铁路桥墩桩基础设计中南大学

1、铁路桥墩桩基础设计5* 1O厶UTH土木工程学院学院 班级 姓名 学号 指导老师:基础工程课程设计任务书铁路桥墩桩基础设计、设计资料:1. 线路：双线、直线、坡度4%。、线间距5m双块式无碴轨道及双侧1.7m宽人行道，其重量为 44.4kN/m。2.桥跨：等跨L=31.1m无碴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,梁底至支座铰中心0.09m。3.建筑材料：支承垫石、顶帽、托盘采用 C40钢

2、筋混凝土，墩身采用C30混凝土，桩身采用C25混凝土。4.地质及地下水位情况:标咼（m）地质情况厚度（m）标咼（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）7.021.29 19.89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）23.4yCp土层平均容重 =20kN/m 土层平均内摩擦角=28。地下水位标高：+ 30.5。5.标咼：梁顶标咼+54.

3、483m,墩底+ 33.31m。6.风力：3= 800Pa （桥上有车）。7.桥墩尺寸：如图1。二、设计荷载:1.承台底外力合计:双线、纵向、二孔重载:N=18629.07kN H=341.5kN M= 4671.75kN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 =253.44 kN，M = 893.16 kN.m。三、设计要求:1、选定桩的类型和施工方法，确定桩的材料、桩长、桩数及桩的排列。2、检算下列项目(3)(4)(5)单桩承载力检算群桩承载力检算墩顶水平位移检算桩身截面配筋计算桩在土面处位

4、移检算（双线、纵向、二孔重载）；（双线、纵向、二孔重载）；（双线、纵向、一孔重载）；（双线、纵向、一孔重载）；（双线、纵向、一孔重载）。3、设计成果:（1）设计说明书和计算书一份（2）设计图纸（2号图，铅笔图）一张（3）电算结果四、附加说明:1、如布桩需要，可变更图1中承台尺寸;2、任务书中荷载系按图1尺寸进行计算的结果，如承台尺寸变更，应对其竖向荷载进行相应调整。便面图立面图IJ剖面图1桥墩及承台尺寸示意图基础工程课程设计计算书铁路桥墩桩基础设计、确定基桩几何尺寸及桩数1承台及桩身采用C25混凝土。2、设计桩径取d =1.0m，钻孔灌注桩；采用旋转式钻头。3、考虑选择较硬土层作为桩端持力层，

5、根据地质条件，将桩端定在粗砂层。桩端全截面进入持力层的深度，对于砂土不宜小于1.5 d，所以选择桩长I =40m，标高为-6.69m处，桩端进入持力层深度为3.18m。4、确定桩数n： n =空巴，其中，卩为经验系数，桥梁桩基采用1.31.8。P计算单桩容许承载力P： Ip=1 fiIi +m0Ab2其中：A=td2 =0.785m2(A按设计桩径计算)，U =兀 x (1.0 +0.05) = 3.299m4钻孔灌注桩桩底支撑力折减系数mo =0.4由于 I 10d，故 b =氏卄2丫2 (4d -3 )+6k2Y2d查铁路桥规，地基基本承载力 =400KPa ;深度修正系数k2 = 5，k

6、2埒=2.5，桩侧土为不同土层，应采用各土层容重加权平均。40丫2 _ (33.31 -30.5) X 20 + (40 - 33.31 十 30.5)咒 10 _ 10 了钗杆b = crkJ4+6k2T2 400+字 10.7(4心-3)+6咒2.5x10.7x1 =614KPa 软塑砂粘土： f45kPa，I 2.52m粉砂：f2 =45kPa, I2 =9.5m淤泥质砂粘土： f 30kPa, I3 =1.4m细砂：f4 =55kPa, I4 =23.4m粗砂：f5 =80kPa，I5 =3.18m单桩的轴向受压容许承载力:Pfili+m0A621= _c3.229c (45 咒2.5

