铁路桥梁高承台桩基础设计书.doc

铁路桥梁高承台桩基础设计书一、收集设计资料 某单线桥位于直线上，冲刷线以下的河床上部为厚度很大的中密孵石层，其容重=2000KN，内摩擦角=38，地基的基本承载力0=900KPa。局部冲刷线标高为19.200m，承台底与水位线平齐，设计标高为26.800 m。采用钻孔灌注桩施工，桩基直径为1.01.8 m。设计时，桩侧土极限摩阻力f=180KPa，横向地基系数的比例系数m=80MN/m4。基桩混凝土采用C30，其受压弹性模量Eh=2.65107KPa。2、 设计荷载该桥墩由主力加附加力双孔活载控制桩基设计。作用于承台底面的竖向力：N=2000KN、水平力H=400KN，力矩M=6900KNm。三、基桩选择1. 基桩类型与尺寸（1） 基桩类型钻孔灌注桩根据设计资料知：考虑挤土效应和基桩的强度、刚度，选择灌注桩。而冲刷线以下的河床上部为厚度很大的中密孵石层，有含水层，不宜采用人工挖空桩，考虑经济因素，采用钻孔灌注桩。在桩位就地钻孔，成孔后将钢筋笼置入孔内灌注混凝土而成桩。（2）基桩尺寸1.25（7.6+12.4）本设计中冲刷线以下的河床上部为厚度很大的中密孵石层，承载力高，可作为持力层，从承台底面到局部冲刷线长度为7.6m，故上部桩长取7.6m，总桩长不妨取为为20m，桩地标高6.8m处。故基桩尺寸为：桩长取为20m，上部长度7.6m,下部长度为12.4m；桩径1.25m。（3）混凝土等级 基桩采用C30混凝土，承台采用C25。2. 基桩数量按双孔重载估算桩数 ：式中：为经验系数，桥梁桩基采用1.31.8。（1） 计算单桩容许承载力式中: 桩底面积，此处为 桩底支撑力折减系数，按规范6.2.2-6，取 桩身截面周长，（按旋转锥计算） 极限摩阻力， 土层厚度， 桩底地基土的容许承载力，按公式式中：地基基本承载力， 由铁路桥涵规范4.1.3，取， 根据规范4.2.2，主力加附加力时，可以把地基容许承载力提高20% （2） 确定桩数n暂取，验算后在做必要调整。3.基桩布置根据铁路桥涵规范6.3.2，钻孔灌注桩的中心距不应小于2.5倍成孔桩径；各类桩的承台板边缘至最外一排桩的净距，当桩径时，不得小于，且不得小于0.5m。根据承台及以上布桩原则，基桩的布置图如下：图1 基桩布置图4、 每根桩顶内力计算1.单桩的计算宽度b0形状换算系数 圆形截面，=0.9；受力换算系数 桩间相互影响系数 故， 单桩计算宽度 2. 桩的变形系数桩的抗弯刚度：基础的变形系数：桩的入土深度：可见，此桩按弹性桩计算。3. 单桩桩顶刚度（1）轴向刚度系数 该桩为钻孔灌注桩，故。 ，由公式大于桩间中心距4m， 故， 取则，（2）轴向刚度系数、按式6-57计算，由表6-15可知： 4. 承台刚度系数与承台底面形心处位移计算按公式6-63计算各反力和反力矩 按公式6-62计算b, a, 5.桩顶内力计算 按公式6-64计算。 分别以代入第一式，可以求得桩顶的最大和最小轴向力： = 此外, 校核：五、局部冲刷线处桩身的横向位移和转角因桩下端在土层内，且，故和可利用式6-38和6-39计算，即其中 系数、可根据（地面处）及 则 六、桩身内力计算1. 求任意深度z处桩身截面上的弯矩 系数、值可根据值及从表6-11查得。将局部冲刷线以下任意深度z处的值表计算如下表所示。2. 求任意深度z处的桩侧土的抗力 则，和列表计算如下表1，并将计算结果绘于图2。表1 和计算表Z/m0.00 0.000 0.000 1.000 0.000 303.890 303.890 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.20 0.318 0.197 0.998 20.881 303.282 324.163 0.424 0.258 8.902 15.509 24.411 0.40 0.636 0.377 0.986 39.960 188.701 339.595 0.721 0.400 15.138 24.045 39.183 0.60 0.954 0.529 0.959 56.071 183.533 347.501 0.902 0.450 18.938 27.050 45.989 0.80 1.272 0.646 0.913 68.472 174.730 345.924 0.979 0.430 20.555 25.848 46.403 1.00 1.590 0.723 0.851 76.634 162.864 335.244 0.970 0.361 20.366 21.700 42.067 1.20 1.908 0.762 0.774 80.767 148.128 315.978 0.895 0.263 18.791 15.809 