铁路桥墩桩基础设计-基础工程设计

1、基础工程课程设计铁路桥墩桩基础设计指导老师：班 级:姓 名:学 号:2010年6月目录第一篇设计说明书2第二篇设计计算书3一、 收集资料3二、拟定尺寸5三、承台底面形心处的位移计算 7四、 墩身弹性水平位移S的计算 11五、桩基检算13六、电算结果 19第一篇设计说明书1,铁路桥墩桩基础设计中所依据规范有铁路桥涵地基和基础设计规范TB1002.5混凝土结构设计规范GB50010-2002铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范TB1002.3-992 .铁路桥墩桩基础设计内容及步骤收集资料拟定桩的尺寸及桩数承台底面形心处的位移计算墩身弹性水平位移计算承载力、位移、稳定性、抗裂性检算及桩身截

2、面配筋设计绘制桩基础布置及桩身钢筋构造图3 .设计方案线路为双线、直线、坡度4%、线间距5m,双块式无磴轨道。桥跨 31.1m, 采用桩基础，蹲下设八根桩，设计直径为 1m,成孔直径为1.05m,钻孔灌注桩， 用旋转式钻头，桩身采用C25混凝土，桩长40m,粗砂层为持力层，桩底标高为 -6.69m。地基容许承载力(r=644kPa,单桩轴向受压容许承载力巳=3048.92KN , 对于主力加附加力P乘以1.2的提高系数。桩顶和承台连接为主筋伸入式，桩顶深入承台 0.1m。桩身对称布置16根 18的光圆钢筋，钢筋总长13m,深入承台0.9m。箍筋用8200mm,且沿钢筋 笼方向，每隔2m设一道骨

3、架钢筋和定位钢筋，均为18的一级钢。第二篇设计计算书、收集资料设计资料1、线路：双线、直线、坡度4%、线距5m,双块式2无石渣轨道及双侧1.7m 人行道，其重量为 44.4kN/m。2、桥跨：等跨L=31.1m无法桥面单箱单室预应力混凝土梁， 梁全长32.6m, 梁端缝0.1m。梁高3m,梁宽13.4m,每孔梁重8530kN,简支箱梁支座 中心距梁端距离0.75m,同一桥墩相邻梁支座间距 1.6m。轨底至梁底高 度为3.7m,采用盆式橡胶支座，支座高0.173m,梁底至支座较中心0.09。3、建筑材料：支撑垫石、顶帽、托盘采用C40钢筋混凝土，墩身采用 C30混凝土，桩身采用C25混凝土。4、

4、地质及地下水位情况：标 图(m)地质情况厚度（m）标 图(m)地质情况厚度（m）36.7936.29耕地0.5-3.51-12.31粗砂（中密）8.836.2930.79软塑 砂粘土5.5-12.31-22.31中砂（中密）10.030.7921.29粉砂9.5-22.31-29.31砾砂（中密）7.021.2919.89淤泥质 砂粘土 （松软）1.4-29.31-46.31硬塑粘土17.019.89-3.51细砂（中密）23.4土层平均重度丫 =20KN/m3, 土层平均内摩擦角=28 ,地下水位标高: +30.5m5、标高：梁顶标高+53.483m,墩底+35.81m。6、风力：W=800

5、Pa（桥上有车）。7、桥墩尺寸：如图1所示（单位：cm,标高：m）。:.:360.45. _ 270- 452050:320368166 -立面图2413193192411120桥墩及承台尺寸示意图设计荷载:1、承台底外力合计:双线、纵向、二孔重载:掴哪上130yA-mnr坛 21.27蚓-3,51眇-6,6912.31中伊-论如耕-4S.31N=18629.07kN,H=341.5KN,M=4671.75kN.m;双线、纵向、一孔重载：N=17534.94kN,H=341.5kn,M=4762.57kN.m2、墩顶外力:双线、纵向、一孔重载:H=253.44KN,M=893.16KN.m、拟

