墩台基础课程设计某大桥低桩承台基础设计.doc

第1章 概述1.1基本资料本设计资料是江阴市某大桥低桩承台基础设计，该桥上部结构型式采用变截面连续箱梁双幅桥，荷载标准公路I级，桥面双幅并立，中央空间9m,单幅横向布置为0.35m（栏杆）+5m（非机动车道）+0.4m（隔离栅）+12.25m（车行道）+0.5m（防撞护栏）=18.5m，总宽46m.桩的型式采用钻孔灌注桩，桩身采用C25混凝土，承台采用C30混凝土。本设计是针对15#墩（左幅），对应的地质钻孔是ZKB4，其设计控制荷载分别为：N=60000kN（）、H=600kN（）、M=6204kNm()。1.2施工方法1.2.1施工方法简介及机具设备 本设计工程桩基础采用钻孔灌注桩。施工时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。钻孔的方法主要根据地质条件，本设计采用的正循环回转钻机。 正循环旋转钻进是泥浆由泥浆泵压进泥浆笼头，通过钻杆从底端钻头射出而输入孔底，泥浆挟钻渣上升，从护筒顶溢流口不断流出排至沉淀池内，钻渣沉淀，泥浆流入泥浆池循环使用。 由于是在粘土中钻孔，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。1.2.2主要的施工程序（一）、施工工艺 钻孔灌注桩是用动力驱使钻头在土中钻进成孔。主要的工序是钻孔、清孔、下钢筋笼和灌注混凝土。具体施工工艺流程图见图一。（二）、主要工艺的技术要求1、 埋设护筒埋设护筒是钻孔灌注桩准备工作中的一个最主要环节。混同为圆形，可用木、钢板。钢筋混凝土制作，要求坚实耐用、不变形不漏水，并应能重复使用。埋设护筒要满足以下要求：护筒直径应比钻头直径大100400mm，依据成孔方式来确定。护筒顶标高奥高出地面或岛面300500mm,高于地表水面或地下水面1.52.0m;护筒底应用粘土夯填，不得漏水跑浆。2、 泥浆制备泥浆是用作护壁用，由水、粘土（或膨胀土）和添加剂组成。泥浆的作用：增大孔内向外的静水压力，并在孔壁形成一层泥皮，隔断孔内外水流起着护壁的作用；用作悬浮钻渣，润滑钻头，减少钻进阻力。t图一 钻孔灌注桩施工工艺图3、钻孔本设计中采用的是旋转钻孔法，用动力驱动钻头旋转切削地层，利用泥浆循环排渣成孔的旋转钻机钻孔。在钻孔过程中，要注意以下几个问题：钻进过程中要随时检查进尺和土层和土质情况，并做好记录；在转进过程中要随时检查孔径和垂直度，当发生严重的斜孔、弯孔、缩孔时要进行必要的修孔；在钻进过程中，要注意护筒内水头高度的稳定性，以防坍孔；经常检查钻具、钻杆、钢丝绳和联结装置，对卡钻、掉钻要及时处理；4、清孔钻孔达到设计标高后，应立即进行清孔。清孔的目的是减小孔底沉淀土层厚度，以达到设计要求，保证桩尖土的承载力；为灌注水下混凝土创造良好条件，保证水下混凝土灌注质量。采用抽浆清孔法，直接用反循环钻机、空气吸泥机、水力吸泥机或离心吸泥泵等将孔底含钻渣泥浆吸出达到清孔的目的。此法清孔较彻底，适用于各种方法钻孔的桩柱和摩擦桩。5、 钢筋骨架组装和吊安 钻孔灌注桩的钢筋笼要提前制作组装，长桩情况下钢筋笼长度很长应分节制作，每节长度以89m为宜。在加工制作和组装时，要注意其施工精度，并应有较高的刚度。6、 灌注水下混凝土水下混凝土一般采用刚性导管法灌注。刚性导管用钢管制作，导管内径一般为200350mm，导管使用前应进行必要的水密、承压和接头抗拉等试验。开始灌注混凝土时，应在漏斗底口处设置可靠的隔水设施。第二章 桩径、桩长的确定2.1桩径、桩长的初拟根据相关设计材料的数据，初步确定桩长45米，桩径D=2米。承台尺寸初拟及地面标高见图二。2.2桩数的确定摩擦桩单桩轴向力受压容许承载力：（桩孔灌注桩）其中，桩的周长;（桩径D=2m,采用旋转钻，则直径增大5cm）（具体数据参见表一）面积：修正系数：深度,故取米；桩底土的容许承载力;桩侧土的平均容重故估算桩数：n取整数，即;桩的具体分布及承台尺寸见图二；表一 桩埋置深度范围内土的相关数据土层深度 地基系数 内摩擦角 1.40 18.70 157.10 120408.60 17.73 415.60 90241.70 19.60 1513.80 2006614.40 19.56 1516.58 230574.80 19.85 1516.10 240706.00 18.55 5527.00 160455.10 19.20 420.40 220552.3桩长的确定假设桩基插入最底层的高度为h，则;假设埋置深度小于等于40，则;解之，可得 h,=4.51m;则桩长 取整，可得桩长 L=42米；又因为4240，故假设不成立。所以取h=40米；则 解之，可得.故桩长 米。取整，得出确定的桩长为。第三章 桩基内力及位移计算3.1桩的计算宽度的计算桩的计算宽度 其中，形状换算系数 受力换算系数 因为桩间净距,则（b查表，可得）所以，桩的计算宽度：；3.2地基系数的确定此桩总长42米，共经过七层不同的土层，具体数据见表一。