湘潭城际铁路特大桥墩桩基础设计毕业设计说明书

湘潭城际铁路特大桥墩桩基础设计所属系部： 机电系专业：路桥技术

班级：姓名：学号：指导老师 ：提交时间：目录1工程背景 工程背景及工程概况湘潭特大桥，跨湘江段全长834.95米，横跨湘江下游主航道，水流速度快，桥梁净空高，距既有沪昆铁路桥及湘潭湘江三桥距离极近，是长株潭城际铁路湘潭段的重要组成部分，位于湘潭市市区，横跨湘江。随着我国国民经济的快速发展，交通运输工具在规模和技术上都有了快速的发展，并反过来为经济的发展注入了强大的动力。作为交通运输系统的大动脉，铁路起着举足轻重的作用。而随着列车运行速度的提高、密度的增加、载重的加大，车辆与结构的相互作用问题越来越突出。尤其是桥梁结构，其是铁路线上的重要的基础设施，在铁路上所占的比例相当大。现代交通网络的发展，跨河铁路，公路桥梁和城市交通桥梁大量兴建。船舶作为水上运输工具，有着悠久的历史，对推动社会进步和经济发展发挥了巨大的作用。但在通航河流上，桥梁建设与船舶的安全航行又成为了一对矛盾，建桥的同时，也给船舶航行带来了不可忽视的影响。据2004年的第二次全国内河航道普查资料，至2004年，全国共有跨航道桥梁4.1万座，其中不能满足通航标准或要求的桥梁近2.9万座，占总量的69.8%，桥梁碍航问题的凸现是我们国家在交通建设高速发展过程当中不可避免的一个问题。该问题不仅影响通航安全，而且限制了河段区域进一步提升通航能力以及经济高速发展的空间。为遵从城市交通网络的总体规划，同时综合考虑地形，水流等条件，大桥桥址上游42m处紧邻湘潭湘黔铁路桥及其复线。船舶航行此水域时需在较短的时间内连续通过4座桥梁，船舶操纵难度较大。同时，随着湘江航道标准的提高，通行的船舶将逐渐大型化，并且将以船队为主，复杂的通航条件和船舶操纵性的降低将不利于此水域的安全通航。本设计主要对湘潭特大桥的桥墩进行设计，通过对桥的桩的材料、长度、数量进行设计，确定桥墩正面图、侧面图以及剖面图，最后对单桩承载力、群桩承载力、墩顶位移、桩身截面配筋进行验算。2设计资料线路：双线、直线、坡度4‰、线距4.0m，双线线路中心至人行道栏杆3.0m。桥跨：无渣无枕混凝土箱形梁，计算跨度L0=40.0m，梁全长L=40.6m,梁端缝0.1m。轨底至垫石顶0.5m，轨底至支座中心0.09m，一孔梁总重3100KN。地质及地下水位情况：标高（m）地质情况厚度（m）标高（m）地质情况厚度（m）16.5~16.2耕地0.3-24.4~-30.9粗砂（中密）6.516.2~11.3软塑粘土4.9-30.9~-40.5中砂（中密）9.611.3~3.2粉砂8.1-40.5~-45.6砾砂（中密）5.13.2~2.4淤泥质砂粘土（松软）0.8-45.6~-58.7硬塑粘土13.12.4~24.4细砂（中密）26.8土层平均重度γ=20KN/m3，土层平均内摩擦角Φ=27。，地下水位标高：+15.00m成孔机具：Φ100cm、Φ125cm，Φ150cm旋转转机。标高：轨底+29.88米，墩底+16.80米。风力：w=800Pa（桥上有车）。桥墩尺寸：如下图。3设计荷载1、承台底外力合计：双线、纵向、二孔重载：N=20442.5kN,H=936KN,M=12610.7kN.m;双线、纵向、一孔重载：N=18061.8kN,H=936kn,M=14674.37kN.m2、墩顶外力：双线、纵向、一孔重载：H=911.7KN,M=5410KN.m4设计要求4.1确定桩的材料、桩长、桩数及桩的排列。4.2检算下列项目1、单桩承载力检算（双线、纵向、双孔重载）；2、群桩承载力检算（双线、纵向、双孔重载）；3、墩顶位移检算（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）。5设计计算5.1确定尺寸及桩个数：设计采用C25的混凝土，桩径d=0.8m，钻孔灌注桩，成孔机具为80cm旋转转机，桩长l=40.00m，伸入持力层（粗纱）的深度为2.3m。