铁路桥墩桩基础设计(中南大学)

1、铁路桥墩桩基础设计学院：土木工程学院班级： 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：支承垫石、顶帽、托盘采用C40钢筋混凝土，墩身

2、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）23.45. 标咼：梁顶标咼+54.483m,墩底+ 33.31m。6. 风力：3 = 800Pa (桥上有车)。7. 桥墩尺寸：如图

3、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，2. 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、选疋桩的类型和施工方法，确疋桩的材料、桩长、桩数及桩的排列2、检算下列项目(1) 单桩承载力检算(2) 群桩承载力检算(3) 墩顶水平位移检算(4) 桩身截面配筋计算(5) 桩在土面处位移检算3、设计成果：(1) 设计说明书和计算书(双线、纵向、二孔重载)(双线、纵向、二孔重载)(双线、纵向、一孔重载

4、)(双线、纵向、一孔重载)(双线、纵向、一孔重载)一份(2) 设计图纸(2号图，铅笔图)(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。1J剖面图1桥墩及承台尺寸示意Rl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；米用旋转式钻头。3、考虑选择较硬土层作为桩端持力层，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1.5 d，所以选择桩长l 40m，标高为-6.69m处，

5、桩端进入持力层深度为3.18m。4、确定桩数n： nN，其中，卩为经验系数，桥梁桩基采用1.31.8P计算单桩容许承载力P : P = -Ufili m°A2其中：A -d 20.785m2 (A按设计桩径计算)，U (1.0 0.05)3.299m4钻孔灌注桩桩底支撑力折减系数m。0.4由于 l 10d，故0 k2 2 4d 3 6k2 2d查铁路桥规，地基基本承载力0 400 KPa ;深度修正系数 k2 5，k2电2.5，桩侧土为不同土层，应采用各土层容重加权平均。2(33.31 30.5) 20(4033.3130.5) 1010 7kN / 昇240.0 k2 2 4d 3

6、 6k2 2d 400+5 10.7 4 1-3 6 2.5 10.7 1 614KPa软塑砂粘土：f1 45kPa，l12.52m粉砂：f2 45kPa, I2 9.5m淤泥质砂粘土： f3 30kPa，l31.4m细砂：f4 55kPa，l423.4m粗砂：f5 80kPa，l5 3.18m单桩的轴向受压容许承载力：1P ； Ufili m°A213.229 (45 2.52 45 9.5 30 1.4 55 23.4 80 3.18)0.4 0.785 6143622.92kPa2取 1.3，则 n 1.5 18629.077.71，取 n=8 根。P3622.92二、承台尺寸

7、及布桩1、承台尺寸采用图1中所示尺寸。2、 查桥规知，当d 1m时，最外一排柱至承台底板边缘的净距不得小于0.5d且不得小于0.25m,且钻孔灌注桩的桩中心距不应小于 2.5d，根据承台尺寸及以上布桩原则，取桩距为3d 3m，桩的分布如下图所示：“ 110 " 200Lr200rr三、承台底面形心处位移计算1、桩的计算宽度bo和变形系数b0 kfk0kb其中,kf 0.9, k0d 1 /d 2桩间距4.5 13.50.600.6 3 (d 1) 3.6b L1芟0.9890.6 6其中n 2时,b 0.6因此,bo0.9 2 0.98911.8m14 *6440.0491m查铁路桥

8、规,桩身采用C25混凝土时Eh 3.00107KPaEl0.8Ehl0.83.0 1 0 7 0.04911.18 1 06 KPa /m4假定为弹性桩，承台底面下计算深度为hm2(d1)21.0514.1m，此深度存在软塑砂粘土和粉砂需要换算m值。查表，取m6000 KN /m4，讪2m22h1h2h2600025229000(2252S 1.587866.675KN/m4hm4.12mboEl5 7866.67580.4131.18 1060.413 40 16.48m 2.5m，是弹性桩，故假设成立。单桩桩顶刚度的计算公式：1匚，其中EAC0 A00.5,l0 0 ,I 41m , EA

