基础工程课程设计-高速铁路桥墩桩基础设计

1、基础工程课程设计高速铁路桥墩桩基础设计全套图纸加扣 3346389411或3012250582姓名：学号：班级：土木1506指导老师：目录基础工程课程设计任务书1设计成果5第一部分 设计说明书5一、基本概况5二、设计依据5三、设计方案5第二部分 设计计算书7一、拟定尺寸7二、桩的布置及桩的连接方式8三、承台底面形心处位移计算8四、墩身弹性水平位移计算12五、 桩基检算13-19-基础工程课程设计任务书 高速铁路桥墩桩基础设计设计资料 (1) 线路：高速铁路，双线、直线、坡度4、线间距5.0m。(2) 桥跨：无砟桥面，单箱单室预应力混凝土梁，计算跨度L031.1m，梁全长32.6m，梁端缝0.1

2、m。轨底至梁底3.36m，梁底至垫石顶0.5m，梁底至支座铰中心0.09m，一孔梁总重3100kN。(3) 地质及地下水位情况：表1 岩土概况标高/ m 地质情况厚度/ m标高/ m地质情况厚度/ m16.511.6淤泥质土4.9-21.4 -28.9砾粗 （中密）7.511.63.1砂粘土（软塑）8.5-28.9 -39.5花岗片麻岩（极严重风化）W410.63.12.4粘土（硬塑）0.7-39.5 -58.7花岗片麻岩（严重风化）W319.22.4 -21.4细砂（中密）23.8表2 岩土的物理力学性质指标岩土名称状态指数(kPa)容重kN/m3c(kPa)内摩擦角(°)m

3、15;1000(kPa/m2)变形模量E0(MPa)淤泥质土601856353砂粘土（软塑）0.612018.535125106粘土 （硬塑）0.3150196515102010细砂 （中密）20018.525102015砾粗 （中密）3501931203020花岗片麻岩（极严重风化）W4250208013102025花岗片麻岩（严重风化）W33502012020203035 岩土基本承载力。W4 参照粘土 (软塑)、W3参照粘土（硬塑）查侧摩阻力。地下水位：+15.00m。(4) 可选成孔机具：80cm、100cm、125cm、150cm旋转钻机。(5) 标高：轨底+29.88m，墩底+16

4、.80m。(6) 风力：(桥上有车)。(7) 桥墩尺寸：见图1。(8) 混凝土标号：墩身、承台与基桩均采用C40。设计荷载(1) 墩底（非承台底）外力合计：双线、纵向、双孔重载：N23863.5 kN，H641.5 kN，M12689.6 kN·m；双线、纵向、单孔重载：N21853.9 kN，H735.0 kN，M8894.0 kN·m；(2) 墩顶外力：双线、纵向、单孔重载：H670.5 kN，M8348.0 kN·m。 注意：墩底荷载未计承台自重；若因布桩需要，可加大承台尺寸。设计要求(1) 确定桩径、桩长、桩数及桩的平面布置。(2) 检算下列项目 单桩承载

5、力检算（双线、纵向、双孔重载）； 群桩承载力检算（双线、纵向、双孔重载）； 墩顶位移检算（双线、纵向、单孔重载）； 桩身截面配筋计算（双线、纵向、单孔重载）； 桩在土面处位移检算（双线、纵向、单孔重载）。(3) 设计成果 设计说明书和计算书 一份 设计图纸（2号图, 最好铅笔图） 一张参考资料（1）铁路桥涵地基和基础设计规范（TB 10002.5-2017）【TB 10093-2017】（2）铁路桥涵设计基本规范（TB 10002.1-2005）（3）铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范（TB 10002.3-2005）（4）铁路桥涵混凝土和砌体结构设计规范（TB 10002.4-20

6、05）（5）桥梁工程邵旭东主编，人民交通出版社，2008年（6）高速铁路设计规范（TB 100202009）图1 桥墩尺寸示意图图纸版面安排 （参考比例）图标格式 (单位：mm)高速铁路标准荷载图式第一部分 设计说明书一、 基本概况本课程设计任务要求完成铁路桥墩桩基础设计 ，桥梁计算跨度L031.1m，梁全长32.6m，梁端缝0.1m。轨底至梁底3.36m，梁底至垫石顶0.5m，梁底至支座铰中心0.09m，一孔梁总重3100kN。在荷载和承台参考尺寸给定的情况下，要求确定桩数和桩的布置情况，对桩台进行验算使其承载力和变位满足规范的要求，并完成桩的配筋设计。设计内容及步骤如下：（1） 集资料（2

