橋梁基礎課程設計某鐵路橋梁橋墩基礎設計其他專業(yè)

1、土木工程專業(yè)橋梁基礎工程課程設計指導書西南交通大學巖土工程系2012年4月目錄1前言111橋梁基礎設計的目的與任務112橋梁基礎的設計內容213基礎工程課程設計的基本要求42設計題目之一某鐵路橋梁橋墩基礎設計621設計任務622設計資料6221工程概況6222工程地質和水文地質73橋梁基礎工程課程設計指南2031設計計算說明書的主要內容2032設計計算說明書的內容組織2033圖紙內容及要求2234設計流程2335設計和計算中的一些說明25351概述25352方案設計26353詳細設計2736進度計劃安排參考291前言基礎工程是土木工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎課，在土木工程學科的知識體系中占有重要地位

2、?；A工程課程的特點在于它以較多的力學課程為基礎，以巖土層中的復雜的基礎結構為研究對象，涉及到交通、建筑、水電等多個領域，這就決定了課程具有內容雜、概念多和理論較深的特點，加之學時數較少和本科學生普遍缺少工程知識，因此同學們往往感到比較難學。橋梁基礎工程課程教學的主要目標是：通過課程的學習，使學生掌握明挖基礎、樁基礎和沉井基礎等橋涵常用基礎的設計原理及計算方法，了解其施工技術，為今后從事相關土建工程的設計與施工打好基礎，并培養(yǎng)學生解決工程問題的能力。課程設計是同學們由理論學習通往工程實踐的一座橋梁，對培養(yǎng)學生的工程意識和解決實際工程問題的能力、理解和掌握所學的基本原理和計算方法、熟悉工程規(guī)范等

3、具有十分重要的作用?；A工程的知識來源于工程實踐，反過來又對工程實踐具有指導作用。同學們在本科學習期間參與工程實踐的機會十分有限，因而應該重視課程設計帶給同學們的動手機會，通過課程設計更好地理解和鞏固學習到的各種理論和方法，有意識地培養(yǎng)自己的工程意識和解決實際工程問題的能力。為幫助同學們更好地完成本次課程設計，下面從課程設計的角度對橋梁基礎設計的內容和方法做一個小結。11橋梁基礎設計的目的與任務一個完整的建筑體系通常由三部分構成，即上部結構、下部結構和地基。如圖11所示的橋梁，橋塔、主纜、吊索以及橋面等均屬于上部結構，錨錠、橋墩及其下的基礎合稱為下部結構，承受橋梁荷載并維持橋梁穩(wěn)定的那部分地層

4、則稱為地基。由此可見地基和基礎是建筑體系的重要組成部分。橋梁基礎設計的目的是根據上部結構的使用功能和結構形式在確定的場地條件下選擇適宜的地基基礎方案并確定其技術細節(jié)，使設計的基礎在預定的使用期限內和規(guī)定的使用條件下能夠安全正常地工作，在此基礎上滿足降低造價和保護環(huán)境的要求。圖11橋梁建筑體系示意圖橋梁基礎設計的總體目標可以概括為：安全適用、技術先進、經濟合理、確保質量和保護環(huán)境。橋梁基礎設計的任務通常包括：（1）方案設計：目的是確定橋梁基礎的技術方案，包括地基持力層的選取和基礎類型的比選。（2）技術設計：包括地基檢算和基礎結構設計兩方面，其任務是通過力學計算和結構措施兩方面的手段來保證所設計的

5、地基基礎滿足設計總體目標的要求。12橋梁基礎的設計內容橋梁基礎的設計內容通常包括：一、收集相關的設計資料收集的資料通常有：（1）線路、橋梁及墩臺資料。包括線路等級、線路平面及縱斷面設計，橋孔布置，橋跨結構的具體情況，橋跨及其上部附屬結構的重量，墩臺材料及尺寸等。（2）地形資料。包括中線處的河床縱斷面、水流方向等。（3）水文、氣象資料。包括設計頻率水位、常水位、施工水位、低水位，設計頻率水位和施工水位的流速與流量，沖刷深度，洪水季節(jié)和施工季節(jié)，當地最大風速、氣溫及凍結深度等。（4）工程地質資料。包括鉆孔柱狀圖、地質剖面圖，圖上應標明各巖土層的厚度及物理、力學性質、土中有無大孤石、巖面標高及其產狀

