群桩基手算示例

1、 目录 第1章 概述11工程概况和设计任务12工程地质和水文地质资料13设计依据第2章 方案设计（或初步设计）21地基持力层的选择22荷载计算221主力计算222附加力计算223荷载组合23基础类型的比选24基础尺寸的拟定第3章 技术设计31桩基础的平面分析311bo、m、的确定312单桩的刚度系数计算313群桩的刚度系数计算314桩顶位移及内力计算32横向荷载下单桩的内力和位移计算33单桩轴向承载力检算34墩台顶的水平位移检算35群桩基础的承载力和位移检算36单桩基底最大竖向压应力及侧面土抗力检算（必要时进行）第4章 初步的施工组织设计41基础的施工工艺流程42主要施工机具43主要工程数量和

2、材料用量44保证施工质量的措施 第一章 概述11工程概况和设计任务工程概况：该桥梁系某I级铁路干线上的特大桥（单线），线路位于直线平坡地段。该地区地震设防烈度为VI度，不考虑地震设防问题。桥梁及桥墩部分的设计已经完成，桥跨由38孔32m后张法预应力混凝土梁【图号：专桥（01）2051】组成，该梁全长32.6m，梁高2.65m，跨中腹板厚度0.18m，下翼缘梁端宽0.88m，上翼缘宽1.92m，为分片式T梁，两片梁腹板中心距为2.0m，桥梁跨中纵断面示意如图21所示。每孔梁的理论重量为2276 kN，梁上设双侧人行道，其重量与线路上部建筑重量为35.5kN/m。梁缝10cm，桥墩支承垫石顶面高程

3、1178.12m，轨底高程1181.25m，全桥总布置见图22。图21桥梁跨中纵断面示意图桥墩采用圆端形桥墩【图号：叁桥（2005）4203】和空心桥墩【图号：叁桥（2005）4205】2种，其中1#6#、33#37#采用圆端形桥墩，7#32#采用空心桥墩。圆端形桥墩支承垫石采用C40钢筋混凝土，顶帽采用C30钢筋混凝土，墩身采用C30混凝土，圆端形桥墩构造图见图23。空心桥墩支承垫石采用C40钢筋混凝土，顶帽采用C30钢筋混凝土，墩身采用C30混凝土，空心桥墩构造图见图24。桥梁支座采用SQMZ型铸钢支座【图号：通桥（2006）8057】，支座铰中心至支承垫石顶面的距离为40cm。设计任务：

4、本设计对象为某铁路的特大型桥梁，该桥梁的上部结构和桥墩设计已经完成，本课程设计的任务是完成桥墩基础的设计与检算。要求同学选择（或由指导教师分配）一个基础，按给定的条件完成相关的设计和计算工作，具体要求如下：（1）综合分析设计资料，对三种常用的桥梁基础类型（明挖基础、桩基础和沉井基础）的技术合理性进行比较（限于课时，本次课程设计不考虑造价因素），选择较为合理的基础方案。（2）对选定的基础方案进行详细设计。（3）初步确定修筑基础的施工方案。（4）将以上全部成果整理成设计计算说明书和设计施工图。设计计算说明书应制作成Word文档。整个说明书应满足计算过程完整、计算步骤清楚、文字简明、符号规范和版面美

5、观的要求，图纸应用CAD绘制而且应表达正确、布局合理和尺寸齐全。说明书用A4纸张打印，图纸用A3纸张打印，说明书和和图纸一起装订成册，交指导老师评阅。12工程地质和水文地质资料本段线路通过构造剥蚀低中山区、河谷阶地、河流峡谷区等地貌单元，大部分穿行山前缓坡，地形起伏大，海拔在10001500m，地形起伏大，相对高差100200m，山顶覆盖新黄土或风积砂，沟谷发育。根据岩土工程勘察报告，大桥地层自上而下依次为新黄土、白垩系泥岩夹砂岩，河谷处主要为冲积砂及砾石土，各桥位的地层分布详见钻孔柱状图（图25图212）。各地层的主要物理、力学参数见表21。场地勘察未发现滑坡、岩溶、断层、破碎带等不良地质现