(1)求：根据条件，所选公式：可查知持力层的基本承载力：查《铁路桥梁设计规范》得：，则桩底地基土的容许承载力：(2)求：由公式：计算其中：查《铁路桥梁设计规范》得:查《铁路桥梁设计规范》得:地质情况摩阻力厚度地质情况摩阻力厚度软塑砂粘土粉砂淤泥砂粘土细砂（中密）粗砂（中密）则(3)定桩数：取u=1.4则：布桩如下：（单位：m）1号桥墩布桩截面图5.2计算、、、：(1)桩的计算宽度bo：由公式,得：k=1(2)求变形系数：假设为弹性桩，则：则得：(3)计算：查《铁路桥梁设计规范》得：故取，则：(4)计算、、：因，故查《基础规范》知：则：5.3计算承台位移：(1)计算、、、：(2)计算、、、：地面以下承台计算宽度：K=1.0＝＝＋＝＋(3)计算：情况一：双孔重载：情况二：一孔重载：5.4单桩承载力验算：最不利荷载组合为：双线、纵向、双孔重载取桩的容重为：=25kN/m桩身自重：与桩入土部分的同体积的土重：所以单桩承载力合格5.5群桩承载力验算：=（ab-103.14159/4）4010=103429.38kN=（ab-11.25.2）1.710=3491.12kN=（ab-11.25.2）0.320=1232.16kN=（ab-8.84.8）1.220=5312.64kN=103.14159/44015=3015.9kNN=+++++=20442.5+103429.38+3491.12+1232.16+5312.64+3015.9=136917kN故群桩承载力合格5.6桩在土面处的位移检算：最不利荷载组合为：双线、纵向、一孔重载，则：故桩在土面处的位移满足要求5.7墩顶位移检算：最不利荷载组合为：双线、纵向、一孔重载将墩身作如图划分：5.7.1墩帽所受风力：托盘所受风力：墩身三个部分每个部分所受风力：由所得风力（水平），及墩顶荷载，得各截面弯矩，列表如下：位置0(kNm)1(kNm)2(kNm)3(kNm)4(kNm)荷载水平力911.7kN1094.042461.594442.716423.848405.87墩帽风力9.6kN5.7620.1641.0261.8882.75托盘风力9.66kN7.24528.2449.2370.22墩身风力5.563kN6.0418.1330.225.563kN6.0418.135.563kN6.04墩顶弯矩54105410541054105410总计6509.87898.9959928.0111969.1214023.23(2)计算墩顶的水平位移△根据，，列表得：位置（kNm）（m）（m）（）（m）1-28913.502.1734.1973.8889.02×1072.15×10-49.02×10-42-310948.5652.1736.3704.321.0×1082.38×10-41.52×10-33-412996.1752.1738.5434.781.11×1082.55×10-42.18×10-3总计7.08×10-44.602×10-35.7.2桩身截面配筋计算：(1)按要求只验算一孔重载情况：系数的值根据列桩身弯矩表如下：0.00.0000.0001.0000.000128.575128.5750.20.4190.1970.998-4.027128.318124.2910.40.8390.3770.986-7.706126.775119.0690.61.2580.5290.959-10.813123.303112.4900.81.6770.6460.913-13.204117.389104.1851.02.0960.7230.851-14.778109.41794.641.22.5160.7620.774-15.57599.51783.9421.42.9350.7650.687-15.63788.