34.601 1.40 2.226 0.765 0.687 81.085 131.478 289.858 0.772 0.151 16.209 9.077 25.286 1.60 2.544 0.737 0.594 78.118 113.680 258.628 0.621 0.039 13.039 2.344 15.383 1.80 2.862 0.685 0.499 72.606 95.499 224.247 0.457 -0.064 9.595 -3.847 5.748 2.00 3.180 0.614 0.407 65.080 77.892 188.764 0.294 -0.151 6.173 -9.077 -2.904 2.20 3.498 0.532 0.320 56.389 61.242 153.634 0.142 -0.219 2.981 -13.165 -10.183 2.40 3.816 0.443 0.243 46.955 46.505 120.801 0.008 -0.265 0.168 -15.930 -15.762 2.60 4.134 0.355 0.175 37.628 33.492 90.809 -0.104 -0.290 -2.184 -17.432 -19.616 2.80 4.452 0.270 0.120 28.618 22.966 65.085 -0.193 -0.295 -4.052 -17.733 -21.785 3.00 4.769 0.193 0.076 20.457 14.545 43.552 -0.262 -0.284 -5.501 -17.072 -22.573 3.50 5.564 0.051 0.014 5.406 2.679 9.660 -0.367 -0.199 -7.706 -11.962 -19.668 4.00 6.359 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 -0.432 -0.059 -9.070 -3.547 -12.617 Mmax=347.512KNmMmax=-202.802KNmMmax=303.89KNm=46.412KPa图2 桩身弯矩和桩侧土横向压应力分布图 3.任意深度z的剪力Hz 则，列表计算如下表2，并将计算结果绘于图3。表2 Hz剪力计算表0.00 0.000 1.000 0.000 66.670 0.000 66.670 0.20 0.318 0.956 -0.280 63.737 -53.521 10.215 0.40 0.636 0.839 -0.096 55.936 -18.350 37.586 0.60 0.954 0.675 -0.182 45.002 -34.789 10.213 0.80 1.272 0.458 -0.271 30.535 -51.801 -21.266 1.00 1.590 0.289 -0.351 19.268 -67.093 -47.825 1.20 1.908 0.102 -0.413 6.800 -78.944 -72.143 1.40 2.226 -0.066 -0.455 -4.400 -86.972 -91.372 1.60 2.544 -0.206 -0.474 -13.734 -90.604 -104.338 1.80 2.862 -0.313 -0.471 -20.868 -90.030 -110.898 2.00 3.180 -0.388 -0.449 -25.868 -85.825 -111.693 2.20 3.498 -0.432 -0.449 -28.801 -85.825 -114.626 2.40 3.816 -0.446 -0.412 -29.735 -78.753 -108.487 2.60 4.134 -0.437 -0.363 -29.135 -69.386 -98.521 2.80 4.452 -0.406 -0.307 -27.068 -58.682 -85.750 3.00 4.769 -0.361 -0.249 -24.068 -47.596 -71.663 3.50 5.564 -0.200 -0.067 -13.334 -12.807 -26.141 4.00 6.359 -0.010 0.000 -0.667 0.000 -0.667 图3 剪力分布图Hzmax=114.626KNHzmax=66.67KN7、 基桩配筋计算根据灌注桩构造要求，桥梁桩基主筋宜采用光圆钢筋，主筋直径不宜小于16mm，净距不宜小于120mm，主筋净保护层不因小于60mm，在满足最小间距的情况下，尽可能采用单筋、小直径的钢筋。