9、EhA3.00 107142.3562 107KN ,4C0m°l25000401000000 KN m3 ,侧摩阻力以一扩散角至桩底平面得出半4l tan 428o0.5 40 tan 45.411m ,大于桩间距1.5m,取 d0 3m ,3241l° l 1EAC0 A027.069m10 0.5 401.0098 106KN m则:2.3562 1071000000 7.0690.413 40 16.52 4.0m 查表得：Yh1.064,23EIYh0.4133 1.18 106 1.064 8.845Ym0.985,104 KN m2EIYm0.4132 1.1

10、8 106 0.985 1.983 105KNEI M 0.413 1.1865101.4847.232 10 KNm / rad1.4842、承台刚度系数的计算因为桩是对称布置，故bb68 1.0098 108.078610 KN /maa8 8.845 1047.076105 KN m8 1.983 1051.586 106KNx2 1ni 8 7.232 105 8 10098 1064.5224.668107 KN m rad承台处于耕地软塑砂粘土中，取m46000 KN /m4，Ch6000 2.541.5 10 KNaaaaBeCh h27.07610512.21.5 10一259

11、.364 105KN mB°h2B0C64.6681.586 106107 12.212.2 " 104 2521.395 106 KN107KN m/rad123、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? mN 18629.07bb 8.078 1062.306 10 3maaa M2a4.692 107 341.51.395 1064671.75579.364 104.692 10厂 5.369 104m6 厶1.395 10aa Maa569.364 104671.751.395 103

12、41.5421.155 104 rad10659.364 104.6921071.395双线、纵向、一孔重载:N=17534.94KN,H=341.5KN,M=4762.57kN ?N 17534.946bb 8.078 1032.171 10 maa4.692 1 07 341.561.395 104671.7579.364 104.692 101.395 106 25.39910 4maaMaH2aaa569.364 104671.751.395 10341.51.395 10579.364 104.692 101.176410 rad4、托盘底面水平位移假定墩帽、托盘和基础部分仅产生刚性

13、转动,将墩身分为四部分,基本风荷载强800KPa，桥上有车时风荷载强度采用0.8 ，纵向水平风力等于风荷载强度乘以受风面积。(1) H和纵向风力引起的力矩托盘所受风力：H托盘 5.97.11.5 0.80.86.24KN墩身风力：Hi 2(5.96.02)/2 3 0.8 0.811.443kNH2 3(6.026.14)/23 0.8 0.811.674kNH3 4(6.146.26)/2 3 0.8 0.811.9kNH4 5(6.266.34)/2 2.02 0.8 0.88.145kN梯形形心轴距下边缘的距离计算公式为：y -(a 2b)，其中a为下边长度，b为上边长度。 3(a b)

14、故 y托盘 0.727m, yi2 y23%1.495m, y451.008m将墩身分为四部分，如下图：7 on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H 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=6.2404.82423.54442.26460.98479.704墩身风力Hi-2=11.4430017.10851.43785.767120.096H-3=11.67400017.

15、45252.47387.494Hm=11.900000017.79353.493H4-5=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 d'和转角上M下得:21536.7682341.5561939.162 KNm22341.5563181.0172761.287 KNm23181.0174055.8413618.429 KNm24055.8414964.7634510.302KNmM 1

16、2M 2 3M 3 4M 4 52托盘水平位移d'和转角'计算表:Mihhi3Ii bh3/12EhMi hhidEIi1-2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-04N18629.07N max1Xn8查规，桩的容重125 KN m1、单桩承载力检算(双线、纵向、N 18629.

