鐵路橋墩樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)(中南大學(xué))

1、鐵路橋墩樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)學(xué)院：土木工程學(xué)院班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)老師:基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)鐵路橋墩樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)資料：1. 線路：雙線、直線、坡度4%。、線間距5m雙塊式無(wú)碴軌道及雙側(cè)1.7m寬人 行道，其重量為 44.4kN/m。2. 橋跨：等跨L=31.1m無(wú)碴橋面單箱單室預(yù)應(yīng)力混凝土梁，梁全長(zhǎng)32.6m,梁端縫0.1m,梁高3m梁寬13.4m,每孔梁重8530kN,簡(jiǎn)支箱梁支座中心距梁端 距離0.75m,同一橋墩相鄰梁支座間距1.6m。軌底至梁底高度為3.7m，采用盆 式橡膠支座，支座高0.173m,梁底至支座鉸中心0.09m。3. 建筑材料：支承墊石、頂帽、托盤(pán)采用C40鋼筋混凝土，墩身

2、采用 C30混凝土，樁身采用C25混凝土。4.地質(zhì)及地下水位情況:標(biāo)咼（m）地質(zhì)情況厚度（m）標(biāo)咼（m）地質(zhì)情況厚度（m）36.7936.29耕地0.5-3.51-12.31粗砂（中密）8.836.2930.79軟塑砂粘土5.5-12.31-22.31中砂（中密）10.030.7921.29粉砂9.5-22.31-29.31礫砂（中密）7.021.29 19.89淤泥質(zhì)砂粘土（松軟）1.4-29.31-46.31硬塑粘土17.019.89 -3.51細(xì)砂（中密）23.45. 標(biāo)咼：梁頂標(biāo)咼+54.483m,墩底+ 33.31m。6. 風(fēng)力：3 = 800Pa (橋上有車(chē))。7. 橋墩尺寸：如圖

3、1。二、設(shè)計(jì)荷載：1. 承臺(tái)底外力合計(jì)：雙線、縱向、二孔重載：N=18629.07kN H=341.5kN M= 4671.75kN雙線、縱向、一孔重載：N 17534.94kN，2. 墩頂外力：雙線、縱向、一孔重載：H =253.44 kN , M = 893.16 kN.m。三、設(shè)計(jì)要求：1、選疋樁的類型和施工方法，確疋樁的材料、樁長(zhǎng)、樁數(shù)及樁的排列2、檢算下列項(xiàng)目(1) 單樁承載力檢算(2) 群樁承載力檢算(3) 墩頂水平位移檢算(4) 樁身截面配筋計(jì)算(5) 樁在土面處位移檢算3、設(shè)計(jì)成果：(1) 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)和計(jì)算書(shū)(雙線、縱向、二孔重載)(雙線、縱向、二孔重載)(雙線、縱向、一孔重載

4、)(雙線、縱向、一孔重載)(雙線、縱向、一孔重載)一份(2) 設(shè)計(jì)圖紙(2號(hào)圖，鉛筆圖)(3) 電算結(jié)果四、附加說(shuō)明:1、如布樁需要，可變更圖1中承臺(tái)尺寸;2、任務(wù)書(shū)中荷載系按圖1尺寸進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果，如承臺(tái)尺寸變更，應(yīng)對(duì)其豎 向荷載進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。1J剖面圖1橋墩及承臺(tái)尺寸示意Rl基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)鐵路橋墩樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、確定基樁幾何尺寸及樁數(shù)1承臺(tái)及樁身采用C25混凝土。2、設(shè)計(jì)樁徑取d 1.0m，鉆孔灌注樁；米用旋轉(zhuǎn)式鉆頭。3、考慮選擇較硬土層作為樁端持力層，根據(jù)地質(zhì)條件，將樁端定在粗砂層。樁端全截面進(jìn)入持力層的深度，對(duì)于砂土不宜小于1.5 d，所以選擇樁長(zhǎng)l 40m，標(biāo)高為-6.69m處，

5、樁端進(jìn)入持力層深度為3.18m。4、確定樁數(shù)n： nN，其中，卩為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，橋梁樁基采用1.31.8P計(jì)算單樁容許承載力P : P = -Ufili m°A2其中：A -d 20.785m2 (A按設(shè)計(jì)樁徑計(jì)算)，U (1.0 0.05)3.299m4鉆孔灌注樁樁底支撐力折減系數(shù)m。0.4由于 l 10d，故0 k2 2 4d 3 6k2 2d查鐵路橋規(guī)，地基基本承載力0 400 KPa ;深度修正系數(shù) k2 5，k2電2.5，樁側(cè)土為不同土層，應(yīng)采用各土層容重加權(quán)平均。2(33.31 30.5) 20(4033.3130.5) 1010 7kN / 昇240.0 k2 2 4d 3

