桥台基础设计计算书

1、第四章肋形埋置式桥台设计计算4.1桥台设计资料设计荷载：公路一II级上部结构：采用16m钢筋混凝土空心板，计算跨径15.3m,板长15.96m。桥台资料：台帽（包括翼墙、背墙）采用 C30混凝土，轴心抗压强度；双肋台身及桩基础采用C25混凝土，轴心抗压强度MPaf13.8cd3，均采用HRB335I冈筋。混凝土重度MPa 11.5fm/=25kNcd4.2桥台构造尺寸的拟定)cm桥台一般构造图(单位：4-1图埋置式桥台是将台身埋在锥形护坡中，只露出台帽在外以安置支座和上部构造。这样，桥台所受的土压力大为减少，桥台的体积也相应的减小。埋置式框架式桥 台结构本身存在着斜杆，能够产生水平力以平衡土压

2、力，稳定性较好。其构造尺 寸如图4-1。4.3 土压力计算台身顶、底的台后土压力(1)台身顶的台后土压力。d 1.0m,两肋外缘距离，台身肋宽填土内摩擦角，台帽宽 7.25m 303 ,汽车荷载等代土层厚度为：2.3m,填土容重5.25m,台帽背高度m/=18kNG hBl0式中：破棱体平面内布设的荷载 G 破棱体平面面积，B为破棱体宽度，取 7.25m。为破棱体长度，BII00按以下计算。先求破棱体破裂面与竖直线夹角“8”的正切值，按规范公式tancottan tantantan二0； 台背与竖直线交角， 式中：& ；、 土的内摩擦角、土的容重,=/kN=1830m11台背与土的摩擦角，；1

3、53022则 45300150.256 tan tan cottan tan tan 030453045.m0.58880.256tan 2.3 Hl。其中H为台帽背墙顶至台帽底的高度，见图4-1。破棱体的平面（）内，横桥向布置一个加重车后轴，其重 0.58887.27 B |0力为kN280140 2 1 G o 280G m 3.644 h 7.25 0.5888B 18l0土压力系数按规范所给公式:2 cos =2 cos030sinsin 2 cos cos1coscossinsin 03030152。cos1cos1500 。cos cos 00150 0.301,其它符号意义同前。

4、为填土表面与水平面交角，其中，0台帽背墙顶至台帽底高度范围内的土压力，按照 规范为：11433.1150.301 7.25182.3 2.3 2E H H2hB3.64422 对台身顶（台帽底）的力臂为：HH 3h2.32.3 3 3.644 mC1.058 3H 2h32.3 2 3.644台帽背墙顶至台帽底高度范围内的土压力，对台身顶的士压力 弯矩：M 433.115 1.05 458.236kN m（2）台身底的台后土压力上面中台帽背墙高度范围内的土压力，系用于台身截面的验算。而台身顶.截面的验算中，系台后土压力控制设计，也就是说，顺时针方向弯矩控制设计时，要求台后土压力越大，对台身顶截

5、面愈未不利。对于台身底的截面验算来说，系包载及活载的反时针方向的竖直力偏心弯矩控制设计，即在计算台身底的台后土 压力时，因其弯矩方向为顺时针方向，具值愈小对截面愈为不利。所以，在计算 台后土压力时，不考虑台后破坏棱体上有活载。台帽高度范围内，土压力的计算宽度为台帽长度7.25m。台身每一肋的土压力计算宽度：/2 1.5 2 1/n 1.0 1b d22nnd为肋的根数2。两肋为2X1.5=3m式中。台身底承受为肋的宽度1.0m,自填土顶至台身底高度范围内的台后土压力。 在这个高度范围内，有背墙土压力及肋 身土压力，因其横桥向承受的土压力宽度不一样，所以要根据土压力单宽强度分 别计算。a.台帽背

