某桥桥墩桩基础基础设计概要

1、华东交通大学课程设计（论文）题目名称 某桥桥墩桩基础设计计算院 （系）土木建筑学院专 业道路与铁道工程班 级道铁2班姓 名欧阳俊雄2011年6月13日至2011年 6月29日共1周指导教师：耿大新教研室主任：李明华资料收集某桥梁上部构造采用预应力箱梁。标准跨径32m，梁长31.9m，计算跨径31.5m，桥面宽13m，墩上纵向设两排支座，一排固定，一排滑动，桥墩采用圆 端形实心墩，平面尺寸形式如图1所示，墩高12m，计算墩顶变形时，不考虑墩 身的挠曲。下部结构采用钻孔灌注桩基础。1、地质及地下水位情况：河面常水位标高25.000m,河床标高为22.000m, 般冲刷线标高20.000m,最大冲刷

2、线标高18.000m处，一般冲刷线以下的地质情况如下：序号名称层厚土层描述天然重度Y比例系数m推荐容许承载力厂极限摩阻力T1淤泥质粘土2.5m灰色，流塑16.53 kN/m342.5 MN/m50kPa15 kPa2粘土2.2m黄色，可塑317.5kN/m312.5MN/m4120 kPa30 kPa3粉砂3.7m灰色，中密317.3kN/m415 MN/m160 kPa50 kPa4中砂4.5m灰色，中密18.2kN/m323 MN/m4220 kPa60 kPa5卵石>50m黄色，中密20.5kN/m3110MN/m4500 kPa100 kPa2、设计荷载:(1) 恒载:桥面自重：

3、Ni =1500kN+学号X 20kN=1500+16X20=1820kN箱梁自重：N2=6000kN+学号X 40kN=6000+16X40=6640kN桥墩自重：N3=3875kN(2) 活载一跨活载反力：N4 =2835.75kN，在顺桥向引起弯矩：Mi = 3334.3 kN m ；两跨活载反力：N5=5030.04kN+学号 X50kN=5030.04+16X 50=5930.04kN(3) 水平力制动力：Hi=300kN,对承台顶力矩6.5m； 风力：H2=2.7 kN,对承台顶力矩4.75m主要材料承台采用C30混凝土，重度丫 =25kN/m、丫 =15kN/浮容重)。在班编号为

4、20,所以桩基采用C30混凝土，HRB400级钢筋；4、其它参数结构重要性系数Yo=1.1,荷载组合系数© =1.0恒载分项系数 y=1.2，活载分项系数y=1.4,风荷载 沪0.75,制动力：1.0拟定承台尺寸：假设承台的厚度为1.5m,根据圆端形实心墩的平面尺寸计算承台的长和宽宽度：3 2 1.5 1 -6m长度：6 2 1.5 1 -9m三、拟定桩的尺寸及桩数：1、摩擦桩，桩身采用C30混凝土。2、 由于6-1=5d , d=1.25,所以设计桩径采用 d=1.25m,成孔桩径为1.30m,钻孔灌注桩，采用旋转式钻头。3、画出土层分布图，选用卵石层为持力层，则取桩长l=22.5

5、m4、估算桩数：（按双孔重载估算） 估算公式：fa 1 n .fau' qikli r，m0Ap fa 0k2 2(h3-3)2 yu =二 d =二 1.25 = 3.93mn d 二 1.2522And兀 0.25, “2A p1.23m44据高等学校教材基础工程（第四版）（人民交通出版社）查表42可得入=0.70 查表 43 得 mo=O.9,查表 2-24 有 k2=6.0由于桩侧土为不同土层，应采用各土层容重加权平均，透水层采用浮容重,不透水层采用天然容重16-5 252桩自重每延米q15 =18.4 kN-0 1L5 4荷载组合计算：(1)承台顶面恒载+孔活载、N =1.2

6、(1820 6640 3875) 1.2 2835.75 1.4 =22526.46' M =1.1(3334.3 30 6.51 2. 74.750.7 5 892.81-、H =1 . 1 310 2 . 70.7 &P5.2 3恒载+两孔活载(7_10)3.7(18-10)°5 仗0"10)11-io.46kN/m3、N =1.1(1820 6640 3875) 1.2 5930.04 1.4 =25414.46' M =1.130 6.5 1 2.7 4.75 0.75 = 225.08' H =35.23(2)承台底面G=1.5 X

