基础工程桥台设计

桥台桩基础设计计算书-、荷载计算(一)恒载⑴.上部构造恒载反力及桥台台身、基础上土重计算.承台上表面到台帽之间填土的平均高度：h=(6.721+6.65+6.567+6.485):4=6.606m桥台分块

桥台自重计算表序号计算式竖直力(KN)对基底中心轴偏心(m)弯矩(KN•m)10.35X0.92X20.29X25163.33451.9255314.1921.1X1.2X20.29X25669.571.51004.35530.3X0.3X19.99X2544.982.25101.2140.5X0.3X0.3X19.99X2522.492.2049.4852.5X0.75X0.3X2514.06253.3544.1160.5X2.5X1.37X0.3X2512.842.9337.6371.0X6.606X0.8X25X4528.481.5792.7283.0X6.606/2X0.8X25X4792.720095.4X2.2X1.5X20X4+1.2X3.3X1.5X20X62138.400合计4386.8772082.455以上为桥台及基础自重再求承台及其上部填土自重序号计算式竖直力(KN)对基底中心轴偏心(m)弯矩(KN•m)10.4X0.6/2X18.7X2351.6122.5129.0320.6X0.35X18.7X2390.3212.4216.7730.6X0.62X18.7X19.5135.64982.4325.5640.153X0.23/2X18.7X19.512.8320.82410.5750.7X6.606X18.7X19.51686.212.353962.661X6.606X(18.7-0.8X4)X19.51966.661.52994.99576.606X3/2X(18.7-0.8X4)X19.52994.9950083.0X6.606/2X18.7X19.53613.32-1.0-3613.3296.606X0.7X18.7X19.51686.21-2.35-3962.610-2.247X3.37/2X18.7X19.5-1380.636-1.5772177.26113.3X2.6X1.5X3X19.5752.89500合计11640.072240.873)上部恒载反力计算由设计任务书可知，该桥由2根边梁，15根中梁和上部铺装组成，则其自重为即为桥台的上部恒载。P1=19.94X2X12.54+19.94X15X10.28=3574.8432KNP2=3.5X19.94X(12+5.5)=1221.325KNP恒=(P1+P2)/2=2398.08KNe-1.48mxM恒=P恒xe=2398.08x1.48=3549.16kN-m(二)、土压力计算：土压力按台背竖直，8=0,填土分成两层:

第一层： h1=1.5m q1=40°,£=0,61=中/2=20°,8=0,y23第一层： h1=1.5m q1=40°,£=0,61=中/2=20°,8=0,y23kNm3第二层： h「8.726mc=30kP,中=16° ,y=19.5kNjm3将各层土的重度，内摩擦角按土层厚度进行加权平均.y £yh23x1.5+19.5x8.726t=£^^= =20.01KN/m310.226根据土压力相等的概念来计算等效内摩擦角中值.D2c中=2{45°-arctan[tan(45°一中/2)——]}=2{45°-arctan[tan(45°-8°)-2X30/19.5X8.726]}=46.3°£中h 40°x1.5+46.3°x8.726心甲=£h^= =45.376。10.2261、台后填土表面无活载时土压力计算B取桥台填土宽18.7m式中：Ym墙后填土重度的加权平均值（kNm3）；H――土压力作用的高度，9.726m；B――土压力作用的宽度，18.7m；七――主动土压力作用系数。C0SC0S2(甲-£) mK= “C0S2EXcos(M)x[1+部气+8)x血叩顶L\cos(8+E)C0S(E-P)_ cos2(45.376。-0)_I ,…*一~[「:sin(45.376。2+45.376。)xsin(45.376。-0)Icos20xcos(45.376。2+0)x[1+，一 上cos(45.376。2+0)cos(0-0)=0.157E=1x20.01x10.2262x0.157=3071.64KNa2Ea=ECOS(8+e)=2833.95KNH-e=—=3.409my3M=Ee=9660.95KN•mEy=Esin(8+e)=1184.77KNe=2.7mM=Ee=3198.88KN•m2、台后填土表面有汽车荷载时土压力计算桥台土压力计算采用车辆荷载，汽车荷载换算成等代的均布土层厚度ZG