6、象。表21地层的主要物理、力学参数注：W4泥岩为全风化泥岩，相关的参数按照黏性土取值，W3泥岩和W3砂岩为强风化泥岩和强风化砂岩，相关的参数按照碎石土取值，W2泥岩和W2砂岩为微风化泥岩和微风化砂岩。新黄土不需要考虑湿陷性。本区蒸发量远大于降水量，为贫水地区，地下水量一般不大且埋藏较深，局部地段有泉水出露。按其赋存条件可分基岩裂隙水、第四系孔隙潜水。地下水主要靠大气降水补给，局部受地表水补给。其排泄路径主要为蒸发。地下水及地表水对普通混凝土不具侵蚀性。地表河流为常年流水，设计频率水位1122.60m，设计流速1.8m/s，常水位1121.50m，流速1.2m/s，一般冲刷线1119.50m，局

7、部冲刷线1118.30m。该桥所在地区的基本风压为800Pa。13设计依据桥梁基础设计的目的是根据上部结构的使用功能和结构形式在确定的场地条件下选择适宜的地基基础方案并确定其技术细节，使设计的基础在预定的使用期限内和规定的使用条件下能够安全正常地工作，在此基础上满足降低造价和保护环境的要求。桥梁基础设计的总体目标可以概括为：安全适用、技术先进、经济合理、确保质量和保护环境。桥梁基础设计的任务通常包括：（1）方案设计：目的是确定桥梁基础的技术方案，包括地基持力层的选取和基础类型的比选。（2）技术设计：包括地基检算和基础结构设计两方面，其任务是通过力学计算和结构措施两方面的手段来保证所设计的地基基

8、础满足设计总体目标的要求。采用桩基础时应进行下列设计和计算：1）作用在承台上的荷载计算；2）单桩轴向容许承载力的计算；3）桩基础的平面分析，计算承台位移、各基桩桩顶的轴向力、横向力和弯矩；4）检算单桩的轴向容许承载力是否满足要求；5）检算墩台顶的水平位移是否满足要求；6）横向荷载作用下单桩的内力和位移计算；7）检算桩身材料强度是否满足要求，对单桩进行配筋计算；8）根据桩基础的结构形式和受力情况检算群桩基础的承载力，必要时计算基础的沉降；9）必要时还需要检算单桩基底最大竖向压应力、单桩侧面土抗力是否满足要求，对不允许出现裂缝或需限制裂缝宽度的混凝土桩身和承台还应进行抗裂或裂缝宽度检算；10）当上

9、述计算不能通过，或设计方案未达理想状态时调整设计方案，重新进行上述各项检算。 第二章 方案设计（或初步设计）21地基持力层的选择 设计34号墩的基础。从土层剖面图及各土层的土性指标看来，新黄土土层、W3泥岩土质较软，不适合作为持力层。W3砂岩土层强度相对较高，土层较厚，故选取W3砂岩土层作为持力层。 初拟桩径为1.0m，桩进入持力层0.9m，取桩长为20m,承台尺寸7.5m×5m,承台高度1.8m，承台埋深3.8m，则墩身高度为20.94m。22荷载计算221主力计算恒载：（1） 由桥跨传来的恒载压力： （2） 顶帽重量： （3） 墩身重量： 利用微积分，从墩身向下处的微元 ， ，

10、故墩身重量（4） 基础重量：基础体积，（5） 桩基承台上覆土体重量： （6） 作用在基地上的恒载： 活载：（1） 单孔重载： 根据，可得支座反力 作用在基地上的竖向荷载为： （2） 单孔轻载 支点反力 （3） 双孔重载 由 ， 解得, 故支点反力： （4） 双孔轻载支点反力 ， 。222附加力计算（1） 牵引力或制动力 单孔重载与单孔轻载的制动力(或牵引力)因单孔重载与单孔轻载作用在主梁上的竖向静活载相同，故其制动力(或牵引力)也相等，为： 双控重载的制动力(或牵引力)左孔梁为固定支座传递的制动力(或牵引力)右孔梁为滑动支座传递的制动力(或牵引力)传到桥墩上的牵引力或制动力为： 故取 （2）

