【精品】某铁路桥桥墩地基和基础设计

兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）I目 录1. 概 述 .- 1 -1.1 设计的任务及建筑物的性质和用途 .- 1 -1.2 基本资料 .- 1 -1.2.1 建筑物的立面示意图 - 1 -1.2.2 建筑物场地地形图及钻孔布置图 - 2 -1.2.3 建筑物地区水文、地质情况（钻孔柱状剖面图） - 3 -1.2.4 土的物理力学性质表 - 5 -1.2.5 作用在桥墩上的荷载 - 6 -1.2.6 墩帽尺寸简图及墩身坡度 - 7 -2. 下部结构设计 .- 8 -2.1 绘制设计资料总图 .- 8 -2.2 复合各层土的名称、确定其允许承载力 - 9 -2.2.1 土层名称的复核 - 9 -2.2.2 确定土的状态 - 10 -2.2.3 确定各土层的基本承载力 0 和地基承载力修正系数 K - 11 -2.2.4 各土层的地基的允许承载力的计算 - 11 -2.3 地基和基础的方案比较 .- 12 -2.4 高承台桩基地基和基础的设计与计算 .- 12 -2.4.1 桩基设计 - 12 -2.4.2 桩基内力及变位计算和桩基检算 - 18 -3. 施工方法及程序 .- 37 -3.1 施工方法及主要机具设备 .- 37 -3.1.1 施工方法 - 37 -兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）II3.1.2 主要机具设备 - 37 -3.2 主要施工程序 .- 38 -3.2.1 施工程序 - 38 -3.2.2 施工准备 - 38 -3.2.3 钻孔机的安装与定位 - 38 -3.2.4 埋设护筒 - 38 -3.2.5 泥浆制备 - 39 -3.2.6 钻孔 - 39 -3.2.7 清孔 - 39 -3.2.8 灌注水下混凝土 - 40 -3.3 质量的控制 .- 40 -3.3.1 成孔质量控制 - 40 -3.3.2 成桩质量控制 - 41 -结 论 .- 43 -致 谢 .- 44 -参考文献 .- 45 -附录附录兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）- 1 -1. 概 述1.1 设计的任务及建筑物的性质和用途设计任务：根据已有建筑物的图样，所受上部结构的荷载、地质和水文地质情况，遵照“中华人民共和国铁路桥涵地基和基础设计规范 TB10002.52005”设计某铁路干线上跨越某河流的桥梁之 R 号桥墩的地基和基础。建筑物的性质和用途：该桥梁为等跨度 32M，上承板梁，桥面系为无渣桥面，并设双侧人行道，桥墩为混凝土实体桥墩，该桥位于直线平坡段上，与河流正交，该地区无流冰及地震，该河道不通航。该桥除了为铁路客货运服务外，亦为附近居民来往的通道。设计依“中华人民共和国铁路桥涵地基和基础设计规范 TB10002.52005”进行设计，活载按铁路标准活载，即“中活载”。1.2 基本资料1.2.1 建筑物的立面示意图如图 1-1：图 1-1兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）- 2 -1.2.2 建筑物场地地形图及钻孔布置图如图 1-2： 场地地形图及钻孔布置图（单位：m） 水平比例尺 1：1000图 1-2兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）- 3 -1.2.3 建筑物地区水文、地质情况（钻孔柱状剖面图）地质情况见表 1-1、1-2、1-3：第 1 号钻孔 第 2 号钻孔表 1-1 表 1-2土层编号土的名称图例土层顶面标高(m)土层厚度(m)土层编号土的名称图例土层顶面标高(m)土层厚度(m)# 1 细砂 238 3.5 # 1 细砂 230 3.5# 7 粉砂 234.5 6.0 # 7 粉砂 226.5 6.0#2 浅灰色粘土2285 4.5 #2 浅灰色粘土220.5 4.5#5 细砂 224 2 #5 细砂 216 2# 3 中砂 222 # 3 中砂 214兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）- 4 -第 3 号钻孔表 1-3土层编号土的名称图例土层顶面标高(m)土层厚度(m)# 1 细砂 233 3.5# 7 粉砂 229.5 6.0#2 浅灰色粘土223.5 4.5#5 细砂 219 2# 3 中砂 217水文情况：高水位：242.0m 施工水位：232.0m 常水位：232.0m一般冲刷深度：河底以下 1.50m 局部冲刷深度：河底以下 5.50m兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）- 5 -1.2.4 土的物理力学性质表兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）- 6 -1.2.5 作用在桥墩上的荷载兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）- 7 -1.2.6 墩帽尺寸简图及墩身坡度墩帽宽 =240cm墩帽长 b=546cm墩帽厚 d= 52cm墩身坡 1:m=1:10如图 3：单位 cm墩帽顶面在高水位以上 3.92m。