墩台课程设计

某桩柱式桥墩钻孔灌注桩摩擦桩的设计一、设计资料设计标准以及上部构造设计荷载：公路—I级；桥面净宽：净—11+2×1m；标准跨径:Lk=20m，梁长19.96m，计算跨径19.5m；上部构造：装配式钢筋混凝土简支 T梁桥设计。2．水文地质条件各土层地质情况及有关钻孔灌注桩桩基设计参数见附表一。3．材料钢筋：盖梁主筋用 HRB335钢筋，其他均用 R235钢筋；混凝土盖梁、墩柱用 C30，系梁及钻孔灌注桩用 C25。4．桥墩尺寸河床最大冲刷线图1-1 双柱式墩计算图5．水文地质条件各土层地质情况及有关钻孔灌注桩桩基设计参数见附表一。二、荷载计算主梁集度（KN/m）梁长（m）自重（KN）1（5）26.1419.96521.752（4）27.2419.96543.71327.2419.96543.71合计1609.17（一）恒荷载1、两跨恒载反力：N1=1609.17KN2、盖梁自重反力：N2=（13x1.5x1.6-0.8x0.6x1.6）x25=760.8KN3、系梁自重反力：N3=1.2x1x9.5x25=285KN4、一根墩柱自重：N4=3.14x0.62x4x25=113.04KN5、作用于桩顶恒载反力：N1N2N3N4N恒21440.53kN6、每延米桩长自重力：q=3.14x1.52/4x（25-10）=26.50KN/m(已扣除浮力)（二）活载计算1/19顺桥向活载计算1.2、顺桥向可变荷载移动情况，求得支座活载反力最大值公路--I级a、单孔布载：单列车：B1=0B2119.5010.5238340.38KN2BB1B2340.38KN双列车：2B=680.76KNb、双孔布载：单列车：B110.511.019.502204.75KN2B22381.010.511.021.50350.88KN2BB1B2204.75350.88555.63KN双列车：2B=1111.26KN238KN10.5KN/m238KN10.5KN/m1950 19501.0图1-2单孔、双孔布载人群荷载（图1—3）单孔荷载（一侧）：B10.00KNB23.511.019.534.13KN2BB1B234.13KN双孔布载（一侧）：B1B23.511.019.534.13KN2BB1B268.26KN单孔人群3.5KN/m双孔人群1950 19501.0图1—3人群荷载2/19汽车荷载中双孔荷载产生支点处最大的反力值，即产生最大的墩柱垂直力；汽车荷载中单孔荷载产生的最大的偏心弯矩，即产生最大墩柱底弯矩。双柱反力横向分布：汽车荷载（如图1-4）：单列车：4604750.984180130180195060010.9840.0162双列车：3054750.8213051950460210.8210.179475475人群荷载（图1-3）：600475单侧：11.13950211.130.13双侧：120.50图1-4汽车荷载荷载组合：最大、最小垂直反力计算表1-1表1-1可变荷载组合垂直反力计算（双孔）编号荷载情况最大垂直反力（KN）最小垂直反力（KN）1横向分布iBi(1)横向分布iBi(1)2汽车荷载单列车0.984682.060.01611.093双列车0.8211138.150.179248．154人群荷载单侧行人1.1348.11-0.135.535双侧行人0.542.580.542.58水平力：制动力 T=45 KN作用点为支座中心处：W11纵向风力：作用在盖梁处风力2.251.125KN2墩柱处的风力： W2=1.05KN三、钻孔桩计算钻孔灌注桩直径为 1.50m，用C25混凝土，HRB335级钢筋。灌注桩按 m法计算。桩身混凝土受压弹性模量Eh2.8104Mpa。（一）荷载计算每根桩承受的荷载为：作用于桩顶的恒载反力：N恒1609.17(kN)灌注桩每延米自重：2q 1.5 15 26.50(kN/m) （已扣除浮力）可变荷载反力：a. 双孔可变荷载反力： N1 1138.15(kN)（公路—I级）3/19N1 42.58(kN)（人群荷载、双侧）b. 单孔可变荷载反力： N2 682.06(kN)（公路—I级）N2 42.58(kN)（人群荷载、单侧）Nmax1609.171138.1542.582789.90(kN)（双孔）Nmin1609.17682.0642.582333.81(kN)（单孔）M（682.0648.11）0.4751.1259.611.055.18354.27(kNm)H 45 1.1251.05 47.175（KN）（二）桩长计算该地基土由多层土组成，根据《公路桥涵地基与基础设计规范》中确定单桩轴向受压承载力容许值的经验公式初步反算桩长。设该灌注桩局部冲刷线以下的桩长为 h，一般冲刷线以下深度为 h3，则：1nqikliAm0[[fa0]k22(h3)](2-2)[N][Ra]2i1式中：[N]----一根桩受到的全部竖向荷载（KN），局部冲刷线以下的桩自重力取一半计算。当两跨布载时：[N]N恒N3N5l0q1qh2=1609.17+1138.15+42.58+9.0x9.5+0.5x26.5xh=2875.4+13.25h计算[Ra]时取以下数据。