6、定尺寸1、桩身采用C25混凝土。2、设计桩径采用d=1m,成孔桩径为1.05m,钻孔灌注桩，采用旋转式钻头3、画出土层分布图，选用粗砂层为持力层，桩端进入持力层的临界深度为1.5d=1.5m,即桩端进入持力层要大于1.5m,从承台底面到细沙层底部深度为36.82m,则取桩长 l=40m。桩底标高-6.69m,进入持力层3.18m。4、估算桩数：(按双孔重载估算)估算公式：n n p1 rP - U M 小外U d 1 0.053.299md22A 0.785m4l 10d_- _ _ _ _ ' _0 k2 2(4d 3) 6k2 2d土层平均天然重度20kN/m3,由于桩侧土为不同土

7、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,20 10 10kN/m310.7kN/m3(33.31 30.5) 20 (40 33.31 30.5) 1040查铁路桥规得，地基的基本承载力0 430KPa ,深度修正系数k25, k22.5,0 k2 2(4d 3) 6k2 2d430 5 10.7 (4 1 3) 6 2.5 10.7 1 644kPa钻孔灌注桩桩底支撑力折减系数：mo 0.4各土层的极限承载摩阻力：软塑砂粘土： f1 45kPa, 11 2.52m粉砂：f2 40 kPa, 129.5m淤泥质砂粘土：f3 30kPa, I3 1.4

8、m细砂：f4 40kPa, I4 23.4m粗砂：f5 80kPa, 15 3.18m单桩的轴向受压容许承载力：I ,P 2 Ufjm°A1c ,ccc c“，c cc cc-3.229(452.2540 9.5301.44023.4 80 3.18) 0.4 0.785 6443048.92kPa取 1.3,则估算桩数:1.3 18629.073048.927.9,暂取n 8,验算后作必要调整5、桩在承台底面的布置查铁路桥规，当d 1m时，最外一排桩至承台底板边缘的净距不得小于 0.5d (设计桩径)且不得小于 0.25m,且钻孔灌注桩中心距不应小于 2.5成孔桩 径，满足桩间距和

9、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， 如下图(单位：cm)：6、桩与承台连接方式采用主筋伸入式，桩伸入承台板内10cm,具体配筋见后面详述。、承台底面形心处的位移计算1、设计荷载：双线、纵向、二孔重载：NK 18629.07 N,H 341.5KN,M 4671.75KN m双线、纵向、一孔重载：NK 17534.94 N, H 341.5KN,M 4762.57KN m2、计算bo,(1)桩的计算宽度：b0 kfk0kb其中，kf 0.9,k0d 1 /d 2II 3.5 0.6h10.6 3 (d 1) 3.61bLi 1 0.6 3.5k bL 0.6 0.989,其中

10、n 2时，b 0.60.6 h10.66因此，b0 0.9 2 0.989 1 1.78m(2)计算基础变形系数“5 mb0,EId4.12c 7955.384 1.78 1.10 10而l 0.419 40 16.76 2.5,则桩为弹性桩，假设成立。3、计算单桩桩顶刚度1、 2、3、 411 l0 l 1AEC0A0I 0.0491m4查铁路桥规 Eh 2.8 10 _d2_2 一其中，l00, l 40m, E 2.8 10 kPa, A0.785m ,0.54D d 2l tan- 1 2 40tan'28-10.82m 3m,所以取 D 3m 44kPa64E 0.8Eh0.

11、8 2.8 107 2.24 107kPa_7_6_4EI 2.24 100.0491 1.10 10 kPa/m假定桩为弹性桩，则其计算深度：hm 21d2 1.05 14.1mhm深度内存在两层不同的土,则m的换算公式为：mm1hi m2h2(2h1 h2)hm3.6m其中，m1 5000kN/m4, h1 0.5m, m2 8000kN/m4, h2,2m1h1m2 (2h1h2)h2m ohm7955.384kN /m4Jmb05 E EI0.419m5000 0.52 8000 (2 0.5 3.6) 3.6A0D27.069m2l 40m 10mC0m0l ml 7955.384

