基础工程计算书

1、基础工程课程设计 题 目: 铁路桥墩桩基础设计 指导教师: 郑国勇 姓名: 专业: 学 号: 2014年9月28日基础工程课程设计任务书铁路桥墩桩基础设计一设计资料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

2、石、顶帽、托盘采用C40钢筋混凝土，墩身采用C30混凝土，桩身采用C30混凝土。4. 地质及地下水位情况：土层平均重度20kN/m3，土层平均内摩擦角 =28°。地下水位标高：30.5。5. 标高：梁顶标高+53.483m，墩底35.81。6. 风力：w800Pa (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·m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=2

3、53.44 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(1) 单桩承载力检算 （双线、纵向、二孔重载）；(2) 群桩承载力检算 （双线、纵向、二孔重载）；(3) 墩顶水平位移检算 （双线、纵向、一孔重载）；(4) 桩身截面配筋计算 （双线、纵向、一孔重载）；(5) 桩在土面处位移检算（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(计算机绘图) 一张四附加说明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，

4、应对其竖向荷载进行相应调整。图1 桥墩及承台尺寸示意图基础工程课程设计计算说明书铁路桥墩桩基础设计1. 铁路桥墩桩基础设计中所依据规范有铁路桥涵地基和基础设计规范TB1002.5混凝土结构设计规范GB50010-2002铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范TB1002.3-992铁路桥墩桩基础设计内容及步骤 收集资料 拟定桩的尺寸及桩数 承台底面形心处的位移计算 墩身弹性水平位移计算承载力、位移、稳定性、抗裂性检算及桩身截面配筋设计绘制桩基础布置及桩身钢筋构造图1、 拟定基桩尺寸及桩数 1、承台及桩身采用C30混凝土。2、设计桩径取，钻孔灌注桩；钻孔机具为100cm旋转钻机。3、考虑选

5、择较硬土层作为桩端持力层（强度较高、压缩性较低的粘性土、粉土、中密或密实的砂土、砾石土以及中风化或微风化的岩层，是常用的桩端持力层），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1.5d，所以选择桩长l=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：，其中为经验系数，桥梁桩基采用1.31.8。计算单桩容许承载力：其中（A按设计桩径计算），（U按成孔桩径计算，旋转钻成孔桩径比设计桩径增大3050mm），为钻孔灌注桩极限摩阻力。 查基础工程表621，得：软 塑 砂粘土： ， ；粉 砂： ， ；淤泥质砂粘土： ， ；细砂（中 密）：，

6、；粗砂（中 密）：， ；查基础工程表620，取；查桥规表4.1.24.1.2-9，中密粗砂；查桥规表4.1.3，；。当l>10d时，则： 取，则，取n=8根。二、确定桩在承台底面的布置1、承台尺寸采用图1中所示尺寸。2、查桥规知，当时，最外一排柱至承台底板边缘的净距不得小于且不得小于0.5m，且钻孔灌注桩的桩中心距不应小于，根据承台尺寸及以上布桩原则，桩的分布如下图所示：图2.桩的布置图3、 承台底面形心处位移计算1、设计荷载 承台底外力合计双线、纵向、二孔重载：N=18629.07kN，H=341.5kN，M= 4671.75kN·m双线、纵向、一孔重载：N=17534.94

7、kN，H=341.5kN，M=4762.57kN·m 墩顶外力双线、纵向、一孔重载：H=253.44 kN，M 893.16 kN·m。2、承台底面形心处位移a,b, 桩的计算宽度和变形系数由，对于圆截面桩：，取，与外力作用面相互平行的平面内桩间净距为：，取。则，桩截面的受挠刚度为：C30混凝土假定为弹性桩，承台底面下深度为，为软塑砂粘土和粉砂，查基础工程表6-7，取，；，；等效面积法换算地基系数：则基础变形系数：桩的换算入土深度：，假设成立，按弹性桩计算。 单桩桩顶刚度设计桩为钻孔灌注桩，所以，且，查基础工程表6-7，粗砂层取 ，取，查基础工程表6-15得：则： 承台刚度

8、系数桩对称布置： 计算承台计算宽度承台处于耕地软塑砂粘土中， 承台底面形心处位移计算（单重、双重分别计算）双线、纵向、二孔重载下：N=18629.07KN, H=341.5KN, M=4671.75KNm 双线、纵向、一孔重载下：N=17534.94KN, H=341.5KN, M=4762.57kNm四、托盘底面水平位移 及转角计算假定：墩帽、托盘和基础部分仅产生刚性转动，将墩身分为四部分，每部分高度相同，基本风荷载强度，桥上有车时风荷载强度采用，纵向水平风力等于风荷载强度乘以受风面积。1、和纵向风力引起的力矩（活载偏心所引起的弯矩已计入M中）墩帽所受风力：托盘所受风力：托盘风力合力作用点位

9、置距下边缘距离为x，则：图3.墩身受风面积分割图墩身各部分（梯形）形心轴距下边缘的距离计算公式为：，其中a为下边长度，b为上边长度。算例：1-2段所受水平风力：1-2段形心轴距2-2截面的距离：其他部分墩身所受风力及各截面弯矩值计算列表如下：表1.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152.064532.2241292.5442052.8642813.1843573.504墩帽风力H=2.880.8645.18413.82422.46431.10439.744托盘风力H=6.2404.82423.54442.26460.98479.

