基础工程设计方案桥梁桩基(修改)

1、一、初步桩基础拟定尺寸1. 桩基础类型的选择因为基础位于湖中，考虑到冲刷及潮水，且最高水位差为95.5-91.4=4.1m，施工时排水困难，应采用高桩承台式摩擦桩。本设计采用桥梁整体式墩台多排桩基础，墩台联结及承台板与群桩的连接均为刚性连接（见附图）。2. 桩底标高经过初步计算，并考虑单桩承载力、局部冲刷线的影响，结合设计区域桩身穿过密实砂卵石层4.5m，桩底标高拟采用79.1m。3. 桩长、桩径拟定由公路桥涵地基与基础规范，钻孔灌注桩混凝土等级不应小于C25。在满足规范要求的情况下，采用桩径为1.2m 的钢筋混凝土桩。桩身采用C25 混凝土， R235 级钢筋，每桩18 根主筋，主筋直径20

2、mm，钢筋保护层净距80mm，箍筋采用闭合式直径8mm，箍筋间距 200mm，详见配筋图。4. 基桩根数及其平面布置经过初步试算nN拟采用6 根钻孔灌注桩，对称竖直双排桩基础（即p2× 3）。查规范知：钻孔灌注桩的摩擦桩中心距不得小于2.5 倍成孔直径，所以取钻孔桩中距为3.0m。二、初拟承台尺寸1.承台尺寸由规范，承台的厚度为桩径的一倍及以上，且不宜小于1.5m，混凝土强度等级不应低于C25。本例采用厚度为2.0m，C25 混凝土。采用板式实体承台板，考虑到墩底尺寸为：3.5m×7m，结合桩间中心距，所以拟定承台形状为矩形4.5m（纵桥向）× 8m。2.配筋构造

3、要求根据板式刚性承台板的受力特性，于承台底部高出承台板地面约15cm 处设置一层钢筋网，网孔为100mm×100mm，钢筋直径采用12mm，钢筋网应通过桩顶主筋且不应截断。承台的顶面和侧面应设置表层钢筋网，每个面在两个方向的截面面积均不宜小于400mm2 /m，钢筋间距不应大于400mm，本例按250mm× 250mm 布置，钢筋为12mm。3. 承台与桩基础的连接基桩与承台的连接用桩顶主筋伸入承台，桩身嵌入承台的深度为100mm；伸入承台内的桩顶主筋做成喇叭形（与竖直线倾斜15°）。伸入承台主筋为带肋钢筋22mm，伸入长度 650mm。箍筋间距采取160mm，1

4、0mm 钢筋。4.承台标高承台应位于一般冲刷线以上，本例为砂砾石层，有比较好的特性，所以将承台顶部与河床平齐，初拟承台底部标高为88.9m。三、桩基础的设计计算与验算1单桩承载力采用钻孔灌注桩单桩承载力公式1 unR aq ik l iA P q r2i 1q rm 0f 0k 2 2 ( h 3)式中： Ra单桩轴向受压承载力容许值（ kN），桩身自重标准值与置换土重标准值的差值作为荷载考虑；U桩身周长（ m）；AP 桩端截面面积；N土的层数；li 承台底部或局部冲刷线以下各土层厚度，扩孔部分不计；qik 各土层与桩侧的摩阻力标准值；qr 桩端处土的承载力容许值；f 0桩端处土的承载力基本容

5、许值；H桩端的埋置深度，对于有冲刷的桩基，埋深由一般冲刷线起算；对无冲刷的桩基，埋深由天然地面线或实际开挖后的地面线起算；k2 容许承载力随深度的修正系数；2 桩端以上各土层的加权平均重度，若持力层在水位以下且不透水时，不论桩端以上土层的透水性如何，一律取饱和重度；当持力层透水时则水中部分取浮重度； 修正系数，按表选用；m0 清底系数，按表选用。各个参数的取值：1)冲抓成孔直径应比桩径大0.2m，故 d=1.4m2) ud4.40m ， Ap21.13m23)砂砾石层=0.7，淤泥=0.65； k2 =10.0， m0 =0.84)液性指数 I Lwwp1.5wlwp5) 查规范砂砾石层f 0

6、=400 kPa ， qik =100 kPa ；淤泥层f 0 =90 kPa ，qik =25 kPa； 密 室 砂 卵 层 f0 =500 kPa， qik =300 kPa， qr =1450 kPa 。4.5220.817.56.2223211.510 11.7kN / mRa14.4(1.8 100 0.8 254.5300)0.7 0.8 1.13(5001011.7(7.1 3)24029.95kN即单桩容许承载力为4029.95kN。2桩的计算宽度 b1b1K fK 0 K d查公路桥涵设计手册得 b10.9( d 1)K从本设计中：L1 1.5m 。 h 7.1m 。 h13

7、( d1)6.6m 。 L1 0.6h1 。 n 2 。查规范，得，b' 0.5 ， K b ' 1 b' L10.690.6h1b10.9( d1) K1.36 m ； nb121.362.72B ' 15.53.桩 -土变形系数 aC25 混凝土 EC=2.8× 10 4E0.8 EC0.8 28 1062.24 10 74Id0.1018m464m145MN / m4m24MN / m4m3100 MN / m4对于三层土的 m 系数换算方法采用教材中公式，所以m1h21 m2 2h1h2 h2m3 2h1 2h2h3 h3mhm2451.824