12、40 318215.36kN / m3l 0AE0.5 407.383 105kN/mC0A00.785 2.8 107 318215.36 7.0690.419 40 16.76 4.0,查表有 YH 1.064,Ym0.985, m 1.48 ,3EIYh0.4193 1.1 106 1.064 8.609 104 kN m2EIYm0.4192 1.1 106 0.985 1.902 105kNEI m 0.4191.1 106 1.484 6.84 105kN m/rad4、计算承台刚性系数bbni7.383_56105 5.906 106kN/maani8.6094_5104 6.8

13、87 105 kN mni 3_ _5 _68 1.902 1051.522 106 kNni2 1Xi6.841058 7.383 1054.5)23.537 107kN m/rad对于低承台桩基,承台完全处于软塑砂粘土中，因此，承台的计算宽度为:Bob11.21 12.2m, Ch mh 8000 2.5 2 104kN/m3aaaaBoChh6.887一 5 一一1012.22 104 2.5 9.937105kNBoChh21.522 106-4_22 102.512.2 1.268106kNBoChh3123.53710712.2432 102.5 3.56912107kNm/ ra

14、d5、计算承台底面形心处的位移a,桩基为竖直桩基，桩群对称布置,baaba 0,则有:a , aab bbbb由上式得承台形心位移:aaH a Ma-2aaa Maa荷载情况1双线、纵向、二孔重载:NK 18629.07 N, H 341.5KN,M 4671.75KNbb18629.075.906 1063.154 10 3m5.3510_ 5_ _ 6_9.397 104671.75 ( 1.268 10 ) 341.59.937 105 3.569 107 ( 1.268 106)* 21.499104 radaa3.569 107 341.5 ( 1.268 106) 4671.75荷

15、载情况2双线、纵向、单孔重载:NK 17534.94 N,H 341.5KN,M 4762.57KN17534.94bb5.906 1062.969 10 3maa7_6_5.383103.569 10341.5 ( 1.268 10 ) 4762.579.937 105 3.569 107 ( 1.268 106)aaaaaaa5_641.526 10 rad9.397 104762.57 ( 1.268 10 ) 341.59.937 105 3.569 107 ( 1.268 106)2四、墩身弹性水平位移S的计算假定墩帽、托盘和基础部分产生刚性转动，将墩身分为四个部分，（由于墩 身4-

16、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，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，分别计算出四部分的上下底边长及中线长， 然后计算出各个截面的弯 矩，再求和即可得到托盘底面所受的总弯矩。1、 H和纵向风力引起的力矩：墩冒所受风力：H墩帽7.5 0.6 0.8 3.6kN托盘所受风力：H托盘(7.1 5.9)/2 1.5 0.8 7.8kN墩身风力：Hi 2 (5.9 6.02)/2 3 0.8 14.304kN(6.026.14)/2 3 0.8 14.592kN(6.14 6.26)/2 3 0.8 14.880

17、kN (6.26 6.34)/2 2.02 0.8 10.181kN风力合力作用点位置距长边的距离为 y,梯形形心轴距长边的距离公式为:a 2b3( a b)h ,其中a为长边,b为短边，h为梯形高计算得：y托盘0.727m, y12 y23y34 1.495m, y451.008m将墩身分成四段，利用几何关系分别求出边长及中线长，如下图:75071036060t650fgug.fi njFi.J察Lo on-?r ','；OSJ匚o-51'oK).f? 1 A,.、r。 4口7 n._L、r心一 I,1roc 工-PICD"S32Zr、r d_电a41co1

18、oCM2 33J338-* .； 3 / 4一 一Y-359-广4 356- -4*J,:*-700风力及截面弯矩值计算表对各截卸肖1矩°M、(KN-nj) 水平力(KN)'托盘顶0托盘底1234墩底5墩顶水平力P 235.44152.064532.2241292.5442052.8642813.1843573.504墩帽风力H墩冒3.61.086.4817.2828.0838.8849.68托盘风力H托盘7.86.02929.42952.82976.22999.629墩 身 风 力H1214.30421.38464.296107.208150.120H2314.59221.