7、） 确定桩的尺寸和桩数（3） 墩台底面形心处位移计算（4） 桩基检算（5） 桩身截面配筋设计和强度、稳定性、抗裂性检算（6） 绘制桩基础布置和桩身钢筋构造图 二、 设计依据（1） 铁路桥涵地基和基础设计规范（TB 10093-2017）（2） 铁路桥涵设计基本规范（TB 10002.1-2005）（3） 铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范（TB 10002.3-2005）（4） 铁路桥涵混凝土和砌体结构设计规范（TB 10002.4-2005）（5） 桥梁工程邵旭东主编，人民交通出版社，2008年（6） 高速铁路设计规范（TB 100202009）三、 设计方案本设计采用钻孔灌注桩，

8、桩身采用C40混凝土，采用旋转钻。持力层选在砾粗层，桩径采用1.20m，桩长40m，桩端进入持力层深度3.3m，标高-26.7m。确定桩数为8根两排，对称布置，桩列间中心距3.3m，排间中心距3.3m。地基容许承载力604.725kPa，单桩容许承载力5162.885kN。墩顶水平位移6.779mm，容许水平位31.62mm。单桩承载力、群桩承载力和墩顶水平位移均符合要求。桩身承受最大弯矩197.172kNm，选用2020的I级钢筋，钢筋面积6284mm2。钢筋采用环形对称布置，净保护层厚度60mm，主筋净距174mm。桩与承台的连接方式采用主筋伸入式，桩伸入承台板0.1m；主筋伸入承台长度0

9、.9m。主筋在桩中的长度为14m。箍筋采用8200mm。自桩顶以下10cm起每隔2m设置一道加强箍筋（骨架钢筋），直径为16。顺钢筋笼长度每隔2m沿圆周均匀设置4根骨架定位钢筋，直径为12。经配筋验算，截面应力和桩的稳定性均符合要求。四、 施工建议地下水位标高+15.0m，桩全段在地下水位以下，施工时要注意加强排水措施，防止流砂等不良地质现象的发生。同时，施工时要加强对周围的地基沉降的观测，防止基础施工引起的周边建筑的不均匀沉降。钻孔施工建议使用反循环法。第二部分 设计计算书一、 拟定尺寸1 桩身采用C40混凝土2 设计桩径采用d=1.25m，成孔桩径为1.30m，钻孔灌注桩，采用125cm旋

10、转式钻头。3 根据地质条件， 用砾粗层为持力层，桩端进入持力层的临界深度为1.5d=1.875m，即桩端进入持力层的深度要大于1.875m，从承台底面到细砂层底部深度为34.7m，则取桩长为l=40m。桩底标高为-26.7m，桩端进入持力层的深度为5.3m。4 估算桩数：（按双孔重载估算）估算公式：n=NP单桩容许承载力为：P=12Ufili+m0A其中U=·d=×1.30=4.084m（d按成孔直径计算）A=d24=×1.2524=1.227m2（d按设计直径计算）l>10d，故=0+k224d-3+6k22d砾粗层的平均重度为=19kN/m3，因桩侧土是

11、不同土层，应采用各土层容重加权平均，在地下水位以上采用天然重度，在地下水位以下采用浮重度求得：2=16.5-15.0×18+15-11.6×8+8.5×8.5+9×0.7+8.5×23.8+5.3×916.5+26.7=8.86kN/m3地基的基本承载能力0=350kPa，深度修正系数k2=5，k2'=12k2=2.5故=0+k224d-3+6k22d=350+5×8.86×4×1.25-3+6×2.5×8.86×1.25=604.725kPa土质按较差处理，钻孔灌注

12、桩桩底支承力折减系数m0=0.4根据铁路桥规表6.2.2-3，取各土层的极限承载摩阻力fi如下表：岩土名称厚度/m极限摩阻力fikPa淤泥质土4.925砂粘土（软塑）8.550粘土 （硬塑）0.765细砂 （中密）23.850砾粗 （中密）7.580则单桩的轴向容许承载力为P=12Ufili+m0A=12×4.084×4.9×25+8.5×50+0.7×65+23.8×50+7.5×80+0.4×1.227×604.725=5162.885kN取=1.3，按二孔重载估算桩数：N=N墩底+G承台=23863