11、纵向风力 风荷载强度： 由于轨底离地面高度为： 又由于线路通过河谷 峡谷区、线性起伏大、海拔较高，故取, 顶帽风力 墩身风力 纵向风力在承台底产生的荷载 223荷载组合 参见之后的各项计算和验算。23基础类型的比选 根据地质条件和施工技术设备条件和场地情况，我们选用适用性较好的钻孔灌注桩，同时由于基岩埋置较深，采用摩擦桩，并且荷载较大，对桩进行多排布置。24基础尺寸的拟定（1） 承台坐板：，埋深。（2） 桩径尺寸： （3）桩长：拟定桩长。 计算单桩的容许承载力：公式 其中 . .（4） 桩数：双孔重载时的承台荷载最大， ,取， 故取6根桩。（5） 平面布置图为：桩的中心距为2.6m2.5倍成孔

12、桩径= 1.042.5=2.6m;承台坐板边缘至最外一排桩的净距：1.15m,1.2m> 0.51.0+0.5=1.0m,均满足布置要求。 第3章 技术设计31桩基础的平面分析311bo、m、的确定(1)基础侧面土抗力的计算宽度bo的确定 由平面布置图并结合荷载作用方向，桩的相互影响系数，其中 。（2） 横向地基系数的比例系数m的确定 假设其为弹性桩，所以，均处于新黄土段，为硬塑粘性土， 可取。（3） 桩的横向变形系数的确定 而， 故为弹性桩，应按弹性桩计算。 312单桩的刚度系数计算（1） 单桩的轴向刚度系数-桩端的换算支承面积。 应力扩散角（2） 单桩的横向刚度系数 查表有：（3）

13、群桩的刚度系数承台的计算宽度为： 314桩顶位移及内力计算一：荷载组合为纵向主+附，双孔重载：水平力,竖向力对承台轴的力矩1：计算承台位移（1）竖向位移：（2）承台水平位移：（3） 承台转角：2：计算桩顶位移及内力：（1） 桩顶竖向位移： （2） 桩顶水平位移：（3） 桩顶转角：（4） 桩顶处的轴向力： （5） 桩顶处的横向力： （6） 桩顶处的力矩：二：荷载组合为纵向主+附，单孔重载：水平力,竖向力对承台轴的力矩1：计算承台位移（1）竖向位移：（2）承台水平位移：（4） 承台转角：2：计算桩顶位移及内力：（1）桩顶竖向位移： （2）桩顶水平位移：（3）桩顶转角：（4）桩顶处的轴向力： （5）

14、桩顶处的横向力： （6）桩顶处的力矩：32横向荷载下单桩的内力和位移计算荷载组合为主+附，单孔重载水平力,对承台地面轴的力矩， 所以可以用简化算法。1：任意深度y处桩身位移： 2：任意深度y处桩身转角： 3：任意深度y处桩身截面上的弯矩：4：任意深度y处桩身截面上的剪力：5：任意深度y处桩侧土的横向压应力：计算结果图示为：33单桩轴向承载力检算检算公式： 其中： 验算通过。34墩台顶的水平位移检算桩在承台处的水平位移和转角为： .验算通过。35群桩基础的承载力和位移检算 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较顶面放大，底面尺寸： 桩自重：桩侧土重：土的体积 验算通过。

15、36单桩基底最大竖向压应力及侧面土抗力检算1：最大竖向压应力验算本设计属于置于非岩石地基上的桩，且,所以不检算基底应力，只按下式进行检算 ：验算通过。2：侧面土抗力验算由横向荷载下任意深度处的单桩内力图可知构件侧面土的最大横向压应力发生在y=1.53m处，即有：，所以验算公式为： 其中： 验算通过。 第4章 初步的施工组织设计41基础的施工工艺流程42主要施工机具冲击钻机、钢筋弯曲机、切断机、调直机、电焊机等。43主要工程数量和材料用量主要工程数量：6根20m嵌岩钻孔灌注桩。材料用量：（1）钢筋a.钢筋必须有出厂质量证明报告单、出厂合格证，否则不许进场。b.到达工地后的钢筋每批（同品种、同等级、同一截面尺寸、同炉号、同厂家生产的每60t为一批）内任选三根钢筋，各截取一组试验，每组3个试件，由试验室进行自检，自检合