6、，基巖中有無斷層、溶洞、破碎帶等不良地質。（5）其他資料。包括工期要求，施工設備及技術條件，當地料源、交通、電力等供應情況。二、初步確定地基基礎的技術方案（1）選擇地基持力層。一般地，當天然地基能滿足各項設計要求時，應優(yōu)先選用天然地基。持力層的選擇及基礎埋置深度的確定是一個復雜的問題，應綜合考慮多方面的因素確定，在橋梁基礎工程的教材中對此已有詳細的論述，此處不贅述。（2）根據水文、地質、地形、沉降控制要求、上部結構、荷載、材料供應和施工條件等決定基礎的類型（明挖基礎、樁基礎和沉井基礎等），并初步確定基礎的尺寸，選擇基礎的材料。（3）根據地質、水文和施工條件等擬定施工方案，如明挖基礎的基坑開挖、

7、支護的方案、深基礎的施工方法等。三、橋梁基礎的技術設計（1）采用明挖基礎時應進行下列設計和計算：1）作用在淺基礎上的荷載計算；2）采用最不利荷載組合對地基強度（包括持力層和軟弱下臥層）、基底偏心距、基礎的傾覆穩(wěn)定性和滑動穩(wěn)定性進行檢算，必要時還應對基礎的沉降和地基的穩(wěn)定性進行檢算；3）當上述計算不能通過，或設計方案過于保守時調整設計方案，重新進行上述各項檢算。（2）采用樁基礎時應進行下列設計和計算：1）作用在承臺上的荷載計算；2）單樁軸向容許承載力的計算；3）樁基礎的平面分析，計算承臺位移、各基樁樁頂的軸向力、橫向力和彎矩；4）檢算單樁的軸向容許承載力是否滿足要求；5）檢算墩臺頂的水平位移是否

8、滿足要求；6）橫向荷載作用下單樁的內力和位移計算；7）檢算樁身材料強度是否滿足要求，對單樁進行配筋計算；8）根據樁基礎的結構形式和受力情況檢算群樁基礎的承載力，必要時計算基礎的沉降；9）必要時還需要檢算單樁基底最大豎向壓應力、單樁側面土抗力是否滿足要求，對不允許出現裂縫或需限制裂縫寬度的混凝土樁身和承臺還應進行抗裂或裂縫寬度檢算；10）當上述計算不能通過，或設計方案未達理想狀態(tài)時調整設計方案，重新進行上述各項檢算。（3）采用沉井基礎時應進行下列設計和計算：1）作用在沉井上的荷載計算；2）對于施工過程中的沉井基礎，需要進行以下檢算：沉井的下沉能力檢算刃腳受力計算沉井井壁受力計算沉井底節(jié)檢算混凝土

9、封底及頂板計算3）對于使用條件下的沉井基礎，需要進行以下檢算：基底壓應力檢算基礎側面水平壓應力檢算墩臺頂面水平位移檢算4）當上述計算不能通過，或設計方案未達理想狀態(tài)時調整設計方案，重新進行上述各項檢算。四、繪制施工圖、編制工程概預算施工圖一般應包括全橋總布置圖、基礎結構平面圖（包含配筋圖）、基礎的立面和剖面圖（包含配筋圖），圖紙應包括設計說明和工程數量表。13基礎工程課程設計的基本要求由于課時數的限制，在本次課程設計中只要求同學們完成上述設計任務中的一部分。在本指導書的后面列出了若干設計題目，這些題目均來源于實際工程，但根據橋梁基礎工程課程教學的要求并結合同學們的實際情況進行了適當簡化，目的是

10、幫助同學們盡快上手，以期在課時有限的條件下達到更好的效果。同學們可在指導教師的幫助下選擇一個設計題目并確定相應的設計任務，參考后面的設計指南完成本次課程設計。通過本次課程設計，要求同學了解橋梁基礎設計的全過程，掌握一種常用的基礎結構和地基的設計計算方法，培養(yǎng)學生處理橋梁基礎問題的初步能力。2設計題目之一某鐵路橋梁橋墩基礎設計21設計任務本設計對象為某鐵路的特大型橋梁，該橋梁的上部結構和橋墩設計已經完成，本課程設計的任務是完成橋墩基礎的設計與檢算。要求同學選擇（或由指導教師分配）一個基礎，按給定的條件完成相關的設計和計算工作，具體要求如下：（1）綜合分析設計資料，對三種常用的橋梁基礎類型（明挖基

