某铁路桥梁18号桥墩基础设计计算说明书

—梁

第章概述1.1工程概况和计任务该桥梁系某I级铁路干线上的特大桥（单线路位于直线平坡地段。该地区地震设防烈度为VI度，不考虑地震设防问题。桥梁及桥墩部分的设计已经完成桥跨由38孔32m张法预应力混凝土梁【图号：专桥（01）2051组成，该梁全长梁高跨中腹板厚度0.18m，下翼缘端宽上翼缘宽1.92m，为分片式T梁，两片梁腹板中心距为2.0m跨中纵断面示意如图11示梁的理论重量2276kN，梁上设双侧人行道，其重量与线路上部建筑重量为。梁缝，桥墩支承垫石顶面高程1178.12m，轨底高程1181.25m，全桥总布置见图1—2。图—1

181118118181181118131811181318111813181118131811181318111813181118131811181318118121811812181181218118121811812181181218118121811812181181218118129187765543322110098811811181181811811181318111813181118131811181318111813181118131811181318111813181181218118121811812181181218118121811812181181218118121811812181181291877655433221100988111111111111111111987765543322110098811111111111111111112.719

2.712.71

87

23.712.717

2.7162.715

2.7162.715

2.71

4

2.714

2.7132.7122.7112.710

2.7132.7122.7112.710

2.712.712.712.712.712.712.712.712.712.71

987654321

2.7192.7182.7172.7162.7152.7142.7132.7122.7112.710

11

661161161616161661111111111111111000

程高面地

程里

16616611616161616611111111111111111000

程高面地

程里图1—2

桥墩采用圆端形桥墩【图号：叁桥20054203】和空心桥墩【图号：叁桥（2005）】种，其中33#~37#采用圆端形桥墩，7#~32#采用空心桥墩。圆端形桥墩支承垫石采用钢筋混凝土，顶帽采用C30筋混凝土，墩身采用C30混凝土。空心桥墩支承垫石采用钢筋混凝土，顶帽采用C30钢筋混凝土，墩身采用凝土，空心桥墩构造图见图－。桥梁支座采用型铸钢支座【图号：通桥2006）座铰中心至支承垫石顶面的距离为40cm本人承担第18号桥墩基础的设计与检算，桥墩为空心桥墩，地面高程为。图—3

3355558608:1850:3Hh::845-=55003355558608:1850:3Hh::845-=5500

I

I

5

5120

5

5

5752007555

5

5

5

03

030

0

Ⅲ

000320100H1

4-=

1105

03Hh0

0

03

03

I图－4

1.2工地质和文地质资料本段线路通过构造剥蚀低中山区河谷阶地河流峡谷区等地貌单元大部分穿行山前缓坡，地形起伏大，海拔在，地形起伏大，相对高差100~200m，山顶覆盖新黄土或风积砂，沟谷育。根据岩土工程勘察报告大桥地层自上而下依次为新黄土白垩系泥岩夹砂岩，河谷处主要为冲积砂及砾石土，各桥位的地层分布详见钻孔柱状图（－318桥墩所在图地层的主要物理力学参数见表11场地勘察未发现滑坡、岩溶、断层、破碎带等不良地质现象。本区蒸发量远大于降水量为贫水地区地下水量一般不大且埋藏较深局部地段有泉水出露按其赋存条件可分基岩裂隙水第四系孔隙潜水地下水主要靠大气降水补给局部受地表水补给其排泄路径主要为蒸发地下水及地表水对普通混凝土不具侵蚀性。地表河流为常年流水，设计频率水位，设计流速1.8m/s，常水位，流速1.2m/s，一般冲刷线1119.50m，局部冲刷线1118.30m。该桥所在地区的基本风压为。表1－1

地层的主要物理、力学参数名称

天然粒然含重度度量

塑限

液限

压缩摩轴饱和黏聚力模量角压强度

物理状态

基本承周土的极载力侧阻力kN/m

%

%

%

MPa

kPa

MPa

kPa新黄土

26.5

7.4

／

硬塑

W4泥18.7

9.2

／

软塑

粉砂中砂圆砾土W3泥W3砂W2泥W2砂

／／／／

9.68.2／／／／

／／／／／／／

／／／／／／／

／／／／／／／

／／

／／／／／

稍密稍密稍密中密中密节理较发育节理较发育

注①W4泥为全风化泥岩相关的参数按照黏性土取值W3泥岩和W3砂岩为强风化泥岩和强风化砂岩，相关的参数按照碎石土取值，W2泥岩和W2砂岩为微风化泥岩和微风化砂岩。②新黄土不需要考虑湿陷性。