图 1-3兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）- 8 -2. 下部结构设计2.1 绘制设计资料总图设计资料总示意图如图 2-1： （单位 cm ）图 2-1兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）- 9 -2.2 复合各层土的名称、确定其允许承载力2.2.1 土层名称的复核兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）- 10 -2.2.2 确定土的状态兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）- 11 -2.2.3 确定各土层的基本承载力 0 和地基承载力修正系数 K表 2-32.2.4 各土层的地基的允许承载力的计算由于地基的尺寸和埋深还没有确定，无法确定地基的容许承载力，此处不做计算。后续地基的尺寸和埋深确定后，再进行计算。已 知 的 数 据 由 计 算 或 查 表 得 的 数 据系 数类别名称土粒比重Gs孔隙比e液性指数IL相对密度 rD状态基本允许承载力 0( KPa )K1 K2饱和容重 satrwssateG1水中容重 rwsat砂土类细砂2.670.680.36中密 2101.5 3 19.53 9.73砂土类粉砂2.680.780.52中密 110 1 2 19.00 9.20粘土类浅灰色粘土2.740.980.417可塑 189 02.5 18.38 8.58砂土类细砂2.670.650.47中密 2701.5 3 19.71 9.91砂土类中砂2.650.64 0.4中密 370 2 4 19.66 9.86兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）- 12 -2.3 地基和基础的方案比较根据荷载的大小和性质、地质和水文地质条件、料具的用量价格（包括料具的数量）、施工难易程度、物质供应和交通运输条件以及施工条件等等，经过综合考虑后决定以下三个可能的基础类型，进行比较选择，采用最佳方案。方案比较表 表 2-4基 础 类 型 方 案 比 较浅基础建筑物的浅平基多用砖、石、混凝土或钢筋混凝土等材料组成，因为材料的抗拉性能差，截面强度要求较高，埋深较小，用料省，无需复杂的施工设备，因而工期短，造价低，但只适宜于上部荷载较小的建筑物。低承台桩基稳定性较好，但水中施工难度较大，故多用于季节性河流或冲刷深度较小的河流，航运繁忙或有强烈流水的河流。位于旱地、浅水滩或季节性河流的墩台，当冲刷不深，施工排水不太困难时，选用低承台桩基有利于提高基础的稳定性。高承台桩基当常年有水，且水位较高，施工不易排水或河床冲刷较深，在没有和不通航河流上，可采用高承台桩基。有时为了节省圬工和便于施工，也可采用高承台桩基。然而在水平力的作用下，由于承台及部分桩身露出地面或局部冲刷线，减少了及自由段桩身侧面的土抗力，桩身的内力和位移都将大于低承台桩基，在稳定性方面也不如低承台桩基。沉井沉井基础占地面积小，施工方便，对邻近建筑物影响小，沉井内部空间还可得到充分利用。沉井法适用于地基深层土的承载力大，而上部土层比较松软，易于开挖的地层。根据设计资料可知，河流常年有水，水位较高，河床冲刷较深，施工不易排水，且河道不通航，上部荷载较大，河流常年有水，综合以上原因选用高承台桩基。2.4 高承台桩基地基和基础的设计与计算2.4.1 桩基设计承台尺寸的决定：兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）- 13 -1、承台底面的标高 河流常年有水，且水位较高，无流冰和通航要求，且河流冲刷深度较大，故选择承台底面标高在施工水位处，即 232m。2、承台高度决定 按经验承台采用 C30 混凝土，厚度定为 2m。3、承台平面尺寸的决定 由以上资料可得：墩身高 11.4m，墩身坡 1:10计算墩身底面的平面尺寸：底面长为： m54.710/.2.046.5底面宽为： =8 初步选定承台尺寸为： 8验算： 0(64.8)/20.31tan4575满足材料刚性角的要求。作用在承台底面重心处的荷载计算：1、主力：主力应包括恒载（包括浮力）、活载、冲击力和离心力，因桥墩为实体故不计冲击力，同时因为线路为直线也不计离心力。