33172.6941.63.3540.7370.594-15.06476.37461.3101.83.7740.6850.499-14.00164.15950.1582.04.1930.6140.407-12.55052.33039.7802.24.6120.5320.320-10.87441.14430.2702.65.4500.3550.175-7.25622.50015.2453.06.2890.1930.076-3.9459.7725.8273.57.3380.0510.014-1.0421.8000.7584.08.3860.0000.0000.0000.0000.000图如下：（单位：kN.m）(2)截面的配筋；根据桥规规定，取0.8%则采用18的光面钢筋则：取=16则取钢筋的净保护层厚度为60mm。则钢筋的间距为：钢筋布置如图所示：取主筋的长度为：取箍筋在桩身上面10m采用8@200，下面不配置箍筋。钢筋与承台的联结方式，采用主筋伸入式。桩身进入承台0.12m，主筋伸入承台板1m。因钢筋的长度超过4m,所以需要配置骨架钢筋，骨架钢筋采用18@2000定位钢筋采用18@2000。5.7.3有关验算：(1)求偏心矩；由表可知，5.7.4判别大小偏心；属于大偏心受压构件。5.7.5截面应力检算；荷载偏心率为：经试算：取查《结构设计原理》表3-3得：所以为实际受压区的圆心角的一半。混凝土的最大压应力为：钢筋应力为：应力满足强度要求。5.7.6稳定性验算：由《结构设计原理》表11-4得φ=1.0表11-3得m=12.4稳定性满足要求。5.7.7裂缝验算：取=1.2故抗裂性满足要求。故稳定性满足要求。6结论经过半年的毕业设计过程，遇到了许多困难，但经过同学与老师的帮助与指导，这些问题都得以解决。本设计主要对长株潭铁路桥墩桩基础进行设计，在掌握线路、桥跨、地质及地下水这些基本设计资料的情况下，按规范得到设计荷载，确定桥墩的正面图，侧面图，及剖面图的尺寸后，同时对桩的材料，长度，数量，排列进行设计。计算单桩及群桩荷载力，最终对单桩荷载力，群桩荷载力，墩顶位移，桩身载面钢筋及桩的位移进行进行验算，满足规范要术。7参考文献[1]中华人民共和国行业标准，铁路桥涵地基和基础设计规范.TB10002.5-99中国铁道出版社，2000[2]中华人民共和国行业标准，铁路桥涵设计基本规范(TB10002.1-2005).北京:中国铁道出版社，2005[3]MARTINPBURKE.Integralbridges[R].Ohio:Burgess&NipleLimited199053-61[4]CHARLESWWNG,SARAHMSPRINGMAN,ALLSONRMNORRISH.Centrifugemodelingofspreadbaseintegralbridgesabutments[J].JournalofGeotechnicalandGeoenvironmentalEngineering1998124(5):376-388[5]椒江二桥及接线工程施工图设计(报批稿)[Z].2009.[6]黄求顺.嵌岩桩承载力的试验研究[C].中国建筑学会地基基础学术委员会1992年年会论文集:桩基础专辑，太原:山西高校联合出版社，1992,694-698.[7]刘利民.增加孔壁粗糙度提高钻孔灌注桩承载力的原理及施工措施[J].建筑技术，2002,33(3):188-189.[8]范俊杰.现代铁路轨道［M］.北京:中国铁道出版社，2000[9]钱立新.世界高速铁路技术［M］.中国铁道出版社，2003[10]陈小雅.中国高速铁路之梦［M］.金融经济，2003[11]范立础.桥梁工程［M］.北京:人民交通出版社，2001[12]李国豪.桥梁结构稳定与与振动［M］.北京:中国铁道出版社，1996[13]王雨权.铁路车桥祸合轮轨接触理论及动力仿真:[硕士学位论文