8、4.40.81009.74.589.76MN / m47.12mb189761.51.360.55755107EI2.240.1018桩在最大冲刷线以下深度h=7.1m，其计算长度为a h0.557 7.12.992.5 故按弹性桩计算。4桩顶刚度系数1 、2 、3、 4的计算l02.7m； h7.1m；0.5； A1.13m2Cm h897607.16.37105 kN / m300A0(0.51.8tan 4000.8 tan 804.5 tan 400)28.44m2444按桩中心距计算面积时，A02.524.91m2412.70.57.1111所以lh11.132.810 76.371

9、054.910AECC0 A01.931060.848 EIha h2.99 m2.5 m ； l 02.70.557 1.504m查手册得： xQ0.269； xM0.454 ； M1.068 。所以2a3 EIxQ0.0465EI3a2 EIxM0.1409EI4aEI M0.5949EI5.单孔活载 +恒载 +制动力的计算由于承台和桩身均采用C25 混凝土，作用在承台底面中心的荷载如下。恒载加一孔活载（控制桩截面强度荷载）时：N990024.5824.011628kNH670kNM4700kN m 67026040kN m二孔活载时N1110024.582412828kN6.计算承台底面

10、原点 O 处位移 a0 ,b0 , 0查手册标准公式得：nxi21.252n4160.5949EI0.848EI611.52EIi1n360.1409EI0.8454EIn260.0465EI0.2790EI220.7147(EI )2n3nxi2 ) H n 3M(n 41a0i1n222n2 (n 4xi) n13i111.52 EI6700.8454 EI60405131.10.279EI11.52 EI0.7147( EI ) 2EIb0N116282285.38n60.848 EIEI10n 2 Mn3Hn222n 2 (n 41xi) n3i 10.279EI60400.8454

11、EI670900.850.279EI11.52 EI0.7147( EI ) 2EI7.计算作用在每根桩顶上作用力Pi ， Qi， M查手册标准公式得：单位都为（kN）P(bx0)0.848 EI( 2285.381.25900.85 )2892.90i1 0iEIEI983.10Qi2 a0300.0465EI5131.10.1409EI900.85 111.67kNEIEIM i3a00.5949 EI900.850.1409EI5131.1187.06kN m40EIEI校核：nQi6 111.67670kNH670kNxi PnM i 3 (2892.9 983.1) 1.256 (

12、187.06) 6039.39kN mM6040kN mnnPi3(2892.9983.1)11628kNP 11628kNi 18.计算最大冲刷线处桩身弯矩M 0 、水平力 Q 0 、轴向力 P0M 0 M iQli 0187.06111.67 2.7 114.45kN mQ0111.67kNP02892.91.132.7142935.6kN9.桩身最大弯矩位置及最大弯矩计算由 QZ0得：CQaM 00.557 114.45Q00.571111.67由 CQ_0.571 及 h2.99 ，查手册得： z 0.98 。故 z0.981.755m0.557_由 z0.98 及 h2.99 ，查手

13、册得： K M 2.13M maxK M M 0 2.13 114.45243.62kN m即最大弯矩在最大冲刷线以下1.75m 处。10.配筋计算最大弯矩在最大冲刷线以下1.75m 处，该处 M max243.62 kN m 。查结构设计原理：已知一跨活荷载为3100kNN j1.2(2935.6 3100) 0.50.52141.751.2 100 1.75 0.51.431003758.4 kNM j1.2( 187.06)1.4111.67(2.71.75)471.23kN me0M j471.230.125 m ； e00.1250.104N j3758.4d1.2ae0.10.39

14、1 ； l pl 0h2.77.19.8m0.1430.3e0dE h2.810 7 kPa ； I hd 40.10264而l p9.88.2 7d1.2故应考虑偏心距增大系数，根据公路桥规11(l p2 ； h0rrs1.2 0.540.66； h 2r1.2) 211400e0hh00.2e00.51.0； 21.15l01.151.0.取 2112.70.01hh0所以11（8.221.01.127） 0.514000.189e01.1270.1250.141m由已知条件得：fcd 11.5 MPa ； f sd 195 MPa 。计算受压区高度系数fcdBrA(e0 )11.5B0.