a) 垂直静载（钢梁重+墩帽重+墩身重+承台重）（1） 钢梁自重 = 870KNG钢 梁（2） 墩帽重单位体积重 25 KN/m 3222.436187Am墩 帽 31870.5V墩 帽 .2GKN墩 帽 (3) 墩身重单位体积重 23KN/m3，则：墩身顶部面积 221A=.061.=0.53 m墩身底部面积 248497墩身体积 （2-1）1212()3HVA兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）- 14 -31.4(05329.710.5329.47)18.m墩身重量 G=86 KN墩 身(4) 承台重单位体积重 25 KN/m 3862540 承 台作用在承台底面总的垂直静载为：（2-2）G=+G 870154.203.624 859.KN钢 梁 墩 身 承 台墩 帽 b) 浮力从不利荷载考虑，包括常水位和高水位时的浮力常水位浮力：桥墩所受浮力： N=浮高水位浮力：承台体积： 318629 mV墩身体积：高水位墩身截面面积 223A.081.45.3m墩身底面面积 22947高水位墩身排水体积 （2-3）3232()HVA墩 身3815.9.4715.9.47)16.5m高水位桥墩所受浮力： （2-4）N=+浮 浮 承 台浮 墩 身.8(6.)=26.0KNc) 车辆活载：包括一孔活载（重载、轻载）；两孔活载（满载）一孔重载 1=90K1M9.35 m一孔轻载 2N52=502两孔重载 32、附加力：、 制动力H=340K制 M=40(.93+1.4)=872. KNm制兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）- 15 -、风力 取风压强度为：1250 Pa纵向风力：墩帽上风力：P 1=3.5 KN 1M=3.5(.4+026)=7.81 KNm墩身上风力：常水位时：A= 2.4(5267.).9m2P=.91KN(+.4/)=02. 高水位时： 3.5692Am3P=(.)1.53.8 KNM80+4/2=76承台风力： 2. =1KNm3、绘力系表(考虑主力和纵向的附加力)承台底面重心处荷载组合计算见表 2-5：兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）- 16 -兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）- 17 -桩的设计：1、桩材选择：根据本工程的特点，选择钢筋混凝土钻孔灌注桩。2、桩径：初步选定桩径为 1.0m，成孔桩径 1.05m。3、桩长和桩数的估算：根据构造措施，桩中心距不小于 ,承台座板边缘至最2.510.625m小一排桩的净距，不小于 50cm，故设置 6 根桩，行列式排列，布置图如图 2-2：图 2-2将桩底设置在良好的土层中，设桩长 h10d，计算单桩允许承载力P：（2-5）210AmlfUPi然后根据 计算桩长。PNn已知： 0=370 KPa， 查表 m0取0.6，=1.3，f #7=45KPa，f #2=60Ka，f#5=40KPa，f #3=50KPa，则：3.12425. 486.91338142.9 （2-6）dkdk206)(37.13).048KPa兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）- 18 -012iPUflmA21.546.5402(1.5)0.647.830687hh 139.8.2461.30.2847NP hnh=26.13m桩总长 l=26.13+7.5=33.63m,取 l=35m 14.1725.4786.9338102.9 （2-7）dkdk206)(37.13.046KPa（2-5）02iUflmA21 1.546.54021750.64.793 故桩总长取 35m2.4.2 桩基内力及变位计算和桩基检算桩的内力和变位计算：1、决定桩的计算宽度 b0 群桩：b 0=0.9(d+1)k其中 k 为构件相互影响系数桩间净距 L0=41=3m 构件局部冲刷线以下的计算深度 0h3d16m （ ） n=2，故 c=0.6由于 L0=3m3、计算桩基中桩头处的刚度系数 1 2 2 4 、 计算 1钻孔桩 =0.5，l 0=7.5m，h=27.5m， ，7hE=3.10PaKEA=2773514cEANKmhl /0.81052. 770 30C=m.=/05.85.27443D0=d+2htan( /4)= ，取 4m3.1+.tan=1. 