某大桥低桩承台基础课程设计计算书

概述本设计资料是江阴市某大桥低桩承台基础设计，该桥上部结构型式采用变截面连续箱梁双幅桥，荷载标准公路——I级，桥面双幅并立，中央空间9m,单幅横向布置为0.35m（栏杆）+5m（非机动车道）+0.4m（隔离栅）+12.25m（车行道）+0.5m（防撞护栏）=18.5m，总宽46m.桩的型式采用钻孔灌注桩，桩身采用C25混凝土，承台采用C30混凝土。本设计是针对15#墩（左幅），对应的地质钻孔是ZKB4，其设计控制荷载分别为：N=60000kN（↓）、H=600kN（→）、M=6204kN·m(↖)。本设计工程桩基础采用钻孔灌注桩。施工时直接在桩位上就地成孔，然后在孔内安放钢筋笼、灌注混凝土而成。钻孔的方法主要根据地质条件，本设计采用的正循环回转钻机。正循环旋转钻进是泥浆由泥浆泵压进泥浆笼头，通过钻杆从底端钻头射出而输入孔底，泥浆挟钻渣上升，从护筒顶溢流口不断流出排至沉淀池内，钻渣沉淀，泥浆流入泥浆池循环使用。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。（一）、施工工艺钻孔灌注桩是用动力驱使钻头在土中钻进成孔。主要的工序是钻孔、清孔、下钢筋笼和灌注混凝土。具体施工工艺流程图见图一。（二）、主要工艺的技术要求埋设护筒埋设护筒是钻孔灌注桩准备工作中的一个最主要环节。混同为圆形，可用木、钢板。钢筋混凝土制作，要求坚实耐用、不变形不漏水，并应能重复使用。埋设护筒要满足以下要求：①护筒直径应比钻头直径大100~400mm，依据成孔方式来确定。②护筒顶标高奥高出地面或岛面300~500mm,高于地表水面或地下水面1.5~2.0m;③护筒底应用粘土夯填，不得漏水跑浆。泥浆制备泥浆是用作护壁用，由水、粘土（或膨胀土）和添加剂组成。泥浆的作用：增大孔内向外的静水压力，并在孔壁形成一层泥皮，隔断孔内外水流起着护壁的作用；用作悬浮钻渣，润滑钻头，减少钻进阻力。t图一钻孔灌注桩施工工艺图3、钻孔本设计中采用的是旋转钻孔法，用动力驱动钻头旋转切削地层，利用泥浆循环排渣成孔的旋转钻机钻孔。在钻孔过程中，要注意以下几个问题：①钻进过程中要随时检查进尺和土层和土质情况，并做好记录；②在转进过程中要随时检查孔径和垂直度，当发生严重的斜孔、弯孔、缩孔时要进行必要的修孔；③在钻进过程中，要注意护筒内水头高度的稳定性，以防坍孔；④经常检查钻具、钻杆、钢丝绳和联结装置，对卡钻、掉钻要及时处理；4、清孔钻孔达到设计标高后，应立即进行清孔。清孔的目的是减小孔底沉淀土层厚度，以达到设计要求，保证桩尖土的承载力；为灌注水下混凝土创造良好条件，保证水下混凝土灌注质量。采用抽浆清孔法，直接用反循环钻机、空气吸泥机、水力吸泥机或离心吸泥泵等将孔底含钻渣泥浆吸出达到清孔的目的。此法清孔较彻底，适用于各种方法钻孔的桩柱和摩擦桩。钢筋骨架组装和吊安钻孔灌注桩的钢筋笼要提前制作组装，长桩情况下钢筋笼长度很长应分节制作，每节长度以8~9m为宜。在加工制作和组装时，要注意其施工精度，并应有较高的刚度。灌注水下混凝土水下混凝土一般采用刚性导管法灌注。刚性导管用钢管制作，导管内径一般为200~350mm，导管使用前应进行必要的水密、承压和接头抗拉等试验。开始灌注混凝土时，应在漏斗底口处设置可靠的隔水设施。第二章桩径、桩长的确定2.1桩径、桩长的初拟根据相关设计材料的数据，初步确定桩长45米，桩径D=2米。承台尺寸初拟及地面标高见图二。摩擦桩单桩轴向力受压容许承载力：（桩孔灌注桩）其中，桩的周长;（桩径D=2m,采用旋转钻，则直径增大5cm）（具体数据参见表一）面积：修正系数：深度,故取米；桩底土的容许承载力;桩侧土的平均容重故估算桩数：n取整数，即;桩的具体分布及承台尺寸见图二；表一桩埋置深度范围内土的相关数据土层深度地基系数内摩擦角Φ①1.4018.70157.1012040②8.6017.73415.609024③1.7019.601513.8020066④14.4019.561516.5823057⑤4.8019.851516.1024070⑥6.0018.555527.0016045⑦5.1019.20420.4022055假设桩基插入最底层的高度为h，，则;;假设埋置深度小于等于40，则;解之，可得h,=4.51m;则桩长取整，可得桩长L=42米；又因为42>40，故假设不成立。