西南交大桥梁基础工程课程设计2号墩

1、基础工程课程设计桥梁基础工程课程设计老师：冯君学生：姜柏宇 学号：20100749 班级：土木2010级16班电话一章 概述41.1 工程概况和设计任务41.1.1 工程名称41.1.2 桥跨及附属结构41.1.3 工程地质和水文地质资料51.3 设计依据6第二章 方案设计72.1 地基持力层的选择72.2 荷载计算72.2.1 主力计算72.2.1.1、恒载72.2.1.2、活载82.2.2 附加力计算92.2.2.1制动力（或牵引力）92.2.2.2纵向风力102.2.2.3横向风力112.2.2.4流水压力112.2.3 荷载组合112.2.3.1纵向主+附，单

2、孔轻载112.2.3.2纵向主+附，单孔重载112.2.3.3纵向主+附，双孔重载112. 3 基础类型的比选122.3.1 选定桩基类型122.3.2 选择桩材与桩径132.4 承台尺寸的拟定142.4.1承台尺寸142.4.2桩与承台连接方式15第三章 技术设计153.1 桩基础的平面分析153.1.1 153.1.1.1确定桩的相互影响系数153.1.1.2153.1.2 单桩的刚度系数计算153.1.2.1单桩轴向刚度系数153.1.2.2单桩横向刚度系数163.1.3 群桩的刚度系数计算163.1.4 桩顶位移及内力计算173.2 横向荷载作用下单桩的内力及位移计算183.3 单桩轴

3、向承载力检算193.4 墩台顶的水平位移检算193.5 群桩基础的承载力和位移检算203.6 单桩基底最大竖向压应力及横向压应力检算213.6.1 基底最大竖向压应力验算213.6.2 基础侧面横向压应力验算213.7 基础配筋223.7.1 配筋223.7.2 计算偏心距233.7.3 判断大小偏心233.7.4 应力检算233.7.5 稳定性检算24第四章 初步的施工组织设计244.1 基础的施工工艺流程244.2 主要施工机具254.3 主要工程数量和材料用量254.3.1单根桩材料表254.3.1.1钢筋254.3.1.2混凝土264.3.1.3承台土方开挖量：264.4 保证施工质量

4、的措施264.4.1 砼质量保证264.4.1.1成孔控制264.4.1.2钢筋施工274.4.1.3原材料质量控制274.4.1.4混凝土配合比设计274.4.1.5混凝土的拌和、运输28第一章 概述1.1 工程概况和设计任务1.1.1 工程名称建筑物的性质和用途：该桥梁为等跨度32M，上承板梁，桥面系为无渣桥面，并设双侧人行道，桥墩为混凝土实体桥墩，该桥位于直线平坡段上，与河流正交，该地区无流冰及地震，该河道不通航。1.1.2 桥跨及附属结构该桥梁系某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3

5、8孔32m后张法预应力混凝土梁组成，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1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1178.12m，轨底高程1181.25m. 本人承担2#桥墩的基础设计。该桥墩采用圆端桥墩，圆端桥墩支承垫石采用C40钢筋混凝土，顶帽采用C30钢筋混凝土，墩身采用C30混凝土。桥梁支座采用SQMZ型铸钢支座，支座铰中心至支承垫石顶面的距离为40cm。图1

6、桥梁跨中纵断面示意图(单位：cm)1.1.3 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。各地层的主要物理、力学参数见表11。场地勘察未发现滑坡、岩溶、断层、破碎带等不良地质现象。表11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，W

7、2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，局部冲刷线1118.30m。该桥所在地区的基本风压为800Pa。1.3 设计依据（1）铁路桥涵地基和基础设计规范（TB10002.5-2005）（2）铁路桥涵设

8、计基本规范（TB10002.1-2005）（3）铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范（TB10002.3-2005）（4）铁道第三勘察设计院编铁路工程设计技术手册桥涵地基和基础（5）西南交通大学岩土工程系编桥梁基础工程第二章 方案设计2.1 地基持力层的选择由2#桥墩钻孔柱状图知，地面以下土层依次为新黄土、W4泥岩、W3泥岩、W3砂岩、W2泥岩、W2砂岩。本桥墩高度为16.37米，对地基压力大，则地基容许承载力也应达到比较大的数值，排除用新黄土与W4泥岩作为持力层的方案。W3砂岩基本承载力为600kPa，W3泥岩基本承载力为400kPa，选择基本承载力达的W3砂岩作为持力层。2.1.1