4m220A=(4/).56mKNC/104750兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）- 20 -（2-9） 1001lhEAC= 6771.08.45.4KNm、 计算 2 2 4 ，0368l=.52.34.0h查表得：Y Q= 0.0725 YM= 0.1956 M= 0.7157故： 336420.41.0.71./EI KNm2385950654.4.3/MI rad 4、计算桩基总刚度系数 ij 661.01.0/bnKNm44232a 565.73.1/rad252674140602.8410/nx KNmrad兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）- 21 -5、计算承台座板竖直位移 b、水平位移 a、转角 (须配合承台重心处各种荷载组合计算)如表 2-6：表 2-6荷载形式 N H M b a 单位 KN KN KNm m m rad一孔重载（常水位）10359.88 454.7 6300.25 1.71 3109.305 3103.54 410一孔轻载（常水位）9979.88 454.7 6167.25 1.647 39.275 33.49 4一孔重载（高水位）7692.81 367.3 5851.47 1.269 3107.687 3103.17 410一孔轻载（高水位）7312.81 367.3 5718.47 1.207 37.657 33.11 4两孔满载（常水位）11359.88 454.7 5635.25 1.875 3109.157 3103.28 410备注，6.01/bKNm46.2/aKNm，534a rd7810rad，13247521 6.46.102.810(3.4)aa bN，2aaMH2aaH兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）- 22 -6、计算桩顶内力(须计算各种荷载组合)如表 2-7：表 2-7荷载形式 b a N H M Ni Hi Mi单位 m m rad KN KN KNm KN KN KNm2442.29一孔重载（常水位）1.71 3109.305 3103.54 410359.88 454.7 6300.25101175.84 -381.282368.12一孔轻载（常水位）1.647 3109.275 33.49 4109979.88 454.7 6167.25958.4575.84 -381.891921.99一孔重载（高水位）1.269 3107.687 33.17 4107692.81 367.3 5851.47642.2861.27 -304.511847.88一孔轻载（高水位）1.207 3107.657 33.11 4107312.81 367.3 5718.47589.7261.27 -305.112555.06两孔满载（常水位）1.875 3109.157 33.28 41011359.88 454.7 5635.251231.5675.84 -384.32备注，61.KNm421.03/KNm，4357054rad， ， ，其中iixnN132aHi 34Mi2ix取承台脱离体验算在误差范围内，因此满足平衡条件 0,0HM兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）- 23 -7、计算局部冲刷线处截面上的弯矩 M0和剪力 H0，须计算各种荷载组合，如表2-8：表 2-8荷载形式 Mi Hi li M0= Mi+ Hi liH0 =Hi单位 KNm KN m KNm KN一孔重载（常水位） -381.281 75.84 7.5 187.54 75.84一孔轻载（常水位） -381.89 75.84 7.5 186.93 75.84一孔重载（高水位） -304.51 61.27 7.5 154.99 61.27一孔轻载（高水位） -304.11 61.27 7.5 154.38 61.27两孔满载（常水位） -384.32 75.84 7.5 184.49 75.848、计算局部冲刷线处桩身水平位移 和转角 ，并做 的检算。XX选择最不利荷载组合：一孔重载常水位进行计算M0=187.54 KNm H0=75.84 KN 由 ,查表 5-4 得：A x=2.441，B x=1.621，A =-4.zh及1.621，B =-1.751 332362675.824187.5412.1000xxHXAB mEII 42 266.(.).()9.Mrad9、计算桩身任意截面处的弯矩 My 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）- 24 -目的是为了桩的材料强度核算，故选择最不利荷载组合：产生最大 M 一孔重载常水位和最大 N 的两孔满载常水位和产生最大偏心距的一孔轻载高水位两种情况进行计算。（1）一孔重载常水位其中 M0=187.54KNm，H 0=75.84KN。公式如下：75.8417.56.3718.54yMMMABABAB系数 、 值可根据 从 、 系数表查得。