h= Bly式中：1。一破坏棱体长度，』。=H(tanE+cota)；H――桥台高度，取10.226m；

a――破坏棱柱体滑动面与水平面之间的夹角。cota=—tan(£+中+8)+.,：tan(中+』)Icot中+tan(中+8)]=-tan(45.376。+22.688。)+Jtan(22.688。+45.376。)Icot245.376°+tan(45.376°+22.688。)」=0.45破裂棱柱体长度:l。=H(tan£+cota)=10.226X0.45=4.6m在破坏棱体范围内布满均布荷载:ZG=3X140X2X0.78=655.2kN将车辆荷载转换为等效土层，厚度为:ZGh= Bly655.2tc~二 z3—八~八 0.38m18.7x4.6x20.01台背在填土连同破坏接体上车辆荷载作用下的引起的土压力:E=1yH(2h+H)KB1=x20.21=x20.201x10.226x(2x0.38+10.226)x18.7x0.157=3299.92kN水平方向的分力EA=EAcos(6+£)=3044.57kN作用点与基础底面中心的距离:HH+3h、e=—(—+ )y3H+2h

1 /=_(X1 /=_(X10.226+310.226+3x0.3810.226+2x0.38)=-3.53m水平方向土压力对基地形心轴的弯矩:M=E^e=-10747.33kN•m竖向分力：EA=Easin(5+£)=1272.82kN与基础底面的距离：e=2.7mx竖直方向土压力对基底形心轴的弯矩:M=Eyxe=3436.62kN•m3.台前溜坡填土自重对桥台前侧面的主动土压力在计算时，以基础前侧边缘垂线作为假想台背，土表面的倾斜度以溜坡坡度为1:1.5,算得0=-33.69°，则基础边缘至坡面的垂直距离为H'=10.226—4.367=5.859m主动土压力系数：C0S2(甲—£)七一C0S2£Xcos(8+£)x[1+丁叩+8)Xsin(#Lcos(6+£)cos(£—P)cos2(45.376。—0) —0.1225cos20Xcos(45.376。2+0)x[1+E"376X顷垩sin(45.376+翼。Lcos45.376/2ocos33.69。主动土压力为：E=1yH,2KBA2ma1=X19.5X5.8592x18.7x0.1225=766.7kN2水平方向的分力E'A=E'Acos(6+£)=707.38kN作用点与基础底面中心的距离：1

e=-3x5.859=1.953m水平方向土压力对基地形心轴的弯矩：M'=E'Axe=1381.5kN-m竖向分力：E'A=E'Asin(5+&)=295.726kN与基础底面的距离：e-—2.7m尤竖直方向土压力对基底形心轴的弯矩：M'=E'Axe=—798.46kN-m、支座活载反力计算按下列情况计算支座反力：第一，桥上有汽车及人群荷载，台后无活载；第二，桥上有汽车及人群荷载，台后也有汽车荷载，而重车在台后填土上；1、桥上有汽车荷载及人群荷载，台后无活载(1)汽车及人群荷载反力在桥跨上的汽车荷载布置如下所示:

