【铁路桥梁桩基础设计5600字（论文）】

铁路桥梁桩基础设计摘要钻孔桩基础在高速铁路桥梁设计中得以广泛运用。桩基础类型的选择及设计多受地质、墩台类型等影响，制约因素多，尤其是应用于高速铁路设计时，其承载性能直接关系到高速铁路的舒适度以及运营安全。本文通过对项目工程场地岩土勘察报告和桩基设计规范，进行了承台冲切验算、受剪验算、受弯计算，对桩基础整体进行沉降计算，并对桩身计算配筋，保证该设计方案的稳定性和安全性，防止对上部结构造成不利影响。根据在实际工作中的设计经验，从山东某铁路客运专线桩基础设计要求入手，在桩基础类型选择、桩长拟定、单桩承载力确定这几个方面阐述了高速铁路桩基础设计要点，对其他高速铁路桩基础设计具有一定的参考借鉴和指导意义。关键词：铁路桥梁；桩基础类型；桩长；承载力目录摘要 I1、桩基础概述 11.1桩基础概念 11.2桩基础特点 11.3桩基础的用途 12、某铁路桥梁桩基项目设计分析 22.1工程概况 22.2工程设计实测资料 23、桩基础设计 33.1桩基础设计参数 33.2桩的几何尺寸以及承台埋深的确定 33.3单桩承载力的确定 33.3.1确定桩身材料 33.3.2确定单桩承载力 43.4边柱桩基础的计算 43.4.1确定桩数与布桩 43.4.2单桩竖向承载力验算 63.4.3承台抗冲切验算 73.4.4承台受剪计算 83.4.5承台受弯计算 93.5中柱桩基础的计算 103.5.1确定桩数与布桩 103.5.2单桩承载力验算 103.5.3承台抗冲切验算 113.5.4承台受剪计算 123.5.5承台受弯计算 133.6柱下桩基础沉降计算 14总结 15参考文献 16附录 161、桩基础概述1.1桩基础概念桩基础是一种承载性能高、稳定性好、沉降及差异变形小、沉降稳定快、抗震能力强以及能适应各种复杂地质条件且适用范围广的基础型式。在高耸及高重建筑、建筑桥梁、港口码头护岸工程、近海钻采平台结构、支挡结构以及抗震等工程中得到愈来愈广泛的应用，用于承受竖向抗压荷载以及侧向风力、波浪力、土压力、地震力、车辆制动力和竖向抗拔力。桩的作用就是将上部结构的荷载传递到深部较坚硬、压塑性小的土层或岩层上，从而保证建筑物满足地基稳定和变形允许值的要求。桩基础由桩和承台两部分组成。绝大多数桩基的桩数不止一根，桩群有承台在上部联接成一个整体，建筑物的荷载通过承台分配给各根桩，桩群再把荷载传给地基。桩基一般承受竖向荷载，还可承受一定的水平荷载，有专门承受上拔力，因此桩基运用十分广泛。1.2桩基础特点与天然地基上的浅基础相比较，包括桩基础在内的深基础至少有三个特点：（1）在设计上，深基础应采用特定的设计机械或手段，吧基础结构植入深部较好土层中；（2）从传力特点看，深基础的入土深度（桩长l）与基础结构的宽带（桩径d）的比值—长径比l/d较大，因此在决定深基础的承载力时，基础侧面的摩阻支撑力，不但不能忽略，有时甚至其主要作用；（3）浅基础下的地基可能有不同的破坏模式，但在深基础下却往往只发生刺入（即冲切）剪切破坏。1.3桩基础的用途基础设计常进行多种方案遴选，下列情况下往往适宜采用桩基础：（1）高重建筑物下的天然地基承载力与变形不能满足要求；（2）地基软弱，而采用地基加固处理措施，技术上不可行或经济上不合理；（3）地基软硬不均匀或荷载分布不均匀，天然地基上不能满足结构物对差异沉降限制的要求；（4）地基土性不稳定，如液化土、湿陷性黄土、季节性冻土、膨胀土等，需要采用桩基础将荷载传至深部稳定土层中；（5）建筑物受相邻建筑物或地面堆载影响，采用浅基础将会产生过量沉降或倾斜；（6）需要抵抗上拔力或倾覆力的结构基础，如地下水位以下的受上浮力的作用筏基或箱基应采用桩筏或桩箱基础；（7）振动机器的基础，采用桩基础可提高机器基础下地基的刚度，以控制震动的振幅和系统自振频率；（8）桥墩存在潜在冲刷危险，采用桩基础并深入冲刷线以下，可以提高安全度。2、某铁路桥梁桩基项目设计分析2.1工程概况铁路桥梁桩基项目位于山东区北地块内。