40zh值 及计算结果见下表 2-9：表 2-9az z/m AM BM 156.37AM187.54BMMY/(KNm）0 0.000 0 1 0 187.540 187.5400.2 0.412 0.197 0.998 30.804 187.164 217.9690.4 0.825 0.377 0.986 58.951 184.914 243.8650.6 1.237 0.529 0.959 82.719 179.850 262.5700.8 1.649 0.646 0.913 101.015 171.224 272.2391 2.062 0.723 0.851 113.055 159.596 272.6521.2 2.474 0.762 0.774 119.153 145.155 264.3091.4 2.887 0.765 0.687 119.623 128.839 248.4631.6 3.299 0.737 0.594 115.244 111.398 226.6431.8 3.711 0.685 0.499 107.113 93.582 200.6952 4.124 0.614 0.407 96.011 76.328 172.3392.2 4.536 0.532 0.32 83.188 60.012 143.2012.4 4.948 0.443 0.243 69.271 45.572 114.8442.6 5.361 0.355 0.175 55.511 32.819 88.3302.8 5.773 0.270 0.120 42.219 22.504 64.7243 6.186 0.193 0.076 30.179 14.253 44.4323.5 7.216 0.051 0.014 7.974 2.625 10.6004 8.247 0 0 0 0 0桩身弯矩变化图形为图 2-3：兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）- 25 -图 2-3（2）两孔满载常水位其中 M0=184.49m，H 0=75.84KN。公式如下：75.841.956.37184.9yMMMABABAB系数 和 值可根据 从系数表查得，结果见下M04zh值 及表 2-10:az z/m AM BM 156.37AM 184.49BM MY/(KNm）0 0.000 0 1 0 184.49 184.490.2 0.412 0.197 0.998 30.804 184.121 214.9250.4 0.825 0.377 0.986 58.951 181.907 240.8580.6 1.237 0.529 0.959 82.719 176.925 259.6450.8 1.649 0.646 0.913 101.015 168.439 269.4541 2.062 0.723 0.851 113.055 157.000 270.0561.2 2.474 0.762 0.774 119.153 142.795 261.9491.4 2.887 0.765 0.687 119.623 126.744 246.3671.6 3.299 0.737 0.594 115.244 109.587 224.831兰州交通大学博文学院毕业设计（论文）- 26 -表 2-10（3）一孔轻载高水位其中 M0=186.93KNm，H 0=75.84KN。公式如下：75.8416.935.7186.93yMMMABABAB系数 和 值可根据 从系数表查得，计算结果40zh值 及见表 2-11：表 2-11az z/m AM BM 156.37AM186.93BMMY/(KNm）0 0.000 0 1 0 186.93 186.930.2 0.412 0.197 0.998 30.804 186.556 217.3610.4 0.825 0.377 0.986 58.951 184.312 243.2640.6 1.237 0.529 0.959 82.719 179.265 261.9850.8 1.649 0.646 0.913 101.015 170.667 271.6821 2.062 0.723 0.851 113.055 159.077 272.1321.2 2.474 0.762 0.774 119.153 144.683 263.8371.4 2.887 0.765 0.687 119.623 128.420 248.0431.6 3.299 0.737 0.594 115.244 111.036 226.2811.8 3.711 0.685 0.499 107.113 93.278 200.3912 4.124 0.614 0.407 96.011 76.080 172.0912.2 4.536 0.532 0.32 83.188 59.817 143.0062.4 4.948 0.443 0.243 69.271 45.423 114.6952.6 5.361 0.355 0.175 55.511 32.712 88.2242.8 5.773 0.270 0.120 42.219 22.431 64.6511.8 3.711 0.685 0.499 107.