墩台基础课程设计计算书

1、第一章概述1.1基本资料本设计资料是江阴市某大桥低桩承台基础设计，该桥上部结构型式采用变截面连续箱梁双幅桥，荷载标准公路一一I级，桥面双幅并立，中央空间9m,单幅横向布置为 0.35m （栏杆）+5m（非机动车道）+0.4m （隔离栅）+12.25m （车行道）+0.5m （防撞护栏）=18.5m,总 宽46m.桩的型式采用钻孔灌注桩，桩身采用C25混凝土，承台采用 C30混凝土。本设计是针对15#墩（左幅），对应的地质钻孔是ZKB4,其设计控制荷载分别为：N=60000kN （ J）、H=600kN（）、M=6204kN m（）。1.2施工方法1.2.1施工方法简介及机具设备本设计工程桩基础

2、采用钻孔灌注桩。施工时直接在桩位上就地成孔，然后在孔内安放 钢筋笼、灌注混凝土而成。钻孔的方法主要根据地质条件，本设计采用的正循环回转钻机。正循环旋转钻进是泥浆由泥浆泵压进泥浆笼头，通过钻杆从底端钻头射出而输入孔底，泥浆挟钻渣上升，从护筒顶溢流口不断流出排至沉淀池内，钻渣沉淀，泥浆流入泥浆池循环使用。由于是在粘土中钻孔，采用自造泥浆护壁。钻孔达到要求的深度后，测量沉碴厚度， 进行清孔。清孔采用射水法，此时钻具只转不进，待泥浆比重降到1.1左右即认为清孔合格。 钻孔灌注桩的桩孔钻成并清孔后，应尽快吊放钢筋骨架并灌注混凝土。用垂直导管灌注法水下施工。水下灌注混凝土至桩顶处，应适当超过桩顶设计标高，

3、以保证在凿除含有泥浆的桩段后，桩顶标高和质量能符合设计要求。施工后的灌注桩的平面位置和垂直度都需要满足规范的规定。1.2.2主要的施工程序（一）、施工工艺钻孔灌注桩是用动力驱使钻头在土中钻进成孔。主要的工序是钻孔、清孔、下钢筋笼和灌注混凝土。具体施工工艺流程图见图一。（二）、主要工艺的技术要求1、埋设护筒埋设护筒是钻孔灌注桩准备工作中的一个最主要环节。混同为圆形，可用木、钢板。钢筋混凝土制作，要求坚实耐用、不变形不漏水，并应能重复使用。埋设护筒要满足以下要求： 护筒直径应比钻头直径大10040 Omm,依据成孔方式来确定。 护筒顶标高奥高出地面或岛面300500mm,高于地表水面或地下水面1.

4、52.0m; 护筒底应用粘土夯填，不得漏水跑浆。2、泥浆制备泥浆是用作护壁用，由水、粘土（或膨胀土）和添加齐U组成。泥浆的作用：增大孔内向外的 静水压力，并在孔壁形成一层泥皮，隔断孔内外水流起着护壁的作用；用作悬浮钻渣，润滑钻头，减少钻进阻力。*壇设护囂*站进用?1內那垦慎水*件第一次济孔第二次济孔逢注水下竝*I曙I钢麻昌毎無炸寸訥社匕则 !肋土粹制图一钻孔灌注桩施工工艺图3、钻孔本设计中采用的是旋转钻孔法，用动力驱动钻头旋转切削地层，利用泥浆循环排渣成孔的旋 转钻机钻孔。在钻孔过程中，要注意以下几个问题： 钻进过程中要随时检查进尺和土层和土质情况，并做好记录； 在转进过程中要随时检查孔径和垂

5、直度，当发生严重的斜孔、弯孔、缩孔时要进行必要的修孔； 在钻进过程中，要注意护筒内水头高度的稳定性，以防坍孔； 经常检查钻具、钻杆、钢丝绳和联结装置，对卡钻、掉钻要及时处理；4、清孔以达到设计钻孔达到设计标高后， 应立即进行清孔。 清孔的目的是减小孔底沉淀土层厚度， 要求，保证桩尖土的承载力；为灌注水下混凝土创造良好条件，保证水下混凝土灌注质量。 采用抽浆清孔法，直接用反循环钻机、空气吸泥机、水力吸泥机或离心吸泥泵等将孔底含钻 渣泥浆吸出达到清孔的目的。此法清孔较彻底，适用于各种方法钻孔的桩柱和摩擦桩。5、钢筋骨架组装和吊安钻孔灌注桩的钢筋笼要提前制作组装，长桩情况下钢筋笼长度很长应分节制作，