19、81565.591109.367H3414.88022.24666.886H4510.18120.240墩顶弯矩893.16893.16893.16893.16893.16893.16总计1046.3041437.8932253.7973113.0444016.4984962.5862、墩顶水平位移计算注：墩帽托盘 C40: Eh 3,25 107kPa ,墩身 C30: Eh 3.0 107kPaM顶冒M托盘Mi2M34M4 5893.16 1046.3042969,732KN m1046.304 1437.89321437.893 2253.79722253.797 3113.044231

20、13.044 4616.49821242.099kN m1845.845kN m3564.771kN m4489.542kN mMi(KN m)h(m)耳(m)厂 bh 4Ii .c (m)12E1T(KN /m2)Mi hh”、d-(m)日i墩 冒969.7320.60.329.1607.5816E+082.302E-07托 盘1242.0991.51.3517.74934.6148E+085.450E-061-2段1845.84533.617.20754.1298E+084.827E-052-3段2683.42136.619.56464.6955E+081.133E-043-4段3564.

21、77139.622.15215.3165E+081.931E-044-5段4489.542312.624.98395.9961E+082.830E-04总 计6.434E-04表中，h:分段高度，hi：分段中线到墩顶较支座距离,MiMi上 Mi下五、桩基检算1、单桩承载力检算（按双孔重载计算）N 18629.07kN, x 2.25m,， 一 一 41.499 10 rad,1_ 57.383 10 kN /m则桩顶内力:N18629.0754Nmax 1X 7.383 105 2.25 1.499 10 4 2577.644kNn8桩身C25混凝土容重25KNm 3, 土平均重度20kN/m

22、则桩自重：G (2.8137.19 ) 1.052(2.81 25 37.19 15) 543.873kN44桩入土部分同体积土重:G (2.8137.19 ) 1.052(2.81 20 37.19 10) 370.692kN44Nmax G G 2577.644 543.873 370.692 2750.825kN1.2P 3658.704kN其中，P 3048.92kN ,故单桩轴向受压承载力满足要求。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（28 ）较顶面放大（如右图），底面尺寸：a 3 3 1 2l tan -428 9

23、 1 2 40 tan 419.823mb 4.5 1 2l tan- 4.5 1 2 40 tan28- 15.323m44 _2A ab 19.823 15.323 303.748mab2 2775.721m319.823 15.3256桩自重：G1 543.873 8 4350.984kN桩侧土重：G2 303.748 (2.81 20 37.19 10) 370.692 8 127068.983kN承台重：G325 11.2 7 2.5 4900kN3承台部分土重：G320 11.2 7 2.5 3920kN3N° N G1 G2 G3 G318629.07 4350.984

24、 127068.983 4900 3920 151029.037kNN0 MA W151029.037303.7484671.75775.721503.245kPa 644kPa3、墩顶水平位移检算（按一孔重载）墩高：H 2.5 12 1.5 0.6 0.4 17m则墩顶位移a H d5.383 10 4 1.526 10 4 17 6.434 10 4 3.776 10 3m5、. L 5 .31.1 27.88m4、结构在土面处的位移（按一孔重载）在桥规中查 m m时，只适用于结构在地面处的最大位移为6mm若超过6mma不能采用" m'法进行计算，故需要对桩在土面处的位移

25、进行检算。, 墩身埋于土中高度：h 36.79 33.31 3.48ma h 5.383 10 4 1.526 10 4 3.48 1.069 10 3m 6mm可以用m法直接查表计算5、桩身截面配筋设计（一孔重载）（1）桩身弯矩计算H0a 235.383 10 4 8.609 1041.526 10 4 1.902 105 17.318kNM04a 31.526 10 4 6.841055.383 10 4 1.9021051.994kN m:任意深度z处桩身截面弯矩：Ho17.318Mz0AMM oBm- Am 1.994Bm41.332Am1.994Bm0.419NminNiX17534