7、2+45x9.5+30x1.4 +55x23.4+80x3.18) +0.4咒 0.785x614 = 3622.92kPa取-1.3，则 n=P=1.5J36|907=7.71，取 n=8根。、承台尺寸及布桩1、承台尺寸采用图1中所示尺寸。2、查桥规知，当d 2.5m，是弹性桩，故假设成立。2、单桩桩顶刚度的计算公式：吏亡工，其中EAC0 Aqk7 JL I7E =0.5，l0=0，l=41m，EA = EhA = 3.00x107 X = 2.3562x 107 KN，4t 3cpCo =mol =25000咒40 =1000000 KN/m3，侧摩阻力以一扩散角至桩底平面得出半4dW28

8、，径 R= +ltan=0.5+40%tan=5.411m，大于桩间距 1.5m,取 d0 =3m，24422兀g。兀342=7.069m40+0.5x40=1.009806 KN/m+EAc0A02.3562咒107 1000000% 7.069= 0.413X40 =16.52 4.0m 查表得：Yh =1.064, Ym =0.985, *m =1.484则：卩2 =o3EIYh =0.4133.18勺06咒1.064 = 8.845X104KN rn=a2EIYm =O.4132 咒1.1806 天0.985 = 1.983咒 1O5 KN耳=aEI WM =0.413咒1.18勺06

9、天1.484 =7.232X1O5KN m/ rad2、承台刚度系数的计算因为桩是对称布置，故ybb= nR =8x1.0098x106 =8.078x106KN /m45Yaa = np2 =8x8.845x10 =7.076x10 KN mcoYap=Yi = -np3 = -8咒 1.98300 =-1.586d05+8d0098x106x(45 =4.668dO7KN Brad由于是低承台桩基，故承台计算宽度Bo =b+1 =11.2+1 =12.2m承台处于耕地软塑砂粘土中，取 m = 6000 KN / m4 ,Ch =m 巾=6000x2.5 =1.5d04KN /mYaa =Y

10、aa+B0%Ch =7.076x105 +12.2咒1.510 咒2.5 = 9.364x105kN e2 2Ya p = 丫国=Ya p + Bo C = -1.586106 +12.2咒 1.5減 10 減 2.5 = -1.39 106 KN6 6343丫甲=作p+B0=4.668咒107+12.2X j510 心5 =4.692x107KN ”m/rad3、承台底面形心处位移计算12双线、纵向、二孔重载:N=18629.07KN, H=341.5KN, M=4671.75KN? mZ N 18629.07J3b = =2.306咒10 mYbb8.078X10Y贬 H Ya眨 M4.6

11、92X107x341.5_(_1.395X106 4671.754a =_一 =亍=5.369X 10 m9.364x105x4.692x107 (1.395O6 YaaZ M V 臣 H 9.364咒 105咒4671.75(-1.395341.5/:_:=1.155 10 rad9.364X 105 X4.692X 107 (1.395天106 $纵向、一孔重载： N=17534.94KN, H=341.5KN, M=4762.57kN ? mb/N 17534.94 c心y = = 2.171 X10 mYbb8.078X10YffiS H -Ya眨 M4.692咒107咒341.5 (

12、1.395咒106 $4671.75,a = =zz= 5.399X 10 maa I 甲【a p68.078X105 7 6 29.364X10 X4.692X10 (1.395勺0 )_4= 1.17610 radP _驚上 M Ya阳 H _9.36105咒4671.75 (T.395X106 341.5 9.364%1O5X4.692X1O7 (1.395咒106 )4、托盘底面水平位移ad及转角g计算假定墩帽、托盘和基础部分仅产生刚性转动， 将墩身分为四部分，基本风荷载强度 =800KPa，桥上有车时风荷载强度采用0.血，纵向水平风力等于风荷载强度乘以受风面积。2 H和纵向风力引起的

