30241.9417.23911.6087.00152.4322.0448.1577.11462.9225.1794.7716.75073.4026.7261.6546.02883.8926.854-1.0505.06794.3725.787-3.2503.976104.8623.782-4.9092.851115.3521.103-6.0281.766125.8318.005-6.6410.774136.3214.721-6.801-0.093146.8011.457-6.572-0.825157.298.385-6.020-1.426167.785.648-5.203-1.918178.263.362-4.169-2.328188.751.626-2.948-2.689199.230.524-1.558-3.032209.720.1380.000-3.380I=2第2根樁的樁頂位移JA1<J>A2<J>P2<J>10.470.4720.26104122.242.242456.23281030.110.11-15.934015*******************************荷載類型NP=3<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>0.472.120.1053E-03I=1第1根樁的樁頂位移JA1<J>A2<J>P2<J>10.470.4720.41908221.891.892068.88454430.110.11-16.807962第1根樁樁身內(nèi)力JH<m>My<kN.m>Qy<kN>dy<kN/m>10.49-7.00219.7042.82420.972.15117.7924.91931.4610.15715.0396.29441.9416.68911.7837.00152.4321.5788.3297.12362.9224.7954.9366.76973.4026.4191.8