鐵路橋梁高承臺樁基礎(chǔ)設(shè)計書

鐵路橋梁高承臺樁基礎(chǔ)設(shè)計書一、 收集設(shè)計資料某單線橋位于直線上，沖刷線以下的河床上部為厚度很大的中密孵石層，其容重Y=2000KN，內(nèi)摩擦角中=38°，地基的基本承載力。o=9OOKPa。局部沖刷線標(biāo)高為19.200m,承臺底與水位線平齊，設(shè)計標(biāo)高為26.800m。采用鉆孔灌注樁施工，樁基直徑為1.0?1.8m。設(shè)計時，樁側(cè)土極限摩阻力f=180KPa，橫向地基系數(shù)的比例系數(shù)m=80MN/m4?；鶚痘炷敛捎肅30，其受壓彈性模量E「2.65X107KPa。二、 設(shè)計荷載該橋墩由主力加附加力雙孔活載控制樁基設(shè)計。作用于承臺底面的豎向力：N=2000KN、水平力H=400KN，力矩M=6900KNm。三、 基樁選擇基樁類型與尺寸基樁類型一一鉆孔灌注樁根據(jù)設(shè)計資料知：考慮擠土效應(yīng)和基樁的強(qiáng)度、剛度，選擇灌注樁。而沖刷線以下的河床上部為厚度很大的中密孵石層，有含水層，不宜采用人工挖空樁，考慮經(jīng)濟(jì)因素，采用鉆孔灌注樁。在樁位就地鉆孔，成孔后將鋼筋籠置入孔內(nèi)灌注混凝土而成樁?；鶚冻叽纭?.25X(7.6+12.4)本設(shè)計中沖刷線以下的河床上部為厚度很大的中密孵石層，承載力高，可作為持力層，從承臺底面到局部沖刷線長度為7.6m，故上部樁長取7.6m，總樁長不妨取為為20m，樁地標(biāo)高6.8m處。故基樁尺寸為：樁長取為20m，上部長度7.6m,下部長度為12.4m；樁徑1.25m?；炷恋燃壔鶚恫捎肅30混凝土，承臺采用C25?；鶚稊?shù)量ZNn=h?[p]按雙孔重載估算樁數(shù)：式中：R為經(jīng)驗系數(shù)，橋梁樁基采用1.3?1.8。計算單樁容許承載力[P]=2UZfl+m°A[o]式中：A 樁底面積，此處為A=：d2=：x1.252=1.227m24 4m0——樁底支撐力折減系數(shù)，按規(guī)范6.2.2-6，取m0=0.55U 樁身截面周長，U=兀（r+0.05）2=3.299（按旋轉(zhuǎn)錐計算）f——極限摩阻力，f=180kPal——土層厚度，I,=12.4mTOC\o"1-5"\h\zg]——g]=b+kY(4d-3)+6k叫d樁底地基土的容許承載力，按公式0 22 22g]=。+kY(4d-3)+6kYd

0 22 22式中：。0——地基基本承載力，c0=900kPak2 由鐵路橋涵規(guī)范4.1.3，取k2=6，k；=3[c]=c+kY(4d-3)+6kYd0 22 22=900+6x20x(4x1.25-3)+6x3x20x1.25=1590KPa根據(jù)規(guī)范4.2.2,主力加附加力時，可以把地基容許承載力提高20%[c]=1590x1.2=1908KPa[P]=-UEfl+mA[c]2 3 0=-x3.299x180x12.4+0.55x0.785x1908=4505.463

2（2）確定樁數(shù)nn=u旦=1.3x20000=5.77P 4505.436暫取n=6，驗算后在做必要調(diào)整?；鶚恫贾酶鶕?jù)鐵路橋涵規(guī)范6.3.2,鉆孔灌注樁的中心距不應(yīng)小于2.5倍成孔樁徑；各類樁的承臺板邊緣至最外一排樁的凈距，當(dāng)樁徑d>1m時，不得小于0.3d，且不得小于0.5m。根

力計算單樁的計算寬度b0形狀換算系數(shù)受力換算系數(shù)圓形截面，Kf二。.9；K0=學(xué)=1.8樁間相互影響系數(shù)L]=4m,h=3(d+1)=形狀換算系數(shù)受力換算系數(shù)圓形截面，Kf二。.9；K0=學(xué)=1.8樁間相互影響系數(shù)L]=4m,h=3(d+1)=3x(1.25+1)=6.75mL=4m<0.6龍1=4.05m(1-b)L

