桥梁基础工程设计

1、桥梁基础设计一、 设计资料1、 地址及水文河床土质：从地面（河床）至标高32.5m为软塑粘土，以下为密实粗砂，深度达30m；河床标高为40.5m，一般冲刷线标高为38.5m，最大冲刷线为35.2m，常水位42.5m。2、 土质指标表1 土质指标类型地基系数m(KN/m)极限摩阻力(KPa)内摩擦角容重（KN/m）软塑粘土 8×10 40 20° 12密实粗砂 25×10 120 38° 12 3、桩、承台尺寸与材料 承台尺寸：7.0m×4.5m×2.0m。拟定采用四根桩，设计直径1.0m。桩身混凝土用20号，其受压弹性模量。 4、荷载

2、情况 上部为等跨25m的预应力梁桥，混凝土桥墩，承台顶面上纵桥向荷载为： 恒载及一孔活载时： 恒载及二孔活载时： 桩（直径1.0m）自重每延米为：故，作用在承台底面中心的荷载力为： 恒载及二孔活载时： 。桩基础采用冲抓锥钻孔灌注桩基础，为摩擦桩。二、单桩容许承载力的确定 根据公路桥涵地基与基础设计规范中确定单桩容许承载力的经验公式，初步反算桩的长度，设该桩埋入最大冲刷线以下深度为h，一般冲刷线以下深度为h。则， 当两跨活载时： 计算P时取以下数据：桩的设计桩径1.0m，冲抓锥成孔直径为1.15m，桩周长 现取h=9m，桩底标高为26.2m。桩的轴向承载力符合要求。具体见如图所示。图1 双排桩断

3、面 （a）纵桥向断面 （b）横桥向断面三、桩顶及最大冲刷线处荷载 <一>、参数计算 1、桩的计算宽度 2、桩的变形系数 桩在最大冲刷线以下深度h=9m，其计算长度则为： 3、桩顶刚度系数值计算 4、计算承台底面原点O处位移 <二>计算作用在每根桩顶上的作用力 现采用试算法列表计算（见表2）：表2 受压区高度系数计算表ABCDNu（N）Nj（N）Nu/Nj0.962.5890 0.4011 2.3359 0.6847 -0.000881.9630.972.6158 0.3865 2.3690 0.6590 0.0027262.1270.982.6424 0.3717 2.

4、4012 0.6339 0.0073532.3360.992.6685 0.3566 2.4324 0.6094 0.0134352.6091.00 2.6943 0.3413 2.4627 0.5856 0.0216372.976 由计算表可见，当=0.97时，计算纵向力Nu与设计值Nj之比较为合理，故取=0.97，=0.002726为计算值。 3、计算所需纵向钢筋的截面积现选用1018，布置如图2所示。混凝土净保护层纵向钢筋间净距为256mm>80mm。 <二>对截面进行强度复核 由前面的计算结果， 1、在垂直与弯矩作用平面内 则在垂直于弯矩作用平面内的承载力为 在弯矩作

5、用平面内的承载力为七、承台结构设计计算图3 桩承台计算图（尺寸单位：cm）承台（见图3）的有效高度为： 1、承台受冲切验算 桩边冲切，计算冲跨比： 计算冲切系数：取 满足要求。取满足要求。3、 抗剪承载力计算所以抗剪承载力满足要求。4、 承台受弯承载力计算选用3228钢筋，间距为17+29×14+17cm，则实际钢筋=197.02cm，混凝土保护层为5cm，沿X轴方向布置。选用3128钢筋，间距为23cm，则实际钢筋=190.86cm，混凝土保护层为5cm，沿X轴方向布置。沉井设计某工程采用沉井方案，由于井位处因地势低洼，设计地面标高为+4.20米，施工期间实际标高为+2.90米，地

6、下水位也为+2.90米。一、设计条件1. 工程概况 根据使用要求，本沉井结构尺寸如图所示，沉井平面为矩形，剖面为阶梯形，井顶标高为+5.20米，刃脚踏面标高为-4.90米，制作高度为10.10米，施工时采用二次施作，一次下沉，第一节制作高度为5.00米。标高+1.70米以上，井壁厚度为0.3米，标高+1.70米以下，井壁厚度为0.6米。沉井封底水下混凝土厚度为1.3米。2沉井材料混凝土采用C20，其轴心抗压，轴心抗拉强度标准值fck=13.4(N/mm2) , ftk=1.54(N/mm2)轴心抗压，轴心抗拉强度设计值fc=9.6(N/mm2) , ft=1.10(N/mm2) 钢筋采用热轧钢