6、每节长度以89m为宜。在加工制作和组装时，要注意其施工精度，并应有较高的刚度。6、灌注水下混凝土水下混凝土一般采用刚性导管法灌注。刚性导管用钢管制作，导管内径一般为200350mm，导管使用前应进行必要的水密、承压和接头抗拉等试验。开始灌注混凝土时， 应在漏斗底口处设置可靠的隔水设施。第二章 桩径、桩长的确定2.1桩径、桩长的初拟根据相关设计材料的数据，初步确定桩长45米，桩径D=2米。承台尺寸初拟及地面标高见图二。0 寸图二移尺寸诩眩帧标駆单优稣2.2桩数的确定摩擦桩单桩轴向力受压容许承载力：（桩孔灌注桩）nP =2（UI p AJ） Tu ih Amo X】K2 2（h-3）i3其中，桩的

7、周长 U =2.05二；（桩径D=2m,采用旋转钻，则直径增大5cm）7 ih =40 1.4 24 8.6 66 1.7 57 14.4 70 4.8 45 6.00 55 8.1 =2246.9i 1（.j、li具体数据参见表一）面积：A 二二d2 / 4 二二修正系数：二 0.83, m 二 0.7 = 1.2, K 2 二 1.5;深度h =45m 40m,故取h =40m米；桩底土的容许承载力匚0 = 220MPa ；桩侧土的平均容重2 =(18.717.73 19.6 19.56 19.85 18.55 19.20) “ 7 =19.03 kN / m3故P詔 2.05 二 224

8、6.9 二 0.7 0.83 220 1.5 19.03 (40 _ 3) = 9564.66估算桩数：n八1普二12 9S二7.52n取整数，即n -8;桩的具体分布及承台尺寸见图表一桩埋置深度范围内土的相关数据土层深度重度7（平均值）地基系数叫.内摩擦角业容许 承载力桩周土极限 摩阻力帝城1.4018.70157.10120408.6017.73415.6090241.7019.601513.802006614.4019.561516.58230574.8019.851516.10240706.0018.555527.00160455.1019.20420.40220552.3桩长的确定假

9、设桩基插入最底层的高度为h，则nP=二 “N=9000 ; ih =1801.4 55h/;i 假设埋置深度小于等于40,则h =36.9十;p打 2.05 二(1801.4 55h)二 0.7 0.83 220 1.5 19.03 (36.9 f -3) = 5800.75 177.11 401.56 52.1h/ 1726.66 = 9000解之，可得h=4.51m;则桩长 L =4.51 6.00 4.80 14.40 1.70 8.60 1.40=41.41m取整，可得桩长 L=42米；又因为4240,故假设不成立。所以取h=40米；则p# 2.05 二(1801.4 55h)二 0.

10、7 0.83 220 1.5 19.03 (40-3) -5800.75 177.11h/ 2329.34=9000解之，可得 h/ = 4.91m.故桩长 L= 36.9 4.91 =41.81 米。取整，得出确定的桩长为 L =42m。卑位：厘术第三章桩基内力及位移计算3.1桩的计算宽度的计算桩的计算宽度b, =K：K0 K d其中，形状换算系数K：.：= 0.9;受力换算系数 K。1 =1 右=1.625因为桩间净距 L1 =4.2m,g =3（d +1） = 3汉（1.6+1） = 7.8m,贝yK = b 储 * = 0.6 七 f8 = 0.959 （b查表，可得 b/ =0.6）

11、所以，桩的计算宽度：$ =K：.：K0 K d =0.9 1.625 0.959 1.6 =2.2441m ；3.2地基系数的确定此桩总长42米，共经过七层不同的土层，具体数据见表- 地基系数的确定采用等效面积换算法，其计算图示见图四。等效面积计算m值：A =舟 口和壬口20 m2(hih2) h2m3(h1 h2)m3(hih2 h3)二乡mih222m2him2h2h2f 2m3hi2m3h2 m3h3 h3?2m4hi2m4h22muh3m4h4 h4 !2m7h12m7h22m7h3 2m7h42m7h5 2m7h6m7h7 h7=2 15 1.42 2 (2 4 1.4 4 8.6)

12、 8.6 申(2 15 1.4 2 15 8.6 15 1.7) 1.7 12(2 15 1.4 215 8.6 215 1.72 15 14.4 15 14.4) 14.4i (2 15 1.4 2 15 8.6 2 15 1.7 2 15 14.4 15 3.9) 3.9= 24843.12又因为=A；所以 m0 =2A/h； =2 18613.635/4213.8017 kN /m3地基系数 Co =m0h =13.8017 30 =414.051 MN/m=4.14 105 kN/m33.3桩的变形系数a的确定变形系数的计算公式：=5豐其中,m =13.8017, b, =2.2441