13、力矩墩帽所受风力:H 墩帽=7.5x0.6x0.8x 0.8 =2.88KN托盘所受风力:59+71 H 托盘=2 x1.5x0.8x0.8 = 6.24KN墩身风力：出丄= (5.9 +6.02)/2X3X0.8X0.8 =11.443kNH 2=(6.02 +6.14)/2x3x0.8x0.8 =11.674kNH3/ =(6.14 +6.26)/2X3X0.8X0.8 =11.9kN= (6.26 +6.34)/2x2.02x0.8x0.8 =8.145kN梯形形心轴距下边缘的距离计算公式为:也 h(a +2b) y 3(a +b)，其中a为下边长度，b为上边长度。故 y托盘-0. 72

14、7m， yi2 = y23 = y34 = 1 .495m， y45 = 1 .008m 将墩身分为四部分，如下图:风力及截面弯矩值计算表各截面弯矩M水平力(KN).托盘顶0托盘底12-23-34-4墩底5墩顶水平力SH =253.44253.44633.61393.922154.242914.563674.88墩帽风力H=2.880.8645.18413.82422.46431.10439.744托盘风力H=6.2404.82423.54442.26460.98479.704Hi-2=11.4430017.10851.43785.767120.096H2-3=11.67400017.4525

15、2.47387.49414-4=11.900000017.79353.493H-5=8.1450000016.192墩顶弯矩893.16893.16893.16893.16893.16893.16总计1147.4641536.7482341.5563181.0174055.8414964.763(2)计算托盘底面的水平位移6和转角p由M,Mi上+ M下得:1536.768 +2341.556 =1939.162KNM 3_4M 4_52341.556 +3181.017= 2761.287 KN3181.017 +4055.8414055.841 +4964.763= 3618.429KN=

16、4510.302 KN4托盘水平位移 吋和转角P计算表:MiAhhiIj =bh3/12Eli益MjAhhjd -Eli1-2段1939.16234.08817.2085506560004.32E-052-3段2761.28637.08819.5656260800009.38E-053-4段3618.432310.08822.1527088640001.54E-044-5段4511.29313.08824.9847994880002.22E-04总计5.13E-04四、桩基检算1、单桩承载力检算(双线、纵向、二孔重载)N “8629.07KN 2.25 P =1.151rad 耳=1.0098

17、10 KN / mNmax =La + 吒xP = 18629.07 + 1.0098天106咒2.25咒1.155咒104 =2591.056KN n查规范，桩的容重Y1=25KN/m3土平均重度丫2 =20KN/m3，桩身自重:兀2G = x1.052x2.81 咒 25 +37.19X(25 10) =543.873kN 与桩入土部分同体积的土重为:兀 2G2 = x1 x2.81x20 +37.19x(20 -10) =336.229KN4 则：N = Nmax +G4 -G2 =2591.056 +543.873 -336.229 =2798.7KN1.2 P=1.3622.92 =

18、 4347.504KN所以，单桩承载力合格2、群桩承载力验算（双线、纵向、二孔重载）桩中心距为4.5米，小于6d=6米，考虑群桩效应。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（9=28、较顶面放大，如下图:一I一1I片IIlfiIlI;28a =3x3+1+2x40xtan=19.823m4.5十2咒40仙2=15.323口4A =ab =19.823X15.323 = 303.748m2WJ9823*15.323 =775.721m36 桩身自重： G =543.873 咒8 =4350.984KN 桩侧土重:G2 =303.748X(2.81 咒20 +37.19

19、天10) -370.692X8 =127068.983kN 承台重：G3 =25x11.2x7x2.5 =4900kN 承台部分土重： G3 =20x11.2x7x2.5 =3920kNN0 = N +G1 +G2 +G3 -G3=18629.07 + 4350.984 +127068.983 + 4900 - 3920 = 151029.037kN-血 + M =皿9空 +503.245kPa x8.845x104 1.176咒10虫X1.983X105 =24.434KN Mo = PP4 -ap3 =1.176x104x7.232x105 -5.399X10/X1.983X105 =22