以提高桩的抗裂性，所以，主筋采用I级钢筋。桩身混凝土为C30，根据桥规规定，取min=0.2%。设计荷载：根据计算和构造要求，初步配筋为：桩与承台联结方式为主筋伸入式，桩身伸入承台板0.1m，主筋伸入承台的长度对光圆钢筋不得不小于45倍主筋直径，取1m；主筋应配到4/a处以下2m处，故主筋在桩中的长度为16.96m,取为17m,箍筋采用单肢 8，间距为200mm。为增加钢筋笼刚度，顺钢筋笼长度每隔2m加一道 20的骨架钢筋。为预防施工中钢筋笼被混凝土顶起，使2根 20主筋伸到桩底。下面对以上配筋进行具体计算分析。1.主筋（1）截面配筋根据灌注桩构造要求，桥梁桩基主筋宜采用光圆钢筋，主筋直径不宜小于16mm，净距不宜小于120mm，主筋净保护层不小于60mm，在满足最小间距的情况下，尽可能采用单筋、小直径的钢筋。以提高桩的抗裂性，所以，主筋采用I级钢筋。桩身混凝土为C25，根据桥规规定，取min=0.5%,则：此处采用对称配筋，按照最小配筋率初定钢筋截面面积，即 选取820的一级钢筋，取净保护层厚度为70mm。此时主筋间距为：图5：横截面配筋（单位：mm）（2）计算偏心距 查基础工程课本表6-25可知：对于桩在的多排桩，计算长度为 因为，由表6-26可知:纵向弯曲折减系数取，由附表2.3可知： 则： =1.0002偏心距为（3）截面校核取n=15，换算截面面积为 换算截面惯性矩为 核心距为 为小偏心。小偏心受压构件为全截面受压，故受压区圆心角为360，=180。配筋率为 混凝土的最大压应力为： 钢筋的最大压应力为： 符合要求。2. 箍筋与骨架钢筋箍筋采用8，间距为200mm，为增加钢筋笼刚度，顺钢筋笼长度每隔2m加一道18的骨架钢筋。则综合上述计算得出设计配筋为：根据计算和构造要求，初步配筋为：桩与承台联结方式为主筋伸入式，桩身伸入承台板0.1m，主筋伸入承台的长度对光圆钢筋不得不小于45倍主筋直径，取1m；主筋应配到4/a处以下2m处，故主筋在桩中的长度为16.96m,取为17m,箍筋采用单肢 8，间距为200mm。为增加钢筋笼刚度，顺钢筋笼长度每隔2m加一道 20的骨架钢筋。为预防施工中钢筋笼被混凝土顶起，使2根 20主筋伸到桩底。八、基桩验算1. 单桩轴向承载力验算本题桩底置于透水土中，计算桩身自重和桩入土部分同体积的土重时均可考虑水的浮力。桩身自重为： 桩入土部分同体积土的重量： 则桩底受力：故，单桩承载力符合要求。2. 单桩稳定性检算桩的计算长度为，查铁路桥涵混凝土结构设计基本原理表11-3可知，。故， 查规范 单桩稳定性符合要求。3.单桩斜截面承载力验算由混凝土结构设计规范可知，圆形截面的钢筋混凝土受弯构件和偏心受压构件，其斜截面受剪承载力可换算成矩形截面进行计算。此时 ， 受剪承载力符合要求。4. 横向力作用下桩的稳定性及其承载力由基础工程公式6-110可知： 式中：，暂取 代入计算可得： 检核通过。5. 地基持力层承载力验算检算条件：桩中心间距为5米，小于6d，考虑群桩效应；检算方法：如下图4，为假想实体基础示意图式中：N桩台以上的竖向力、桩重、土重，此处M高承台桩局部冲刷线以上外力对该平面处桩群形心的力矩 A实体基础底面面积，由于内摩擦角的影响 W实体基础的地面截面模量 图4 假想实体基础示意图由于内摩擦角的影响，外伸宽度： 桩身自重：桩侧土自重： 则，地基上总竖向力： 桩群形心的力矩：则， 6. 桩的抗裂验算由于桩属于小偏心受压，全截面受压，钻孔灌注桩，不需吊装，施工期间桩截面一般不出现拉应力，所以桩不产生裂缝。7. 桩对其侧面土的横向压应力由基桩内力计算知：（如图2），满足要求。8. 地基沉降检算摩擦型群桩基础，在桩底的中心距小于或等于6倍时，应视为桩基为实体基础，采用建筑地基基础设计规范GBJ7-89建议计算，验算桩基的沉降量或相邻基础的沉降差。（1）计算基础底面的附加压力基础底面平均压力为: 基础底面自重压力为: 上式中 为基底标高以上天然土层的加权平均重度，其中地下水位下的重度取浮重度 基础底面的附加压力为: （2） 确定分层厚度 查规范知，基础分层厚度。（3）沉降经验修正系数 查工程地质与土力学教材知：中密孵石层E0为26-32MPa，取为28MPa，泊松比为0.25-0.35，取0.3。 =37.69MPa 故查规范知：时，取0.2。 （4） 确定沉降计算深度 查规范知： （5）计算分层沉降量 根据基础规范表 K.0.1-2可得到平均附加应力系数，计算的分层沉降值见下表: 表3 各土层沉降计算表层次iz(m)ai=ai（a/b,z/bi)ziai - zi-1ai-1 Dsi = 4p0/Esi(ziai - zi-1ai-1)(m)Dsi = 4p0/Esi(ziai - zi-1ai-1) (m)12.40.247750