13、;746基础计算刚度 EI = 0.67Enl n = 0.67 3.45 10 应 1.6 = 7.436 106所以，桩的计算刚度二 0.3345 mb1 _5J 10.55X2.592 El _ I 1.473 107 10-3.4桩的刚度系数讣？嘉、的确定3.4.1单位“力”作用，桩在该处变位 碟,碟=臨,嘛因桩底是非岩石类土，且：巾=0.284 42 =11.928 2.5,所以Kn = 0,按:4.0查表，则Q0Q/(m kN-1)1:3EIB3 D4 -B4D3A3 B4 _A4 B3。丄眾 106 二 881 106/kN1B3C4 B4C3：2EI A3B4 -A4B3J.爲

14、卄1954 10MM /(kN m)二-yEA3C4 -A4C3A3B4 A4B31.75160.334 7.436 10二 7.05 10_73.4.2单位“力”作用在桩顶时桩顶变位IH、-: HM -：MH、计算其中l0 =5m.%H =3Et+MQ+26MQ(0)勺0-MM533 7.436 1068.81 102 1.954 10* 5 7.05 10 52 =5.158 10*HM=；MHl0(0)(0)2EI522 7.436)10 67.05 10 5 1.854 10“= 7.16 10“MM(0)El MM57.436 1067.05 10 71.377 10 63.4.3桩

15、顶发生单位变位时桩顶发生内力12、3、4的计算其中,摩擦角1I。 h 1 AE CoAoMM MM -C MH ）2MHrr-2 HH MM （MH ）rr-2 HH MM 一（、MH）= 13.836侧摩阻力以 4扩散角至桩地面得的半径为:h tan4 = 42 tan60二 1.813 乎 r0 =1.813m ；. Ao =房泊 1.8132 =10.326;桩身截面= 2.011则:11 Io h . 1 Ae Co Ao15 05 3o .17.436 1o6 2.o114.14 1o5 10.326-1.915 106如= 匸377汉10-6= 6 969汇 104 HH MM C

16、 mh ）25.158 10* 1.377 10亠（7.16 10上）2MH 2 、：HH、：MM -（、：MH ）7.16X105.158 10-6 1.377 10-（7.16 10（）23.623 1056hh2、：HH、：MM _G-MH ）5.158勺0厘5.158 10-5 1.377 10上-（7.16 10上）22.61 1063.5每桩的桩顶作用R、Qi、Mi的计算3.5.1 承台发生单位变位时，所有桩顶对承台作用反力之和bb、：、I用的计算bb 二 nJ =4 1.91 5 1 06 = 7.66 1 06（kN m）jI；严n2=4 6.969 104 =2.79 105

17、（kN m）；二:. = -n3=4 3.623 105 =T.449 106kN;其中，Ki为I=n J 一 kixi2 -4 2.61 106 1.915 106 4 2.55.83 107 kN;每排的桩数， Xi为各桩至承台中心处的距离。3.5.2承台变位b。、a。、:o的计算b0 / m 二12129.8237.66 106= 1.584 10”;3.5.3任一桩顶分配作用效应组合设计值R、Hi、Mi计算R/kN =(b0 二XJC =1.584 10* 1.915 103033.36;校核： nP/kN=4 3033.36=12133.44 12129.823kN;3.6桩身弯矩最

18、大值计算3.6.1局部冲刷线处桩柱变位计算此设计中，桩顶即为承台底面，Q0 = H =600kN;M0 =M = 6204kN m;X0/mm=Q06QQ +M06QM =600x7.234x10_6 +6204S.368x10_6 =0.0128 g/rad diMQ M0MM)h-(6OO 1.368 10” 6204 4.186 10 -3.418 10;3.6.2局部冲刷线以下深度Z处桩身各截面内力计算弯矩“ 2EI(XoA 匕 B3 屠。3 弋EI 、一 EI2 1D3)2EIXoA3： EW0B3M0C3 H0D3Of其中，：2EIX 0 =0.2842 1.473 107 0.0

19、128 =15207.205;:EI0=0.284 1.473 107 (-3.418 10冷-14298.588;1 1Ho600=2112676;0.284则有 MZ -15207.205A3 (-14298.588)B3 6204C3 2112.676D3;桩身截面配筋只需要弯矩，不会发生剪力破坏，在此只计弯矩。A、B3、C3、D3可从书附录II中按:z查取，其计算列于表二，绘制的桩身弯矩图见图5。表二桩身弯矩计算表aZZA|込0.20.704-0.00133-0.000130.999990.200006608.1060.41.408-0.01067-0.002130.999740.39

20、9986915.6100.62.113-0.03600-0.010800.988060.599747003.9460.82.817-0.08532-0.034120.991810.798547030.63513.521-0.16652-0.083290.975010.994456808.5381.44.930-0.45515-0.319330.865731.358215884.8551.86.338-0.95564-0.867150.529971.611624559.1722.27.746-1.69334-1.90567-0.270871.575383145.2122.69.155-2.621