10、704墩身H1-2=11.44320017.10851.43785.767120.096H2-3=11.673600017.45252.47387.494H3-4=11.9000000017.79353.493H4-5=12145墩顶弯矩893.16KN·m893.16893.16893.16893.16893.16893.16总计1046.0881435.3922240.1803079.6413954.4654865.3402、计算托盘底面的水平位移和转角由得：，表2.托盘水平位移和转角计算表 单位KN*mmmm4KN/mradm1-2段1837.7863

11、.001.5017.20844.0521071.25210-51.87810-52-3段2659.9113.004.5021.88256.0181071.42410-56.40810-53-4段3517.0533.007.5022.15256.7091071.86110-513.95810-54-5段4409.9033.0010.524.98463.9591072.06810-521.71410-5总计6.60510-5 43.95810-5五、桩基检算1、单桩承载力检算（双线、纵向、二孔重载）N=18629.07KN x=2.5 =0.888110-4rad查规范，取桩容重，则桩身自重：与桩

12、入土部分同体积的土重为：则： 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）检算条件：桩中心间距为5米，小于6d=6米，考虑群桩效应；检算方法：。式中：N作用于假想实体基础底面形心上的所有竖向力； M作用于地面或局部冲刷线以上外力对群桩形心的力矩； A假想实体基础地面面积；W假想实体基础地面的截面惯性矩。群桩承载力的检算图示如下图所示：桩身自重：； 图4.假想实体基础示意图桩侧土的自重：承台自重：与承台入土部分相同体积的土重：所以，群桩承载力合格。3、桩在土面处位移检算（双线、纵向、一孔重载） 在桥规中查m、m0时，只适用于结构在地面处的最大位移为6mm，若超过6mm就不能采用

13、“m”法进行计算，故需要对桩在土面处的位移进行检算。 根据检算公式：4、墩顶水平位移检算（双线、纵向、一孔重载）所以，墩顶水平位移满足要求。5、桩身配筋计算（双线、纵向、一孔重载） 计算桩身弯矩由表3.桩身弯矩计算表zzAmBm55.946Am-30.569BmMz00010-30.569-30.5690.20.490.1970.99811.021-30.508-19.4870.40.970.3770.98621.092-30.141-9.0490.61.460.5290.95929.595-29.3160.2790.81.950.6460.91336.141-27.9108.2311.02.

14、440.7230.85140.449-26.01414.4351.22.920.7620.77442.631-23.66018.9711.43.410.7650.68742.799-21.00121.7981.63.900.7370.59441.232-18.15823.0741.84.390.6850.49938.323-15.25423.0692.04.870.6140.40734.910-12.44222.4682.25.360.5320.3229.763-9.78219.9812.45.850.4430.24324.784-7.42817.3562.66.330.3550.17519.

15、860-5.35014.5102.86.820.270.1215.105-3.66811.4373.07.310.1930.07610.798-2.3238.4753.58.530.0510.0142.853-0.4282.4254.09.7500000图5.桩身弯矩分布图 求偏心矩e主力加附加力，所以K=1.6查基础工程表6-25，得所以 配筋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16mm，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，主筋采用级钢筋，桩身混凝土为C30，根据桥规规定，

16、取，则：，选用816的级钢筋，则。取净保护层厚度，此时主筋净距为：。桩与承台的联结方式为主筋伸入式，桩身伸入承台板0.15m；主筋伸入承台的长度不小于45倍的主筋直径，取0.8m。主筋应配到4.0/处一下2m处，故主筋在桩中长度为12m；箍筋采用，为增加钢筋笼刚度，顺钢筋笼长度每隔2m加一道的骨架钢筋。 判别大小偏心换算截面面积：换算截面惯性矩：，故此桩属于小偏心受压构件。 应力校核小偏心受压构件为全截面受压，故受压区圆心角为360°，=180°，则：配筋率为：，则： 所以，桩的截面应力满足要求。 稳定性验算桩的计算长度，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。所以，桩的稳定性满足要求。 抗裂性验算由于