11、礎、樁基礎和沉井基礎）的技術合理性進行比較（限于課時，本次課程設計不考慮造價因素），選擇較為合理的基礎方案。（2）對選定的基礎方案進行詳細設計。（3）初步確定修筑基礎的施工方案。（4）將以上全部成果整理成設計計算說明書和設計施工圖。設計計算說明書應制作成Word文檔。整個說明書應滿足計算過程完整、計算步驟清楚、文字簡明、符號規(guī)范和版面美觀的要求，圖紙應用CAD繪制而且應表達正確、布局合理和尺寸齊全。說明書用A4紙張打印，圖紙用A3紙張打印，說明書和和圖紙一起裝訂成冊，交指導老師評閱。22設計資料221工程概況該橋梁系某I級鐵路干線上的特大橋（單線），線路位于直線平坡地段。該地區(qū)地震設防烈度為V

12、I度，不考慮地震設防問題。橋梁及橋墩部分的設計已經完成，橋跨由38孔32m后張法預應力混凝土梁【圖號：專橋（01）2051】組成，該梁全長32.6m，梁高2.65m，跨中腹板厚度0.18m，下翼緣梁端寬0.88m，上翼緣寬1.92m，為分片式T梁，兩片梁腹板中心距為2.0m，橋梁跨中縱斷面示意如圖21所示。每孔梁的理論重量為2276 kN，梁上設雙側人行道，其重量與線路上部建筑重量為35.5kN/m。梁縫10cm，橋墩支承墊石頂面高程1178.12m，軌底高程1181.25m，全橋總布置見圖22。圖21橋梁跨中縱斷面示意圖橋墩采用圓端形橋墩【圖號：叁橋（2005）4203】和空心橋墩【圖號：叁

13、橋（2005）4205】2種，其中1#6#、33#37#采用圓端形橋墩，7#32#采用空心橋墩。圓端形橋墩支承墊石采用C40鋼筋混凝土，頂帽采用C30鋼筋混凝土，墩身采用C30混凝土，圓端形橋墩構造圖見圖23?？招臉蚨罩С袎|石采用C40鋼筋混凝土，頂帽采用C30鋼筋混凝土，墩身采用C30混凝土，空心橋墩構造圖見圖24。橋梁支座采用SQMZ型鑄鋼支座【圖號：通橋（2006）8057】，支座鉸中心至支承墊石頂面的距離為40cm。222工程地質和水文地質本段線路通過構造剝蝕低中山區(qū)、河谷階地、河流峽谷區(qū)等地貌單元，大部分穿行山前緩坡，地形起伏大，海拔在10001500m，地形起伏大，相對高差1002

14、00m，山頂覆蓋新黃土或風積砂，溝谷發(fā)育。根據巖土工程勘察報告，大橋地層自上而下依次為新黃土、白堊系泥巖夾砂巖，河谷處主要為沖積砂及礫石土，各橋位的地層分布詳見鉆孔柱狀圖（圖25圖212）。各地層的主要物理、力學參數見表21。場地勘察未發(fā)現滑坡、巖溶、斷層、破碎帶等不良地質現象。表21地層的主要物理、力學參數注：W4泥巖為全風化泥巖，相關的參數按照黏性土取值，W3泥巖和W3砂巖為強風化泥巖和強風化砂巖，相關的參數按照碎石土取值，W2泥巖和W2砂巖為微風化泥巖和微風化砂巖。新黃土不需要考慮濕陷性。本區(qū)蒸發(fā)量遠大于降水量，為貧水地區(qū)，地下水量一般不大且埋藏較深，局部地段有泉水出露。按其賦存條件可分