20、.014KN -m 任意深度z处桩身截面弯矩He24 434叽=*代 +M0 BM =看宀-22.014BM =59.162Am -22.014BM桩身弯矩Mz计算表aZZAMBm59.162am-22.104BmMZ00.000010-22.014-22.0140.20.4840.1970.99811.655-21.970-10.3150.40.9690.3770.98622.304-21.7060.5980.61.4530.5290.95931.297-21.11110.1850.81.9370.6460.91338.219-20.09918.12012.4210.7230.85142.7

21、74-18.73424.0401.22.9060.7620.77445.081-17.03928.0431.43.3900.7650.68745.259-15.12430.1351.63.8740.7370.59443.602-13.07630.5261.84.3580.6850.49940.526-10.98529.54124.8430.6140.40736.325-8.96027.3662.25.3270.5320.3231.474-7.04424.4302.45.8110.4430.24326.209-5.34920.8592.66.2950.3550.17521.003-3.85217

22、.1502.86.7800.270.1215.974-2.64213.33237.2640.1930.07611.418-1.6739.7453.58.4750.0510.0143.017-0.3082.70949.68500000M zmax =30.526KN mNminN - Rxp =1753494 -1.0098% 106 X 2.25X 1.176x10* = 1924.674KN10.11(2)求偏心矩eM z max e0 =Nmin1豔=0.0159m偏心距放大系数：nO+0.16 = eo h0.2 +02 + 0.0159+0.1676230.2 +al =0.413x4

23、0 =16.52 a4.0所以|c二心f0弓卜。5咒0+0卜4.8伽主力加附加力，所以K=1.61 .n = =2=1.008, KN Ic ,1.6x1924.674x4.8431 -2 1 T。兀 Eclc0.623s2 x3.00x107xZ!2iL64e =ne0 =1.008x0.0159 =0.0160m(3)配筋16mm根据灌注桩构造要求，桥梁桩基主筋宜采用光钢筋，主筋直径不宜小于 净距不宜小于120mm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Umin =0.

24、5%，则：2As min =UminAc =0.005咒 =3927mm2，选用 16帖 8 的 I 级钢筋，则4As,实=4072mm2。取净保护层厚度a60mm，采用对称配筋此时主筋净距为:如R_d V 80丿)27500 -60 -9L18 =151.253mm120mm，满足。16= 5.476x1O10mm4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不小于45倍的主筋直径即4518=810mm，取900mm主筋应配到4/ a处一下2m处，取主筋在桩中长度为12m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。(4)

25、判别大小偏心取 n =151000 7T丿2换算截面面积：A =兀R2 +nA XI +15咒 4072 = 846478mm2换算截面惯性矩：I0R412 兀 1+ nAr =咒 I424 I 2 丿I000】+1咒15咒4072天(500-60-9)2Ar8447篦r129.38mm316mm，故属于小偏心受压构件。(5)截面应力核算小偏心构件，全截面受压，则be丄+M2764.237皿+2764.237皿Pam=9.5M PaA01。8464785.476咒10N M，2764.237天103 2764.237100.016=n+T（yas） =15x+AD I 0= 48.99MP a

26、 g =160 MPa故桩的截面应力满足要求。8464785.476仙0（500 一60一9）(6)稳定性验算桩的计算长度1 4.843m，d =1m , 1 / d = 4.843 c 7 ,查混凝土结构设计原理表11-4查得* =1.0，查表11-3得m=12.4,按轴心受压构件检算桩的稳定性。32764.23700（Ae +mA ） 1.0天（兀咒10002/4 + 12.4咒4072）= 3.307MPa V=7.6MPa所以，桩的稳定性满足要求。(7)桩的抗裂验算由于桩属于小偏心受压，全截面受压，钻孔灌注桩现场浇灌，不需吊装，施工期间桩截面一般不出现拉应力，所以桩不产生裂缝。五、电算

27、结果(1)输入文件0 0.5 3.5 300000006000 28 2.529000 28 9.515000 28 23.425000 28 8.85000 28 1.44 1.0 1.0 0 40 0 -2.254 1.0 1.0 0 40 0 2.252.5 11.2341.5 17534.94 4762.57341.5 18629.07 4671.752）输出文件*部 分 原 始 数 据*桩类型组数土层数作用力H方向上一排桩的桩数桩端嵌固类型MD=.0桩传力类型系数 XS=0.5000最小桩间净距LS= 3.50( 米 )桩材砼弹性模量 E= 0.3000E+08(kN/m2)内摩擦角