6、墙高度范围内的台后土压力2/kM18 12.461 0.301 2.3mM2/42.396kM180.301 7.825mh21 12.461 2.3 7.25 103.894kN E22 对台身底的力臂为7.825 2.3 6.292m :3对台身底的弯矩为：mkN 103.8946.292 653.698 M1b.台身两肋高度范围内土压力1kN454.627 42.396 12.461 5.5253E 2 对台身底的弯矩为：12.4612 42.396 5.5252.260e212.461 42.396 3 对台身底的弯矩为： m 1027.457kN 454.627 2.26MM.3.2

7、 承台底的台后土压力承台底截面与台身底截面一样，系包载和活载的反时针方向的竖直力偏心弯矩控 制设计，故计算台后土压力时，因产生顺时针方向弯矩，具值愈小对截面愈为不 利。所以在计算台后土压力时，不考虑台后破棱体上有活载。(1)台帽背墙高度范围内的土压力土压力单宽强度为；2 /kM 12.461 0.301 2.318mh12 /kM 42.3960.301 7.825 18mh22 /50.523kM9.325 18 0.301mh31 kN103.894 7.2512.4612.3E-22 对承台底的力臂为：m7.792 2.3 9.325 e3对承台底的弯矩为：m 809.542kN 103

8、.8947.792 Mi (2)台身两肋高度范围内土压力1 kN 454.627 5.52512.461 42.3963E2 242.396 5.525 212.461 对承台底的力臂为：m 1.5 3.760 5.525 e242.396 12.461 3 对承台底的弯矩 454.627 3.76 1709.398kN m ： M23)台基础范42.39650.523 21.5 对承台底的围内的土压力 (.1 kN 435.558 6.25 42.396 50.5231.5E3_ 2力臂为 m0.728 :&50.52342.396 3 对承台底的弯矩为：m 317.086kN 435.55

9、8 0.728 M3台身底的台前土压力4.3.3 台身底土压力1 2 bE H_ 2式中：3土的容重，；/ 18kNmmH 5.525 台身底以上台身高度，；Hm1.5 3b 2 b 。台身两肋计算宽度,2 cos =sin sin 2 coscos 1coscos2。26.02cos 30sisi33.613302 TOC o 1-5 h z 1coscos1526.0226.02coscos 33.691526.0226.02 0.311土的内摩擦角，；式中：=30=26.02 台肋前缘与竖直线交角， ;3；土的容重，/=18kNm。 22 1 1 o 台背与土的摩擦角，1530.12 k

10、N 256.324 3 0.311E 18 5.52_ 2=168.231sinkN 256.324 sin 256.324的竖向分力：E41.02Ev。=193.391coscoskN 256.324 256.324 E 的水平分力：41.02Eh1E作用点离台身底的的距离：m 1.842 5.525E. 3E对台身底的力矩:3.9。竖向分力 mtan =176.777kN 168.231 1.84226.02M V_ 2 横向分力193.391 1.842 356.226kN m Mh4.3.4 承台底的台后土压力由于承台厚度较台身高度小得多，可假定台肋前坡延至承台底，用前式计 H 5.5

11、25 1 7.025m,台身计算宽度为算士压力。台身高加承台高为6.25m。一 m 5.525m 0.3111.5hh21 压力单宽强度为：2/30.929kM 18 0.311 5.525mhr2/ 39.326kM 0.311 7.025 H18m 台身部分土压力112 2 kN 256.324 3 3 0.311 185.525EMI22 台身部分土压力6.25 hhhhE 2211 2 16.25 1.5 30.92939.326329.320kN_ 2.1.5 5.525 1.5 3.342meh13330.929 1.5 39.326 2hhhh 1122 0.720m 及30.9

12、293 39.326 3 hhh 恒 256.324sin41.02 256.324sin168.231kN 的竖直分力：EEivi256.324cos41.02 256.324cos193.391kN 的水平分力：EEihi329.320sin41.02 329.320sin216.140kN 的竖直分力：Ee2V2329.320cos41.02329.320cos 248.466 kN 的水平分力：Ee2H2对承台底的弯矩：Ei垂直分力：43.9168.231tan tan tan 3.342tan168.2311.5 1.5 e26.0226.02M 口122176.777kN m水平分

