铁路桥墩桩基础设计(中南大学)

.PAGE...铁路桥墩桩基础设计学院：土木工程学院______指导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3.建筑材料：支承垫石、顶帽、托盘采用C40钢筋混凝土,墩身采用C30混凝土,桩身采用C25混凝土。4.地质及地下水位情况：标高地质情况厚度标高地质情况厚度36.79~36.29耕地0.5-3.51~-12.31粗砂<中密>8.836.29~30.79软塑砂粘土5.5-12.31~-22.31中砂<中密>10.030.79~21.29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>23.4土层平均容重＝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+54.483m,墩底＋33.31m。6.风力：ω＝800Pa<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=18629.07kNH=341.5kNM=4671.75kN双线、纵向、一孔重载：17534.94kN,H=341.5kN,M=4762.57kN.m2.墩顶外力：双线、纵向、一孔重载：=253.44kN,＝893.16kN.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设计图纸〔2号图,铅笔图一张〔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。基础工程课程设计计算书——铁路桥墩桩基础设计一、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,钻孔灌注桩；采用旋转式钻头。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,所以选择桩长,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,μ为经验系数,桥梁桩基采用1.3～1.8。计算单桩容许承载力：其中：〔A按设计桩径计算,钻孔灌注桩桩底支撑力折减系数由于,故查《铁路桥规》,地基基本承载力;深度修正系数,,桩侧土为不同土层,应采用各土层容重加权平均。软塑砂粘土：粉砂：淤泥质砂粘土：细砂：粗砂：∴单桩的轴向受压容许承载力：取,则,取n=8根。二、承台尺寸及布桩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0.25m,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,取桩距为,桩的分布如下图所示：三、承台底面形心处位移计算1、桩的计算宽度和变形系数其中,桩间距∴,其中因此,查《铁路桥规》,桩身采用C25混凝土时假定为弹性桩,承台底面下计算深度为,此深度内存在软塑砂粘土和粉砂需要换算m值。查表,取,；,,。故,是弹性桩,故假设成立。2、单桩桩顶刚度的计算公式：,其中,,,,,侧摩阻力以扩散角至桩底平面得出半径,大于桩间距1.5m,取,查表得：则：2、承台刚度系数的计算因为桩是对称布置,故由于是低承台桩基,故承台计算宽度承台处于耕地软塑砂粘土中,取,3、承台底面形心处位移计算双线、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•m4、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,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墩帽所受风力：托盘所受风力：墩身风力：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。故,,将墩身分为四部分,如下图：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253.44633.61393.922154.242914.563674.88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H1-2=11.4430017.10851.43785.767120.096H2-3=11.67400017.45252.47387.494H3-4=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和转角由得：托盘水平位移和转角计算表：1-2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-04四、桩基检算1、单桩承载力检算〔双线、纵向、二孔重载查规范,桩的容重土平均重度,桩身自重：与桩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,则实体基础为一台体,台体底面由于内摩擦角〔较顶面放大,如下图：桩身自重：桩侧土重：承台重：承台部分土重：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、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"m"法进行计算,故需要对桩在土面处的位移进行检算。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计算桩身弯矩任意深度z处桩身截面弯矩桩身弯矩计算表00.000010-22.014-22.0140.20.4840.1970.99811.655-21.970-10.3150.40.9690.3770.98622.304-21.7060.5980.61.4530.5290.95931.297-21.11110.1850.81.9370.6460.91338.219-20.09918.12012.4210.7230.85142.774-18.73424.0401.22.9060.7620.77445.081-17.03928.0431.43.3900.7650.68745.259-15.12430.1351.63.8740.7370.59443.602-13.07630.5261.84.3580.6850.49940.526-10.98529.54124.8430.6140.40736.325-8.96027.3662.25.3270.5320.3231.474-7.04424.4302.45.8110.4430.24326.209-5.34920.8592.66.2950.3550.17521.003-3.85217.1502.86.7800.270.1215.974-2.64213.33237.2640.1930.07611.418-1.6739.7453.58.4750.0510.0143.017-0.3082.70949.68500000桩身弯矩分布图〔2求偏心矩e偏心距放大系数：所以主力加附加力,所以K=1.6〔3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Ⅰ级钢筋,桩身混凝土为C25,根据《桥规》规定,取,则：,选用1618的Ⅰ级钢筋,则。取净保护层厚度,采用对称配筋此时主筋净距为：,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,取900mm。主筋应配到4/α处一下2m处,取主筋在桩中长度为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。