设计合理使用年限50年；地基基础设计等级：乙级。结构安全等级为二级：低级安全等级为二级：桩基设计等级为乙级。静压预制桩，桩断面为0.25m×0.25m，桩长为21.0m(不含桩尖)，主筋采用4Ф14，单桩设计承载力为450KN，混凝土等级为C35，桩端持力层为细砂层，设计桩顶标高为-1.4m。场地地下水位埋深0.9至1.17之间，相应标高3.15至3.40之间，丰水期（5到8月），枯水期（1到2月），水位变化1.0m。场地内水对基础混凝土有微腐蚀性，当水位交替时，对混凝土中钢筋有弱腐蚀性，地下水位对钢结构有弱腐蚀性。表1土重度γ表层号土层名称一般层底埋藏度(m)厚度（m）土重度γ(kPa/m)①填土1.31.318.2②褐黄一灰黄色粉质粘土3.32.017.8③灰色淤泥质粉质粘土4.61.317.6④灰色砂质粉土夹粉质粘土5.91.317.3⑤粉砂夹粉土115.117.32.2工程设计实测资料由于基本建设和桩基技术的快速发展，经济、高效、环保、简便的静压预制桩加固地基技术工艺日益为大家所接受和采用。表2单桩竖向抗压静载荷试验结果桩号桩长（m）桩径（㎜）最大试验荷载（KN）最大试验荷载下桩顶沉降（㎜）残余变形（㎜）单桩竖向极限承载力（KN）极限承载力下桩顶沉降（㎜）49#11.04φ50038409.792.27不小于384099#8.30φ50038409.602.40不小于3840169#14.84φ500384010.451.63不小于3840216#24.38φ500384021.444.78不小于3840本工程地质条件较差，场地埋深15.0m以上大都为软土层，含水率较高，基本为流塑性土，压缩性高，且④-1饱和砂(粉)土、⑤粉砂夹粉土为中等液化土，表层土地基承载力仅为2-3t/m2，为防止桩机沉陷、跑偏，增大地基受力面积[[]贾文.谈钻孔灌注桩断桩现象的防治与处理措施[J].山西建筑.2014(03)][]贾文.谈钻孔灌注桩断桩现象的防治与处理措施[J].山西建筑.2014(03)3、桩基础设计3.1桩基础设计参数根据岩土勘察报告，钻孔灌注桩的桩侧土摩阻力特征值和桩端阻力特征值如下表3桩基设计参数建议值表地层名称钻孔灌注桩（kPa）（kPa）5＜H≤15③淤泥质粘土10④粉质粘土30⑤强风化泥岩50⑥中风化泥岩15022003.2桩的几何尺寸以及承台埋深的确定本文桩基础为柱下桩基础，由于中柱和边柱荷重不同，桩基础共分两种：四桩正方形承台桩基础和六桩矩形承台桩基础。根据上部荷载初步选择桩径为600mm，桩端进入中风化泥岩层5.5m，承台底面埋深为2.5m。3.3单桩承载力的确定3.3.1确定桩身材料桩型：钢筋混凝土钻孔灌注桩桩径：600mm桩长：15.5m桩身混凝土强度：C35主筋：HRB335箍筋：HPB300混凝土保护层厚度：50mm3.3.2确定单桩承载力桩身穿越的土层及在其中的长度和土层提供的摩阻力见表4所示桩端阻力：=2200kN/m2表4桩身穿越的土层及在其中的长度和土层提供的摩阻力土层杂填土淤泥质粘土粉质粘土强风化泥岩中风化泥岩长度（m）3.34.74.10.4u摩阻力(N/m2)103050150=1.884(10×4.7+30×4.1+50×0.4+5.5×150)=1912.3kN=2200×0.2826=621.7kN式中—单桩总极限侧阻力—单桩总极限端阻力假设先不考虑承台效应，按照非复合桩基设计计算：即其中为基础宽度，L为基础长度查表可得：==1.70，则：=1521.6kN3.4边柱桩基础的计算3.4.1确定桩数与布桩按荷载效应基本组合，则承台及其上土重设计值为G=3×3×20×2.0×1.35=486kN则桩数：n≥（F+G）/R=（4800+486）/1521.6=3.5，取n=4。桩中心距为sa=3d=1800mm，桥墩及承台尺寸示意图1。承台底面布桩图见图2。