13、力：m 646.313kN3.342193.391 193.391 eMH11对承台底的弯矩：E2垂直分力：43.9 tan 1.5 tan tan0.720 tan 216.140216.140 1.5e26.0226.02MV2222503.772kN m水平分力：m 178.896kN0.720248.466 248.466eMH224.3.5 台后、台前土压力汇总台后、台前土压力汇总时，水平力向桥为正，向岸为负；弯矩计算顺时针为正， 逆时针为负。4-1表台身底及台身底的台后、台前土压力汇总截面位置台身底承台底土压力)(kN台后土 压力台帽103.894103.894台身454.6274

14、54.627承台435.558台前土 压力台身垂直分力168.231垂直分力168.231水平分力-193.391水平分力-193.391承台垂百分力216.140垂直分力水平分力一一248.466水平分力合计(kN)垂直分力168.231384.371 垂直分力水平分力365.13552.222水平分力土压力弯矩mkN ( )台后土 压力台帽653.698809.542台身1027.4571709.398承台317.086台前土 压力台身垂直分力176.777176.777垂直分力水平分力-356.226-646.313 水平分力承台垂百分力503.772垂直分力水平分力一一-178.896

15、水平分力合计（kN m）1510.7062691.360恒载上部结构恒载2010.4012=1005.201kN。包载上部结构包载按照上章计算的恒载一半，为偏心弯 矩计算按如下。上部结构包载对台身顶的偏心弯矩为：1005.201 0.043 43.224kN m上部构造包载对台身底（承台底）的偏心距为：M 1005.201 1.307 1313.798kN m下部结构恒载下部结构包载包括下部结构物的重力和桥台基础上面承载的士重力，计算.3/kN25,4-3。台帽、台身和承台均采用C30混凝土，容重采用见表4-2 ,mm3/kN18土的容重采用 mm台身顶承受的台帽及其以上部分桥台恒载表4-2名

16、 称体积3 mkNm对台身顶中心力臂偏心弯矩mkN翼 墙12.30.75220.45 2.43.29482.350.75 2 2.4 2.30.75 2.3 3 0.6 0.1 1.696-139.725桥头 搭板 牛腿0.6 0.323.10.320.83720.9250.30.6 2 0.30.30.6 3 0.6 0.10.833-17.431背 墙0.5 1.1 7.25 3.987599.68750.41.4 0.522-49.844台帽 上两 侧挡 板0.35 0.5 0.82 0.2871.01.40.2221.4台 座1.5 1.2 7.25 13.05326.2500桥头 搭

17、板22 0.3 3.1 3.72930.31.20.1 0.8522-79.05合计629.2125-284.65注：桥头搭板长 6m,厚0.3m,宽3.1m台身底、承台底承受的桥台荷载表4-3名称体积3 mkN对台身底（承台底）力臂 m偏心弯矩m kN巽土回12.30.75220.452.43.29482.350.7522.4 2.30.75 2.3 3 0.1 1.953.047-250.92桥头 搭板 牛腿0.3 0.6 0.3 3.1 2 20.83720.922 0.30.6 0.30.30.6 31.950.12.183-45.58背墙0.5 1.1 7.25 3.987599.6

18、80.40.11.952 1.85-184.42台帽 上两 侧挡 板0.35 2 0.80.5 0.2873.91.00.322 1.15-8.05台帽1.5 7.25 1.2 13.05326.253.9 1.350.62-440.44台身=34.255 12 1.35.5252.7 =14.918 5.5251 2 2856.37372.9340.65 1.352 2.70.9 3-1156.11335.64承台2 2.2 5.7 1.5 2.3 1.542.795 1.51069.8700桥头 搭板2=3.7220.3 3.1933.90.30.12.222-204.6合计台身底1858