17、07KN x 2.25m桩身自重:四、桩基检算 二孔重载)461.155 10 rad 11.0098 10 KN /m641.0098 102.25 1.155 102591.056KN土平均重度2 20KN m3，G 1.052 2.8125 37.19 (25 10)543.873kN4与桩入土部分同体积的土重为:G2 12 2.81 20 37.19 (20 10)336.229KN41.2 P 1.2 3622.92 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

18、一台体，台体底面由于摩擦角（28 ）较顶面放大，如下图:o1 2 40 tan2819.823m4.5 12 40 tan2815.323m2A ab 19.823 15.323 303.748 mN0N G1 G2 G3 G318629.07 4350.984 127068.983 4900 3920151029.037kNNoM151029.037 4671.75A W 303.748775.721503.245kPa644kPa所以，群桩承载力合格3、墩顶水平位移检算（双线、纵向、一孔重载）66桩身自重：G543.873 84350.984 KN桩侧土重：G2303.748(2.81 2

19、037.19 10)370.692 8承台重：G325 11.2 7 2.54900 kNW 型 19823 153232775.721 m3承台部分土重:G320 11.2 7 2.5 3920kN127068.983kNH 2.5 12 1.5 0.6 0.4 17ma Hd' 5.399 10 4 1.176 104 17 5.130 10 43.051mm5、L 5. 31.1 27.88mm故墩顶水平位移满足要求4、桩在土面处位移检算（双线、纵向、一孔重载）在桥规中查m m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“ m法进行计算，故需要对桩在土面处的位

20、移进行检算。a h'5.399 10 4 1.176 10 4 （36.79 33.31）0.949mm 6mm故可用m法进行计算。5、桩身配筋计算（双线、纵向、一孔重载）（1）计算桩身弯矩MzH0 a 23 5.399 10 4 8.845 104 1.176 10 4 1.983 105 24.434KN4545M 04 a 31.176 107.232 105.399 101.983 1022.014KN m任意深度z处桩身截面弯矩H 024.434M zAm M 0 BmAm 22.014 Bm 59.162 Am 22.014 Bm0.413桩身弯矩M z计算表ZZAmBm5

21、9.162 Am22.104BmMz00.000010-22.014-22.0140.20.4840.1970.99811.655-21.970-10.3150.40.9690.3770.98622.304-21.7060.5980.61.4530.5290.95931.297-21.11110.1850.81.9370.6460.91338.219-20.18.12012.4210.7230.85142.774-18.73424.0401.22.9060.7620.77445.-17.03928.0431.43.3900.7650.68745.259-15.12430.1351.63.874

22、0.7370.59443.602-13.07630.5261.84.3580.6850.49940.526-10.98529.54124.8430.6140.40736.325-8.96027.3662.25.3270.5320.3231.474-7.04424.4302.45.8110.4430.24326.209-5.34920.8592.66.2950.3550.17521.003-3.85217.1502.86.7800.270.1215.974-2.64213.33237.2640.1930.07611.418-1.6739.7453.58.4750.0.0143.017-0.308

23、2.70949.68500000Mzmax 30.526KN m桩身弯矩分布图(2)求偏心矩eeozmaxNmin30.5261924.6740.0159m偏心距放大系数:14 KN I； I 22EcIc0.10.2e0h0.160.10.015910.16 0.623所以 lc0.5 l04.00.504.00.4134.843m主力加附加力，所以K=1.612"KN lc2EJc21.6 1924.674 4.8431.0080.6232 3.00 1071264ee° 1.008 0.0159 0.0160m(3) 配筋根据灌注桩构造要求，桥梁桩基主筋宜采用光钢筋，

24、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I级钢筋， 桩身混凝土为 C25，根据桥规规定，取Umin 0.5% ，则：As,minUmin Ac0.0051000243927mm2，选用16 18的I级钢筋，则A实4072mm2。取净保护层厚度as 60mm，采用对称配筋此时主筋净距为:d°2500 60 91618151.253mm120mm，满足。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45 18 81

25、0mm，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) 判别大小偏心5.476 1010A y 846478 500取n 15换算截面面积：AR2叭1000221540722846478mmR41210004 1换算截面惯性矩：'I0ng4242215 4072 (500 60 9)5.476 1010mm4129.38mm e' 16mm，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N M 2764.237 103A0 7?y 8464782