?—]單樁計算寬度2.樁的變形系數(shù)樁的抗彎剛度:K=b'+? ?二=0.45+(1-0.45)?土=0.990.6氣 0.6 6.75b0=0.99x0.9x1.8x1.25=2.0m兀x1-254EI=0.8EI=0.8x2.65x107x—6.__=1.625x106基礎(chǔ)的變形系數(shù)：a也=.80000x2=0.6291EI \1.625x106樁的入土深度：偵I=0.629x12.4=7.800m>2.5m可見，此樁按彈性樁計算。3.單樁樁頂剛度（1）軸向剛度系數(shù)P1該樁為鉆孔灌注樁，故&=0.5。l=12.4m,l0=7.6m EA=1.227x2.65x107=3.25x10738_.由公式D=d+2xlxtan^=1.25+2x12.4tan一=5.4m大于樁間中心距4m,4故，則，A取D=4m=-D2=lx42=12.56m240 4=m01=80000x12.4=992000PL1。+%10EA C0A017.6+0.5x12.4 +3.25x107 992000x12.56=1.98x106⑵軸向剛度系數(shù)P2、「3、P4按式6-57計算，al=0.629x12.4=7.800,al0=0.629x7.6=4.780由表6-15可知：丫日=0.0414,Ym=0.1358,^肱=0.5988p=a3EIY=0.6293x1.625x106x0.0414=1.67x104KN/mp=a3EIY=0.6293x1.625x106x0.1358=5.49x104KN/mp=a3EIY=0.6293x1.625x106x0.5988=2.42x105KN/m4 H承臺剛度系數(shù)與承臺底面形心處位移計算按公式6-63計算各反力和反力矩Y=np=6x1.98x106=1.188x107KN/my=np=6x1.67x104=1.002x105KN/myp=yp=-np3=-6x5.49x104=-3.294x105KN/my=np+pSnx2=6x2.42x105+1.98x106x6x22=4.897x107KN/mpp4 1ii按公式6-62計算b,a,B,N20000b= = =1.684x10-3my1.188x107bbo=yppH-y洲M=4.897x107x400+3.294x105x6900=4465x10以a~yypp-yp2一1.002x105x4.897x107-(3.294x105)2—. -mP=丫aaM-yapH=1.002x105x6900+3.294x105x400=1715*10危瀾_yypp-y作2-1.002x105x4.897x107-(3.294x105)^. -ra樁頂內(nèi)力計算按公式6-64計算。分別以x=2代入第一式，可以求得樁頂?shù)淖畲蠛妥钚≥S向力:NmaxN=—土NmaxN=—土xpp=Nminn1200006土2x1.715x10-4x1.98x10640122654KN此外，H=ap2-Pp3=4.465x10-3x1.67x104-1.715x10-4x5.49x104=66.67KNM=Pp4-ap3=1.715x10-4x2.42x105-4.465x10-3x5.49x104=-202.802KNm

校核:sN=3X(4012+2654)=20000KN=NisH=6X66.67=400KN=HisM=[—202.802X3+(4012-2654)x3]x2=6930KNm=M五、局部沖刷線處樁身的橫向位移和轉(zhuǎn)角因樁下端在土層內(nèi)，且al>2.5，故x0和中°可利用式6-38和6-39計算，即x=義A+土B0以3EIx以2EIxH,M_中=—lA+ "B0以2EI卬以EI卬其中M0=M+Hl0=—202.802+66.67x7.6=303.89KNmH0=H=66.7KNB@可根據(jù)az=0(地面處z=0)及al=4.0B=1.621AB=1.621A=—1.621中A=—1.621中中66.67303.8900.629366.67303.8900.6293x1.625x106x2.441+ =8.75x10-4m0.6292x1.625x10666.67303.89066.67303.890=—1.621X : — X1.751=6.887x10-4rad0.6292x1.625x106 0.629x1.625x106六、樁身內(nèi)力計算1.求任意深度z處樁身截面上的彎矩M=氏A+MB=6667A+303.890B=105.994A+303.890BaM0M0.629M M M M系數(shù)Am、6心值可根據(jù)az值及al=4.0從表6-11查得。將局部沖刷線以下任意深度z處的Mz值表計算如下表所示。求任意深度z處的樁側(cè)土的抗力