1.3设计依据（1）铁路桥涵地基和基础设计规范（TB10002.5-2005）（2）铁路桥涵设计基本规范（TB10002.1-2005）（3路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规TB10002.3-2005）（4）铁道第三勘察设计院编．铁路工程设计技术手册－桥涵地基和基础（5）西南交通大学岩土工程系编．桥梁基础工程（6）桥梁基础工程课程设计指导书第章方案设计2.1初步设计地基力的择地基持力层的确定需要在各土层中找一个埋得较浅压缩性较低强度较高的土层作为持力层。根据号桥墩地质资料，第一层新黄土结构疏松、压缩性较低，承载力较差，第四层泥岩承载力高，承载力高，满足最小埋置深度，故选其为持力层。基尺拟墩身高基础顶部标高取至地表，基础底部标高空心桥墩底面尺寸

2.2荷载计主计1.恒载（1）由桥跨传来的恒载压力等跨梁的桥墩桥跨通过桥墩传至基底的恒载压力跨中间的梁上线路设备、人行道的重量，即,（2）顶帽重量顶帽体积

为单孔梁重及左右孔梁顶帽重量

钢筋混凝土（3）墩身重量墩身体积

墩身重量（4）基础重量

混凝土基础重量

（5）作用在基地上的恒载恒2.活载（1）列车竖向静活载①单孔重载图单孔重载根据

.得支点反力

为作用在基底上的竖向活载为活基底横桥方向中心轴为力矩为活

轴，顺桥方向中心轴的

轴，则

对基底

的活②单孔轻载图单孔轻载支点反力

为作用在基底上的竖向活载为活

对基底

的力矩

活

为活③双孔重载图双孔重载根据

确定最不利荷载位置本桥梁为等跨梁，故，

和

分别为左右两跨上的活载重量，（）由

得。则支点反力

、

为作用在基底上的竖向活载为活活④双孔空车荷载图双孔空车荷载支点反力作用在基底上的竖向活载为

活、

对基底的力矩

活（2）离心力直线桥离心力为0。（3）横向摇摆力横向摇摆力取为作为一个集中荷载取最不利位置以水平方向垂直线路中心线作用于钢轨顶面。（4）活载土压力桥墩两侧土体已受扰动，活载土压力为0。附力算（1）制动力（或牵引力）①单孔重载与单孔轻载的制动力（或牵引力）H对基底轴的力矩：1②双孔重载的制动力（或牵引力）左孔梁为固定支座传递的制动力（或牵引力）右孔梁为滑动支座传递的制动力（或牵引力）传到桥墩的制动力（或牵引力）故双孔重载时采用的制动力（或牵引力）为H对基底轴的力矩2（2）纵向风力①风荷载强度KKW1230

其中

根据长边迎风的圆端形截面

,课本表2—8查得为1.1，根据轨顶离常水位的高度(线性内插得，根据桥址所处地形为构造剥蚀山区，河谷阶地，河流峡谷区，所以②顶帽风力

取。

对基底x—x轴的力矩

为③墩身风力

对基底x—x轴的力矩

为④纵向风力在承台底产生的荷载（）流水压力因为该桥墩不处于水流中，所以流水压力为荷载合单孔重载外力组合

双孔重载主力附加力

恒载活载制动力风力

N(kN)1896.42

H(kN)

N(kN)2973.95

H(kN)

