桥梁基础课程设计书.docx

桥梁基础课程设计 专业：土木工程桥梁方向年级：姓名：学号：指导老师：目 录第一章 概 述 3第一节 设计任务 3第二节 基本资料 3第二章 地基和基础设计 6第一节 绘制设计资料总图 6第二节 复核土层 6第三节 地基和基础方案的比较 8 第四节 地基和基础设计与计算 9第三章 施工方法及程序 27第一节 施工方法及主要机具设备 27第二节 主要施工程序27第一章 概 述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”。2 基本资料一、建筑物的立面示意图如下：二、建筑物场地地形图及钻孔布置图如下： 场地地形图及钻孔布置图（单位：m） 水平比例尺1：1000高水位：142.0m 施工水位：132.0m 常水位：132.0m一般冲刷深度：河底以下1.50m 局部冲刷深度：河底以下5.50m三、建筑物地区水文、地质情况 钻孔柱状剖面图：（其中土层顶面标高和土层厚度单位均为m） 第1号钻孔 第2号钻孔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)# 13粘砂土138.01# 13粘砂土130.01.0# 4粘土137.02.5# 4粘土129.02.5# 11粘土134.5# 11粘土126.5 土层编号土的名称图例土层顶面标高(m)土层厚度(m)# 13粘砂土133.01.0# 4粘土132.02.5# 11粘土129.5四、土的物理力学性质表如下：土 的 力 学 性 质 表土层编号土的名称土粒比重Gs孔隙比e饱和度Sr液限WL塑限WP内摩擦角内聚力C(KPa)渗透系数K# 13粘砂土2.710.8630.9631.325.623158.110-5# 4粘土2.740.9360.98402116365.310-7# 11粘土2.720.6261.00412318.5604.310-55、 作用在桥墩上的荷载桥梁试样及跨度作用力垂 直 荷 载水 平 荷 载纵 向 力横 向 风 力恒 载活 载制动力风 力墩帽墩身承台重桥梁自重一孔活载二孔活载钢梁上风力墩帽上风力墩身上风力列车风力钢梁上风力墩帽上风力墩身上风力重载轻载满载空车一孔活载二孔活载上承板梁32m力(kN)7249.088701900152029003203403.5常水位72611221151.5高水位13.4力臂x/y(m)000.350.35000.930.26常水位76.06.02.440.26高水位11六、墩帽尺寸简图及墩身坡度墩宽 =240cm墩帽长b=546cm墩帽厚d= 52cm墩身坡1:m=1:20如右图：单位cm七、补充资料墩帽顶面在高水位以上2.52m第二章 地基和基础设计1 绘制设计资料总图设计资料总示意图： （单位cm ）2 复合各层土的名称、确定其允许承载力一、土层名称的复核，如下表：土名称鉴定表土层编号类别已知资料塑性指数名称评定依据塑限Wp液限WL# 13粘土类25.631.35.7粘沙土17# 4粘土类214019粘土17# 11粘土类234118粘土010二、确定土的状态，如下表：土的状态鉴定表土层编号类别名称已 知 的 数 据计 算 数 据土的状态判定依据土粒比重Gs孔隙比e饱和度Sr塑限WP液限WL含水量液性指数# 13粘土类粉土2.710.8630.9625.631.330.60.877软塑0.751# 4粘土类粘土2.740.9360.98214033.50.658可塑0.250.75# 11粘土类粘土2.720.6261.00234123.00硬塑010d，计算单桩允许承载力P：，令 设h10d其中 0=414.8 KPa， 查表得持力层在水面以下为透水者，因此所有水下部分按浮重度计算m0取0.6，=1.3，f=60KPa，假设h10d，则： h=21m桩总长l=21+7.5=28.5m,取l=30m,h=22.5m.