9、、数据确定垫石顶部到地面高14.7m，设计墩身14.3m，埋入土中0.18m，设计承台厚2m，桩长28m共6根。2.2 荷载计算2.2.1 主力计算2.2.1.1、恒载（1）由桥墩传来的恒载压力： （2）垫石重量：（3）顶帽重量（垫石下的小块放大）（4）墩身重量： 除开圆台部分面积圆台部分 （5）承台重量： （6）承台上的土体重量： 因为高于设计频率水位 不计算浮力（7）总恒载 2.2.1.2、活载（令承台底横桥方向中心轴为轴，顺桥方向中心轴为轴）（1）单孔重载 根据，可得支点反力为作用在承台底的竖向活载 对承台底的力矩 （2）单孔轻载 根据，可得支点反力为作用在承台底的竖向活载 对承台底的力

10、矩 （3）双孔重载根据确定最不利荷载位置。本设计为等跨梁，故，和分别为左右两跨上活载重量，由解得。则支点反力、为作用在承台底的竖向活载 、对承台底的力距 （4）双孔空车荷载支点反力 作用在承台底的竖向活载 、对承台底的力距 2.2.2 附加力计算2.2.2.1制动力（或牵引力）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梁上的竖向静活载相同，故制动力（或牵引力）也相等，为对承台底的力矩 双孔重载的制动力（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）传到桥墩上的制动力（或牵引力）为故双孔重载时采用的制动力（或牵引力）为 对承台底的

11、力矩 2.2.2.2纵向风力风荷载强度其中，根据场边迎风的圆端形截面，查表得为1.1；根据轨顶离常水位的高度（本桥墩设计中为轨顶离地面高度）为,查表得1.00，根据地形为河谷阶地、河流峡谷区，查表得为1.20。垫石风力： 顶帽风力对承台底的力矩为 :墩身风力墩身高度：对承台底的力矩为:纵向风力在承台底产生的荷载 2.2.2.3横向风力略2.2.2.4流水压力因在桥孔下无水，故不计算流水压力。2.2.3 荷载组合2.2.3.1纵向主+附，单孔轻载 2.2.3.2纵向主+附，单孔重载2.2.3.3纵向主+附，双孔重载 2. 3 基础类型的比选2.3.1 选定桩基类型方案比较表基 础 类 型方 案

12、比 较浅基础建筑物的浅平基多用砖、石、混凝土或钢筋混凝土等材料组成，因为材料的抗拉性能差，截面强度要求较高，埋深较小，用料省，无需复杂的施工设备，因而工期短，造价低，但只适宜于上部荷载较小的建筑物。低承台桩基稳定性较好，但水中施工难度较大，故多用于季节性河流或冲刷深度较小的河流，航运繁忙或有强烈流水的河流不适合。位于旱地、浅水滩或季节性河流的墩台，当冲刷不深，施工排水不太困难时，选用低承台桩基有利于提高基础的稳定性。高承台桩基当常年有水，且水位较高，施工不易排水或河床冲刷较深，在没有和不通航河流上，可采用高承台桩基。有时为了节省圬工和便于施工，也可采用高承台桩基。然而在水平力的作用下，由于承台

13、及部分桩身露出地面或局部冲刷线，减少了及自由段桩身侧面的土抗力，桩身的内力和位移都将大于低承台桩基，在稳定性方面也不如低承台桩基。沉井沉井基础占地面积小，施工方便，对邻近建筑物影响小，沉井内部空间还可得到充分利用。沉井法适用于地基深层土的承载力大，而上部土层比较松软，易于开挖的地层。因为桥孔下无水，地下水位较深，上部荷载较大，综上考虑桩基低承台，采用钻孔灌入桩，设计为摩擦桩。2.3.2 选择桩材与桩径图2 土层分布图（单位：米）1) 桩身采用C30混凝土。2) 设计桩径采用d=1m，成孔桩径为1.10m,钻孔灌注桩，采用旋转式钻头。3) 画出土层分布图如图2所示，选用W3砂岩作为持力层，取桩长