地基系数的确定采用等效面积换算法，其计算图示见图四。等效面积计算m值：又因为所以地基系数3.3桩的变形系数的确定变形系数的计算公式：其中，基础计算刚度 所以，桩的计算刚度 =3.4桩的刚度系数的确定3.4.1单位“力”作用，桩在该处变位因桩底是非岩石类土，且所以则3.4.2单位“力”作用在桩顶时桩顶变位计算其中.3.4.3桩顶发生单位变位时桩顶发生内力的计算其中，；摩擦角侧摩阻力以扩散角至桩地面得的半径为：； ；桩身截面 ；则：3.5每桩的桩顶作用的计算3.5.1承台发生单位变位时，所有桩顶对承台作用反力之和的计算其中，为每排的桩数，为各桩至承台中心处的距离。3.5.2承台变位的计算3.5.3任一桩顶分配作用效应组合设计值计算校核：3.6桩身弯矩最大值计算3.6.1局部冲刷线处桩柱变位计算此设计中，桩顶即为承台底面，3.6.2局部冲刷线以下深度Z处桩身各截面内力计算弯矩其中，;则有 ;桩身截面配筋只需要弯矩，不会发生剪力破坏，在此只计弯矩。可从书附录II中按查取，其计算列于表二，绘制的桩身弯矩图见图5。 表二 桩身弯矩计算表ZZ 0.20.704 -0.00133 -0.00013 0.99999 0.20000 6608.106 0.41.408 -0.01067 -0.00213 0.99974 0.39998 6915.610 0.62.113 -0.03600 -0.01080 0.98806 0.59974 7003.946 0.82.817 -0.08532 -0.03412 0.99181 0.79854 7030.635 13.521 -0.16652 -0.08329 0.97501 0.99445 6808.538 1.44.930 -0.45515 -0.31933 0.86573 1.35821 5884.855 1.86.338 -0.95564 -0.86715 0.52997 1.61162 4559.172 2.27.746 -1.69334 -1.90567 -0.27087 1.57538 3145.212 2.69.155 -2.62126 -3.59987 -1.87734 0.91679 1900.883 310.563 -3.54058 -5.99979 -4.68788 -0.89126 979.648 3.512.324 -3.91921 -9.54367 -10.34040 -5.85402 341.286 414.085 -1.61428 -11.73066 -17.91860 -15.07550 166.546 从表中可以看出：最大的弯矩设计值为其轴向设计值为：；第4章 竖向承载力验算4.1假想平面的计算由于内摩擦角的影响，假想平面按扩散，其计算图示见图六。按此原理，则假想平面的计算长度：；计算宽度：；由此计算所得出的假想平面见图七；群桩实体基底面积：群桩实体基底纵向截面模量：图七说明，其中阴影部分为由于内摩擦角而延伸的宽度，其值：4.2群桩竖向承载力计算群桩桩底平面最大压应力其中，桩的埋置深度；承台底面至地面的高度；承台底面以上土的重度（按一般土质取值）；承载力修正系数;承台底面中心处竖向力,弯矩；承台底面至桩底平面土的平均密度，包括桩的重力在内（kN）：式中：可得出： 所以，桩底平面处地基土的容许承载力：由上计算，可得所以，群桩承载力满足要求。 第五章 桩身配筋计算5.1主筋的配置5.1.1主筋配置的规定钻孔灌注桩，直径D不小于800mm，桩内的纵向钢筋的直径不小于14mm，根数不宜少于8根，其净距不宜小于80mm,保护层厚度不宜小于6075mm。5.1.2主筋配置设计配筋资料：最大弯矩设计值结构重要性系数；桩孔灌注桩；桩两端支座固定，计算长度桩身采用C25混凝土，；拟采用HRB400钢筋，配筋计算：桩的半径混凝土保护层厚度取70mm;拟采用（外径44.5）钢筋，单根钢筋供给面积 ；则；桩的长细比 则；其中 ，；对于圆形，； 1 ；计算偏心距：；假设值，直到求的较吻合的值，其计算结果见表三。表三 假设 值，验算轴向力设计值 ABCD 0.30.57980.4155-0.96751.73130.0031335667.4830.7303890.350.72010.4828-0.71651.82250.0047527157.6610.9224340.360.74890.4952-0.66761.83660.0051427479.4710.9639070.370.7780.5073-0.6191.84940.0055597811.4901.006695由表三，可以看出，配筋率即为所求。则所需钢筋面积为：；钢筋根数 ；所以选取14根钢筋，绕圆周平均分配，供给面积；实际配筋率；钢筋净距；5.1.3承载力复核因为实际配筋率略高于计算值，假设，则查表得出： ；则 因为,计算偏心距与实际偏心距基本相等，所以即为所求。截面所能承受的轴向力设计值：截面所能承受的弯矩设计值：故