二、 桩基内力及变位计算和桩基检算（一）、桩的内力和变位计算 1、决定桩的计算宽度b0 群桩：b0=0.9(d+1)k其中k为构件相互影响系数桩间净距L0=2.5m 构件局部冲刷线以下的计算深度 n=2，故c=0.6由于L0=2.5m3.5m则： ，故：=、 计算2 2 4 ，查表得：YQ= 0.074 YM= 0.198 M= 0.720故：4、计算桩基总刚度系数ij 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)承 台 位 移 和 转 角 计 算 表荷载形式NHMba单位KNKNKNmmmrad一孔重载（常水位）915043656531.3967.7001.029一孔轻载（常水位）877043655201.3387.6911.012一孔重载（高水位）677035752781.0336.3509.251一孔轻载（高水位）639035751450.9756.3589.080两孔满载（常水位）1015043549881.5497.6339.161备注，6、计算桩顶内力(须计算各种荷载组合)桩 顶 内 力 计 算 表荷载形式baNHMNiHiMi单位mmradKNKNKNmKNKNKNm一孔重载（常水位）1.4387.7201.029915043656531906.75972.665-394.061143.241一孔轻载（常水位）1.3797.7101.012877043655201837.11972.567-394.791086.215一孔重载（高水位）1.0646.3679.251677035752781471.50859.500-321.7785.158一孔轻载（高水位）1.0056.3589.080639035751451401.86359.504-321.93728.132两孔满载（常水位）1.5967.6569.4371015043549882031.54072.501-393.9851351.794备注，其中取承台脱离体验算左右，在误差范围内，因此满足平衡条件。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局部冲刷线处桩截面上弯矩和剪力计算表荷载形式MiHiliM0= Mi+ Hi liH0 =Hi单位KNmKNmKNmKN一孔重载（常水位）-394.0672.6657.5150.92872.665一孔轻载（常水位）-394.7972.5677.5149.46372.567一孔重载（高水位）-321.759.5007.5124.55059.500一孔轻载（高水位）-321.9359.5047.5124.35059.504两孔满载（常水位）-394.0872.5017.5149.67872.5018、计算局部冲刷线处桩身水平位移和转角，并做的检算。 选择最不利荷载组合：一孔重载常水位进行计算 已知：M0=150.928 KNm H0=72.665KN 根据,查表得：Ax=2.441，Bx=1.621，A=-1.621，B=-1.751 9、计算桩身任意截面处的弯矩My 目的是为了桩的材料强度核算，故可选择选择最不利荷载组合：产生最小偏心距的两孔满载常水位（）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）两孔满载常水位 其中M0=149.678KNm，H0=72.501KN。公式如下： 系数、值可根据从、系数表查得。今将局部冲刷线以下任意深度z处之值列表进行计算，详见下表。（2）一孔轻载高水位 其中M0=124.35KNm，H0=59.504KN。公式如下：系数和值可根据从系数表查得，计算结果见下表：zzAmBm151.359Am149.678Bm124.225Am124.350BmM1M200010.000 149.678 0.000 124.350 149.678 124.350 0.20.42 0.1970.99829.818 149.379 24.472 124.101 179.196 148.574 0.40.84 0.3770.98657.062 147.583 46.833 122.609 204.645 169.442 0.61.25 0.5290.95980.069 143.541 65.715 119.252 223.610 184.967 0.81.67 0.6460.91397.778 136.656 80.249 113.532 234.434 193.781 12.09 0.7230.851109.433 127.376 89.815 105.822 236.809 195.637 1.22.51 0.7620.774115.336 