14、l=28m。桩底标高1131.57m。 4) 估算桩数：（按双孔重载估算） 估算公式：式中： n桩的根数 N作用在承台地面上的竖向荷载（kN） P单桩承载力容许值（kN） 经验系数，本设计中取值1.2 ，基底以上土的天然重度平均值 取n=6 2.4 承台尺寸的拟定2.4.1承台尺寸查铁路桥规，当时，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：图3 桩在承台底面的布置（尺寸单位：cm）2.4.2桩与承台连接方式采用主筋伸入式，桩伸入承台板内10cm

15、，具体配筋见后面详述。第三章 技术设计3.1 桩基础的平面分析3.1.1 3.1.1.1确定桩的相互影响系数 3.1.1.2 ， 3.1.2 单桩的刚度系数计算3.1.2.1单桩轴向刚度系数 ， , ， 则 3.1.2.2单桩横向刚度系数 则 3.1.3 群桩的刚度系数计算（1）, （式中取承台高度）（2）（3）（4） （5） （6）取坐标原点为承台面中心位置，方向为顺桥轴线方向。 3.1.4 桩顶位移及内力计算 对荷载组合所得总荷载值分析可知，只需分别计算常水位时，荷载组合为纵向主+附，单孔重载时的桩顶位移及内力以及常水位时，荷载组合为纵向主+附，双孔重载时的桩顶位移及内力，取所得位移及内力

16、较大值即可。设承台在荷载作用下发生，任意排桩桩顶的。群桩基础的整体位移计算 解得 各桩桩顶位移计算 bab1b2ai单孔轻载1.39E-031.11E-034.45E-042.06E-037.21E-041.39E-03单孔重载1.44E-038.75E-043.18E-041.91E-039.59E-041.44E-03双孔重载1.57E-038.45E-042.97E-042.02E-031.13E-031.57E-03iN1N2QiM单孔轻载-4.45E-042.63E+039.24E+021.24E+011.06E+02单孔重载-3.18E-042.45E+031.23E+031.71

17、E+015.75E+01双孔重载-2.97E-042.59E+031.44E+031.88E+014.74E+013.2 横向荷载作用下单桩的内力及位移计算计算采用的荷载组合为常水位时，纵向主+附，单孔重载产生的单桩内力及位移。计算时采用简捷计算法。，此时，此时。yayABxyAmBmM000000157.50.476190.20.4240.2583.145590.1970.99865.405710.9523810.40.7210.45.130790.3770.98672.044291.4285710.60.9020.456.134730.5290.95976.680361.9047620.8

18、0.9790.436.329260.6460.91378.798932.38095210.970.3615.9045350.7230.85178.368932.8571431.20.8950.2635.0530550.7620.77475.529293.3333331.40.7720.1513.9311650.7650.68770.648933.8095241.60.6210.0392.6975550.7370.59464.161434.2857141.80.457-0.0641.462790.6850.49956.581794.76190520.294-0.1510.3221750.6140

19、.40748.401075.2380952.20.142-0.219-0.667490.5320.3240.065.7142862.40.008-0.265-1.461360.4430.24332.008936.1904762.6-0.104-0.29-2.049110.3550.17524.516076.6666672.8-0.193-0.295-2.43240.270.1217.892867.1428573-0.262-0.284-2.645720.1930.07612.227868.3333333.5-0.367-0.199-2.58570.0510.0142.8814299.52381

20、4-0.432-0.059-2.056150003.3 单桩轴向承载力检算最不利荷载组合为纵向主+附，双孔重载。，桩为弹性桩。单桩自重 同体积土重 。故单桩轴向承载力满足要求。3.4 墩台顶的水平位移检算最不利荷载组合为纵向主+附，单孔重载。桥上风荷载强度w=1.1kPa，桥墩有0.18m埋在土层中，故受风荷载的墩身高度为14.12m。分别计算桥墩顶部和桥墩与地面相接处均布风荷载（假设均布风荷载大小呈梯形分布）。，墩身风力引起的墩台顶水平位移：水平制动力引起的墩台顶水平位移：单孔重载支座反力产生的弯矩引起的墩台顶水平位移：则墩台顶总水平位移： ， 满足要求。3.5 群桩基础的承载力和位移检算最

