桩基桩长及内力的计算.doc

桥梁桩基是桥梁构造的最基础也是最重要的部位之一，桩基设计的准确对桥梁稳定性起着至为关健的作用。桥梁所有荷载最终传递给桩基承受。把握好桩基的设计和施工质量对桥梁整体建设意义重大。一、桩基的类别针对界溪段桥梁下部构造施工图中存在两类桩：端承桩和摩擦桩。端承桩：桩基自身重及桩顶以上荷载由桩端持力层承受。摩擦桩：桩基自身重及及桩顶以上荷载由桩基周身与岩土摩擦阻力承受。二、单桩基桩长理论计算公式及相关参数表（一）单桩桩基竖向承载力计算 单桩竖向承载力应由土对桩的承载能力、桩身材料强度以及上部结构所容许的桩定沉降三方面控制。1、摩擦桩单桩土对桩的承载力容许值计算公式：Ra=（1/2）*u*Qik*li+Ap*QrQr=m0*K*fao+k2*R*(h-3)式中：Ra单桩轴向受压承载力容许值（KN），桩身自重与置换土重（当自重计入浮力时置换土重也计入浮力）的差值作为荷载考虑；u桩身周长（m）Ap桩端截面面积（）n土的层数（注：公式中未写出）Li承台底面或局部冲刷线以下各土层的厚度（m），扩孔部分不计；Qik与Li对应的各土层与桩侧的摩阻力标准值（kPa），宜采用单桩摩阻力实验确定，当无实验条件时按表5.3.3-1选用；Qr桩端处土的承载力基本容许值（kPa），当持力层为砂石、碎石土时，若计算值超过下列值，宜采用：粉砂1000kP；细砂1150kP；中砂、粗砂、砾砂1450kP；碎石土2750kP；fao桩端处土的承载力基本容许值（kPa），按公路桥涵地基及基础设计规范第3.3.3条确定；h桩端的埋置深度（m），对于有冲刷的桩基，埋深由一般冲刷线起算；对无冲刷的桩基，埋深由天然地面线或实际开挖后的地面线算起；h的计算值不大于40m，当大于40m时，按40m计算；k2容许承载力随深度的修正系数，根据桩端处持力层土类按公路桥涵地基及基础设计规范3.3.4选用；K桩端以上各土层的加权平均重度（kN/m3）,若持力层在水位以下且不透水时，不论桩端以上土层的透水性如何，一律取饱和重度；当持力层透水时，则水中部分土层取浮重度；R修正系数，按表5.3.3-2选用；m0清底系数，按表5.3.3-3选用。表5.3.3-1 钻孔桩桩侧土的摩阻力标准值Qik土类Qik（kPa）中密炉渣、粉煤灰40-60黏性土流塑IlI20-30软塑0.75IlI30-50可塑、硬塑0Ilo.7550-80坚硬Il080-120粉土中密30-55密实55-80粉砂、细砂中密35-55密实55-70中砂中密45-60密实60-80粗砂、砾砂中密60-90密实90-140圆砾、角砾中密120-150密实150-180碎石、卵石中密160-220密实220-400漂石、块石400-600注：挖孔桩的摩阻力标准值可参照本表采用。表5.3.3-2修正系数 值I/d桩端土4-2020-2525透水性土0.700.70-0.850.85不透水性土0.650.65-0.720.72表5.3.3-3 清底系数m0值t/d0.3-0.1m00.7-1.0注：1.t、d为桩端沉碴厚度和桩的直径。2.d1.5m时，t300mm;d1.5m时，t500mm,且0.1t/d0.3.2、端承桩的单桩土对桩的承载力容许值计算公式：Ra=c1*Ap*frk+u*c2i*hi*frki+(1/2)*K*u*li*qik式中：Ra单桩轴向受压承载力容许值（KN），桩身自重与置换土重（当自重计入浮力时，置换土重也计入浮力）的差值作为荷载考虑；C1根据清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的端阻发挥系数，按表5.3.4采用；Ap桩端截面面积（），对于扩孔底桩，去扩孔底截面面积；frk桩端岩石饱和单轴抗压强度标准值（kPa），黏土质岩取天然湿度单轴抗压强度标准值，frk小于2MPa时按摩擦桩计算（ frki 为第i层的frk值）；c2i 根据清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的第i层岩层的侧阻力发挥系数，按表5.3.4采用；u各土层或各岩层部分的桩身周长（m）；hi 桩嵌入各岩层部分的厚度（m），不包括强风化层和全风化层；m岩层的层数，不包括强风化层和全风化层；K 覆盖层土的侧阻力发挥系数，根据桩端frk 确定：当2MPafrk 15 MPa 时，K =0.8；当 15MPafrk 30 MPa时，K =0.5；当frk30MPa时，K =0.2；li 各土层的厚度（m）；qik 桩侧第i层土的侧阻力标准值（kPa）,宜采用单桩摩阻力实验值，当无实验条件时，对于钻（挖）孔桩按本规范表5.3.3-1选用，对于沉桩按本规范表5.3.3-4选用；n土层的层数，强风化和全风化岩层按土层考虑。表5.3.4 系数C1、C2值岩石层情况C1C2完整、较完整0.60.05较破碎0.50.04破碎、极破碎0.40.03注：1.当入岩深度小于或等于0.5m时，C1乘以0.75的折减系数，C2=0.2.对于钻孔桩，系数C1,C2值应降低20采用；桩端沉碴厚度t应满足以下要求：d1.5m时，t50mm;d1.5m时，t100mm. 3.对于中风化层作为持力层的情况，C1、C2应分别乘以0.75的折减系数。（二）单桩材料强度的竖向承载力计算当桩穿过极软弱土层，支承于岩层或坚硬的土层时，单桩竖向承载力往往由桩身材料强度控制。