7、 6X 9=1215恒载+孔活载' N =22526.46 1215 1.2 1.1 = 24130.26' M =1.13334.3 30 8 1 2.7 6.25 0.75 =3945.65' H =35.23恒载+两孔活载、N =25414.46 1215 1.1 1.2 =27018.26x M =1.130 8 1 2.7 6.25 0.75 = 277.72' H =35.23所以fa =0.5 X 3.92 X (20 X 0.5+50 X 2.2+35 X 3.7+45 X 4.5+160 X 11.1)+0.70 X 0.9 X 1.23 X

8、650+6.0 X 10.46 X (20+2-3)=5805.73kPa得：n=1.2 X 27018.26 =5.58,故取 n=65805.73当 n=6, h=20m时，fa =5805.73>12X 27018.26 =5403.6,桩的轴向受压承载力符 6合要求，所以桩长设22.5，可以。桩的平面布置为如图所示:1250fJ2125r1250«J2125,1250 网T经验证，桩间距符合相关规定桩的断面布置如下图（纵向断面图、横向断面图）25,000 榊22.000 淋 |SOO 4 W375(33758门-2,000W.£135250I2125250四、

9、桩的内力及位移计算1. 桩的计算宽度bib1 = k kf *(d -1)已知 kf =0.9,d = 1.25m, Li = 2.5m, hi =3(d1) = 3 (1.25 1) =6.75, n = 2, b2 = 0.6二 b2h10.61-0.62.5+X0.66.75= 0.847a 5mb1,El二d464= 0.1 2 m445240 1.72-5'0.8疋3.0疋107 汉 0.120=0.486 m-1.b1 =0.847 0.9 ( 1 1.25) = 1.72m2. 桩的变形系数a hm = 2( d 1) 口4.5m : h = 202m1h1m2(2h1

10、h2)h2 m3(2h1 2h2 h3)h3- hm2212.5 0.715 (2 0.7 3.7)3.7 23 (2 0.72 3.7 0.1)0.1桩在局部冲刷以下深度h=20 m,其计算长度则为：a=h=0.486 20 =9.72 2.5，满足按弹性桩计算。3. 桩顶刚度系数心，：HH，MH，HH值计算1P 0- h 1AEC0A00 =2.5m，h = 20m，=0.5，A = 1.23m2C。=m0h =45240 20 = 904800kN/m2,尸A1An ( 一 +htan 丄)- 4.52 =314 (+20 汉 tan ) 2 = 259.13m2A。才d21252n 2

11、 n 22S4 = 3.752 = 11.04 m=45.24 MN / m = 45240kN / m E=0.8Ec=0.8 3.0 107kN/m2l.44o'2.5+0.5汇 20 丄1zc “CL】Ppp =7 +=1.91 汉 10 = 0.663EI.1.23 汉 0.8汉 3.0 汉 107904800 "1.04,一。二:0 =0.486 2.5 =1.214据高等学校教材基础工程（第四版）（人民交通出版社）查附表17,附表 18，附表 19得： Q =0.3610, m =0.0.5456,讪=1.1621,由公式4.计 算 承 台 底 面 圆 点:hh

12、- ： 3EI q=0.4863 0.3610EI =0.0413EI22a0、c0、炉:mh EI m =0.4860.5456EI = 0.1286EIMm r.；EIm =0.486 1.1621EI =0.5642EIN 27018.266791.92C 0 nQp 6 0.663EI EIn（nmm PP、，x：）HmhMnn ：?hh(nmm pp x2) _n2MhiAnnmm pp' x2 =6 0.5642EI0.663EI6 1.8752 =17.37EIi 4n ?hh =6 0.0413EI =0.2478EIn ?mh =6 0.1286EI =0.7716E

13、In2 ?Mh =0.77162(EI )2 =0.5954(EI)217.37EI35.23 0.7716EI3945.650.2478EI17.37EI -0.5954(EI )2985.85EIn ;?hh m n ;?mh hnhh( nMM JppV x2) -n2Mh270.95EI5.计算作用在每根桩顶上作用力Pi、Qi、Mi竖向力Pi=1-PP(C0 亠 Xil；-"0)6791 92巾663EI(IT 一875270.95)EI4839.87kN4166.22kN985.85270.95水平力 Qi =伽：0 _ ： mh - 0 =0.0413EI0.1286EI