以H.b=——A+0竺B=。妗66.67人,0.6292x303.890^以H.b=——A+0bb 2 b 2 b b b列表計算如下表1,并將計算結(jié)果繪于圖2。表1M和b廠計算表azZ/mAB105.994AM303.890BM—MZ—AnBa20.996Ao60.112BGbxZ.kPa0.000.000 0.000 1.0000.000303.890303.8900.0000.0000.0000.0000.0000.200.3180.1970.99820.881303.282324.1630.4240.2588.90215.50924.4110.400.6360.3770.98639.960188.701339.5950.7210.40015.13824.04539.1830.600.9540.5290.95956.071183.533347.5010.9020.45018.93827.05045.9890.801.2720.6460.91368.472174.730345.9240.9790.43020.55525.84846.4031.001.5900.7230.85176.634162.864335.2440.9700.36120.36621.70042.0671.201.9080.7620.77480.767148.128315.9780.8950.26318.79115.80934.6011.402.2260.7650.68781.085131.478289.8580.7720.15116.2099.07725.2861.602.5440.7370.59478.118113.680258.6280.6210.03913.0392.34415.3831.802.8620.6850.49972.60695.499224.2470.457-0.0649.595-3.8475.7482.003.1800.6140.40765.08077.892188.7640.294-0.1516.173-9.077-2.9042.203.4980.5320.32056.38961.242153.6340.142-0.2192.981-13.165-10.1832.403.8160.4430.24346.95546.505120.8010.008-0.2650.168-15.930-15.7622.604.1340.3550.17537.62833.49290.809-0.104-0.290-2.184-17.432-19.6162.804.4520.2700.12028.61822.96665.085-0.193-0.295-4.052-17.733-21.7853.004.7690.1930.07620.45714.54543.552-0.262-0.284-5.501-17.072-22.5733.505.5640.0510.0145.4062.6799.660-0.367-0.199-7.706-11.962-19.6684.006.3590.0000.0000.0000.0000.000-0.432-0.059-9.070-3.547-12.617局部沖刷線3.任意深度z的剪力局部沖刷線3.任意深度z的剪力HzH=H0A^+aM0Bh=66.67A^+0.629x303.89xB〃=66.67A^+191.147B則，H乙列表計算如下表2,并將計算結(jié)果繪于圖3。表2Hz剪力計算表azZAHbH66.67AH191.147BnHHz0.000.0001.0000.00066.6700.00066.6700.200.3180.956-0.28063.737-53.52110.2150.400.6360.839-0.09655.936-18.35037.5860.600.9540.675-0.18245.002-34.78910.2130.801.2720.458-0.27130.535-51.801-21.2661.001.5900.289-0.35119.268-67.093-47.8251.201.9080.102-0.4136.800-78.944-72.1431.402.226-0.066-0.455-4.400-86.972-91.3721.602.544-0.206-0.474-13.734-90.604-104.3381.802.862-0.313-0.471-20.868-90.030-110.8982.003.180-0.388-0.449-25.868-85.825-111.6932.203.498-0.432-0.449-28.801-85.825-114.6262.403.816-0.446-0.412-29.735-78.753-108.4872.604.134-0.437-0.363-29.135-69.386-98.5212.804.452-0.406-0.307-27.068-58.682-85.7503.004.769-0.361-0.249-24.068-47.596-71.6633.505.564-0.200-0.067-13.334-12.807-26.1414.006.359-0.0100.000-0.6670.000-0.667圖3剪力分布圖14.626KNHHzmax14.626KNHHzmax=66-67KN..局部沖刷技zmax4.0七、基樁配筋計算根據(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，主筋凈保護(hù)層不因小于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，主筋采腳級鋼筋。樁身混凝土為C30，根據(jù)《橋規(guī)》規(guī)定，取Umin=0.2%。設(shè)計荷載：M =347.512KNm,H =114.626KN,Nmax=4012KN根據(jù)計算和構(gòu)造要求，初步配筋為：樁與承臺聯(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對光圓鋼筋不得不小于45倍主筋直徑，取1m；主筋應(yīng)配到4/a處以下2m處，故主筋在樁中的長度為16.96m,取為17m,箍筋采用單肢8，間距為200mm。為增加鋼筋籠剛度，順鋼筋籠長度每隔2皿加一道20的骨架鋼筋。為預(yù)防施工中鋼筋籠被混凝土頂起，使2根20主筋伸到樁底。下面對以上配筋進(jìn)行具體計算分析。1.主筋截面配筋根據(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，主筋凈保護(hù)層不小于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級鋼筋。樁身混凝土為C25，根據(jù)《橋規(guī)》規(guī)定，取umin=0.5%，則：此處采用對稱配筋，按照最小配筋率初定鋼筋截面面積，即3.14x12502AH.xA=0.2%x =2453mm2選取8①20的一級鋼筋A(yù)=2513mm2，取凈保護(hù)層厚度為70mm。s實此時主筋間距為：,2兀R _ 2x3.14x(625-70-10)(——-d)=( -20)=407.8>120mmn0 880|| 1090 ||80圖5:橫截面配筋(單位：mm)計算偏心距e.I