〔4判别大小偏心取换算截面面积：换算截面惯性矩：,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,则故桩的截面应力满足要求。〔6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。〔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25200.53.5300000006000282.529000289.55000281.4150002823.425000288.841.01.00400-2.2541.01.004002.252.511.2000341.517534.944762.57341.518629.074671.75〔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=.0桩传力类型系数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>内摩擦角<度>第I土层的厚度<米>6000.28.02.529000.28.09.505000.28.01.4015000.28.023.4025000.28.08.80IITDDBLOLIAHX141.0001.0000.00040.0000.0000-2.2500241.0001.0000.00040.0000.00002.2500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水平力H<kN>轴向力N<kN>弯矩M<kN.m>10.00.00.02341.517534.94762.63341.518629.14671.8***************************************************第二部分计算结果***************************************************基础的变形系数a及桩顶刚度系数IAFLO1LO2LO3LO410.4121096849.1287424.84196804.41720065.3820.4121096849.1287424.84196804.41720065.38承台刚度矩阵IK1K2K311018543.1200100.000000-1308481.60832520.0000008774793.0000000.0000003-1308481.6083250.00000050236103.290835*******************************荷载类型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+00I=1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根桩桩身内力JH<m>My<kN.m>Qy<kN>dy<kN/m>10.490.0000.0000.00020.970.0000.0000.00031.460.0000.0000.00041.940.0000.0000.00052.430.0000.0000.00062.920.0000.0000.00073.400.0000.0000.00083.890.0000.0000.00094.370.0000.0000.000104.860.0000.0000.000115.350.0000.0000.000125.830.0000.0000.000136.320.0000.0000.000146.800.0000.0000.000157.290.0000.0000.000167.780.0000.0000.000178.260.0000.0000.000188.750.0000.0000.000199.230.0000.0000.000209.720.0000.0000.000I=2第2根桩的桩顶位移JA1<J>A2<J>P2<J>10.000.000.00000020.000.000.00000030.000.000.000000第2根桩桩身内力JH<m>My<kN.m>Qy<kN>dy<kN/m>10.490.0000.0000.00020.970.0000.0000.00031.460.0000.0000.00041.940.0000.0000.00052.430.0000.0000.00062.920.0000.0000.00073.400.0000.0000.00083.890.0000.0000.00094.370.0000.0000.000104.860.0000.0000.000115.350.0000.0000.000125.830.0000.0000.000136.320.0000.0000.000146.800.0000.0000.000157.290.0000.0000.000167.780.0000.0000.000178.260.0000.0000.000188.750.0000.0000.000199.230.0000.0000.000209.720.0000.0000.000*******************************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>10.470.4720.26104121.761.761927.50219030.110.11-15.934015第1根桩桩身内力JH<m>My<kN.m>Qy<kN>dy<kN/m>10.49-6.20519.5432.83520.972.86817.6254.93231.4610.79114.8676.30241.9417.23911.6087.00152.4322.0448.1577.11462.9225.1794.7716.75073.4026.7261.6546.02883.8926.854-1.0505.06794.3725.787-3.2503.976104.8623.782-4.9092.851115.3521.103-6.0281.766125.8318.005-6.6410.774136.3214.721-6.801-0.093146.8011.457-6.572-0.825157.298.385-6.020-1.426167.785.648-5.203-1.918178.263.362-4.169-2.328188.751.626-2.948-2.689199.230.524-1.558-3.032209.720.1380.000-3.380I=2第2根桩的桩顶位移JA1<J>A2<J>P2<J>10.470.4720.26104122.242.242456.23281030.110.11-15.934015*******************************荷载类型NP=3<双孔重载>*******************************承台位移水平位移<毫米>竖向位移<毫米>转角<rad>0.472.120.1053E-03I=1第1根桩的桩顶位移JA1<J>A2<J>P2<J>10.470.4720.41908221.891.892068.88454430.110.11-16.807962第1根桩桩身内力JH<m>My<kN.m>Qy<kN>dy<kN/m>10.49-7.00219.7042.82420.972.15117.7924.91931.4610.15715.0396.29441.9416.68911.7837.00152.4321.5788.3297.12362.9224.7954.9366.76973.4026.4191.8