计算公式如下：钢筋砼受压构件的稳定系数，按上表2.1取值纵向钢筋设计强度值HRB335为300N/mm2全部受压纵向钢筋截面面积砼轴心抗压强度设计值，按砼结构设计原理附表2取值构件截面面积附表2 混凝土强度设计值（N/mm2）强度种类混凝土强度等级C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60C65C70C75C80轴心抗压fc7.29.611.914.316.719.121.223.125.327.529.731.833.835.9轴心抗拉ft0.911.101.271.431.571.711.801.891.962.042.092.142.182.22（三）单桩沉降量计算简化法计算单桩的沉降量，即在竖向荷载作用下，单桩沉降量S由桩身压缩变形和桩端土的压缩变形组成，其端承桩和摩擦桩沉降量计算公式如下：，A0=A桩的截面面积l0桩基处于冲刷面以上的长度h桩基处于冲刷面以下的长度三、事例计算 某桥墩单桩桩顶竖向力为9881KN,该桩基及岩层分状图如下：混凝土强度C25（fc=11.9N/mm2），纵向采用HRB335钢筋（fy=300N/mm2），箍筋采用HPB235钢筋（fy=210N/mm2），桩基直径为1.8m。混凝土弹性模量Ec=28000N/mm2,HRB335钢筋弹性模量Es=200000N/mm2.1、土对桩基承载力计算解析一：按摩擦桩计算Ra=9881KNu=2*r=2*3.14*0.9=5.655（m）Ap=*r2=3.14*（0.9）2=2.545（）n=3L1（坡积亚粘土）=2.7（m）L2（残积亚粘土）=3.1（m）L3（碎石状强风化花岗岩）待定Qr=底部岩层为砂土状强风化花岗岩（碎石土）取2750KPa.Ra=（1/2）*u*Qik*li+Ap*QrQik*li=（2Ra- Ap*Qr）/uQik*li=(2*9881-2.545*2750)/5.655Qik*li=2256.985（KN）底层为弱风化花岗岩摩阻力标准值Qik值取500KPa，砂土状强风化花岗岩摩阻力标准值Qik值取120 KPa，残积亚粘土摩阻力标准值取70 KPa，坡积亚粘土摩阻力标准值取50 KPa：50*2.7+70*3.1+120* L3=2256.985L3=15.87即桩长长度为2.7+3.1+15.87=21.6722（m）解析二：按端承桩计算Ra=9881KN根据表格5.3.4查寻C1、C2可知碎石状强风化花岗岩、微风化花岗岩分别为0.4、0.03，0.6、0.05Ap=*r2=3.14*（0.9）2=2.545（）frk=5.548MPa，2MPafrk15MPa, K取0.8u=2*r=2*3.14*0.9=5.655（m）n=4L1（坡积亚粘土）=2.7（m）L2（残积亚粘土）=3.1（m）L3（碎石状强风化花岗岩）=10.4（m）L4（微风化花岗岩）待定Ra=c1*Ap*frk+u*c2i*hi*frki+(1/2)*K*u*li*qik9881=0.6*2.545*55476+5.655*（0.05*hi*55476）+（1/2）*0.8*5.655*（50*2.7+70*3.1+120*10.4）9881=84711.852+2773.8 hi+7238.4hi=-82069.252/9881hi=-8.3（m）如果桩长减少8.3m，则桩端处于碎石状花岗岩层，桩端岩层承载力可计算而出，过程如下：frk桩端处土的承载力基本容许值（kPa），查寻公路桥涵地基及基础设计规范第3.3.3条确定；frk1=1000KPa。F=(1/2)*K*u*li*qik+ c1*Ap*frk1F=（1/2）*0.8*5.655*50*2.7+70*3.1+120*(10.4-8.3）+0.4*2.545*1000F=2384.248（KN）FRa=9881(KN)F=(1/2)*K*u*li*qik=（1/2）*0.8*5.655*（50*2.7+70*3.1+120*10.4）=7238.4FRa =9881(KN)由此可知桩端处于碎石强风化花岗岩层无法满足桩顶荷载承载力要求。则桩端必须嵌入微风化花岗岩层。对于宁武公司要求，对端承桩桩基嵌入岩层的深度规定按2.5d3.5d终孔。所以桩基长度为：L=L1+L2L1=2.7+3.1+10.4=16.2(m)2.5dL23.5d即4.5mL27.3m20.7mL23.5m2、桩身材料强度计算P=9881KN、Ra=210N/mm2、/Ac取0.01、=300N/mm2、=19881000=0.9*（300*+210*11.9）A=736838mm2采用柱形桩，b=(736838/)=484mm,取b=450mm.L/b=2200/450=48.89，查表=0.965反算=12688.78mm2选26根25（=12763.4mm2），/Ac=12763.4/(450*450)=0.630.63、桩基沉降计算（1）端承桩沉降量N=9881KN,l=22m,C0=300000KN/m3，A=2.545m2S=9881/(300000KN/m3*2.545m2)S=13mm（2）摩擦桩沉降量桩基全部埋入原地表面以下，l0=0;装自身重不计，则0.5*（Nh）/(EA)=0C0=m