2.3基础类型的选根据荷载的大小和性质地质和水文地质条件料具的用量价（包括料具的数量施工难易程度、物质供应和交通运输条件以及施工条件等等，经过综

33合考虑后决定以下四个可能的基础类型，进行比较选择，采用最佳方案。方案比较表基础类型浅基础低承台桩基高承台桩基沉井

方案比较一般指基础埋深小于基础宽度或深度不超5m的基础建筑物的浅平基多用砖石混凝土或钢筋混凝土等材料组成因为材料的抗拉性能差截面强度要求较高埋深较小料省无需复杂的施工设备，因而工期短造价低但只适宜于上部荷载较小的建筑物。稳定性较好但水中施工难度较大故多用于季节性河流或冲刷深度较小的河流运繁忙或有强烈流水的河流。位于旱地、浅水滩或季节性河流的墩台，当冲刷不深施工排水不太困难时选用低承台桩基有利于提高基础的稳定性。当常年有水且水位较高施工不易排水或河床冲刷较深没有和不通航河流上采用高承台桩基。有时为了节省圬工和便于施工，也可采用高承台桩基然而在水平力的作用下由于承台及部分桩身露出地面或局部冲刷线少了及自由段桩身侧面的土抗力桩身的内力和位移都将大于低承台桩基在稳定性方面也不如低承台桩基。沉井基础占地面积小施工方便对邻近建筑物影响小沉井内部空间还可得到充分利用沉井法适用于地基深层土的承载力大而上部土层比较松软易于开挖的地层。通过研究设计资料，我把持力层选为W泥岩，W泥岩为强风化泥岩，天33然重度为,压缩模量120MPa,基本承载力400kPa,庄周土的极限侧阻力100kPa。场地勘察未发现滑坡、岩溶、断层、破碎带等不良地质现象。本区蒸发量远大于降水量，为贫水地区，地下水量一般不大且埋藏较深，地下水及地表水对普通混凝土不具侵蚀性。桥墩所处位置无流水，施工较容易，上部荷载较大。

综合以上原因，选用低承台桩基，承台底面的标高为局部冲线,打入桩适用于稍松至中密的沙类土、粉土和流塑、软塑的粘性土；震动下沉桩适用于沙类土土性土和碎石类土爆扩桩硬塑粘性土以及中密，密实的沙类土、粉土；钻孔灌注桩可用于各类土层，岩层；挖孔灌注桩可用于无地下水或少量地下水的土层据地质条件选用孔灌桩摩擦桩。2.4基础尺寸的定承台寸确墩身底面尺寸：承台平面尺寸：承台厚度：承台采用凝土，厚度定为2m。承台底面标高：，桩长桩钻孔灌注桩的设计桩径一般采用0.8m、不宜小于0.8m.这里初步拟定桩径为1.5m。初步拟定桩长为26m。确定数其面置1单桩轴向容许承载力的确定#1

土层新黄土

表各层土的参数天然重（）桩周土极限摩阻力15.560

厚度（m）9.5#2W3泥岩#3W3砂岩#4W3泥岩

201002212020100

9.54.52.5

平均重度钻孔灌注桩桩底支撑力折减系数，经查表，土质较好，取为。因为h>10d++6其中，W3岩参数按碎石取，物理状态为中密，查表知，，，

=2.5所以

(4)+6承台重量恒活桩长和桩数的估算：桩数

5.72

，取钻孔灌注摩擦桩的中心距不应小于2.5倍成孔直径，2.5d=3.93m,取各类桩的承台板边缘至最外一排桩的净距当桩径d于行列式排列，布置图如下：

时，不得小于0.3d，且不得小

第章技术设计3.1桩基础的平分析、m的定=0.9(d+1)kn桩间净距，计算深度构件数n=2，

m桩的相互影响系数

-查铁路桥梁桩基础非岩石地基系数的比例系数表知，假设是弹性桩，其主要影响深度

=2(d+1)=2m新黄土

=15，在

深度范围内只有一层土，则m=C30受压弹性模量，按照铁路规范ah=11.54m>2.5m，所以应按弹性桩计。单的度数算钻孔灌注桩ξ

在局部冲刷线以上长度=0m局部冲刷线以下l=26m内摩擦角φ取所穿越土层平均值φφ故=h=EA=32

由查表得

kNmφkNm群的度数算计算桩基总刚度系数kNm=84.77==-8=-9.92=1.48kNm，==5.24==-9.61==1.48kNm桩位及内计、荷载组合为纵向主附，双孔重载水平力竖向力对承台x-x轴力矩（）计算承台位移①承台竖向位移②承台水平位移