13、.5+25×11.20×5.2×2+9.6×4.8×1.5+18×1.2×11.20×5.2-9.6×4.8=28766.16kNn=NP=1.3×28766.165162.885 =7.24 暂取n=8，验算后再作必要调整。二、 桩的布置及桩的连接方式1. 布桩查铁路桥规，当桩径大于1m 时，最外一排桩至承台底板边缘的净距不得小于0.3d（设计桩径）且不得小于0.5m，且钻孔灌注摩擦桩中心距不应小于2.5成孔桩径，满足桩间距和和承台边到桩净距的前提下得到桩在承台底面的布置情况。为满足布置要求，

14、放大承台尺寸，下层承台面积为1220×560。2. 桩与承台连接方式连接方式采用主筋深入式，桩深入承台板内10cm，具体配筋见后面详述。三、 承台底面形心处位移计算1. 设计荷载：墩底（非承台底）外力合计：双线、纵向、双孔重载：N23863.5 kN，H641.5 kN，M12689.6 kN·m；双线、纵向、单孔重载：N21853.9 kN，H735.0 kN，M8894.0 kN·m；承台及上覆土重：N=25×9.6×4.8×1.5+12.2×5.6×2.0+18×12.2×5.6-9.6&

15、#215;4.8×1.2=5624.384kN承台底外力合计：双线、纵向、双孔重载：N= 29487.884kN，H=641.500 kN，M=14934.850kN·m双线、纵向、单孔重载：N=27478.284 kN，H=735.000 kN，M=11466.500 kN·m2. 计算b0，（1） 桩的计算宽度b0=KfK0Kb其中，桩为圆形且d>1m，Kf=0.9，K0=d+1d=1.8 水平力作用方向上相邻两桩的净距L1=2.05m<0.6h1=0.6×3×d+1=4.05mn=2，b'=0.6故：K=b'+

16、1-b'0.6×L1h1=0.6+1-0.60.6×2.056.75=0.802由上述得：b0=KfK0Kb=0.9×1.8×0.802×1.25=1.624m（2） 基础变形系数=5mb0EI其中，桩截面惯性矩I=d464=0.1198m4C40混凝土受压弹性模量Eh=3.40×107kPa则E=0.8Eh=2.72×107kPaEI=2.72×107×0.1198=3.26×106kNm2假定桩为弹性桩，则其计算深度：hm=2d+1=2×1.3+1=4.6mhm深度内存在两

17、层不同的图，则m的换算公式为：m=m1h12+m22h1+h2h2hm2其中：m=4000kPa/m2，h1= 1.7m，m2=8000kPa/m2，h2=2.9m，则m=m1h12+m22h1+h2h2hm2=4000×1.72+8000×2×1.7+2.9×2.94.62=7453.686kN/m4故桩的变形系数：=5mb0EI=57453.686×1.6243.26×106=0.327m-1桩的换算入土深度：l=0.327×40=13.08>2.5则桩为弹性桩，假设成立3. 计算单桩桩顶刚度1、2、3、41=1l

18、0+lAE+1C0A0其中：l0=0，l=40m，E=3.4×107，A=d24=1.227m2，=0.5=(1.7×6+8.5×12+0.7×15+23.8×25+5.3×3140)°=22.05°因A0的直径D=d+2ltan4=1.25+2×40×tan22.05°4=8.97m>3.3m（相邻中心距），故A=D24=×3.324=8.553m2因l=40m>10m故C0=m0l=ml=7453.686×40=298147.44kN/m3从上述得：

19、1=1l0+lAE+1C0A0=10+0.5×401.227×3.4×107+1298147.44×8.553=1.147×106kN/m又l0=0，l=0.327×40=13.08>4.0查表有YH=1.064，YM=0.985，M=1.484，故：2=3EIYH=0.3273×3.26×106×1.064=1.213×105kNm3=2EIYM=0.3272×3.26×106×0.985=3.434×105kNm/m4=EIM=0.327 

20、15;3.26×106×1.484=1.582×106kNm/rad4. 计算承台刚性系数bb=ni1=n1=8×1.147×106=9.176×106kN/m aa=ni2=n2=8×1.213×105=9.704×105kN/ma=a=-ni3=-n3=-8×3.434×105=-27.472×105kN=ni4+ni1xi2=8×1.582×106+8×1.147×106×3.322=37.638×106kNm

21、/rad对于低承台桩基，承台处于淤泥质土中，承台的计算宽度为：B0=b+1=12.2+1=13.2m，Ch=mh=4000×3.2=1.28×104kN/m3aa'=aa+B0Chh2=9.704×105+13.2×1.28×104×3.22=1.241×106kNma'=a'=a+B0Chh26=-27.472×105+13.2×1.28×104×3.226=-2.459×106kN'=+B0Chh312=37.638×106+13