6、 6k2 2d 400+5 10.7 4 1-3 6 2.5 10.7 1 614KPa軟塑砂粘土：f1 45kPa，l12.52m粉砂：f2 45kPa, I2 9.5m淤泥質(zhì)砂粘土： f3 30kPa，l31.4m細(xì)砂：f4 55kPa，l423.4m粗砂：f5 80kPa，l5 3.18m單樁的軸向受壓容許承載力：1P ； Ufili m°A213.229 (45 2.52 45 9.5 30 1.4 55 23.4 80 3.18)0.4 0.785 6143622.92kPa2取 1.3，則 n 1.5 18629.077.71，取 n=8 根。P3622.92二、承臺(tái)尺寸

7、及布樁1、承臺(tái)尺寸采用圖1中所示尺寸。2、 查橋規(guī)知，當(dāng)d 1m時(shí)，最外一排柱至承臺(tái)底板邊緣的凈距不得小于0.5d且不得小于0.25m,且鉆孔灌注樁的樁中心距不應(yīng)小于 2.5d，根據(jù)承臺(tái)尺寸及以上布樁原則，取樁距為3d 3m，樁的分布如下圖所示：“ 110 " 200Lr200rr三、承臺(tái)底面形心處位移計(jì)算1、樁的計(jì)算寬度bo和變形系數(shù)b0 kfk0kb其中,kf 0.9, k0d 1 /d 2樁間距4.5 13.50.600.6 3 (d 1) 3.6b L1芟0.9890.6 6其中n 2時(shí),b 0.6因此,bo0.9 2 0.98911.8m14 *6440.0491m查鐵路橋

8、規(guī),樁身采用C25混凝土?xí)rEh 3.00107KPaEl0.8Ehl0.83.0 1 0 7 0.04911.18 1 06 KPa /m4假定為彈性樁，承臺(tái)底面下計(jì)算深度為hm2(d1)21.0514.1m，此深度存在軟塑砂粘土和粉砂需要換算m值。查表，取m6000 KN /m4，訕2m22h1h2h2600025229000(2252S 1.587866.675KN/m4hm4.12mboEl5 7866.67580.4131.18 1060.413 40 16.48m 2.5m，是彈性樁，故假設(shè)成立。單樁樁頂剛度的計(jì)算公式：1匚，其中EAC0 A00.5,l0 0 ,I 41m , EA

9、EhA3.00 107142.3562 107KN ,4C0m°l25000401000000 KN m3 ,側(cè)摩阻力以一擴(kuò)散角至樁底平面得出半4l tan 428o0.5 40 tan 45.411m ,大于樁間距1.5m,取 d0 3m ,3241l° l 1EAC0 A027.069m10 0.5 401.0098 106KN m則:2.3562 1071000000 7.0690.413 40 16.52 4.0m 查表得：Yh1.064,23EIYh0.4133 1.18 106 1.064 8.845Ym0.985,104 KN m2EIYm0.4132 1.1

10、8 106 0.985 1.983 105KNEI M 0.413 1.1865101.4847.232 10 KNm / rad1.4842、承臺(tái)剛度系數(shù)的計(jì)算因?yàn)闃妒菍?duì)稱布置，故bb68 1.0098 108.078610 KN /maa8 8.845 1047.076105 KN m8 1.983 1051.586 106KNx2 1ni 8 7.232 105 8 10098 1064.5224.668107 KN m rad承臺(tái)處于耕地軟塑砂粘土中，取m46000 KN /m4，Ch6000 2.541.5 10 KNaaaaBeCh h27.07610512.21.5 10一259

11、.364 105KN mB°h2B0C64.6681.586 106107 12.212.2 " 104 2521.395 106 KN107KN m/rad123、承臺(tái)底面形心處位移計(jì)算12雙線、縱向、二孔重載:N=18629.07KN, H=341.5KN, M=4671.75KN? mN 18629.07bb 8.078 1062.306 10 3maaa M2a4.692 107 341.51.395 1064671.75579.364 104.692 10廠 5.369 104m6 厶1.395 10aa Maa569.364 104671.751.395 103

12、41.5421.155 104 rad10659.364 104.6921071.395雙線、縱向、一孔重載:N=17534.94KN,H=341.5KN,M=4762.57kN ?N 17534.946bb 8.078 1032.171 10 maa4.692 1 07 341.561.395 104671.7579.364 104.692 101.395 106 25.39910 4maaMaH2aaa569.364 104671.751.395 10341.51.395 10579.364 104.692 101.176410 rad4、托盤(pán)底面水平位移假定墩帽、托盤(pán)和基礎(chǔ)部分僅產(chǎn)生剛性