21、26-3.59987-1.877340.916791900.883310.563-3.54058-5.99979-4.68788-0.89126979.6483.512.324-3.91921-9.54367-10.34040-5.85402341.286414.085-1.61428-11.73066-17.91860-15.07550166.546图五桩身弯矩图8000. 0007000, 0006000, 0005000. 0004000. 0003000.0002000. 0001000. 0000,000-1000. 000从表中可以看出: 最大的弯矩设计值为 Md =7030.63

22、5kN m;Z = 2.817m;其轴向设计值为：Nd 二 R (2 25 2.817-* 2.05 二 22 2.817) 1.2 = 7759.537kN ;第四章竖向承载力验算4.1假想平面的计算由于内摩擦角的影响，假想平面按4扩散，其计算图示见图六。图六假想平面长度计算原理图按此原理，则假想平面的计算长度：L=l2 42 tan 刁=(18.2- 0.6 2) 2 42 ta 门呼=23.1佃;计算宽度：B =B0 2 42 tan 扌=(8.2 -0.6 2) 2 42 ta n16 13.11m ；由此计算所得出的假想平面见图七；群桩实体基底面积：2A = L B =23.11 1

23、3.11 =302.9721 m2群桩实体基底纵向截面模量:LB26223.11 13.1126二 661.994 m3I API =42 tan 刁-0.6所以,、:= lh - BL hmax(1 eA)二 l_ 旦A A WAJM A W二 20.035 42 14 2.18.2 18.2 14 2.1 .60000.6204302.9721302.9721661.9941063.798 kPa图七说明，其中阴影部分为由于内摩擦角而延伸的宽度，其值:4.2群桩竖向承载力计算群桩桩底平面最大压应力-max二巾-旦严普（鈴）一 k二其中，桩的埋置深度I =42m ;承台底面至地面的高度 h=

24、 2.1m ;承台底面以上土的重度 ;/-14kN/m3 （按一般土质取值）；承载力修正系数 K =1.25;承台底面中心处竖向力N =60000kN ,弯矩 M =6204 kN m ；承台底面至桩底平面土的平均密度，包括桩的重力在内（kN）:=（G 土 G 桩）/V总式中：G桩二 25 42 手 8 = 25 42 乎 8 = 26389.378kN;G土二 土 V土 =19.03 （8.2 18.2-8 乎）42 = 99193.968 kN;可得出： -（G土 G桩）/V总（26389.378 99193.968）/（8.2 18.2 42） = 20.035 kN / m3桩底平面处

25、地基土的容许承载力:二二6 k2 2(h-3) =220 1.5 19.03 (44.1 -3)= 220 1.5 19.03 41.1 =1393.20 kPa由上计算，可得 jax ： K上=1.25 1393.20 =1741.50 kPa所以，群桩承载力满足要求。第五章桩身配筋计算5.1主筋的配置5.1.1主筋配置的规定钻孔灌注桩，直径 D不小于800mm桩内的纵向钢筋的直径不小于14mm根数不宜少于 8根，其净距不宜小于 80m m保护层厚度不宜小于 60 s 75mm5.1.2主筋配置设计配筋资料：最大弯矩设计值Md =7030.635kN m;Z = 2.817m; Nd =77

26、59.537kN;结构重要性系数0=1.O ；桩孔灌注桩D=2.0m ；桩两端支座固定，计算长度l0 =0.5L =0.5 42 = 21m;桩身采用 C25混凝土， fcd =11.5MPa ；拟采用 HRB400钢筋，fs： =330 MPa配筋计算：桩的半径r = D = 1.0m = 1000mm;混凝土保护层厚度取 70mm;2/ 2拟采用：:40 （外径44.5 ）钢筋，单根钢筋供给面积A =1256.6 mm ；44 5则 rs =1000 -（70） =907.75mm ；g 二 rs/r =907.55/1000 =0.90775 ;桩的长细比l0 / D =21/2 = 1

27、0.5511400e0 / h0(l0/h)2 1 2其中,e0 =Md / Nd =7030.635/7759.537 =0.90606m =906.06mm ；对于圆形，h=2r=2 1 = 2m = 2000mm； h0 二 h - as 二 2000 - 70 二 1930 mm;=0.2 2.7e0/h0=0.2 2.7 906.06 “ 1930 =1.4676 1 / 1“l021000-2 =1.15-0.01 上=1.15-0.011.0451 2 =1h20001 2 v =1(21000/2000)2 1 1 =1.168 ；1400x906.06/1930计算偏心距：e0 = e0 =1.