22、.2×1.28×104×3.2312=38.099×106kNm/rad5. 计算承台底面形心处的位移a，b，桩基为竖直桩基，桩群对称布置，ba=b=ab=a=0，则有：aaa'+a'=Hbbb=Naa'+'=M化简后可得：b=Nbba='H-a'Maa''-a'2=aa'M-a'Haa''-a'2（1） 荷载情况1：双线、纵向、双孔重载N= 29487.884kN，H=641.500 kN，M=14934.850kN·mb=Nbb=

23、29487.8849.176×106=3.214×10-3ma='H-a'Maa''-a'2=38.099×106×641.500-2.459×106×14934.850 1.241×106×38.099×106-2.459×1062=1.483×10-3m=aa'M-a'Haa''-a'2=1.241×106×14934.850-2.459×106×641.5001

24、.241×106×38.099×106-2.459×1062=4.877 ×10-4rad（2） 荷载情况2：双线、纵向、单孔重载N=27478.284 kN，H=735.000 kN，M=11466.500 kN·mb=Nbb=27478.284 9.176×106=2.995×10-3ma='H-a'Maa''-a'2=38.099×106×735.000-2.459×106×11466.5001.241×106×

25、;38.099×106-2.459×1062=1.363×10-3m=aa'M-a'Haa''-a'2=1.241×106×11466.500-2.459×106×735.0001.241×106×38.099×106-2.459×1062= 3.889 ×10-4rad四、 墩身弹性水平位移计算假定基础部分产生刚性转动，将墩身分为五个部分，（由于墩身4-5段下部分在土中，故将其分为两段，只计算土上部分风力），分别计算它们所受的风荷载，

26、桥上有车时的风压强度W=800Pa，纵向水平风力等于风荷载强度乘以迎风面积，计算出各个截面的弯矩，再求和即可得到墩顶所受的总弯矩。1. 墩顶外力和纵向风力引起的力矩（1） 墩顶外力：双线、纵向、单孔重载：H670.5 kN，M8348.0 kN·m（2） 墩身所受风力：H墩身0-1=10.2×2.2×0.8=17.952kN作用点离墩身底面的距离为l墩身0-1=1.1mH墩身1-2=10.2×2.2×0.8=17.952kN作用点离墩身底面的距离为l墩身1-2=1.1mH墩身2-3=10.2×2.2×0.8=17.952kN

27、 作用点离墩身底面的距离为l墩身2-3=1.1mH墩身3-4=10.2×2.27×0.8=18.523kN作用点离墩身底面的距离为l墩身3-4=1.14m（3） 承台所受风力：H墩身4-5=9.6×0.3×0.8=2.304kN作用点离地面的距离为l承台=0.15m风力及截面弯矩值计算表各截面弯矩M水平力H（kN）墩顶01-12-23-34-45-5墩顶水平力01475.102950.204425.305947.346148.49墩身H0-1019.7559.2498.74139.49144.87H1-20019.7559.2499.99105.38H2

28、-300019.7560.5065.88H3-4000021.1126.67H4-5000000.35墩顶弯矩8348.008348.008348.008348.008348.008348.00总计8348.009842.8511377.1912951.0314616.4314839.642. 墩顶水平位移计算d和转角托盘底面水平位移及转角计算表MihhiI=bh3/12EIi'=Mih/EIid='×hi单位kNmmmm4kNm2radm0-1段9095.432.21.125.6658.726×1082.293×10-52.522×10

29、-51-2段10610.022.23.325.6658.726×1082.675 ×10-58.828×10-52-3段12164.112.25.525.6658.726×1083.067 ×10-51.687×10-43-4段13783.732.277.7425.6658.726×1083.586×10-52.776×10-44-5段14728.040.39.0225.6658.726×1085.064×10-64.568×10-5总计1.213×10-46.05

30、5×10-4注：（1） 墩身为C40混凝土，Eh=3.4×107kPa（2） h：分段高度（3） hi：分段中线到墩顶的距离（4） 计算弯矩Mi=Mi上+Mi下2CAD计算得I=25.665m4，EI=3.4×107×25.665=8.726×108kNm2五、桩基检算1. 单桩承载力检算（按双孔重载计算）N= 29487.884kN，x=1.65m，=4.877 ×10-4rad，1=1.147×106kN/m则桩顶内力：Nmax=Nn+1x=29487.8848+1.147×106×1.65×