21、不利荷载组合为纵向主+附，双孔重载。 ， ,故群桩基础为全截面受压。 ， 群桩自重 桩侧土重 则 ，满足要求。3.6 单桩基底最大竖向压应力及横向压应力检算 最不利荷载组合为纵向主+附，双孔重载。按常水位时的荷载计算。3.6.1 基底最大竖向压应力验算，桩为弹性桩。单桩自重 桩侧面土摩阻力 3.6.2 基础侧面横向压应力验算，则基础侧面横向压应力必须满足下式要求：，代入数据得，故 基础侧面横向压应力满足要求。3.7 基础配筋3.7.1 配筋根据灌注桩构造要求，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

22、可能采用单筋、小直径的钢筋，以提高桩的抗裂性，所以主筋采用级钢筋。桩身混凝土为C30，根据桥规规定，取=0.5%,则选用10 18的级钢筋，取净保护层厚度，采用对称配筋，则主筋净距为：，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），主筋应配到4/处以下2m处（约为11.5m）,则主筋总长为12.5m。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。3.7.2 计算偏心距

23、初始偏心距：偏心距放大系数：计算长度：，（为变形系数），3.7.3 判断大小偏心取n=10换算截面面积：换算截面惯性矩：核心距：故属小偏心构件3.7.4 应力检算小偏心构件，全截面受压，则 应力合格3.7.5 稳定性检算桩计算长度查混凝土结构设计原理表11-4得=1.0，查表得m=12.4 则稳定性满足要求。第四章 初步的施工组织设计4.1 基础的施工工艺流程本基础采用钻孔灌注桩。施工工艺流程如下： 4.2 主要施工机具钻孔机、旋转式钻头、挖土机、工程运输车。4.3 主要工程数量和材料用量4.3.1单根桩材料表4.3.1.1钢筋钢筋型号直径mm根数单根长m单重kg/m总长m总重kgN1HRB3

24、35181029.052290.5581N2HRB33581402.760.395386.4152.63N2HRB33518132.76235.971.8N3HPB23520527.82.465405.6999.8N4HRB335324.8153.6378.64.3.1.2混凝土等级直径m长m体积桩C301.102821.99 4.3.1.3承台土方开挖量： 4.4 保证施工质量的措施4.4.1 砼质量保证由于桥桩基都属于隐蔽工程。为保证桩基的施工质量，对桩基成孔必须严格控制，对砼的性能控制是关键，要控制好砼的性能，必需严格按以下几点进行控制。4.4.1.1成孔控制（1）桩基护筒只有2米至4米

25、，挖土下放护筒之后，必须回填粘土并压实，在护筒脚周围形成保护孔壁的泥皮，防止塌孔事故的发生，可投入增加泥浆粘度的外加剂。必要时，加长护筒或填片石粘土混合物用冲锤夯实。桩孔深度较深，如何控制垂直度成为成孔质量的关键。在冲孔过程中根据不同地层通过调节冲程大小，松绳的快慢来控制冲孔质量，遇到粘锤，可回填些片石或废旧钢丝绳，增加地层面的硬度。冲孔过程还要避免打空锤，控制好松绳时间，避免梅花桩的出现。（2）泥浆的循环对钻进速度起关键作用。优质泥浆能减少孔底沉淀，减小粘锤。实际证明在泥浆处理器上加装筛网能有效提高泥浆质量，减小糊钻，对增加冲进速度有很大改善。为降低泥浆的含砂率，采用了圆锥形滤砂器，使用砂泵

26、将分级沉淀后的泥浆抽入滤砂器中旋转而使砂砾沉淀。4.4.1.2钢筋施工（1）钢筋加工后应用进行检查。（2）钢筋笼在起吊和运输过程中，由于钢筋笼骨架钢筋少，容易变形，须在吊点位置加焊吊环，并通过吊架来承受钢筋起吊时吊点的水平分力，防止钢筋笼变形。（3）钢筋主筋采用搭接焊。并现场检查安装情况。（4）钢筋端头处需做好标记，方便对接。（5）对钢筋加工按规范抽检频率要求进行抽检。4.4.1.3原材料质量控制（1）严格对进场的砂、碎石进行物理性能试验，试验结果符合规范要求后才进行采用。（2）水泥由业主提供，每批水泥做原材料试验，并将试验报告单连同厂商的材质检验合格证书报监理工程师，必要时会同监理工程师进行复核，不同标号品种的水泥不得混用，过期水泥