采用式算法确定桩长，假设桩底达到第⑥层土，当h=27m时，桩的设计直径为1.5m,采用旋转钻孔施工，d=5cm，桩周长1.554.867(m)，Ad2/41.52/41.77(m2)，0.75，m00.80，k22.5，[fa0]200MPa，r2=9.35（已扣除浮力）根据各层土选取，故：[Ra]0.5x4.867x[0.59x25+3.1x45+4.69x50+3.48x34+4.94x45+4.33x50+1.19x60]1.77x0.8x0.75x[160+2.5x9.45x(27+4.87-3)]=3369.79KN[N]=2875.4+13.25x25=3219.9KN<[Ra][Ra]>[N]综合以的计算结果可知，冲刷线以下土层厚度h=27m是合理的，故取地面以下31.68m，桩的轴向承载力能满足要求，桩底标高为303.66m。四、桩的内力计算1、桩的计算宽度1bb1kkf(d1)=1.0x0.9x（1.5+1）=2.25m3.2、地基土比例系数m当地基侧面或局部冲刷线以下hm2(d1)=5m深度内有三层土，将三层土的比例系数换算成一个m值4/19mm1h12m2(2h1h2)h2m3(2h12h2h3)h3hm2120.5923(20.593.1)3.118.6(20.5923.11.31)1.31=529.8372、桩的变形系数mb1EIEI0.8ECIEC=2.8107KN/m2I0.0491d4=0.249m4597832.25107=0.3520.82.80.2490.352x27=9.504>2.5按弹性计算作用在局部冲刷线处的基本组合值：M01.4M汽0.6(1.4M制动1.1M风1.4M人)1.4682,060.320.61.44510.181.116.251.413.63707.25(kNm)H00.7(1.4H制动1.1H风）0.7(1.4451.12.175)45.77(kN)单位“力”作用在局部冲刷线处的，桩柱在该处产生的变位计算ah9.5044，取ah4.0。01B3D4B4D32.441HH3EIA3B4A4B30.35230.55781071.003105001A3D4A4D31.625MHHM2EIA3B4A4B30.35220.55781070.023510401A3C4A4C31.751MMEIA3B4A4B30.3520.55781070.0089104局部冲刷线处变位计算：X0H00045.740.1003104642.470.0235104HHM0HM1.976H00M0045.740.0235104642.470.00891040MHMM0.06791025/19局部冲刷线以下深度各截面内力计算：MZ2EIX0A30B3M0C3H0D32EIX0A3EI0B3M0C31H0D32EI3EI2EIX00.35220.55781070.1971020.136104EI00.3520.57581070.06791020.133310411129.94H045.740.352M0.136104A30.133104B3642.47C3129.94D3由表可知：最大弯矩设计值Md682.60(kNm)，Z1.22m桩身弯矩图Mz（KN*m）800.00000）600.00000azzm*N400.00000A3K（B3z200.00000MC3矩D3弯0.00000MZ-200.000000.571.702.845.117.399.94桩长Z(m)桩身弯矩计算表hZA3B3C3D3MZ0.20.57-0.00133-0.000130.999990.2666.815680.41.14-0.01067-0.002130.999740.39998682.598060.81.70-0.08532-0.034120.991810.79854670.314861.02.27-0.16652-0.085320.975010.99445642.641911.22.84-0.28737-0.172600.937831.18342595.036031.63.98-0.67629-0.543480.738591.50695473.409001.85.11-0.95564-0.867150.529971.61162403.542832.06.25-1.69334-1.90567-0.270871.57538262.277732.47.39-2.62126-3.59987-1.877340.91679135.906563.08.52-3.54058-5.99979-4.68788-0.8912636.899313.69.94-3.91921-9.54367-10.3404-5.85402-41.112654.011.36-1.61428-11.7307-17.9186-15.0755-64.66321轴向力组合计算Nd1.2N恒1.4N汽0.81.4N人1.21609.171.41138.150.81.442.583571.89(kN)6/19五、桩顶水平位移计算X00h1h200H1nh3h3nh?hhhM外h2nh2hhE1I1312211221212E1I1式中：h14.0H452.12547.125KNE1I12.81070.0491.24.284107nE1I1(1.2)40.41EI1.5M外218.26458.1010.815.44692.61则有：46.12510.414.03030.414.004.0000.28410732692.61020.414.0204.00.0012260.284107X00h1h200.1971020.06791024.000.1231020.551025.8mm水平位移容许值5.02725.98>5.8,符合要求。五、桩身配筋计算按偏心受压构件进行配筋计算截面设计：偏心矩：e0MdNdh0 r r0