q=iO-5W>此二q=iO-5W>此二215kN支座反力:(215+；x10.5x19.46)x3x0.78=742.166kN人群荷载支座反力:R'1=-X19.46X3X3=R'12支座反力作用点离基底形心轴的距离:e=1.48mR1MR11xeMR11xeR1=1098.41kN-mMR1=RfxeR1=129.6kN-m（2）汽车荷载制动力车道荷载的均布荷载标准值应满布于是结构产生最不利效应的同号影响线上，而集中荷载标准值只作用于相应影响线中一个最大影响线的峰值处。而集中荷载标准值只作用于在左侧的平板橡胶支座上，则由一个设计车道上由汽车产生的制动力标准值按《公路桥涵设计通用规范》规定的车道荷载标准值在加载长度上计算得总重力的10%计算其单车道制动力：(10.5X19.46+215)X10%=41.953kN<165KN对于端部桥台设滑板橡胶支座的简支梁桥台，应计的制动力为：0.3H=0.3X165=49.5KN2汽车及人群均有荷载pt=215KNq=10.为得到活载作用下最大竖直力在均部荷载Q=10.5kN,：m满跨布置集中荷载中集中荷载P=215kN..血布置在最大影响线峰值出车辆荷载后轮反力为后台则支座反力为"=(215x1+1/2x1x19.46x10.5)x3=742.166KN人群引起的支座反力R'=1x19.46x3x3=87.57kN1 2支座反力作用点离基底形心轴的距离：e=1.48mR1对基底形心轴的弯矩:M1=R1xe1=1098.41kN-mMr广R1,xeR1=129.6kN-m（四） 支座摩阻力计算滑动支座摩擦系数取f=0.05,则支座摩阻力：F=P恒/=2398.08X0.05=119.904kN支座摩阻力与承台底面的竖直距离：e^=10.226-1.02=9.206m支座摩阻力与承台底面形心轴的弯矩：M支=Fxe,=119.904x9.206=1103.836KN.m（方向按荷载组合需要来确定）对于埋置式桥台不计汽车荷载冲击力，同时从以上对制动力和支座摩阻力的计算结果表明，支座阻力大于制动力。因此在以后的附加组合中，以支座摩阻力为控制设计。（五） .工况分析根据实际可能发生的组合，应按五种情形进行荷载组合，对应三种情况，即：桥上有活载，台后无汽车荷载；桥上有活载，台后也有汽车荷载；桥上无活载，台后有汽车荷载。荷载组合基本公式：YS=T5S+yS+甲乙ySoud0 aiaikQ1Q1kcQjQjki=1 j=2 )式中：，皿——承载能力极限状态下作用基本组合的效应组合设计值；o——结构重要性系数，该桥为中桥，取Yo=1；g——第i个永久作用效应的分项系数，桥台自重、恒重、填土自重取1.2,土的侧向压力取1.4Q1——汽车荷载效应的分项系数，取YQ1=1.4；Qj——在作用效应组合中除汽车荷载效应外的其它可变作用效应的分项系数，人群荷载分项系数取1.4，vc——在作用效应组合中除汽车荷载效应外的其它可变作用的组合系数。名称竖直力（KN）水平力（KN）弯矩（KN•m）桥台自重4386.8772082.455填土重11640.042240.87上部恒载2398.083549.16台后无活载土压力1184.772833.953198.88-9660.95台后有活载土压力1272.823044.573436.62-10743.33台后无活载汽车荷载反力742.1661098.41台后无活载人群荷载反力87.57129.6台后有活载汽车何载反力742.1661098.41台后有活载人群荷载反力87.57129.6汽车制动力49.5支座摩阻力119.9041103.83台前填土压力-295.726-707.381381.5+798.46下面计算各种荷载组合形式恒载+台前布载+汽车制动力竖直力YNd=1.2X(4386.877+11640.07+2398.08/2)+0.8X1.4X87.57+1.4X1184.77-295.726+1.4X742.166=23171.25kN水平力YH^=1.4X2833.95-1X707.38+1.4X49.5=3329.45kN弯矩YMd=1.2X(2082.455+2240.87+3549.16/2)+0.7X1.4X129.6-1.4X9660.95+1.4X(3198.88+1381.5)+1.4X1098.41=2987.314kN.m恒载+台前布载+支座摩阻力：竖直力YN广23171.25kN水平力YHd=1.4X2833.95-707.38+1.4X0.8X119.904kN弯矩YMd=1.2X(2082.455+2240.87+3549.16/2)]+1.4X(3198.88-9660.95)=2531.295kN.m恒载+台前布载+台后布载+汽车制动力：竖直力YNd=1.2X(4398.877+11640.07+2398.08/2)+1.4X1272.82-295.726+1.4X742.166+1.4X0.8X87.57=23294.52水平力YHd=1.2X3044.57-707.38+1.4X49.5=3624.318KN弯矩YMd=1.2X(2082.455+2240.87+3549.16/2)+1.4X(3436.62-10743.33)+1.4X(1381.5+798.46)+1.4X1098.41+0.8X1.4X129.6=1822.96KN-m恒载+台前布载+台后布载+支座摩阻力：竖直力YN^=23294.52kN水平力YHd=1.4X3044.57-707.38+0.8X1.4X119.6=3688.97kN弯矩YMd=1.2X(2082.455+2240.87+3549.16/2)+1.4X(3436.62-10743.33)+1.4X(1381.5+798.46)+1.4X1098.41+0.7X1.4(X1103.836+129.6)=1348.75kN.m恒载+台前布载+台后布载竖直力YN=1.2(4386.877+11640.07+2398.08/2)+1.4X(1272.82+742.166)+1.4X0.8X87.57=23590.24kN水平力YH日二1.4X3044.57=4262.398kN弯矩YM^=1.2X(2082.455+2240.87+3549.16/2)+1.4X(3436.62-10743.33)+1.4X1098.41+0.8X1.4X129.6=-1228.98kN.m荷载组合汇总表荷载组合竖直力(kN) 水平力(kN) 弯矩(kN.m)23171.25 3329.45 2987.31423171.25 3394.44 2531.29523294.52 3624.318 1822.9623294.52 3688.97 1348.7523590.24 4262.398 -1228.98五种荷载组合的汇总表如表所示，荷载组合的计算结果表明综上所述，最不利的荷载组合如下：Nd=23590.24kN H=4262.398kN M以=2987.314kN.m二、桩基础设计桩径取1.2m，设计资料中21.00m--38.00m为密实的砾类土，拟定桩长25m.(一)计算桩顶£、g、Mj桩的计算宽度b1d>1.0m时b=kk(d+1)当L=2.0m,h=3(d+1)当1 1查教材表3—18得K^=0.9七=3(d+1)=3x(1.2+1)=6.6mn=2时，b2=0.6k=b+1-0.6xLi=0.6+1-0.6x2=0.8022 0.6h 0.6 0.6贝0b「0.9X1.83X0.802X1.2=1.588m桩的变形系数a查教材表4—14得_5:mb以=~Elm=100000kN/m4E=0.67气=0.67x2.6x107=1.742x107