115.851 94.659 96.247 231.186 190.906 1.42.92 0.7650.687115.790 102.829 95.032 85.428 218.618 180.461 1.63.34 0.7370.594111.552 88.909 91.554 73.864 200.460 165.418 1.83.76 0.6850.499103.681 74.689 85.094 62.051 178.370 147.145 24.18 0.6140.40792.934 60.919 76.274 50.610 153.853 126.885 2.24.59 0.5320.3280.523 47.897 66.088 39.792 128.420 105.880 2.45.01 0.4430.24367.052 36.372 55.032 30.217 103.424 85.249 2.65.43 0.3550.17553.732 26.194 44.100 21.761 79.926 65.861 2.85.85 0.270.1240.867 17.961 33.541 14.922 58.828 48.463 36.26 0.1930.07629.212 11.376 23.975 9.451 40.588 33.426 3.57.31 0.0510.0147.719 2.095 6.335 1.741 9.815 8.076 48.35 000.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 （二）、单桩允许承载力的检算 单桩的轴向允许承载力分别按桩身材料强度和土的阻力进行计算：1、 按土的阻力计算单桩允许承载力 P 上面已经计算出500Kpa 2、 检算Nmax+G是否小于P 该桩桩底置于透水土中，所以在计算单桩自重和与桩入土部分同体积的土重时应考虑 水的浮力：桩身自重与桩同体积土重在两孔满载常水位时，轴向力最大，为最不利荷载组合，则：（注：主加附P可提高20。）即：单桩允许承载力满足要求。（三）、群桩承载力的检算：1.将桩基视为群桩实体基础：基底应力应满足右式：桩中心距小于6d，按实体基础验算。已知桩群外轮廓b=4m a=8m。 计算群桩实体的边长 b、a 群桩实体的基底面积为 群桩实体基底纵向截面模量为 桩底处地基容许承载力为： （的计算公式中H从一般冲刷线开始计算，10.4为平均重度） 选择一孔重载常水位和两孔满载常水位进行检算。对于一孔重载常水位：对于两孔满载常水位：均满足要求。2.沉降检算 该设计采用摩擦桩净距小于6d所以按明挖扩大基础方法计算实体基础的沉降。 采用分层总和法，最不利荷载为常水位（不计活载）。 ，实体基础为以下采用分层总和法进行计算;分层厚，取（1） 计算各薄层自重应力： （2） 计算基础中心垂直轴线上的附加应力并确定压缩底层。 基底净荷载为： 基底净平均应力为： 计算基础中心垂直轴线上的以确定压缩底层。位置0001.5470.25099.872120.5471.5470.23292.681241.0931.5470.19678.300361.6401.5470.14055.928由于,则中心垂线上的压缩底层在第3层的底面上。各层沉降计算如下表：196.27790002285.49190002367.11490002查规范取,则满足要求（四）、桩身配筋及外荷载作用下桩身的强度检算 土采用C30混凝土，钢筋采用级钢筋。1、主筋配置如下 钢筋桩顶到局部冲刷线上4.18m之间用2020，则实际的钢筋面积，局部冲刷线下4.18m到桩底用1020。保护层厚度取a=60mm。2、箍筋配置如下：局部冲刷线以下4.18m以上的桩内箍筋采用10 200mm、以下的桩内箍筋采用10 400mm的螺旋式箍筋；每隔两米焊接一道20骨架箍筋。则钢筋中心到桩截面中心的距离=420mm。3、钻孔桩桩身强度核算取两种情况进行验算，分别为偏心距最小的两孔满载和偏心距最大的一孔轻载高水位。第一种最不利荷载组合的情况：两孔满载（常水位）验算四个截面：桩顶截面： 地面下最大弯矩处截面（局部冲刷线下2.09m）： 钢筋截断处截面（局部冲刷线下4.18m）： 桩底截面（轴心受压）：（1） 桩顶截面 计算偏心距增大系数： ， 计算长度 截面核心半径判断大小偏心：，因此按大偏心受压进行检算。