682.600.191m3571.89偏心矩增大系数：

0.22.7e0h011.150.01lphlp0.7(l04)111400e0/h0

0.22.70.2260.6330.750.880.751.15 0.01 11.84 1.071.540.7 (4.68 ) 11.84(m)0.327(lp)212h11(11.84)20.6331.0714000.226/(0.750.880.75)1.57/191.192e0 1.192 0.226 0.269(m)主筋采用 HRB335级钢筋。配筋率：fcdBrA(e0)fsdC(e0)Dr011.5750B269A280269C660D30.8B11.05A269C660D承载力：NuAr2fcdCr2fsd750211.5A7502280C6468750A157500000CξABCDρNu0.250.44730.3413-1.23481.6012-0.004003671.40当0.25，计算纵向力Nu略大于设计值Nd3571.89。0.000400<0.005，故取0.005。所需钢筋面积：Asr20.00575028831.25(mm2)钢筋配筋如图所示。主筋选用18根公称直径为25的HRB335钢筋，实际的配筋率As/r28836.200.0052750箍筋采用螺旋箍筋R235级，直径8mm,螺旋筋的间距S200mm。为加强钢筋骨架的刚度，在钢筋骨架上每隔2.5m设置一道直径为20mm的加劲箍筋。横系梁高1.2m宽0.9m，采用C25混凝土，按构造配筋0.15%AsAcd0.15%10800001620mm2选取钢筋为614812面积为Asw1828.2mm2箍筋直径为8mm间距为250mm。8/19某桩柱式桥墩钻孔灌注桩端承桩的设计一、设计资料设计标准以及上部构造设计荷载：公路—I级；桥面净宽：净—11+2×1m；标准跨径:Lk=20m，梁长19.96m，计算跨径19.5m；上部构造：装配式钢筋混凝土简支 T梁桥设计。2．水文地质条件各土层地质情况及有关钻孔灌注桩桩基设计参数见附表一。3．材料钢筋：盖梁主筋用 HRB335钢筋，其他均用 R235钢筋；混凝土盖梁、墩柱用 C30，系梁及钻孔灌注桩用 C25。4．桥墩尺寸河床最大冲刷线图1-1 双柱式墩计算图5．水文地质条件各土层地质情况及有关钻孔灌注桩桩基设计参数见附表一。二、荷载计算主梁集度（KN/m）梁长（m）自重（KN）1（5）26.1419.96521.752（4）27.2419.96543.71327.2419.96543.71合计1609.17（一）恒荷载1、两跨恒载反力：N1=1609.17KN2、盖梁自重反力：N2=（13x1.5x1.6-0.8x0.6x1.6）x25=760.8KN3、系梁自重反力：N3=1.2x1x9.5x25=285KN4、一根墩柱自重：N4=3.14x0.62x4x25=113.04KN5、作用于桩顶恒载反力：N1N2N3N4N恒21440.53kN6、每延米桩长自重力：q=3.14x1.52/4x（25-10）=26.50KN/m(已扣除浮力)（二）活载计算9/19顺桥向活载计算1.2、顺桥向可变荷载移动情况，求得支座活载反力最大值公路--I级a、单孔布载：单列车：B1=0B2119.5010.5238340.38KN2BB1B2340.38KN双列车：2B=680.76KNb、双孔布载：单列车：B110.511.019.502204.75KN2B22381.010.511.021.50350.88KN2BB1B2204.75350.88555.63KN双列车：2B=1111.26KN238KN10.5KN/m238KN10.5KN/m1950 19501.0图1-2单孔、双孔布载人群荷载（图1—3）单孔荷载（一侧）：B10.00KNB23.511.019.534.13KN2BB1B234.13KN双孔布载（一侧）：B1B23.511.019.534.13KN2BB1B268.26KN单孔人群3.5KN/m双孔人群1950 19501.0图1—3人群荷载10/19汽车荷载中双孔荷载产生支点处最大的反力值，即产生最大的墩柱垂直力；汽车荷载中单孔荷载产生的最大的偏心弯矩，即产生最大墩柱底弯矩。双柱反力横向分布：汽车荷载（如图1-4）：单列车：4604750.984180130180195060010.9840.0162双列车：3054750.8213051950460210.8210.179475475人群荷载（图1-3）：600475单侧：11.13950211.130.13双侧：120.50图1-4汽车荷载荷载组合：最大、最小垂直反力计算表1-1表1-1可变荷载组合垂直反力计算（双孔）编号荷载情况最大垂直反力（KN）最小垂直反力（KN）1横向分布iBi(1)横向分布iBi(1)2汽车荷载单列车0.984682.060.01611.093双列车0.8211138.150.179248．