所以取h=40米；则解之，可得.故桩长米。取整，得出确定的桩长为。第三章桩基内力及位移计算桩的计算宽度其中，形状换算系数受力换算系数因为桩间净距,则（b`查表，可得）所以，桩的计算宽度：；此桩总长42米，共经过七层不同的土层，具体数据见表一。地基系数的确定采用等效面积换算法，其计算图示见图四。等效面积计算m值：又因为所以地基系数ɑ的确定变形系数的计算公式：其中，基础计算刚度所以，桩的计算刚度=的确定“力”作用，桩在该处变位因桩底是非岩石类土，且所以则“力”作用在桩顶时桩顶变位计算其中.的计算其中，；摩擦角侧摩阻力以扩散角至桩地面得的半径为：；∴；∴桩身截面；则：的计算3.5.1承台发生单位变位时，所有桩顶对承台作用反力之和的计算其中，为每排的桩数，为各桩至承台中心处的距离。的计算计算校核：此设计中，桩顶即为承台底面，力计算弯矩其中，;则有;桩身截面配筋只需要弯矩，不会发生剪力破坏，在此只计弯矩。可从书附录=2\*ROMANII中按查取，其计算列于表二，绘制的桩身弯矩图见图5。表二桩身弯矩计算表αZZ0.704-0.00133-0.000130.999990.200006608.1061.408-0.01067-0.002130.999740.399986915.6102.113-0.03600-0.010800.988060.599747003.9462.817-0.08532-0.034120.991810.798547030.63513.521-0.16652-0.083290.975010.994456808.5384.930-0.45515-0.319330.865731.358215884.8556.338-0.95564-0.867150.529971.611624559.1727.746-1.69334-1.90567-0.270871.575383145.2129.155-2.62126-3.59987-1.877340.916791900.883310.563-3.54058-5.99979-4.68788-0.89126979.64812.324-3.91921-9.54367-10.34040-5.85402341.286414.085-1.61428-11.73066-17.91860-15.07550166.546从表中可以看出：最大的弯矩设计值为其轴向设计值为：；竖向承载力验算由于内摩擦角的影响，假想平面按扩散，其计算图示见图六。按此原理，则假想平面的计算长度：；计算宽度：；由此计算所得出的假想平面见图七；群桩实体基底面积：群桩实体基底纵向截面模量：图七说明，其中阴影部分为由于内摩擦角而延伸的宽度，其值：群桩桩底平面最大压应力其中，桩的埋置深度；承台底面至地面的高度；承台底面以上土的重度（按一般土质取值）；承载力修正系数;承台底面中心处竖向力,弯矩；承台底面至桩底平面土的平均密度，包括桩的重力在内（kN）：式中：可得出：所以，桩底平面处地基土的容许承载力：由上计算，可得所以，群桩承载力满足要求。第五章桩身配筋计算钻孔灌注桩，直径D不小于800mm，桩内的纵向钢筋的直径不小于14mm，根数不宜少于8根，其净距不宜小于80mm,保护层厚度不宜小于60∽75mm。配筋资料：最大弯矩设计值结构重要性系数；桩孔灌注桩；桩两端支座固定，计算长度桩身采用C25混凝土，；拟采用HRB400钢筋，配筋计算：桩的半径混凝土保护层厚度取70mm;拟采用（外径44.5）钢筋，单根钢筋供给面积；则；；桩的长细比则；其中，；对于圆形，；∴>1∴∴；计算偏心距：；假设值，直到求的较吻合的值，其计算结果见表三。表三假设值，验算轴向力设计值ABCD5667.4837157.6617479.4717811.490由表三，可以看出，配筋率即为所求。则所需钢筋面积为：；钢筋根数；所以选取14根钢筋，绕圆周平均分配，供给面积；实际配筋率；钢筋净距；因为实际配筋率略高于计算值，假设，则查表得出：；则因为,计算偏心距与实际偏心距基本相等，所以即为所求。截面所能承受的轴向力设计值：截面所能承受的弯矩设计值：故承载力满足要求。