15、基巖裂隙水、第四系孔隙潛水。地下水主要靠大氣降水補給，局部受地表水補給。其排泄路徑主要為蒸發(fā)。地下水及地表水對普通混凝土不具侵蝕性。地表河流為常年流水，設計頻率水位1122.60m，設計流速1.8m/s，常水位1121.50m，流速1.2m/s，一般沖刷線1119.50m，局部沖刷線1118.30m。該橋所在地區(qū)的基本風壓為800Pa。圖22全橋總布置圖圖23圓端形橋墩構造圖圖24空心橋墩構造圖圖251#4#橋墩鉆孔柱狀圖圖265#9#橋墩鉆孔柱狀圖圖2710#14#橋墩鉆孔柱狀圖圖2815#19#橋墩鉆孔柱狀圖圖2920#24#橋墩鉆孔柱狀圖圖21025#29#橋墩鉆孔柱狀圖圖21130#3

16、4#橋墩鉆孔柱狀圖圖21235#37#橋墩鉆孔柱狀圖3橋梁基礎工程課程設計指南31設計計算說明書的主要內容設計計算說明書通常應包含以下內容：（1）工程概況和設計任務，包括：工程名稱，橋跨及附屬結構、支座及墩臺的類型、尺寸、重量等，全橋墩臺布置，本人承擔的基礎設計任務。（2）工程地質和水文地質資料，包括地形資料，水文、氣象資料，鉆孔柱狀圖，各巖土層的物理、力學參數，不良地質現象等。（3）方案設計的內容和過程，包括：荷載計算，地基持力層的選取，基礎類型的比選，基礎尺寸的初步擬定。方案設計需要闡明自己的思路和考慮的因素，并列出必要的說明。（4）技術設計的內容和過程，包括：計算項目，計算過程和計算結果

17、，方案調整的理由和結果。技術設計需要闡明相關參數選取的理由、考慮的因素并列出必要的說明；在設計說明書中必須明確繪制計算分析簡圖。計算項目可編制程序或用Excel軟件進行計算，但說明書中應列出框圖、源程序和計算結果。（5）根據設計及計算結果繪制相應的施工圖（包括設計說明和主要工程數量表），并用CAD制作完成。（6）初步的施工組織設計，包括：基礎施工工藝流程，主要施工機具，質量控制措施等。 32設計計算說明書的內容組織可參照下列方式進行設計計算說明書的章節(jié)劃分和內容組織。第1章 概述11工程概況和設計任務12工程地質和水文地質資料13設計依據第2章 方案設計（或初步設計）21地基持力層的選擇22荷

18、載計算221主力計算222附加力計算223荷載組合23基礎類型的比選24基礎尺寸的擬定第3章 技術設計明挖基礎的技術設計可按以下的次序進行： 31地基強度檢算32基底偏心距檢算33基礎穩(wěn)定性檢算34基礎沉降檢算（必要時進行）35地基穩(wěn)定性檢算（必要時進行）樁基礎的技術設計可按以下的次序進行：31樁基礎的平面分析311bo、m、的確定312單樁的剛度系數計算313群樁的剛度系數計算314樁頂位移及內力計算32橫向荷載下單樁的內力和位移計算33單樁軸向承載力檢算34墩臺頂的水平位移檢算35群樁基礎的承載力和位移檢算36單樁基底最大豎向壓應力及側面土抗力檢算（必要時進行）沉井基礎的技術設計可按以下的

19、次序進行：31施工過程中的沉井計算311沉井的下沉能力檢算312刃腳受力計算313沉井井壁受力計算314沉井底節(jié)檢算315混凝土封底及頂板計算32使用條件下沉井基礎的檢算321基底壓應力檢算322基礎側面水平壓應力檢算323墩臺頂面水平位移檢算第4章 初步的施工組織設計41基礎的施工工藝流程42主要施工機具43主要工程數量和材料用量44保證施工質量的措施33圖紙內容及要求圖紙應基本達到施工圖的要求，一般要包括以下內容：（1）設計說明，包括工程概況、設計方案及要求、主要工程數量表等。（2）基礎的平面圖（含配筋圖）。（3）基礎的立面圖和剖面圖（含配筋圖）。（4）橋梁布置圖（含橋墩）。圖紙統(tǒng)一用標準