15、6A0.1526.9 B1.748 AfsdC ( e0 )Dgr195C0.152D0.5429.64C105.3D查结构设计原理得NuAr 2 f cdCr 2 f sdA(0.6) 211.51000 C(0.6) 2 1000 1954140 A70200C采用试算法列表计算，各系数查规范ABCDNu0.380.80740.5191-0.57071.8609-0.013743计算得当0.38 ；0 时 Nu 接近 N ，故只需配置构造钢筋，构造钢筋如本说明书第二章桩的构造所述（桩身采用C25 混凝土， R235 级钢筋，每桩 18 根主筋，主筋直径 20mm，钢筋保护层净距80mm，箍

16、筋采用闭合式直径8mm，箍筋间距 200mm，见配筋图）。11.桩的容许承载力验算N h2935.60.57.10.785142974.6kN根据前面所算P4029.95kNNh2947.6kN ,所以单桩承载力满足要求。12.桩身强度验算（1）桩身稳定性验算屈曲临界荷载为：(0.160.125 ) 22.8 107 0.102Ncra2Ec I 021.277532kN/ l p9.82P2.03758.4 kN7516.8kN Ncr故桩身稳定性满足要求。（2）桩身材料强度的验算由初拟方案得e0141mm ； as90mm ； rs540mm; g0.9配筋率Asd18314.20.005

17、min0.005A1.13106按偏心受压构件计算，查手册得公式0 NdAr 2 fcdC r 2 f sd'0 Nd e0Br 3 f cdD gr 3 f sd'在弯矩作用平面内Bf cdDgf sdr11.5 BD0.0050.9195e0Cf sdA11.5C0.005600Af cd1956900B526.5D11.5 A0.975C仍然采用试算法ABCDe00.872.33420.51911.91490.9397141.9由计算表可见，当0.87时， e0 141.9mm ，与设计的e0141mm 接近，故取之计算。N u Ar 2fcdCr 2 f sd'

18、2.3342600 211.51.91490.005600 219510335.7kN0 Nd3758.4 kNM u Br 3fcdDgr 3fsd'0.5191600 311.50.93970.0050.9600 3 1951467.6kN m0 N d e0469.8 kN m故桩身强度满足规范要求。13.群桩基础承载力验算基础底部无软弱下卧层，故不需考虑软弱下卧层强度验算。在本例中桩间中心距 l2.56d6.0 ，故按照规范要求需要进行桩底持力层承载力验算。查手册知：摩擦型群桩基础当桩间距小于6 倍桩径时，将桩基础视为实体基础，认为桩侧外力以/ 4 角向下扩散，按下列公式计算：

19、桩底实体矩形基础的尺寸b4.229.8tan400；7.2 2 9.8 tan4007.6a10.644Aa b7.610.680.6K14; K2；A '80.661.1373.810_73.892273.8 0.817.5 6 1.13 9.8 1421.3kN / m380.69.8_BL hNeA由maxl hA(1)AWh lh l0K11 (b2)K 22 ( h 3) （相关系数查规范）5004 12(7.62)1011.5（ 10.63） 1642.8kPa_BLhN (1eA)maxlhAAW21.39.81.7224.58221.711628(10.5280.6)8

20、0.680.672.25457.4kPahl1324.5kPa故桩底平面处最大压应力满足要求。14桩基沉降量验算当桩的中心距大于6 倍桩径的摩擦型群桩基础，可以认为其沉降量等于同样土层中静载实验的单桩沉降量。本例将桩基看做实体基础考虑，采用分层总和法计算沉降量。规范规定墩台基础沉降量应满足S2.0LS 墩台基础的均匀沉降值；L 相邻墩台间的最小跨径长度，本例取30m。由于桩基底部为密实夹卵石层，按一般工程查规范可以不计算基地沉降量，现暂时取压缩模量Esi70 MPa 。分布在基地为梯形荷载max457.4kPa_BL hNeAlhminA(1) 290kPaAW将它看成 290kPa 的均布荷

21、载及最大值为167.4kPa 的三角形荷载，分层厚度hi0.4b4.3 ，取 h=2m。（1）均布荷载下计算中心点下各层面处的自重应力在基底8m 处z54.80.20.13c 425.4 Zn 10m所以将土层分为 4 层， 0-2，2-4，4-6， 6-8，0290kPa， 2221.7kPa， 4120 kPa667.6kPa， 842kPa02255.9kPa，2 4 170.8kPa,4 6 93.8kPa， 6 8 54.8kPa计算最终沉降量S255.9170.893.854.8zi h2 0.0164m1i70000Es（2）三角形荷载下z34.60.100.2在 4m 处， c

22、337.4Zn4mz(2 K t12K t 22K C ) p0/ 2 ， K t1、 K t 2、 KC 为均差系数表。083.7 KPa ,264 KPa , 434.6 kPa0273.8 KPa ,2 449.3kPa计算最终沉降量S273.849.323.510 3 m70000综合 1，2SS1S20.02m2.0 L0.109m即桩底沉降量满足规范要求。四、承台的验算与设计前面已述及承台的构造验算，为方便起见，这里引用第二篇初拟方案中的尺寸。根据板式刚性承台板的受力特性，于承台底部高出承台板地面约15cm处设置一层钢筋网，网孔为100mm×100mm，钢筋直径采用12mm。承台的顶面和侧面应设置表层钢筋网，每个面在两个方向的截面面积均不宜小于400mm 2 /m，钢筋间距不应大于400mm，本例按250mm×250mm 布置，钢筋为 12mm。基桩与承台的连接用桩顶主筋伸入承台，桩身嵌入承台的深度为100mm；伸入承台内的桩顶主筋做成喇叭形（与竖直线倾斜15°）。伸入承台主筋为带肋