7、筋HRB335,强度标准值fyk=335,(N/mm2) 强度设计值fy=300(N/mm2) 沉井剖面、平面图3. 地质资料根据地质钻探资料分析，本沉井工程范围内的地层，分为五层，其物理力学指标如表1所示。沉井井位以下主要是表1所列第五层灰色淤泥质粘土夹砂层。序号土层名称埋藏深度（标高：米）孔隙比e含水量w (%)天然容重KN/m3干容重dKN/m3塑性指数Ip内摩擦角0内聚力C(kPa)允许承载力R(kPa)备注1黄色亚粘土+3.600.00.9333.018.714.112.7185110淤泥质土2灰色亚粘土+0.00-2.501.0337.218.313.49.91831003灰色粘土

8、夹砂-2.5.13.501.4230.217.110.818.188804灰色粘-13515.51.1139.018.113.017.712101105灰色亚粘土-15.5以下0.9734.018.613.913.2168130沉井井壁与土体之间的摩阻力土的种类井壁与土体之间的摩阻力（kPa）粘性土1520 二、水、土压力的计算本沉井采用排水下沉（地下水浮力标准值=0），对于作用在井壁上的水、土压力采用重液地压公式计算： 试中：为水土混合液的容重，取=13。 为计算点距重液面的高度。 当= 0时，= 0 = 1.9 m时，=13×1.9=24.7 = 5.9m时，=13×5

9、.9=76.7 = 6.3 m时，=13×6.3=81.9 =7.2 m时，=13×1.9=93.6 = 7.8 m时，=13×7.8=101.4 三、下沉计算1. 沉井自重井壁钢筋混凝土容重按25计，沉井重量为 =【（8.2×6.37.0×5.1）×10.1（3.5+4.2）×0.3÷2×2×（7.96.0）】×25 = 3227.2 2. 摩阻力 井壁的侧面摩阻力分布如下图所示，单位摩阻力取进行计算。 = = 98.0 井壁总摩阻力： kN下沉系数 ，满足下沉要求。四、沉井竖向计算

10、1. 抽垫木时井壁竖向计算 沉井在开始下沉特别是在抽垫木时，井壁会产生较大的弯曲应力。该沉井采用四个支撑点，支撑点布置见下图：（1） 假定定位垫木间距为0.7l，不考虑刃脚下回填砂的承载力，如下图所示 井壁单位宽度标准值： 井壁单位宽度设计值：支座弯矩: 跨中弯矩:（2） 假设抽垫木时，先抽空的回填部位已经压实变成支点，此时，沉井的井壁支承在三点上，如下图所示：支座弯矩：跨中弯矩：（3） 配筋计算 ，按深梁进行计算，根据钢筋混凝土结构构件设计规范计算如下： L<H，所以按内力臂z = 0.6l = 0.6×8.2 = 4.92 m刃脚底部： 井壁顶部： 求得的钢筋值较小，故按构

11、造配筋即可满足要求。2. 井壁的抗拉计算 根据给排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程，由于本工程地基为土质均匀的软土地基，且下沉深度不大，故不必进行竖向抗拉计算。五、刃脚计算1. 刃脚外侧竖向配筋计算 本沉井采用排水法施工，井内无水，按刃脚下的土已被掏空的情况计算，如图：（1） 刃脚跟部C-C截面弯矩计算及配筋计算时，刃脚自重及井壁摩阻力不计。按构造配筋，选用（2） 凹槽下口D-D截面弯矩计算及配筋 选用2. 刃脚内侧竖向钢筋计算 按沉井已部分入土的情况进行计算，刃脚内侧切入土中600mm进行计算，计算简图如下取（1） 水平作用力计算井壁单位宽度重量设计值：土的反力： (2) 内力计算及配筋 1