19、.52-1970.42承台底2928.4-2026.92桥台承台承载土重力表4-4名称3体积mkN对承台底中心偏心距m偏心弯矩m kN台后襟 边土重 力（后 两项负 值为扣 去搭板 牛腿和 搭板所 占体 积）2.35.525 0.85 0.10.6 0.3 6.256.25 0.3 235.273 0.3 0.3 6.25634.9220.10.90.121.952.45-1555.5590.1 5.525 6.25 3.45362.1560.13.9222-124.312台前襟 边及台 肋前的 土重力0.85 6.25 5.525 29.352528.3283.90.92.4221267.9

20、8716.255.525 1.3 4246.617839.10921.81.23.931510.39620.851.3 0.1 41124.797 6.25 21.5-446.3440.9 2.7 25.70.1320.517-230.760小计1618.1712547. 623扣除计算台前土压力时两肋所1.52 ）的土压力占计算宽度（36.25 0.52在小计内乘以6.25841.4491324.764横桥向 两肋身 之间及 两外侧 襟边上 土重力1 21.6 5.525 6.25 37.57676.26-1-676.2615.5254 1.3 231.7 2 6.25570.5940.95

21、13.535合计2785.681-517.832摩阻力摩阻力为活动支座的摩擦系数（0.06）乘以恒载反力。上部构造恒载竖直压力为 2010.401Kn,故摩阻力为：0.06 2010.401 120.624kN支座厚度为4.2cm,支座垫石高度为15.8cm。摩阻力对台身顶、底的力臂分别为 1.4m,6.925m。120.624 1.4 168.874kN m 对台身顶：120.624 6.925 835.321kN m 对台身底:120.624 8.425 1016.257kN m对承台底：支座摩阻力与汽车制动力不同时参与组合 作用。台身底、承台底的作用汇总台身底、承台底的作用汇总表4-5台

22、身顶台身底承台底土压力竖直力168.231384.371水平力433.115365.13552.222弯矩458.2361510.7062691.360上部结构恒载竖直力1005.2011005.2011005.201弯矩43.224-1313.798-1313.798下部结构恒载竖直力629.2131858.5252928.4弯矩-298.420-1970.420-1970.420承台竖直力2785.681弯矩-517.832活载竖直力663.868663.868663.868弯矩28.546-867.675-867.675摩阻力水平力120.624 士120.624 士120.624 士弯

23、矩士 168.874835.3211016.257 士注：摩阻力可正向、可负向，故其弯矩可正向。桩基础设计桩基础采用地桩承台，拟采用桩径1.2m的摩擦桩，所需桩的根数根据承台底面 的竖向荷载和单桩容许承载力进行估算，经初步计算拟采用4根灌注桩，桩长15m规范规定桩中心距不得小于 2.5倍成孔直径此处最小桩中心距为 3.5m。荷载组合作用在承台底中心的极限状态下的荷载组合。竖向力N 384.371+1005.201 2928.4 2785.681+663.868 7767.521kN弯矩M 2691.360 1313.798 1970.4195 517.832 867.675 1016.257

24、2994.622kN m 水平 力H 1016.257 552.222 1568.479kN计算桩的变形系数 桩身截面惯性矩:441.2d40.102 I mm 6464桩身抗弯刚度：刈kN0.191 0.102 EI 0.672.8 m1010 桩的计算宽度：kdkb k01f3 2.2 31d 6.6m,其中，m5. d 32.0.5m. 3 .512 3 hbl1211 1 0.52.3lb12k0.50.79。b20.66.60.6h1故 m 1 11.2 0.9 0.79 1.564b kkkd 0.9 0.79 d0f1 m 1d 14.4 2 21.2,此值的深度：对于弹性桩，地

25、面下选取mhmkNm 10000深度地基土层为粉质粘土,m桩的变形系数mb1.56410000 10.38355610EI1.91 -m2.55.745m h 0.383 15h,按弹性桩计算。因计算长度、桩顶刚度系数、4231 钻孔灌注桩：1=21 12221.131Amd1.2_ _ 445244 22所以1.5 15 h 1000010m。3.530 m tan 1.75 1.975mh tan 189.621ml.75A011 1075545.456 0.5631EI i112h115 10579.621 2.8 EA 1.1311.5 10C10A。1.064230.48375。,