14、5.87kNEIEI270.95985.85弯矩 Mi = ':mm： mh： 0 -0.5642EI0.1286EI26.08kNEIEI验证：Pmax G= 4839.87 1.23 20 (25 -20.46)= 4951.55kN ： fa = 5805.73kN ,所以桩的承载力满足要求，设计桩长合格校核：nQi =6 5.87 =35.22kN ： '、 H =35.23kNn' xiPi nMi =3 (4839.87 -4166.22)1.875 6 25.9i 4校核正确= 3944.18kN 八 M = 3945.65kN *mn' nPi

15、=3(4839.87 4166.22)27018.27kN 八 N =27018.26kNi 46. 计算局部冲刷线处桩身弯矩 Mo、水平力Qo及轴向力PoMo=Mi Qi 0=26.085.872.5 =40.76kNQo =Qi =5.87kNP。=4839.871.23 2.5 15 =4886 .00kN7. 冲刷线以下深度z处桩截面的弯矩Mz及桩身最大弯矩Mmax.局部冲刷线以下深度z处桩截面的弯矩Mz计算Qo5.87MzAm M oBmAm 40.76Bma0.486= 12.09Am 40.76Bm无量纲系数Am、Bm由附表3、附表7分别查的，Mz计算列表如下表Mz计算列表Z0=

16、aZZAmBm12.09Am40.76BmMz0.00.00o10.0040.7640.760.20.410.196960.998062.3840.6843.060.40.820.377390.986174.5640.2044.760.61.230.529380.95861r 6.4039.0745.470.81.650.645310.913247.8037.2245.031.02.060.723050.850898.7434.6843.421.22.470.761830.774159.2131.5540.761.42.880.764980.686949.2528.0037.251.63.29

17、0.737340.593738.9124.2033.111.83.700.684880.498898.2820.3328.612.04.120.614130.406587.4216.5724.002.24.530.53160.320256.4313.0519.482.44.940.443340.242625.369.8915.252.65.35Po.354580.175464.297.1511.442.85.760.269960.119793.264.888.153.06.170.193050.075952.333.105.433.57.200.050810.013540.610.551.17

18、4.08.235E-059E-050.000.000.00其结果为下图局部神刷线下弯矩图I (knm)系列2.桩身最大弯矩Mma及最大弯矩位置计算由Qz =0得:CQ0.486 40.76= 3.371Qo5.87由CQ =3.371及' =4查附表13得： ZM max = 0. 630,所以 ZM max = 0.630 = 1.30( m)0.486ZMmax =0.630及恵=4，查附表 13得，KM =1.058。M max = KmM。=1.058 40.76 =43.12kN m8. 局部冲刷线以下深度z处横向土抗力pzx计算pzx2gxZBx0.486 5.87b1b1

19、1.72ZAx 0486ZB1.657ZAx 5.586ZBx1.72无量纲系数Ax、Bx由附表1、附表5分别查得，pzx计算列表如下Pzx计算列表Z0ZAxBx1.657Ax5.586Z0BxPzx(kpa)0.00.00:2.440661.6210.000.000.000.20.412.117791.290880.591.872.460.40.821.802731.000641.002.903.900.61.231.502680.749811.253.264.510.81.651.22370.573271.363.324.681.02.060.970410.361191.342.613.9

20、61.22.47:0.745880.219081.241.903.14:1.42.88:0.551750.107931.071.092.161.63.290.38810.024220.860.281.141.83.70:0.25386-0.035720.63-0.470.1712.04.12:0.14696-0.075720.41-1.10-0.692.24.530.06461-0.09940.20-1.58-1.392.44.94:0.00348-0.11030.01-1.92-1.90:2.65.35-0.0398-0.11136-0.14-2.10-2.24 丁2.85.76-0.069