l=立=—x1.24=0.102m464 64a_5m^_i1100000x1.588=0617

a=了~Et~1.742x107x0.102=.则其计算长度:h=ah=0.617X25=15.425m>2.5m属于弹性桩，按弹性桩计算.3.计算桩顶刚度系数P、P、P、PTOC\o"1-5"\h\z12 3 4C- 1P1_i+gh r~°AE^ C~A^一一一 兀d21.22兀一―式中：l=0h=25m&=0.5A=^=—^—=1.13m2S=3.2mC0=m0xh=100000x25=2.5x106kN.m兀A=—S2=8.04m20 4综上所述:1P= z =1.46x106=0.838EI1 0+0.5x25 1 + 1.13x2.6x1072500000x8.04桩的换算深度：h=ah>4m,取h=4m。10=0.47x0=0查附表17.18.19得xQ=1.06423x皿=0.98545、=1.48375。P2=a3EI%。=0.6173EI1.06423=0.25EIP=a2EIx=0.6172EI0.98545=0.375EI3 MP4=aEIR=0.617EI1.48375=0.9155EI4•计算承台底面中心处的位移""、七23590.24 3518.83N= = 0=nP 8x0.838EIEI1nP4+叩气2=8x0.9155EI+0.838EIx8x1.62=24.49EIi=1