26、查表得：0.98545 xxQmm 贝U.33 1.06423EI ET 0.0598EI 0.383xq222 0.98545EI ET 0.1446EI0.383xm30.48375EIET 0.1867EI 0.383-44.7.4 承台单位变位承台发生单位变位时，所以桩顶对承台作用反力之和包括桩顶竖向反力之4 0.5631EI 2.2524 nEI; 和：-4 0.0598EI 0.2392 nEI;桩顶水平反力之和：24 0.1446EI n 0.5784 EI;桩顶反弯矩之和：3桩顶反弯矩之和：24 0.1867EI 0.5631EI 12.25 n 7.6448EI。xK僦贝1计

27、算承台底面原点处变位为：竖向位移：P7767.5213448.553 b0 EIEI 0.56314bb 水平位移M H7.6448 1568.479 0.5784 2994.6229184.722 a22(0.2392 7.6448 )EIEI 0.5784 转角MH0.2392 2994.622 0.5784 1568.4791085.934 a0022)EIEI(0.2392 7.64480.57844.7.5计算作用在每根桩顶上作用力、QMPm任一桩顶轴向力：3011.987kN 3448.5531085.9340.5631EI1.75 xNb。 10kN871.774EIEI任一桩顶

28、水平力：9184.7221085.934kN392.2200.1446EI 0.0598 EIaHi0302EIEI任一桩顶弯矩为：1085.9349184.722 m 1125.367kNEI0.18670.1446EIaM。 304EIEI 校核 kN7767.522 2 3011.987871.774n MkN 1568.88 n4 392.22Hi m4 1125.367 kN 1.75 n2 3011.987871.7742989.278 MXP m 满足规范要求。 由于是低桩承台，故桩顶受力m 1125.367kN M。3011.987kN N。392.22kN H04.8 桩基强

29、度验算4.8.1验算单桩轴向承载力该地基由三层土组成，由确定单桩容许承载力的经验公式初步计算桩长。设灌注桩地面下的桩长为h,则：3) Amh口 K( UP l_ 3020iiz2 式中：l 各层土的厚度；i 各层土的极限抗剪强度；iK深度修正系数，取为1.5; 2 土的容重(多层土时取加权平均值)；zu桩周长，采用旋转式钻机成孔直径增大5cm,则U=3.93m；2； A=1.13m 桩底面积，a 考虑桩入土深度影响的修正系数，取为0.7;考虑孔底沉淀厚度影响的清底系数，却为 0.8; mo =220kPa。桩底土层容许承载力，取00 =160MPa, =9.685m ,=(h-15.805)m

30、 , =50MPa取=6.12m,lll 1212323 9.1856.12 h 15.80518 kN/m 。,为简便计算，取为 19 zh桩底最大垂直反力为：1 h 3011.98714.1353011.987 qh N-匚2令最大竖向力与单桩容许承载力相等 ， 即解得h=13.4m,取h=20m 由上N Nmaxh式求得：1N19 (201600.7 0.8 1.133)220 1.5 9.685 3.93 20509.685_2kN3294.694504.22kN3011.987 14.135 20可知桩的轴向承载力能满足要求。桩身弯矩 MzHoBM MA mm0z z zM处的，按上

31、式计算不同深度式中的无纲量系数可查附表得，BA- mmz zM、最大弯矩值并按比例绘出桩身弯矩图， 求出最大弯矩所在包置。maxmaxM4-6桩身弯矩表计算zzzh hAmBmHo AmBM m0Mz0.2610970.140.09960.9997101.2181125.0291226.2470.5221930.240.1970.99806200.20031123.1841323.3840.783290.340.29010.9938294.81281118.391413.2031.0443860.440.37740.98617383.5311109.8031493.3341.3054830.5