③承台转角（）计算桩顶位移及内力①桩顶竖向位移②桩顶水平位移③桩顶转角④桩顶处轴向力

,

,⑤桩顶处横向力-

-

,⑥桩顶处力矩-

-

、荷载组合为纵向主附，单孔重载水平力竖向力对承台x-x轴力矩（1）计算承台位移①承台竖向位移②承台水平位移

③承台转角（）计算桩顶位移及内力①桩顶竖向位移②桩顶水平位移③桩顶转角④桩顶处轴向力

,

,⑤桩顶处横向力-

-

,⑥桩顶处力矩-

-

3.2横荷载下桩的位移和移计算计算采用的荷载组合为常水位时，纵向主+附，单孔重载产生的单桩内力及位移水平力对承台x-x的力矩，故可用简洁算法。(1)任意深度处桩身横向位移+

(2)任意深度处桩身转角φφ

+4.69)+1.18(3)任意深度处桩身截面上的弯矩(4)任意深度处桩身截面上的剪力+0.444(5)任意深度处桩侧土的横向压应力+(6)

和

列表计算如下单孔重载桩身内力计算表ay0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.11.2

y

0.0000.1000.1970.2900.3770.4580.5290.5920.6460.6890.7230.7470.762

Bm1.0001.0000.9980.9940.9860.9750.9590.9380.9130.8840.8510.8140.774

My

A0.0000.2280.4240.5880.7210.8250.9020.9520.9790.9840.9700.9400.895

B0.0000.1450.2580.3420.4000.4350.4500.4470.4300.4000.3610.3150.263

0.0002.1313.8585.2076.2096.8997.3117.4627.4057.1516.7476.2225.590

1.31.41.51.61.71.81.92.02.22.42.62.83.03.54.0

0.7680.7320.8380.2080.7650.6870.7720.1510.7550.6410.6990.0940.7370.5940.6210.0390.7140.5460.540-0.0140.6850.4990.457-0.0640.6510.4520.375-0.1100.6140.4070.294-0.1510.5320.3200.142-0.2190.4430.2430.008-0.2650.3550.175-0.104-0.2900.2700.12076.53-0.2950.1930.07651.40-0.2840.0510.01411.53-0.1990.0000.0000.00-0.432桩身弯矩和桩侧土横向压力分布My0012345543210-505y=1.58m7.462M=395.69kNy=1.58m；

4.8874.1333.3552.5771.8061.0560.345

----3.3桩身截面配计算心由单桩的内力计算得知Mmax=395.69kNm,Nmin=kN,Nmax=kN初始偏心距：主力+附加力，所以K=1.6。影响系数计算长度：

m偏心距放大系数

--基础筋根据灌注桩构造要求梁桩基主筋宜采用光圆钢筋筋直径不宜小于，净距不宜小于120mm，且任一情况下不得小于80mm，主筋净保护层不应小于在满足最小间距的情况下，尽可能采用单筋、小直径的钢筋，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=0.5%,则钢筋的面积为：A现选用20φ

的HRB335钢筋，钢筋的面积为A采用对称配筋，则主筋净距为：--,符合要求实际配筋率为：5.12桩与承台的联结方式为主筋伸入式，桩身伸入承台板主筋伸入承台的长度（算至弯钩切点）对于光圆钢筋不得不小45主筋直径（1080mm1200mm,主筋应配到处以下2m处（约为,

取其长度为8m，则主筋总长为10m。箍筋采用Φ@，为增加钢筋笼刚度，顺钢筋笼长度每隔加一道φ的骨架钢筋。

2020桩身截面配筋见附录设计图纸。判断小心,换算截面面积：换算截面惯性矩核心距故属小偏心构件。小偏心构件，竖向力越大越不利，故应取。max应力算换算截面惯性矩1InAr29047.79750602.6311mm42