np=8x0.25EInp=8x0.25EI=2EI2np=8x0.375EI=3EI3rnp+pH+npM224.49EIx4262.398+3EIx2987.314_2835.122EIx24.49-(3EI)2 eInpM+npH □ 2 rnp np+p乎x2-n2p22I4 1iJ3TOC\o"1-5"\h\zX i=1 /2EIx2987.314+3EIx4262.398_469.282EIx24.49-(3EI)2 ET~5.计算各桩桩顶所受作用力P、Q、M〔3518一83 469一28 .、竖向力：P=P(b土xP)=0.838EIX( ±1.6x —=3577.99kN或2319.57kNii0i0 EI EI283512 46928水平力：Q=pa-pp=0.25x -0.375EIx 8=532.8kNi20 30 EI EI46928 283512弯矩：M=pP-pa=0.9155EIx 0.375EIx )=-633.54kN-mi40 30 EI EI校核：nQj=8x532.8=4262.4kN-4262.398kN乎xip+nM=i ii=14x1.6x(3577.99-2319.57)+8x(-633.54)=2985.568kN-m«2987.314kN-mEnP=4x(3577.99+2319.57)=23590.24^SN=23590.24kNi=1 1三桩基础强度验算1、单桩承载力演算1L一C ( 一一)N=[p]二一UZlt+kmA{[b]+Kr(h-3)}h 2ii0 0 223式中U—一桩的直径，本桩采用冲击钻，钻头增大10cm兀d2A---桩底截面积，一厂=1.13m2。4U=兀X(1.2+0.1)=4.08m承台埋深2m左右第_层黄色粉性土l=14.5mq=50kPa1ik第二层中实跞类土l=4.5mq=130kPa2ik第三次密实跞类土l=4mq=170kPa3ik则桩基础查表4-1入修正系数按表4-2选用h/d=25/1.3=19.23入=0.65m0=0.7k=5.5查表2-18[f]=6002 «0―M.5x3.6+45X22.3+4X23=20.7ikn/m223[p]=1/2x4.08x(50x14.5+130x4.5+4x170)+1.13x0.7x0.65x[600+5.5x20.71x(25-3)]=5656.5kN>p.=3577.99kN故桩长满足要求2、桩内力及位移计算M0=M+0=-633.54KNmQ0=Q「532.8KNP=P'=3577.99KN

0i3、计算最大冲刷线以下深度Z处桩截面上的弯矩Mz内力汇总表 表1.3ZZ=aZh=ahAmBm乌xAamM0BM(kn.m)00401.0000-633.54-633.540.3240.240.1970.998170.12-632.27-462.150.6480.440.3780.986326.41-624.67-298.260.9720.640.5310.959458.53-607.56-149.031.2960.840.6480.914559.57-579.06-19.491.9451.240.7700.777664.92-492.26172.662.5931.640.7530.598650.24-378.85271.393.2412.040.6380.410550.93-259.75291.183.82.440.4720.239407.59-151.42256.17

最大弯矩为Mmax=|-633.54|=633.54kN.m,最大弯矩所在位置是0m4、桩顶纵向水平位移验算桩在最大冲刷线处的水平位移和水平位移转角:查附表1,得气也44066532.8-633.54查附表5，得BX次532.8-633.54X2.44066+ X1.62100=1.6mm0.6173x1.742x107x0.102 0.6172x1.742x107x0.102<6mm甲=gA+EB©0a2EI©aEI查附表2,得气=-1.62100+9532.8-633.54查附表6,得B.=532.8-633.54中= x(-1.62100)+ x(-1.75058)00.6172x1.742x107x0.102 0.617x1.742x107x0.102=-2.65x10-4radx=Q3=0Q3EIx=竺=0m2EI桩顶纵向水平位移：x=x+fl+x+x=1.6mm1oooQm水平位移容许值：仅]=0.5*去=2.5cm1.6mmV1a]=2.45cm，所以桩顶纵向水平位移符合要求桩身截面配筋的验算(1)配筋的计算最大弯矩截面在Z=0m处，此处设计的最大弯矩为Mj=633.54kN-m恒载安全系数1.2,活载安全系数1.4,最大承载力：N=(3577.99—；x3.14x二2x0x25)x1.2=4293.58kN纵向钢筋面积