20、A3圖幅（297mm´420mm）。標題欄的形式如下：西南交通大學土木工程學院班 級姓 名（圖名）指導教師日 期標題欄長度設計為150mm，左起第一欄長100mm，第二欄和第三欄各長25mm；高度設計為30mm，各行均分。34設計流程圖31明挖基礎的設計流程學生可參考如圖31圖33所示的流程圖分別對橋梁明挖基礎、樁基礎和深基礎進行設計。圖32樁基礎的設計流程圖33沉井基礎的設計流程35設計和計算中的一些說明以下按上述設計計算說明書的章節(jié)順序講述本課程設計的要求、設計方法和一些注意事項。351概述設計依據除本指導書外，還包括相關的規(guī)范、設計手冊及參考書。例如：（1）鐵路橋涵地基和基礎設

21、計規(guī)范（TB10002.5-2005）（2）鐵路橋涵設計基本規(guī)范（TB10002.1-2005）（3）鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規(guī)范（TB10002.3-2005）（4）鐵道第三勘察設計院編鐵路工程設計技術手冊橋涵地基和基礎（5）西南交通大學巖土工程系編橋梁基礎工程352方案設計一、荷載計算本指導書未直接給出作用在基礎上的荷載，因此，需要進行荷載的計算。計算時可依次計算作用在基礎上的恒載、活載、附加力等。計算荷載時一般需要先確定基礎持力層或樁基承臺底面的位置。恒載的計算應包括橋跨及其附屬結構的自重、支座重量、橋墩自重，對于明挖基礎和樁基礎，在擬定明挖基礎和樁基承臺尺寸后尚應包括基

22、礎和上覆土體的自重，若基礎或橋墩處于水中，尚應根據要求考慮水的浮力。列車活載采用中活載，計算時應考慮不同的加載圖式（單孔重載、雙孔重載、單孔輕載等）在基礎上產生的荷載大小。附加力應計算制動力或牽引力、風力等在基礎上產生的荷載大小。將全部外力應簡化至基礎或承臺底面中心。二、基礎類型的比選鑒于同學們缺少施工技術、施工機械和施工組織方面的知識，亦不了解施工單位的技術和施工條件，這給基礎方案的確定帶來一定的困難。同學們可以根據自己掌握的知識，綜合分析場地的工程地質和水文地質資料，考慮上部結構和橋墩條件，對幾種可能采用的基礎類型進行比較，選擇一個與橋墩的類型相匹配、適合于當地的水文地質條件而且施工難度不

23、大的方案。建議從下面幾個方面進行綜合分析和比較：（1）上部結構和橋墩的類型及荷載大小；（2）工程地質和水文條件；（3）基礎結構的優(yōu)勢和局限性；（4）施工難易程度。三、基礎尺寸的初步擬定對于明挖基礎，應確定以下內容：（1）基礎的埋置深底及基頂標高，并說明理由；（2）擬定基礎的圬工類型、平面尺寸和立面形式。擬定立面尺寸時應注意滿足剛性角的要求，此外還應檢查是否滿足最小埋置深度的要求。對于樁基礎，應確定以下內容：（1）選定樁基礎的類型，考慮樁基為高承臺還是低承臺，承臺底面的標高，樁是打入樁還是鉆孔樁。（2）擬定樁長，確定樁端持力層。（3）擬定樁材與樁徑，鉆孔灌注樁的設計樁徑（即鉆頭直徑）一般采用0.

24、8m、1.0m、1.25m和1.5m，不宜小于0.8m；挖孔灌注樁的直徑或邊寬不宜小于1.25m。（4）估算樁數，擬定布樁形式。（5）擬頂承臺的底面尺寸、立面形式及尺寸。對于沉井基礎，根據上部結構的特點、設計荷載的大小和性質、水文和地質情況等，結合沉井的構造要求和施工方法，依次擬定沉井各部分的尺寸，具體步驟如下：（1）根據上部結構（或內部空間）建筑要求，確定沉井的平面形狀和尺寸。（2）平面尺寸確定后，在符合最小埋置深度和空間使用的要求下選擇持力層，確定沉井作為基礎的底部位置。一般要求沉井底部不宜放在土層變化的交互區(qū)內，應放置在符合強度要求、穩(wěn)定、均勻的土層內。（3）根據沉井位置的水土壓力及土對井壁的摩擦力，估算沉井井壁的厚度、受力構造部分的截面尺