c

5014.49103256.55750W1830480.40100

]10b满足要求。单桩材表(1)钢筋直径

根数

单根长m

单重

总长m

总重kg

受力纵筋螺旋箍筋加劲箍筋

24818

20115

33.24.52

2

6642361.1867.8135.6(2)混凝土等级

直径m

长度m

体积m

单桩

C30

1.57

24

承台筋在14.5m×承台里配置2的钢筋网构造钢筋的配置已满足受力和构造要求。3.4单桩轴向承力检算1.按土的阻力计算单桩允许承载力

[P]该桩桩底置于不透水土中以在计算单桩自重和与桩入土部分同体积的土重时不考虑水的浮力。摩擦桩桩顶承受的轴向压力加上桩身自重与桩身入土部分所占同体积土重之差，不得大于按土压力计算的单桩受压容许承载力，当主力+附加力作用时，轴向允许承载力可提高20%。又在双孔重载时，轴向力最大，为最利组合。N+G桩身自重：G=与桩同体积土重：=19.29在双孔重载时，轴向力最大，最不利荷载组合为纵向主+附N+G=6055.19+1148.64-915.24=6288.59kN通过验算。3.5墩台顶水平位移检位于地面上的墩台可以看做弹性悬臂梁来处理，采用最不利荷载组合为纵向主+附（单孔重载）进行检算H=883.55kN，

，N=31643.04kN计算墩台身弹性变形引起的台顶水平位移

活

=16.83mmφ墩高（此处指从垫石顶面至承台底面的竖向距离）

由弹性桩墩台顶水平位移检算公式-

=

,通过验算。3.6群桩基础的载力和位移算桩的体积桩的重量

桩桩内摩擦角φ计算群桩的实体边长a，bφ

.φ

.土的体积土的重量

土土

--桩基底面面积群桩实体基底纵向截面模量为W=671.02将群桩基础视为实体基础检算时，应按下式计算单孔重载：N=

恒

活

土

桩

1896.42++M=kN=711.92=1123.38kPa=607.61双孔重载：N=

恒

活

土

桩

2973.95++M=kN=718.29

=615.84kPa均满足要求第4章步的施组织设4.1

基础的施工艺流程(1)施工准备施工准备包括：选择钻机、钻具、场地布置等。钻机是钻孔灌注桩施工的主要设备，可根据地质情况和各种钻孔机的应用条件来选择。(2)桩位放线1.桩位放线依据：建设单位提供的放线依据和设计图纸要求。2.桩位放线：依据放线依据采用经纬仪、钢尺，以通视测量法放出轴线、桩位，确保轴线、桩位的位置准确。3.桩位检测：放出桩位后，填写放线记录与技术复核，报请总包、监理验收，验收通过后，准备开始施工。4．桩位复：施工期间对桩位定期复测，如发现问题会同有关人员及时处理解决。(3)开挖泥浆池、排浆沟(4)护筒埋设钻孔成败的关键是防止孔壁坍塌当钻孔较深时在地下水位以下的孔壁土在静水压力下会向孔内坍塌甚至发生流砂现象钻孔内若能保持壁地下水位高的水头，增加孔内静水压力，能为孔壁、防止坍孔。护筒除起到这个作用外，同时好有隔离地表水保护孔口地面固定桩孔位置和钻头导向作用等制作护筒的材料有木、钢、钢筋混凝土三种。护筒要求坚固耐用，不漏水，其内径应比钻孔直径旋转钻约大20cm水钻击或冲抓锥约大40cm长度约。一般常用钢护筒。(5)钻机就位，孔位校正安装钻孔机的基础如果不稳定施工中易产生钻孔机倾斜桩倾斜和桩偏心等不良影响此要求安装地基稳固地层较软和有坡度的地基推土机推平，在垫上钢板或枕木加固为防止桩位不准施工中很重要的是定好中心位置和正确的安装钻孔机对有钻塔的钻孔机先利用钻机的动力与附近的地笼配合将钻杆移动大致定位，再用千斤顶将机架顶起，准确定位，使起重滑轮、钻头或固定钻杆的卡孔与护筒中心在一垂线上以保证钻机的垂直度钻机位置的偏差不大于对准桩位后，用枕木垫平钻机横梁，并在塔顶对称于钻机轴线上拉上缆风绳。(6)泥浆制备钻孔泥浆由水、粘(膨润土)和添加剂组成。具有浮悬钻渣、冷却钻头、润滑钻具，增大静水压力，并在孔壁形成泥皮，隔断孔内外渗流，防止坍孔的作用调制的钻孔泥浆及经过循环净化的泥浆应根据钻孔方法和地层情况来确定泥浆稠度泥浆稠度应视地层变化或操作要求机动掌握泥浆太稀排渣能