26、764.237 103 0.0165.476 10105003.27MPab9.5MPan (yA I。as)15 2764.237 1038464782764.237 103 0.0165.476 1010(500 60 9)48.99MPa s 160MPa 故桩的截面应力满足要求。（6）稳定性验算桩的计算长度lc 4.843m，d 1m，lc / d 4.843 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。N2764.237 103人 mA1.010002 / 4 12.4 40723.307MPa7.6MPa所以，桩的稳定性

27、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、电算结果(1)输入文件2 5 20 0.5 3.5 300000006000 28 2.529000 28 9.55000 28 1.415000 28 23.425000 28 8.84 1.0 1.0 0 40 0 2.252.5 11.20 0 0341.5 17534.94 4762.57341.5 18629.07 4671.75(2)输出文件*第一部分原始数据*桩类型组数土层数 作用力H方向上一排桩的桩数252桩端嵌固类型MD=.O桩传

28、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)地基比例系数(kN/m4)摩擦角(度)第I 土层的厚度(米)6000.28.02.529000.28.09.505000.28.01.4015000.28.023.4025000.28.08.80IT D DBLO LIAHX1 4 1.000 1.000 0.000 40.000 0.0000 -2.25002 4 1.000 1.000 0.000 40.000 0.0000 2.2500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11.2荷载类型I 水平

29、力H(kN) 轴向力N(kN)弯矩 M(kN.m)2 341.517534.94762.63 341.518629.14671.8*第二部分计算结果*基础的变形系数a及桩顶刚度系数AFLO1LO2LO3LO40.4121096849.1287424.84196804.41720065.380.4121096849.1287424.84196804.41720065.38K1K2K31018543.1200100.000000-1308481.6083250.000000 8774793.0000000.000000-1308481.6083250.00000050236103.290835*荷

30、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)0.000.000.0000E+00第1根桩的桩顶位移JA1(J)A2(J)P2(J)10.000.000.00000020.000.000.00000030.000.000.000000第1根桩桩身力JH(m)My(kN.m)Qy(kN)dy(kN/m)10.490.0000.0000.00020.970.0000.0000.00031.460.0000.0000.00041.940.0000.0000.00052.430.0000.0000.00062.920.0000.0000.00073.400.000

31、0.0000.00083.890.0000.0000.00094.370.0000.0000.000104.860.0000.0000.000115.350.0000.0000.000125.830.0000.0000.000136.320.0000.0000.000146.800.0000.0000.000157.290.0000.0000.000167.780.0000.0000.000178.260.0000.0000.000188.750.0000.0000.000199.230.0000.0000.000209.720.0000.0000.000第2根桩的桩顶位移JA1(J)A2(J

32、)P2(J)10.000.000.00000020.000.000.00000030.000.000.000000第2根桩桩身力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.

33、0000.0000.000125.830.0000.0000.000136.320.0000.0000.000146.800.0000.0000.000157.290.0000.0000.000167.780.0000.0000.000178.260.0000.0000.000188.750.0000.0000.000199.230.0000.0000.000209.720.0000.0000.000*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）0.472.000.1071E-03I= 1第1根桩的桩顶位移JA1(J)A2(J)P2(J)10.470

34、.4720.26104121.761.76 1927.50219030.110.11 -15.934015第1根桩桩身力JH(m)My(kN.m)Qy(kN)dy(kN/m)10.49-6.20519.5432.83520.972.86817.6254.93231.4610.79114.8676.30241.9417.23911.6087.00152.4322.0448.1577.11462.9225.1794.7716.75073.4026.7261.6546.83.8926.854-1.0505.06794.3725.787-3.2503.976104.8623.782-4.9092.851115.3521.103-6.1.766125.8318.005-6.6410.774136.3214.721-6.801-0.146.8011.457-6.572-0.825157.298.385-6.020-1.426167.785.648-5.203-1.918178.263.362-4.169-2.328188.751.626-2.948-2.689199.230.524-1.558-3.032209.720.0.000-3.380I= 2第2根桩的桩顶位移JA1(J)A2(J)P2(J)10.470.4720.261