347.512x103347.512x103￡— max0Nmin2654—130.9mma= 0.1+0.16——0.^—+0.16—0.531…e 八仁86.60.2+—0 0.2+—h 1250查基礎(chǔ)工程課本表6-25可知：對于樁在a/>4的多排樁，計算長度為l=0.5x(/+蘭)—0.5x(7.6+-^~)—7.6mc 0a 0.531因為l/d=6.1<7，由表6-26可知：縱向彎曲折減系數(shù)中—1c取K=0.6，由附表2.3可知：Ec=3.2x107kpa則:\—aJKL兀\—aJKL兀2EI1-0.5310.6x40123.142x3.2x107x0.120=1.00027.62偏心距為e.—ne0—1.0002x130.9—130.9mm截面校核取n=15，換算截面面積為A0-兀R2+nA=3.14x6252+15x2513—1264257.5mm2換算截面慣性矩為I-止+1nAr2—3?14x12504+1x15x2513x(625-70-10)2—1.258x1011mm40 64 2ss64 2核心距為1.258x10111.258x1011I

―0A0j1264257.5x625—159.2mm為小偏心。1—cosa1—cosa1—(_1)

K= — —122V=2sin3a-3acos4a+3sinacos2a=0一3x3.14x(一1)—9.42W=12a-3sin4a-32sin3acosa=37.7Q=3兀cosa=-9.42

配筋率為25131226562.5配筋率為25131226562.5=2.1%混凝土的最大壓應(yīng)力為:96回M max (r\IiJ_ 96x1x1.0002x347.512x106= 5456253x[37.7+24x15x3.14x0.0021x（一）2]625=3.46MPa<[b]=11.2MPa鋼筋的最大壓應(yīng)力為：_ R（2K-1）+rs_nc 2kR~~"625x（2x1-1）+545=15x3.46x 2x1x625=48.59MPa>[b]=160MPa符合要求。2.箍筋與骨架鋼筋箍筋采用祖8,間距為200mm，為增加鋼筋籠剛度，順鋼筋籠長度每隔2m加一道祖18的骨架鋼筋。則綜合上述計算得出設(shè)計配筋為：根據(jù)計算和構(gòu)造要求，初步配筋為：樁與承臺聯(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對光圓鋼筋不得不小于45倍主筋直徑，取血；主筋應(yīng)配到4/a處以下2m處，故主筋在樁中的長度為16.96m,取為17m,箍筋采用單肢8，間距為200mm。為增加鋼筋籠剛度，順鋼筋籠長度每隔2m加）一道20的骨架鋼筋。為預(yù)防施工中鋼筋籠被混凝土頂起，）使2根20主筋伸到樁底。八、基樁驗算1.單樁軸向承載力驗算本題樁底置于透水土中，計算樁身自重和樁入土部分同體積的土重時均可考慮水的浮力。樁身自重為:G=(凹^x7.6+^D2x12.4)x(y-10)44.3.14x1.252 3.14x1.32=( x7.6+ x12.4)x(25-10)44=386.585KN樁入土部分同體積土的重量:G=%x12.4x(丫'-10)3.14x1.32 4 x12.4x(20-10)=164.505KN則樁底受力：N+G-G'=4012+386.585-164.505=4234.08KN1.2[P]=1.2x4505.263=5046.316KN>4234.08KN故，單樁承載力符合要求。2.單樁穩(wěn)定性檢算樁的計算長度為l=7.6m，查鐵路橋涵混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計基本原理表 11-3可知，Cm=10.4l l7.6x103=24.1X=-c=—c==24.1i :L .1.258x1011E1264257.5故，查規(guī)范卜故，查規(guī)范卜0.898Nc= h巾(A+mA:)_ 4012x103=1.0x(1226562.5+10.4x4012)=3.52MPa<[cc]=9.0MPa單樁穩(wěn)定性符合要求。