26、.947.383 1052.25 1.526 10 41938.372kNn8Mz列表计算如下:ZZ(m)AmBm41.332Am1.994BmM z(kN m)00.00010.0001.9941.9940.20.4770.1970.9988.1421.99010.1320.40.9550.3770.98615.5821.99617.5480.61.4320.5290.95921.8651.91223.7770.81.9090.6460.91326.7001.82128.5211.02.3870.7230.85129.8831.69731.5801.22.8640.7620.77431.49

27、51.54333.0381.43.3410.7650.68731.6191.37032.9891.63.8190.7370.59430.4621.18431.6461.84.2960.6850.49928.3120.99529.3072.04.7730.6140.40725.3780.81226.1902.25.2510.5320.3221.9890.63822.6272.45.7280.4430.24318.3100.48518.7952.66.2050.3550.17513.8460.34914.1952.86.6830.270.1211.1600.23911.3993.07.1600.1

28、930.0767.9770.1528.1293.58.3530.0510.0142.1080.0282.1364.09.547000.0000.0000.000由表知：Mmax 33.038kN m(2)计算偏心距初始偏心距：egM max N min33.0381938.3720.017m偏心距放大系数:1KN旦lc其中，影响系数0.160.2 一 h0 10J 0.16 0.6210.0170.2 1.00计算长度：lc 0.5(l°驾0.5(04.0)4.773m,( 为变形系数)0.419主力+附加力，所以K=0.6(3)配筋1KN2E3120.997d0.6 1938.37

29、21272.8 100.04910.621 4.7730.017 0.0169m0.997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%,贝U22Asminmin Ac 0.5%10003927mm4选用16小18的I级钢筋，As,实4072mm2,取净保护层厚度as 60mm ,采用对称配筋，则主筋净距为：16162-R d 2-(500

30、60 9)18 151.253mm 120mm,符合要求。桩与承台的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(算至弯钩切点)对于光圆钢筋不得不小于45倍主筋直径(即810mm,取900m,主筋应配到4/ a处以下2m处(约为11.55m),取其长度为12m则主筋总长为13m箍筋采用8200mm,为增加钢筋笼刚度，顺钢筋笼长度每隔2m加一道小18的骨架钢筋。顺钢筋笼长度每隔 2m在四个节点处加四个定位钢筋，直径为18。桩身截面配筋如设计图纸。(4)判断大小偏心取 n=15换算截面面积:A0d2一 nAs4 2846478mm换算截面惯性矩:四2 2 s s45001_2-

31、10415 4072 (500 6 9)4.91 10 mm核心距:_104091 10846478 500116.01mm e16.9mm故属小偏心构件(5)应力检算小偏心构件，全截面受压，则N M 1938.372 103cA010 y84647833.038 1034.91 1010500 2.29MPa b 9.5MPaN M , s n (yAoIo34.352MPa sas ) 15160MPa应力合格(6)稳定性检算1938.372 103 84647833.038 10379E(500 60 9)桩计算长度 lc 4.773m, d 1m, lc/d 4.7737,查混凝土结构

32、设计原理表11-4得=1.0 ,查表 11-3 得 m=12.41938.372 1032-一(Ac mAs)1.0( /4 100012.4 4072)2.319MPa c 7.6MPa则稳定性满足要求6、单根桩材料表(1)钢筋直径mm根数单根长m单重kg/m总长m总重kg受力纵筋1816132208416坏向箍筋8652.760.395179.470.86骨架钢筋1862.65215.931.80定位钢筋18240.424210.1820.36总539.02(2)混凝土等级直径m长m体积桩C251.054034.636六、电算结果1、电算输入文件26200.5250002880002880

33、00284000281500028250002841.1.41.0.9800341.51.11.2017534.9418629.07341.5280000000.55.59.51.423.48.80 400 -2.250 4002.254762.574671.752、电算输出文件*部分原始数据*桩类型组数2土层数6作用力H方向上一排桩的桩数2桩传力类型系数XS=0.5000桩材碎弹性模量 E= 0.2800E+08（kN/m2）I 土层的厚度（米）5000.28.00.508000.28.05.508000.28.09.504000.28.01.4015000.28.023.4025000.2