28、（度） 第 I 土层的厚度（米）6000.28.02.529000.28.09.505000.28.01.4015000.28.023.4025000.28.08.80D DBLO LIAH地基比例系数(kN/m4)I IT1.000 1.000 0.00040.0000.0000-2.25001.000 1.000 0.00040.0000.00002.2500承台埋入地面或局部冲刷线以下的深度：2.5承 台 的 实 际 宽 度11.2X荷载类型I 水平力 H(kN)轴向力 N(kN) 弯矩 M(kN.m)0.00.00.0341.517534.94762.6341.518629.14671

29、.8*部 分 计 算 结 果*基础的变形系数 a 及桩顶刚度系数AFLO1LO2LO3LO40.4121096849.12 87424.84196804.41 720065.380.4121096849.12 87424.84196804.41 720065.38承台刚度矩阵K1K2K31018543.1200100.000000-1308481.6083250.000000 8774793.0000000.000000-1308481.6083250.00000050236103.290835*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

30、)20 9.720.0000.0000.000JA1(J)A2(J)P2(J)10.000.000.00000020.000.000.00000030.000.000.000000第 1 根 桩桩身内力JH(m)My(kN.m)Qy(kN)dy(kN/m)10.490.0000.0000.00020.970.0000.0000.00031.460.0000.0000.00041.940.0000.0000.00052.430.0000.0000.00062.920.0000.0000.00073.400.0000.0000.00083.890.0000.0000.00094.370.0000.

31、0000.000104.860.0000.0000.000115.350.0000.0000.000125.830.0000.0000.000136.320.0000.0000.000146.800.0000.0000.000157.290.0000.0000.000167.780.0000.0000.000178.260.0000.0000.000188.750.0000.0000.000199.230.0000.0000.0001 根桩的桩顶位移第I= 2JA1(J)A2(J)P2(J)10.000.000.00000020.000.000.00000030.000.000.000000第

32、 2 根 桩桩身内力JH(m)My(kN.m)Qy(kN)dy(kN/m)10.490.0000.0000.00020.970.0000.0000.00031.460.0000.0000.00041.940.0000.0000.00052.430.0000.0000.00062.920.0000.0000.00073.400.0000.0000.00083.890.0000.0000.00094.370.0000.0000.000104.860.0000.0000.000115.350.0000.0000.000125.830.0000.0000.000136.320.0000.0000.00

33、0146.800.0000.0000.000157.290.0000.0000.000167.780.0000.0000.000178.260.0000.0000.000188.750.0000.0000.000199.230.0000.0000.0002 根桩的桩顶位移第*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)0.472.00 0.1071E-03JA1(J)A2(J)P2(J)10.470.4720.26104121.761.761927.50219030.110.11-15.934015第 1 根 桩 桩 身 内 力JH(m)My(

34、kN.m)Qy(kN)dy(kN/m)10.49-6.20519.5432.83520.972.86817.6254.93231.4610.79114.8676.30241.9417.23911.6087.00152.4322.0448.1577.11462.9225.1794.7716.75073.4026.7261.6546.02883.8926.854-1.0505.06794.3725.787-3.2503.9761 根桩的桩顶位移第第1 根桩的桩顶位移10 4.8623.782-4.9092.85111 5.3521.103-6.0281.76612 5.8318.005-6.6410.77413 6.3214.721-6.801-0.09314 6.8011.457-6.572-0.82515 7.298.385-6.020-1.42616 7.785.648-5.203-1.91817 8.263.362-4.169-2.32818 8.751.626-2.948-2.68919 9.230.524-1.558-3.03220 9.720.1380.000-3.380I= 2JA1(J)A2(J)P2(J)10.470.4720.26104122.242.242456.23281030