图1桥墩及承台尺寸示意图图2四桩承台底面布桩图3.4.2单桩竖向承载力验算（1）单桩所受的平均竖向作用力为：N=(F+G)/n=（4800+486）/4=1321.5kN1.0×1321.5=1321.5kN﹤R=1521.6kN故基桩竖向承载力满足要求。（2）桩配筋验算根据下式计算：式中：—钢筋的抗压强度设计值；—轴向力设计值；—钢筋混凝土构件的稳定系数；—构件的截面面积；—混凝土轴心抗压强度设计值；—全部纵向受压钢筋截面面积。其中：=16.7N/mm2，=300N/mm2，A=3.14×300×300=282600mml/b=15.5/0.6=25.83，=0.545，N=1321.5kN—6750.7mm2由于HRB335钢筋的最小配筋率为0.60﹪=0.60﹪A=0.60﹪×282600=1564.8mm2选配8B16（实配=1608mm2）并选配螺旋筋A8@100/200，环箍B14@2000。3.4.3承台抗冲切验算取承台厚1.25m，取钢筋混凝土保护层厚50mm，则=1.2m。（1）柱对承台的冲切验算根据下式计算：式中：—建筑桩基重要性系数；—作用于冲切破坏锥体上的冲切力设计值（kN），数值上等于作用于柱底的竖向荷载设计值F减去冲切破坏锥体范围内各基桩的净反力设计值之和；，—由式求取，其中应取：；，—柱截面长、短边尺寸(m)；，—自柱短、长边到最近桩边的水平距离（m）。式中：；承台选用C35混凝土，则；则上式右=2×2×1.35×0.8×1.57×103kN；=1.0×4800=4800kN﹤6782.4kN故承台受柱冲切承载力满足要求。（2）角桩冲切验算根据下式计算：，式中：—建筑桩基重要性系数；—角桩竖向净反力设计值（kN）；，—角桩的冲切系数，由求得，其中：；，—从角桩内边缘至承台外边缘的距离；，—从承台底角桩内边缘引45度冲切线与承台顶面相交点至角桩内边缘的水平距离；—承台外边缘的有效高度。式中：==0.9m；==0.4m；=1.2m；；==0.48/（1/3+0.2）=0.9；=1321.5kN则上式右=2×0.9×（0.4+0.4/2）×1.2×1.57×103=1.0×1321.5=1321.5kN﹤2034.7kN故承台受角桩冲切承载力满足要求。图3四桩承台受冲切验算3.4.4承台受剪计算根据下式计算：式中：V—斜截面的最大剪力设计值；—混凝土轴心抗压强度设计值；—承台计算截面处的计算宽带；—剪切系数，当0.3≤λ﹤1.4时，；当时，；—计算截面的剪跨比，。当﹤0.3时取=0.3；当﹥3.0,时取=3.0。式中：因λ﹥0.3，=0.19=1×2×1321.5=2643kN=0.19×16700×3.0×1.2=11422.8kN﹥2643kN故承台受剪承载力满足要求。3.4.5承台受弯计算各桩对x轴、y轴的弯矩：式中：—承台受力钢筋的面积；—钢筋抗拉强度设计值；—计算系数，当混凝土强度不超过C50时，取=1.0，当混凝土强度等级为C80时，取=0.94，其间按线性内插法确定；X—等效矩形应力图形的混凝土受压区高度；—相对界限受压区高度；—计算系数，当混凝土强度等级不超过C50时，取=0.8，当混凝土强度等级为C80时，取=0.74，其间按线性内插法确定；—钢筋弹性模量；—非均匀受压时的混凝土极限压应变，当计算的值大于0.0033时，取=0.0033；—混凝土立方体抗压强度标准值。承台选用C35混凝土，故=1.0，=0.8，，=35；配筋选用HRB335级钢筋，=300，=2.0×。=0.00345﹥0.0033，取=0.0033；=0.55；=0.55×1200=660.0mm承台选用25ø22，间距100mm，则实用钢筋=9502.53.5中柱桩基础的计算3.5.1确定桩数与布桩按荷载效应基本组合，则承台及其上土重设计值为G=3×3×20×2.0×1.35=486kN则桩数：n≥（F+G）/R=（7200+486）/1521.6=5.05（根），则n=6桩的布置按矩形排列，桩中心距Sa=3d=1800mm3.5.2单桩承载力验算（1）单桩所受的平均竖向作用力为：N=(F+G)/n=（7200+486）/6=1281kN1.0×1281=1281kN﹤1521.6kN故基桩竖向承载力满足要求。