單樁斜截面承載力驗算由混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范可知，圓形截面的鋼筋混凝土受彎構(gòu)件和偏心受壓構(gòu)件，其斜截面受剪承載力可換算成矩形截面進(jìn)行計算。此時b=1.76r=1.76x0.625=1.1m， h0=1.6r=1.6x0.625=1mV=0.7fbh+fAsvh+0.07Ntojvs0=0.7x1.24x1100x1000+210x503x1000+0.07x4012000200=1288.455KN>V =114.626KN受剪承載力符合要求。橫向力作用下樁的穩(wěn)定性及其承載力由基礎(chǔ)工程公式6-110可知:門=0.8，暫取c=10kpab=n1n2Eyz(nk-k)+2cm^K+k)]式中：z=2.90，n.門=0.8，暫取c=10kpa38k=tan2(45+—)=2.3538)+2c(nK+K)]k)+2c(nK+K)]代入計算可得：bz=叩2[農(nóng)(nkp-ka 、pa=1.0x0.8x20x14.6(2x2.35-1.39)+2=1.0x0.8x=773.2KPa>b =46.12KPa檢核通過。地基持力層承載力驗算檢算條件：樁中心間距為5米，小于6d，考慮群樁效應(yīng);檢算方法：b=土+W^[b]如下圖4，為假想實體基礎(chǔ)示意圖式中：N——樁臺以上的豎向力、樁重、土重，此處M——高承臺樁局部沖刷線以上外力對該平面處樁群形心的力矩A實體基礎(chǔ)底面面積，由于內(nèi)摩擦角的影響W實體基礎(chǔ)的地面截面模量

圖4假想實體基礎(chǔ)示意圖由于內(nèi)摩擦角的影響，外伸寬度：cc… 380a=8+2x12.4xtan =9.87m4380b=5+2x12.4tan——=6.87m4A=axb=9.87x6.87=67.81m2=111.54m3eba2 6.87=111.54m3W= = 6 6樁身自重：G]=6x386.585=2319.51KN樁側(cè)土自重：G'=67.81x20x12.4-6x164.505=17803.91奶則，地基上總豎向力：N0=N+G+G'=20000+2319.51+17803.91=40123.42樁群形心的力矩：M=6900+400x7.6=9940KNmtN M40123.42 9940則，一0+ = + =680.82KPa<g]=900KPaA W67.81 111.54樁的抗裂驗算由于樁屬于小偏心受壓，全截面受壓，鉆孔灌注樁，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。樁對其側(cè)面土的橫向壓應(yīng)力由基樁內(nèi)力計算知：（如圖2）bmax=46.12KPa<［。0］，滿足要求。地基沉降檢算摩擦型群樁基礎(chǔ)，在樁底的中心距小于或等于6倍時，應(yīng)視為樁基為實體基礎(chǔ)，采用《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GBJ7-89建議計算，驗算樁基的沉降量或相鄰基礎(chǔ)的沉降差。（1）計算基礎(chǔ)底面的附加壓力基礎(chǔ)底面平均壓力為：p=N=*2=591.7KPakA67.81基礎(chǔ)底面自重壓力為:七=yd=10.0x12.4=124.0KPa上式中Ym為基底標(biāo)高以上天然土層的加權(quán)平均重度，其中地下水位下的重度取浮重度V=^Yihi=10.0KN/m3m ￡hi基礎(chǔ)底面的附加壓力為：P=P-qh=591.7-124=467.7KPa（2）確定分層厚度查規(guī)范知，基礎(chǔ)分層厚度d<0.4b=2.748m,則，不妨取d=2.4m。（3）沉降經(jīng)驗修正系數(shù)Ws查《工程地質(zhì)》與《土力學(xué)》教材知：中密孵石層E0為26-32MPa，取為28MPa，泊松比為0.25-0.35，取0.3。

Esi28E

0——Esi28E

0——= =37.69MPa

2u2 2x0.321— 1— 1—u 1