154人群荷载单侧行人1.1348.11-0.135.535双侧行人0.542.580.542.58水平力：制动力 T=45 KN作用点为支座中心处：W11纵向风力：作用在盖梁处风力2.251.125KN2墩柱处的风力： W2=1.05KN三、钻孔桩计算钻孔灌注桩直径为 1.50m，用C25混凝土，HRB335级钢筋。灌注桩按 m法计算。桩身混凝土受压弹性模量Eh2.8104Mpa。（一）荷载计算每根桩承受的荷载为：作用于桩顶的恒载反力：N恒1609.17(kN)灌注桩每延米自重：2q 1.5 15 26.50(kN/m) （已扣除浮力）可变荷载反力：11/19双孔可变荷载反力：单孔可变荷载反力：

N11138.15(kN)（公路—I级）N142.58(kN)（人群荷载、双侧）N2682.06(kN)（公路—I级）N242.58(kN)（人群荷载、单侧）Nmax1609.171138.1542.582789.90(kN)（双孔）Nmin1609.17682.0642.582333.81(kN)（单孔）M（682.0648.11）0.4751.1259.611.055.18354.27(kNm)H 45 1.1251.05 47.175（KN）（二）桩长计算由于端承桩必须打在持力层上，初步确定该土层为持力层，所以拟定桩长为 14.9m，h14.63.6610.94m，则：[N]N恒N5N5'l0q1qh2=1609.17+1138.15+42.58+9.0x9.5+0.5x26.5xh=2875.4+13.25h=3072.83KNm1n[Ra]c1Apfrkui1c2ihifrki2sui1liqikcApfrk0.6120%1.772610622.091031m1066.96103uc2ihfrki4.710.05120%1.4226i1i1n1suiliqik0.54.71[1.51600.281653.61750.881800.521701.71852122.081901.082100.42001.122801.7226]3122.34(kN)[Ra]22.091036.961032935.623124.23(kN)[N]符合承载力要求。四、桩的内力计算1、桩的计算宽度b1b1kkf(d1)=1.0x0.9x（1.5+1）=2.25m3.2、地基土比例系数m当地基侧面或局部冲刷线以下hm2(d1)=5m深度内有三层土，将三层土的比例系数换算成一个值mm1h12m2(2h1h2)h2m3(2h12h2h3)h3hm2120.5923(20.593.1)3.118.6(20.5923.11.31)1.31=529.83712/192、桩的变形系数mb1EIEI0.8ECIEC=2.8107KN/m2I0.0491d4=0.249m4597832.25107=0.3520.82.80.2490.352x27=9.504>2.5按弹性计算作用在局部冲刷线处的基本组合值：M01.4M汽0.6(1.4M制动1.1M风1.4M人)1.4682,060.320.61.44510.181.116.251.413.63707.25(kNm)H00.7(1.4H制动1.1H风）0.7(1.4451.12.175)45.77(kN)单位“力”作用在局部冲刷线处的，桩柱在该处产生的变位计算ah9.5044，取ah4.0。01B3D4B4D32.441HH3EIA3B4A4B30.35230.55781071.003105001A3D4A4D31.625MHHM2EIA3B4A4B30.35220.55781070.0235104A3C4A4C3011.751MMEIA3B4A4B30.3520.55781070.0089104局部冲刷线处变位计算：X0H00045.744642.470.02354HHM0HM0.100310101.976H00M0045.740.0235104642.470.00891040MHMM0.0679102局部冲刷线以下深度各截面内力计算：MZ2EIX0A30B3M0C3H0D32EIX0A3EI0B3M0C31H0D32EI3EI2EIX00.35220.55781070.1971020.13610413/19EI00.3520.57581070.06791020.13331041H0145.74129.940.352M0.136104A30.133104B3642.47C3129.94D3由表可知：最大弯矩设计值Md682.60(kNm)，Z1.22m桩身弯矩图Mz（KN*m）800.00000）600.00000m*N400.00000K（z200.00000M矩弯0.00000-200.000000.571.702.845.117.399.94桩长Z(m)