力小、护壁效果差；泥浆太稠会削弱钻头冲击功能，降低钻进速度。(7)成孔钻孔是一道关键工序，在施工中必须严格按照操作要求进行，才能保证成孔质量，首先要注意开孔质量，为此必须对好中线及垂直度，并压好护筒。在施工中要注意不断添加泥浆和抽渣(冲击式用)，还要随时检查成孔是否有斜现象。采用冲击式或冲抓式钻机施工时，附近土层因受到震动而影响邻孔的稳固。所以钻好的孔应及时清孔下放钢筋笼和灌注水下混凝土钻孔的顺序也应实事先规划好既要保证下一个桩孔的施工不影响上一个桩孔又要使钻机的移动距离不要过远和相互干扰。(8)清孔钻孔的深度直径置和孔形直接关系到成装置量与桩身曲直为此，除了钻孔过程中密切观测监督外钻孔达到设计要求深度后孔深位、孔形径等进行检查终孔检查完全符合设计要求时立即进行孔底清理，避免隔时过长以致泥浆沉淀引起钻孔坍塌对于摩擦桩当孔壁容易坍塌时要求在灌注水下混凝土前沉渣厚度不大于孔不易坍塌时大于。对于柱桩，要求在射水或射风前，沉渣厚度不大于5cm。清孔方法是使用的钻机不同而灵活应用通常可采用正循环旋转钻机反循环旋转机真空吸泥机以及抽渣筒等清孔。其中用吸泥机清孔，所需设备不多，操作方便，清孔也较彻底，但在不稳定土层中应慎重使用原理就是用压缩机产生的高压空气吹入吸泥机管道内将泥渣吹出。(9)下钢笼和混凝土导管(10)注水下混凝土清完孔之后，就可将预制的钢筋笼垂直吊放到孔内，定位后要加以固定然后用导管灌注混凝土灌注时混凝土不要中断否则易出现断桩现象。（11）成桩场地布置

下一道工序基础施工工艺流程图

4.2

主要施工具主要机具设备：回转钻机。回转钻机是由动力装置带动钻机的回转装置转动带动带有钻头的钻杆转动，由钻头切削土壤。切削形成的土碴，通过泥浆循环排出桩孔。根据桩型、钻孔深度、土层情况、泥浆排放条件、允许沉碴厚度等条件，泥浆循环方式选择使用正循环方式。正循环回转钻进是以钻机的回转装置带动钻具旋转切削岩土时利用泥浆泵向钻杆输送泥（或清水冲洗孔底携带岩屑的冲洗液沿钻杆与孔壁之间的环状空间上升，从孔口流向沉淀池，净化后再供使用，反复运行，由此形成正循环排渣系统着钻渣的不断排出孔不断地向下延伸达到预定的孔深。由于这种排渣方式与地质勘探钻孔的排渣方式相同故称之为正循环以区别于后来出现的反循环排渣方式。由于是在粘土中钻孔采用自造泥浆护壁钻孔达到要求的深度后测量沉碴厚度，进行清孔。清孔采用射水法，此时钻具只转不进，待泥浆比重降到1.1左右即认为清孔合格。钻孔灌注桩的桩孔钻成并清孔后应尽快吊放钢筋骨架并灌注混凝土用垂直导管灌注法水下施工。水下灌注混凝土至桩顶处，应适当超过桩顶设计标高，

以保证在凿除含有泥浆的桩段后桩顶标高和质量能符合设计要求施工后的灌注桩的平面位置和垂直度都需要满足规范的规定。4.3

主要工程量和材料用（见附图）4.4

保证施工量的措施一成孔质量控制成孔是混凝土灌注桩施工中的一个重要部分其质量如控制得不好，则可能会发生塌孔、缩径、桩孔偏斜及桩端达不到设计持力层要求等，还将直接影响桩身质量和造成桩承载力下降因此在成孔的施工技术和施工质量控制方面应着重做好以下几项工作。（1）采取隔孔施工程序。钻孔混凝土灌注桩和打入桩不同，打人桩是将周围土体挤开桩身具有很高的强度土体对桩产生被动土压力钻孔混凝土灌注桩则是先成孔然后在孔内成桩周围土移向桩身土体对桩产