21、0-0.10544-0.27-2.14-2.403.06.17-0.0874-0.09471-0.36-2.06-2.423.57.20-0.1049-0.05698-0.51-1.44-1.95 :4.08.23-0.1078-0.01487-0.60-0.43-1.03其结果为右图：桩身材9. 桩身配筋计算及料截面强度验算由上表可知，最大弯矩发生在地面线以下 z=1.20m处，该处纵向钢筋面积桩内竖向钢筋按含筋率0.6%配置：n X1.252二 / 2、2Ag0.6%=73.63 10(m2)7363mm24现在选用15根25的HRB40C级钢筋：Ag =7363.5mm2, fsd =3

22、40MPa,桩柱采用 C30，fcd =17.5MPa计算偏心距增大系数因为长细比:1.25Lp =0.5 (L0 4.0/a=0.5(2.5 4.0/0.486) =5.37, Lp/i = 537 =4.29 ： 15所以偏心距最大系数：=1计算截面实际偏心距e0Nmax 4839.87e0 = Mmax J0 45.473 =0.009m =9.0mm 根据公路桥涵地基与基础设计规范(JTGD63-2007)求得轴向力的偏心距 eo； e0 = ，gfsd *rAfcd Cfd其中 r=625mm p =0.006，并设 g=0.9，则e07.5B °.006 O'9

23、340D62517.5A+0.006 疋 340C17.5B 1.836D17.5A 2.04C625以下采用试算法列表计算1.383.10580.03432.93311.393.11060.02982.94281.43.11500.02562.95230.18869.809.001.090.18038.829.00r 0.980.17227.899.000.88由上表可知，当E =1.39时，e0=8.82mm与实际的e0=9.00很相近所以取1.39为计算值。 计算截面抗压承载力Nu = Ar2 佃 C p 2pf 由=3.1106 6252 17.5 2.9428 0.006 6252

24、340= 23608.91kN . Nj =4839.87kNMu =Br3fcd Dr3 pfsd =0.0298 6253 17.5 0.1803 0.006 0.9 6253 340= . 满足要求。10. 桩顶纵向水平位移验算桩在最大冲刷线处水平位移X0和转角0的计算查表得：Ax =2.44066, Bx -1.62100, A =-1.62100, B=-1.75058 ,Q0M05.8740.76375.44X03 Ax 2 Bx32.4406621.6210.000078mg3EIa2EI0.5023EI0.5022EIEl二0.078mm ：6mm,符合规范要求。0=¥

25、; A ： 心B 竺 (-1.621)4076(-1.75058) =-3.75 10»rad:El : El 0.502 El0.502El所以墩顶纵向水平位移985.85270.95：- ：00L 礼13.5 0ei ei4643.689.67 10 m = 0.967mm=0.5.25 =25mmEl 裂缝宽度验算根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)截面相对界限受压区高度 b =0.518： ' =1.39,则构件为小偏心受压，无需验算裂 缝宽度。11. 承台设计1 )桩与承台得连接处构造要求承台平面尺寸：9 6m，厚度1.5m,承台

26、底标高20.500m。采用桩顶主伸入承台连接，桩身嵌入承台内的深度为 200mm伸入承台内的桩顶主筋做成喇 叭状，夹角15度。伸入承台内的主筋竖向高度为100cm>35*2.2=77cm不设弯 钩的带肋钢筋。抗弯钢筋布置在承台内上下两排并且不截断穿过桩身。箍筋设 20箍士10,间距200mm构造钢筋前后两端各18根士10 ,抗裂钢筋前后两端各 8根岂12下设相同的钢筋网。2）桩顶局部受压验算桩顶作用于承台混凝土压力，如不考虑桩身与承台混凝土之间的粘结力，局部承压下时按下式计算：0Nd泪0.9办仙，：二9=3所以 1.1 4839.87kN ：0.9 3 1.23 13.8 1000 =15276.6kN满足要求,可按构造配筋。3) 承台受冲剪验算承台有效高度h0=1.5-0.2=1.3cm,桩边冲切，计算冲跨比_ a0x 0.35_a°y0.35=0.27, '0 y0.27h。1.3h。1.3计算冲切系数： px 二一122.5 5 ,3 py 二丿22.5 5 ,3p九 0x+0.2py热y+0.2C30混凝土取1.1 Fs =1.1 (27018.26 -4839.87 -4