azzA3B3C3D3MZ桩身弯矩计算表hZA3B3C3D3MZ0.20.57-0.00133-0.000130.999990.2666.815680.41.14-0.01067-0.002130.999740.39998682.598060.81.70-0.08532-0.034120.991810.79854670.314861.02.27-0.16652-0.085320.975010.99445642.641911.22.84-0.28737-0.172600.937831.18342595.036031.63.98-0.67629-0.543480.738591.50695473.409001.85.11-0.95564-0.867150.529971.61162403.542832.06.25-1.69334-1.90567-0.270871.57538262.277732.47.39-2.62126-3.59987-1.877340.91679135.906563.08.52-3.54058-5.99979-4.68788-0.8912636.899313.69.94-3.91921-9.54367-10.3404-5.85402-41.112654.011.36-1.61428-11.7307-17.9186-15.0755-64.66321轴向力组合计算Nd 1.2N恒 1.4N汽 0.81.4N人1.21609.171.41138.15 0.81.4 42.583571.89(kN)五、桩顶水平位移计算X0 0 h1h2 014/19H1nh13h23nh2?h1h1h2M外h22nh12h2h10E1I132E1I1式中：h14.0H452.12547.125KNE1I12.81070.0491.24.284107nE1I1(1.2)40.41EI1.5M外218.26458.1010.815.44692.61则有：46.12510.414.03030.414.004.0000.28410732692.617020.414.0204.00.0012260.28410X00h1h200.1971020.06791024.000.1231020.551025.8mm水平位移容许值5.02725.98>5.8,符合要求。五、嵌固深度计算取h4.0时的弯矩MH=3.522137kNm计算hMH3.5220.0370.50.0655frkd0.06551261031.5按构造要求桩底深入岩石层厚度0.5m六、桩顶水平位移计算X00h1h200H1nh13h23nh2?h1h1h2M外h22nh12h2h1E1I132E1I1式中 ：h1 4.0H 45 2.125 47.125KN15/19E1I12.81070.0491.24.284107nE1I1(1.2)40.41EI1.5M外218.26458.1010.815.44692.61则有：46.12510.414.03030.414.004.0000.28410732692.617020.414.0204.00.0012260.28410X00h1h200.1971020.06791024.000.1231020.551025.8mm水平位移容许值5.02725.98>5.8,符合要求。七、桩身配筋计算按偏心受压构件进行配筋计算截面设计：偏心矩：e0MdNdh0rr0偏心矩增大系数：

682.600.191m3571.8910.22.7e00.22.70.2260.633h00.750.880.751.15lp1.1511.841.0710.010.011.5hlp0.7(l040.74)(4.68)11.84(m)0.32711lp2()121400e0/h0h114001(11.84)20.6331.07e00.226/(0.750.880.75)1.51.1920.2260.269(m)1.192主筋采用HRB335级钢筋。配筋率：fcdBrA(e0)fsdC(e0)Dr011.5750B269A280269C660D30.8B11.05A269C660D承载力：NuAr2fcdCr2fsd750211.5A7502280C16/196468750A157500000CξABCDρNu0.250.44730.3413-1.23481.6012-0.004003671.40当0.25，计算纵向力Nu略大于设计值Nd3571.89。0.000400<0.005，故取0.005。所需钢筋面积：Asr20.00575028831.25(mm2)钢筋配筋如图所示。主筋选用18根公称直径为25的HRB335钢筋，实际的配筋率As/r28836.200.0052750箍筋采用螺旋箍筋R235级，直径8mm,螺旋筋的间距S200mm。为加强钢筋骨架的刚度，在钢筋骨架上每隔2.5m设置一道直径为20mm的加劲箍筋。横系梁高1.2m宽0.9m，采用C25混凝土，按构造配筋0.15%AsAcd0.15%10800001620mm2选取钢筋为614812面积为Asw1828.2mm2箍筋直径为8mm间距为250mm。参考文献：交通部.公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）.北京：人民交通出版社，2004[2]交通部.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTGD62-2004）.北京：人民交通出版社，2004[3]交通部.公路桥涵地基基础设计规范（JTJD63—2007）.北京：人民交通出版社，2004[4]盛洪飞