32、40.45750.9746464.93231096.7831561.7151.566580.640.52940.95861538.00031078.7881616.7881.8276760.740.59360.9382603.24331055.8191659.0632.0887730.840.64560.91324656.08811027.731683.8182.3498690.940.68930.8841700.498994.9371695.4352.610966140.72310.85089734.8471957.56351692.4113.1331591.240.76180.774277

33、4.1758871.25911645.4353.6553521.440.7650.6869777.4278773.01461550.4424.1775461.640.73730.5937749.2778668.13041417.4084.6997391.840.68490.4989696.0265561.44561257.4725.221932240.61410.4066624.0763457.57421081.6517.832898340.193050.076196.186285.52789281.714110.44386440.00010.00010.1016250.1125370.214

34、161桩身水平压应力zx 2 MH00 z z BAxxzx bb1iz z。为换算深度，式中无量纲系数，可由表格查得，zBAxxO.383 392.22 H 96.049 0 b1.564i22 1125.3670.383M 0105.549 b1.564i水平压力计算表4-7zxzzzAxBxH0 zAxb12M 0z Bxb1zx0.3830.2610972.27871.450921.7193366840.9874946562.706830.3830.5221932.11871.290940.3886063372.93508422113.32370.3830.783291.95881.1

35、40856.0106683996.68178489152.69250.3831.0443861.80271.000668.7294479113.0666129181.79610.3831.3054831.65040.870478.65360349122.9427092201.59630.3831.566581.50270.749885.93754481127.0897656213.02730.3831.8276761.36020.638990.75283813126.3411485217.0940.3832.0887731.22370.537393.30917556121.4285251214

36、.73770.3832.3498691.09360.444893.81243662113.0892126206.90160.3832.6109660.97040.361292.49328263102.0379287194.53120.3833.1331590.74590.219185.3141873674.27412016159.58830.3833.6553520.55180.107973.6324306442.67400194116.30640.3834.1775460.38810.024259.1865506810.9382851570.124840.3834.6997390.2593-

37、0.03644.4871339-18.153259426.333870.3835.2219320.147-0.07628.02249082-42.77005093-14.74760.3837.832898-0.0874-0.095-24.99148671-80.25740734-105.2490.38310.44386-0.1079-0.015-41.13777904-16.83682322-57.97464.8.4桩身截面配筋与承载力验算处的截面强度，该处的内力值为：z=2.3499m验算最大弯矩.m M 1695.435kNkN3011.987N配置，则桩内竖向钢筋按0.6%22 67.8

38、60.6%cm1.2Aj 4中2 20 ,。选用 22HRB335冈筋，As=76.02cm=0.679% 桩的换算面积为：2 d 2 1.1751 1mA 0E 4桩的换算界面惯性矩为： W03220.181d 2 1 mWdd 眦- 324.0 4h 为桩的计算长度，当。时，取 m7.311 0.7 lll p0p 条相关规定可求得：5.3.9条和5.3.10根据公预规1695.435 mm 562.896 NeM 000 3011.987e0 , 1.0 1.0=0.2+2.7,取为 1.5331 rw2l0 0.01=1.15 0.779_ 2r2偏心增大系数：21 io 1.042=

39、1+_21rr 14002 erso。则mm 586.5e。按照桥墩墩柱所示方法，查公预规附录 查的相关系数。. , g=0.9,代入，,取 A=1.1735, B=0.6271, C=0D=1.0913 ff=0.0217cdsd后，经 整理得：m 0.5865eo 222 280 0.00315 1.1735 A11.5 C 0ff600rrsdcd 3011.987kN4858.290kN N00333 2801.0918 BD g0.02173 0.9 0.627111.5 ff600rrsdcd 1695.435kN kN m m2849.105 Moo钻孔桩的正截面受压承载力满足要求。4.8.5桩顶纵向水平位移验算(1)桩在地面处的水平位移和转角(，)计算 xooHMzoxBAxxo32EIEI当z=0时，查表得：1.621 2.440