截面应力检算：首先确定中性轴的位置，取查铁路混凝土结构设计原理知：混凝土最大压应力：受拉钢筋应力： 受压钢筋应力： 满足要求。（2）地面下最大弯矩处截面判断大小偏心：所以按小偏心受压进行验算。因此满足要求。（3） 钢筋截断处截面 判断大小偏心：截面核心半径因此按小偏心受压进行验算。因此满足要求。（4） 桩底截面 为轴心受压，查表得，稳定系数，m=10.4因此满足要求。第二种最不利荷载组合的情况：一孔轻载高水位验算三个截面：桩顶截面： 地面下最大弯矩处截面： 钢筋截断处截面： （1） 桩顶截面 计算偏心距增大系数： 计算长度 截面核心半径判断大小偏心：，因此按大偏心受压进行检算。截面应力检算：首先确定中性轴的位置，经试算，取查铁路混凝土结构设计原理知：满足要求。（2） 地面下最大弯矩处截面判断大小偏心：所以按大偏心受压进行验算。首先确定中性轴的位置，经试算，取查铁路混凝土结构设计原理知：因此该截面满足要求。（3）钢筋截断处截面 判断大小偏心：，=0.004截面核心半径所以按大偏心计算首先确定中性轴的位置，经试算，取查铁路混凝土结构设计原理知：因此该截面满足要求。（五）承台的检算本桩与承台的联结采用将桩顶主钢筋伸入承台的联结方式，桩身伸入座板内10cm，桩顶伸入承台的钢筋采用直立式，伸入承台的钢筋长度为1000mm，箍筋采用10200mm。如下图所示;第三章 施工方法及程序1、 施工方法及主要机具设备 施工方法： 根据本项工程实际情况，采用泥浆护壁钻孔灌注桩，成孔机械采用回转钻机。 灌注桩是直接在桩位上就地成孔，然后在孔内安放钢筋笼、灌注混凝土而成。 回转钻机是由动力装置带动钻机的回转装置转动，并带动带有钻头的钻杆转动，由钻头切削土壤。切削形成的土碴，通过泥浆循环排出桩孔。根据桩型、钻孔深度、土层情况、泥浆排放条件、允许沉碴厚度等条件，泥浆循环方式选择使用正循环方式。 正循环回旋钻机成孔工艺：泥浆由钻杆内部注入，并从钻杆底部喷出，携带钻下的土碴沿孔壁向上流动，由孔口将土碴带出流入沉淀池，经沉淀的泥浆流入泥浆池再注入钻杆，由此进入循环，沉淀的土碴用泥浆车运出排放。 因为本项工程是在常水位施工，水深小于3米，应适当提高护筒顶面标高。 在砂类土和粘土中钻孔，采用自造泥浆护壁。钻孔达到要求的深度后，测量沉碴厚度，进行清孔。清孔采用射水法，此时钻具只转不进，待泥浆比重降到1.1左右即认为清孔合格。 钻孔灌注桩的桩孔钻成并清孔后，应尽快吊放钢筋骨架并灌注混凝土。用垂直导管灌注法水下施工。水下灌注混凝土至桩顶处，应适当超过桩顶设计标高，以保证在凿除含有泥浆的桩段后，桩顶标高和质量能符合设计要求。 施工后的灌注桩的平面位置和垂直度都需要满足规范的规定。灌注桩在施工前，进行试成孔。 主要机具设备 回转钻机 回转钻机主要由座盘、支腿、塔架、方形钻杆、转盘、电机、钻头组成。 2、 主要施工程序 该施工法的施工程序是：平整场地泥浆制备埋设护筒铺设工作平台安装钻机并定位钻进成孔清孔并检查成孔质量下放钢筋笼灌注水下混凝土拔出护筒检查质量。 (1)施工准备 施工准备包括选择钻机、钻具、场地布置等。 钻机是钻孔灌注桩施工的主要设备可根据地质情况和各种钻孔机的应用条件来选择。 (2)钻孔机的安装与定位 安装钻孔机的基础如果不稳定，施工中易产生钻孔机倾斜、桩倾斜和桩偏心等不良影响,因此要求安装地基稳固。对地层较软和有坡度的地基，可用推土机推平，在垫上钢板或枕木加固。为防止桩位不准，施工中很重要的是定好中心位置和正确的安装钻孔机，对有钻塔的钻孔机，先利用钻机的动力与附近的地笼配合，将钻杆移起，准确定位，使起重滑轮、钻头或固定钻杆的卡孔与护筒中心在一垂线上，以保证钻机的垂直度。钻机位置的偏差不大于2cm。对准桩位后，用枕木垫平钻机横梁，并在塔顶对称于钻机轴线上拉上缆风绳。 (3)埋设护筒 钻孔成败的关键是防止孔壁坍塌。当钻孔较深时，在地下水位以下的孔壁土在静水压力下会向孔内坍塌、甚至发生流砂现象。钻孔内若能保持壁地下水位高的水头，增加孔内静水压力，能为孔壁、防止坍孔。护筒除起到这个作用外，同时好有隔离地表水、保护孔口地面、固定桩孔位置和钻头导向作用等。制作护筒的材料有木、钢、钢筋混凝土三种。护筒要求坚固耐用，不漏水，其内径应比钻孔直径大（旋转钻约大20cm，潜水钻、冲击或冲抓锥约大4