12、）刃脚跟部C-C截面的弯矩计算及配筋计算时，略去刃脚自重和井壁摩阻力按构造配筋，选用2）凹槽下口D-D截面弯矩计算及配筋按构造配筋，选用六、井壁水平框架的内力计算及配筋采用公式法计算沉井平面框架的内力，本设计为一单孔矩形沉井，荷载及弯矩分布见下图1. 按承载能力极限状态进行配筋标高+5.20+1.00m井壁，按标高+1.00处下沉的内力配置水平钢筋，竖向钢筋按构造配筋，标高+1.00-3.00m井壁，按标高-3.00处下沉时的内力配置水平钢筋，竖向钢筋按构造配置，标高-3.40-4.30m的刃脚部分，根据该段的水平荷载平均值作用下的内力，按框架配置水平钢筋。标高+1.00m处水平压力设计值：标

13、高-3.00m处水平压力设计值：刃脚顶面以上1.5t，即-3.40-4.30m段：1） 列表计算井壁水平框架弯矩设计值序号框架位置标高 （m）荷载(kN/m)(kNm)(kNm)(kNm) 1 +1.00 31.37 -128.56116.17 12.61 2 -3.00 97.41-366.30337.00 29.31 3-3.40-4.30 185.74-698.46642.58 55.882) 列表计算井壁配筋 井壁位置 b(mm) (mm) M（kNm） ()配筋标高+1.00m以上AB、CD跨中1000255116.170.18610.20771694.81781固端A、B、C、D1

14、000255128.560.20590.23311902.12036AD、BC跨中100025512.610.02020.0204166.5615标高+1.00-3.00mAB、CD跨中1000555337.000.11400.12142156.12199固端A、B、C、D1000555366.300.12390.13272356.82513AD、BC跨中100055529.310.00990.0099175.81231标高-3.40-4.30mAB、CD跨中1000555642.580.21730.24814406.34418固端A、B、C、D1000555698.460.23620.273

15、64859.14926AD、BC跨中100055555.880.01890.0191339.212312. 按正常使用按受弯构件进行强度配筋计算，控制裂缝宽度为0.3mm。由钢筋混凝土结构设计规范可知：混凝土：采用C20，钢筋：采用HRB335级，受弯构件，取c = 35mm列表计算井壁水平框架弯矩标准值序号框架位置标高 （m）荷载(kN/m)(kNm)(kNm)(kNm) 1 +1.00 24.70 -101.491.4 9.93 2 -3.00 76.70-296.64272.92 23.74 3-3.40-4.30 146.25-549.96505.96 44.002) 列表计算井壁裂缝

16、宽度及配筋 井壁位置 () M（kNm） 承载能力配筋使用极限配筋标高+1.00m以上AB、CD跨中17810.011991.47231.50.7370.288固端A、B、C、D20360.0136101.23224.10.7720.270AD、BC跨中6150.01009.9372.80.2000.027标高+1.00-3.00mAB、CD跨中21990.0100272.92257.00.7110.342固端A、B、C、D25130.0100296.64244.50.6910.317AD、BC跨中12310.010023.7439.90.2000.015标高-3.40-4.30mAB、CD跨

17、中44180.0147505.96237.20.8130.289固端A、B、C、D49260.0164549.96231.20.8360.273AD、BC跨中12310.010044.0074.00.2000.028七、封底混凝土的验算封底混凝土容重取24kN/ ,厚1.3m。1. 荷载计算标准值：设计值：2. 封底混凝土厚度验算 计算弯矩时，假定用刃脚斜面与封底混凝土板连接均按简支来进行计算 本沉井封底混凝土： ，按四边简支的板来计算查表得： 封底混凝土厚度 试中，k为混凝土结构构件强度安全系数，本沉井封底为受弯构件，取k=2.65 d为考虑沉井封底混凝土底部泥土可能与封底混凝土掺混而增加的安全厚度，此处取d=300mm。 故封底混凝土厚度取1300mm，满足要求。八、钢筋混凝土底板的计算1. 荷载计算 底板厚度采用400mm 底板反力标准值： 底板反力设计值：2. 弯矩计算 （1）设计值产生的板中弯矩： （2）标准值产生的板中弯矩： 2. 按承载能力进行配筋计算（1） 上层钢筋 按构造配筋，选用，配筋选用，（2） 下层钢筋因底板按四边简支计算