图4四桩承台底面布置图（5）桩配筋验算根据下式计算：式中：—钢筋的抗压强度设计值；—轴向力设计值；—钢筋混凝土构件的稳定系数；—构件的截面面积；—混凝土轴心抗压强度设计值；—全部纵向受压钢筋截面面积其中：=16.7N/mm2，=300N/mm2，A=3.14×300×300=282600mml/b=15.5/0.6=25.83，=0.545，N=1281kN—7025.9mm2由于HRB335钢筋的最小配筋率为0.60﹪=0.60﹪A=0.60﹪×282600=1564.8mm2选配8B16（实配=1608mm2）并选配螺旋筋A8@100/200，环箍B14@2000。3.5.3承台抗冲切验算（1）柱对承台的冲切验算根据下式计算：式中：—建筑桩基重要性系数；—作用于冲切破坏锥体上的冲切力设计值（kN），数值上等于作用于柱底的竖向荷载设计值F减去冲切破坏锥体范围内各基桩的净反力设计值之和；，——由式求取，其中应取：；，—柱截面长、短边尺寸(m)；，—自柱短、长边到最近桩边的水平距离（m）。式中：；承台选用C35混凝土，则；则上式右=2【1.35×(0.4+1.3)+0.56×(0.4+0.4)】×1570×1.2=10335.6kN=1.0×7200=7200kN﹤10335.6kN（2）角桩冲切验算根据下式计算：式中：—建筑桩基重要性系数；—角桩竖向净反力设计值（kN）；，—角桩的冲切系数，由求得，其中：；，—从角桩内边缘至承台外边缘的距离；，—从承台底角桩内边缘引45度冲切线与承台顶面相交点至角桩内边缘的水平距离；—承台外边缘的有效高度。式中：==0.9m；=1.3m；=0.4m；=1.2m；则上式右=【0.8×（0.9+1.3/2）+0.32×（0.9+0.4/2）】×1570×1.2=2999.3kN。=1.0×1281=1281kN﹤2999.3kN。故承台受角桩冲切承载力满足要求。图5六桩承台受冲切验算3.5.4承台受剪计算根据下式计算：式中：V—斜截面的最大剪力设计值；—混凝土轴心抗压强度设计值；—承台计算截面处的计算宽带：—剪切系数，当0.3≤λ﹤1.4时，；当时，；—计算截面的剪跨比，。当﹤0.3时取=0.3；当﹥3.0,时取=3.0。3.5.5承台受弯计算各桩对x、y轴的弯矩：式中：—承台受力钢筋的面积；—钢筋抗拉强度设计值；—计算系数，当混凝土强度不超过C50时，取=1.0，当混凝土强度等级为C80时，取=0.94，其间按线性内插法确定；X—等效矩形应力图形的混凝土受压区高度；—相对界限受压区高度；—计算系数，当混凝土强度等级不超过C50时，取=0.8，当混凝土强度等级为C80时，取=0.74，其间按线性内插法确定；—钢筋弹性模量；—非均匀受压时的混凝土极限压应变，当计算的值大于0.0033时，取=0.0033；—混凝土立方体抗压强度标准值。承台选用C35混凝土，故=1.0，=0.8，，=35；配筋选用HRB335级钢筋，=300，=2.0×。=0.00345﹥0.0033，取=0.0033；=0.55；=0.55×1200=660.0mm沿x轴方向选用43ø20，间距100mm，则实用钢筋=13510.6沿y轴方向选用29ø28，间距100mm，则实用钢筋=17858.23.6柱下桩基础沉降计算边柱桩基沉降计算如下：基底压力：P=F/A=4800/3*3=533.3kPaZ/B=0，l/b=1，查表得KC=0.254×0.25×533.3=533.3kPa取沉降计算深度Z=5.0m，在此深度内只有一层土：中风化泥岩由于Z/B=2.5，l/b=1，查表得=0.1788桩基的最终沉降量：式中：—桩基沉降计算经验系数；—桩基等效沉降系数；式中：=1.0，=0.063，=1.500，=7.822，=2=0.17S