桩内竖向钢筋按含筋率0.2%配置:A=0.2%兀,2=0.0022x3.14x6002=2260mm2=280MPa现选用10422,=280MPa现选用10422,A=3800mm2sd，钢筋布置如图所示:钢筋布置示意图（单位mm）桩采用C20混凝土，/=9.2MPaP实=0.32%混凝土保护层厚度c=60-25.1；2=47.45mm>30mm,纵向钢筋间净距为350mm>316.67mm>80mm 在80至350mm之间满足要求。、计算偏心距增大系数e=MJN=633.544293.588=148mm长细比 lid=25001200=20.83>5，应考虑纵向弯曲对偏心距的影响。取r=0.9r=0.9x600=540mm 截面有效高度h=r+r=1140mm由门T+1400&1=0.2+2.7h<1.00.一l&=1.15-0.01—<1.01 h式中’h0截面有效高度1140mm&］荷载偏心率对截面曲率的影响系数&2桩长细比对截面曲率的影响系数得到&=0.55 &=0.94则门=2.235、计算截面实际偏心矩门e0门e『^mx=330.780Nmax④、根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)求轴向力偏心矩。0其中r=0.6m实=0.0032g=0.9则=9.2B+0.806Dx0.609.2A+0.8966C采用图表法列表计算查《结构设计原理》附表1-11受压区高度系数&计算表gABCD(e)oeo门eJ”e0.581.42690.66150.39601.82260.3360.3311.0150.591.45890.66350.44851.80520.3290.3310.9940.601.49080.66510.50211.78560.3200.3310.967由计算表可知，当&=0.59时，计算得到的偏心距（e。）与设计值e。之比较为合理，故取&=0.59作为计算值。在弯矩作用平面内的承载力⑤、截面承载力复核N=fdAr2+f'Cpr2=1.4589x6002x9.2+0.4485x6002x280x0.0032=4976.54kN>N,=4293.588kNM=fBr3+f'Dpgr3ucd sd=0.6635x9.2x6003+1.8052x0.0032x0.9x280x6003=1632.94S-m>m.=633.54kN-m综上所述，桩截面符合强度要求。四、承台设计及强度验算1、桩顶处的局部受压验算P<^ARj/y式中P.——承台内一根桩承受的最大计算轴向力KN，P=ys^ZyP，其中结构重要性系数y=1.0，荷载组合系数中二0.8,结构安全系数Zy=1.2；s0 siym——材料安全系数；Rj 混凝土抗压强度，取11mpa；a工 _ 、, Ab 局部承压时提高系数，P=b"1Ab——局部受压时计算面积，当C>2r时，取2r；当局部受压面积边缘至构件边缘的最小距离C>2r时，取最小值A=兀(0.6+0.5)2-兀0.62=2.669m2；A]——承台内基桩横截面的面积，A]=兀0.62=1.13m2。所以，在承载力验算公式中。左边二P.=P=1x0.8x1.2x3577.99=3434.87kN右边二严69x1.13x111.54=12404.68kN左边<右边，满足要求，所以承台不需要配筋。2、桩对承台的冲剪验算P，式中R——承台受压冲剪，破裂椎体平均周长；mR1——承台内桩顶周长，%=必=3.14x1.2=3.768R2——承台顶面受桩冲剪后预计破裂面周长(m)，桩顶承台冲剪破裂线按35。向上扩张。台顶面受桩计算冲剪后预计锚固长取700mm，桩伸入承台150mmP2=3.14x1.2+2x(1.5-0.7-0.15)tan35」=6.626mRj——混凝土抗剪极限强度；Rj=0.7^：'fsdf=2834.15kPa‘=1.5-0.15-0.7=0.65m求得_'+匕_3.768+6.626日m-122 2求得3577.99 ―加7m=5I9E=°.2424m¥=°・65m满足要求mj-+承台抗剪及抗剪强度验算验算如下两个危险截面如下图:II图1.8 危险截面图1.对截面I-I,将该部分简化为图示的梁，fl.l | 16 1.1s A—图1.9I-I截面简化图I-I断面右面部分自重为： 2.2x1.5x2.7x20=178.2KN对I 1面求矩有M=3577.99x1.6-178.2x1.35-633.54=4850.674kN•mKN.m根据《规范》，钢筋混凝土受弯构件的受拉钢筋配筋率不得小于45fd，且不小于0.2%.sd45f=45x1.3-340=1.7%〈2%sd设配筋率 P=0.2%所需钢筋面积As=r