31、;4.877 ×10-4=4608.982kN桩身C40混凝土容重0=25kN/m3，土平均重度2=8.86kN/m3则桩自重：G'=d24l0-w=4×1.302×40×25-10=796.394kN桩入土部分同体积土重：G''=d24l2=4×1.302×40×8.86=470.403kN则：Nmax+G'-G''=4608.982+796.394-470.403=4934.973kN<1.2P=1.2×5162.885=6195.462kN故单桩轴向受压承

32、载力满足要求2. 群桩承载力检算（按双孔重载计算）将桩群看作一个实体基础，则实体基础为一台体，台体底面由于内摩擦角（=22.05°）较顶面放大。底面尺寸：a=3.3×3+1.25+2ltan4=11.15+2×40×tan22.05°4=18.871mb=3.3+1.25+2ltan4=4.55+2×40×tan22.0°4=12.271mA=ab=18.871×12.271=231.566m2W=ab26=18.871×12.27126=473.591m3桩自重：G1=G'×

33、n=796.394×8=6371.152kN桩侧土重：G2=231.566m2×8.85×40-470.403×8=78211.14kN承台重：G3=15×12.2×5.6×1.7+25×12.2×5.6×0.3+9.6×4.8×1.5=3982.560kN承台部分土重：G4=8×12.2×5.6×1.7+18×12.2×5.6×0.3+9.6×4.8×1.5=2542.240kN故：N0=N+G

34、1+G2+G3-G4= 29487.884+6371.152+78211.14+3982.560-2542.240=115510.496kN0=N0A+MW=115510.496231.566+14934.850473.591=530.359kPa<=604.725kPa3. 桩在土面处位移检算（按单孔重载计算）在桥规中查m、m0时，只适用于结构在地面处的最大位移为6mm，若超过6mm就不能采用“m”法进行计算，故需要对桩在土面处的位移进行检算。承台底埋于土中深度： h'=3.2m =a+h'=1.363×10-3+3.889 ×10-4×3

35、.2=2.607×10-3m<6mm可以用m法直接查表计算。4. 墩顶水平位移检算（按单孔重载计算）墩高：H=8.87+1.5+2.0=12.37m墩顶位移：=a+H+d=1.363×10-3+3.889 ×10-4×12.37+6.055×10-4=6.779×10-3m<=5L=5×40=31.62mm5. 桩身截面配筋设计（按单孔重载计算）（1） 桩身弯矩计算H0=a2-3=1.363×10-3×1.213×105- 3.889 ×10-4× 3.434&#

36、215;105=31.784kN M0=4-a3= 3.889 ×10-4×1.582×106-1.363×10-3 × 3.434×105=147.186kN=5mb0EI=0.327m-1因此，任意深度z处桩身截面弯矩：Mz=H0AM+M0BM=31.7840.327AM+147.186BM=97.199AM+147.186BM计算列表如下：Mz计算表𝛼𝑧zAmBm97.199AM147.186BMMz0.0001.0000147.186147.1860.20.6120.1970.99819.148

37、146.892166.0400.41.2230.3770.98636.644145.125181.7690.61.8350.5290.95951.418141.151192.5690.82.4460.6460.91362.791134.381197.1721.03.0580.7230.85170.275125.255195.5301.23.6700.7620.77474.066113.922187.9881.44.2810.7650.68774.357101.117175.4741.64.8930.7370.59471.63687.428159.0641.85.5050.6850.49966.

38、58173.446140.0272.06.1160.6140.40759.68059.905119.5852.26.7280.5320.32051.71047.10098.8102.47.3390.4430.24343.05935.76678.8252.67.951 0.3550.17534.50625.75860.2642.88.5630.2700.12026.24417.66243.9063.09.1740.1930.07618.75911.18629.9453.510.7030.0510.0144.9572.0617.0184.012.23200000由表知：Mmax=197.172kN

39、mNmin=Nn-1x= 27478.284 8- 1.147×106×1.65×3.889 ×10-4=2698.773kN（2） 计算偏心距初始偏心距：e0=MmaxNmin=197.1722698.773=0.073m偏心距放大系数：=11-KN2EhIh0lc2影响系数 =0.10.2+e0h+0.16=0.10.2+0.0731.25+0.16=0.547计算长度lc=0.5l0+4.0=0.5×0+4.00.327=6.116m主力+附加力，所以K=0.6；C40混凝土Eh=3.4×107kPa，Ih=0.1198m4则=11-KN2EhIhlc2=11-0.6×27478.284 0.547×2×3.4×107×0.11986.1162=1.029e'=e0=1.029×0.073=0.075m（3） 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，且任一情况下不得小于80mm，主筋净保护层不应小于60mm。箍筋的