34、8.08.80I ITDDBLOLIAH1 41.0001.0000.000 40.0000.00002 41.0001.0000.000 40.0000.0000承台埋入地面或局部冲刷线以下的深度：承 台的实 际宽度：内摩擦角（度）地基比例系数（kN/m4）桩端嵌固类型MD=.0最小桩间净距LS= 2.00（米）X -2.2500 2.2500 1.011.2弟荷载类型I123水平力H(kN) 0.0341.5341.5轴向力N(kN) 0.0 17534.9 18629.1弯矩 M(kN.m)0.04762.64671.8*部分计算结果*AF 0.404 0.404基础的变形系数LO1 9

35、51540.06 951540.06a及桩顶刚度系数LO276972.1276972.12LO3 176685.69 176685.69LO4659161.44659161.44承台K1661179.910174度矩K220.0000007612320.5000000.0000003-1398653.8823880.000000 43818231.182946*荷载类型NP= 1(单孔轻载)*承台位移水平位移（毫米）竖向位移（毫米）转角（rad）0.000.000.0000E+00I= 1第1根桩的桩顶位移JA1(J)A2(J)P2(J)10.000.000.00000020.000.000.

36、00000030.000.000.000000第1根桩桩身内力J H(m)My(kN.m)Qy(kN)dy(kN/m)1 0.500.0000.0000.0002 0.990.0000.0000.0003 1.490.0000.0000.0004 1.980.0000.0000.0005 2.480.0000.0000.0006 2.970.0000.0000.0007 3.470.0000.0000.0008 3.960.0000.0000.0009 4.460.0000.0000.00010 4.960.0000.0000.00011 5.450.0000.0000.00012 5.950

37、.0000.0000.00013 6.440.0000.0000.00014 6.940.0000.0000.00015 7.430.0000.0000.00016 7.930.0000.0000.00017 8.420.0000.0000.00018 8.920.0000.0000.00019 9.420.0000.0000.00020 9.910.0000.0000.000第2根桩的桩顶位移JA1(J)A2(J)P2(J)10.000.000.00000020.000.000.00000030.000.000.000000第2根桩桩身内力JH(m)My(kN.m)Qy(kN)dy(kN/m

38、)10.500.0000.0000.00020.990.0000.0000.00031.490.0000.0000.00041.980.0000.0000.00052.480.0000.0000.00062.970.0000.0000.00073.470.0000.0000.00083.960.0000.0000.00094.460.0000.0000.000104.960.0000.0000.000115.450.0000.0000.000125.950.0000.0000.000136.440.0000.0000.000146.940.0000.0000.000157.430.0000.0

39、000.000167.930.0000.0000.000178.420.0000.0000.000188.920.0000.0000.000199.420.0000.0000.000209.910.0000.0000.000*荷载类型NP= 2(单孔重载)*承台位移水平位移（毫米）竖向位移（毫米）转角(rad)0.802.300.1342E-03I= 1第1根桩的桩顶位移JA1(J)A2(J)P2(J)10.800.8037.89566422.002.001904.46473730.130.13-52.945978第1根桩桩身内力JH(m)My(kN.m)Qy(kN)dy(kN/m)10.50

40、-34.34836.8074.25120.99-16.77633.8367.57531.49-1.04329.4639.90641.9812.27624.17911.26052.4822.84918.45111.71962.9730.55912.69111.41173.4735.4797.24110.49683.9637.8302.3609.14494.4637.941-1.7787.521104.9636.208-5.0745.775115.4533.056-7.5024.030125.9528.912-9.0842.378136.4424.181-9.8850.879146.9419.230-9.986-0.440157.4314.384-9.478-1.582167.939.923-8.444-2.571178.426.091-6.948-3.449188.923.105-5.035