13、轉(zhuǎn)動(dòng),將墩身分為四部分,基本風(fēng)荷載強(qiáng)800KPa，橋上有車(chē)時(shí)風(fēng)荷載強(qiáng)度采用0.8 ，縱向水平風(fēng)力等于風(fēng)荷載強(qiáng)度乘以受風(fēng)面積。(1) H和縱向風(fēng)力引起的力矩托盤(pán)所受風(fēng)力：H托盤(pán) 5.97.11.5 0.80.86.24KN墩身風(fēng)力：Hi 2(5.96.02)/2 3 0.8 0.811.443kNH2 3(6.026.14)/23 0.8 0.811.674kNH3 4(6.146.26)/2 3 0.8 0.811.9kNH4 5(6.266.34)/2 2.02 0.8 0.88.145kN梯形形心軸距下邊緣的距離計(jì)算公式為：y -(a 2b)，其中a為下邊長(zhǎng)度，b為上邊長(zhǎng)度。 3(a b)

14、故 y托盤(pán) 0.727m, yi2 y23%1.495m, y451.008m將墩身分為四部分，如下圖：7 on風(fēng)力及截面彎矩值計(jì)算表各截面彎'、矩M水平力（KN）托盤(pán)頂0托盤(pán)底12-23-34-4墩底5墩頂水平力H 253.44253.44633.61393.922154.242914.563674.88墩帽風(fēng)力H=2.880.8645.18413.82422.46431.10439.744托盤(pán)風(fēng)力H=6.2404.82423.54442.26460.98479.704墩身風(fēng)力Hi-2=11.4430017.10851.43785.767120.096H-3=11.67400017.

15、45252.47387.494Hm=11.900000017.79353.493H4-5=8.1450000016.192墩頂彎矩893.16893.16893.16893.16893.16893.16總計(jì)1147.4641536.7482341.5563181.0174055.8414964.763(2) 計(jì)算托盤(pán)底面的水平位移 d'和轉(zhuǎn)角上M下得:21536.7682341.5561939.162 KNm22341.5563181.0172761.287 KNm23181.0174055.8413618.429 KNm24055.8414964.7634510.302KNmM 1

16、2M 2 3M 3 4M 4 52托盤(pán)水平位移d'和轉(zhuǎn)角'計(jì)算表:Mihhi3Ii bh3/12EhMi hhidEIi1-2段1939.16234.08817.2085506560004.32E-052-3段2761.28637.08819.5656260800009.38E-053-4段3618.432310.08822.1527088640001.54E-044-5段4511.29313.08824.9847994880002.22E-04總計(jì)5.13E-04N18629.07N max1Xn8查規(guī)，樁的容重125 KN m1、單樁承載力檢算(雙線、縱向、N 18629.

17、07KN x 2.25m樁身自重:四、樁基檢算 二孔重載)461.155 10 rad 11.0098 10 KN /m641.0098 102.25 1.155 102591.056KN土平均重度2 20KN m3，G 1.052 2.8125 37.19 (25 10)543.873kN4與樁入土部分同體積的土重為:G2 12 2.81 20 37.19 (20 10)336.229KN41.2 P 1.2 3622.92 4347.504KN所以，單樁承載力合格2、群樁承載力驗(yàn)算（雙線、縱向、二孔重載）樁中心距為4.5米，小于6d=6米，考慮群樁效應(yīng)。將樁群看作一個(gè)實(shí)體基礎(chǔ),則實(shí)體基礎(chǔ)為

18、一臺(tái)體，臺(tái)體底面由于摩擦角（28 ）較頂面放大，如下圖:o1 2 40 tan2819.823m4.5 12 40 tan2815.323m2A ab 19.823 15.323 303.748 mN0N G1 G2 G3 G318629.07 4350.984 127068.983 4900 3920151029.037kNNoM151029.037 4671.75A W 303.748775.721503.245kPa644kPa所以，群樁承載力合格3、墩頂水平位移檢算（雙線、縱向、一孔重載）66樁身自重：G543.873 84350.984 KN樁側(cè)土重：G2303.748(2.81 2

19、037.19 10)370.692 8承臺(tái)重：G325 11.2 7 2.54900 kNW 型 19823 153232775.721 m3承臺(tái)部分土重:G320 11.2 7 2.5 3920kN127068.983kNH 2.5 12 1.5 0.6 0.4 17ma Hd' 5.399 10 4 1.176 104 17 5.130 10 43.051mm5、L 5. 31.1 27.88mm故墩頂水平位移滿足要求4、樁在土面處位移檢算（雙線、縱向、一孔重載）在橋規(guī)中查m m時(shí)，只適用于結(jié)構(gòu)在地面處的最大位移為6mm若超過(guò)6mm就不能采用“ m法進(jìn)行計(jì)算，故需要對(duì)樁在土面處的位

20、移進(jìn)行檢算。a h'5.399 10 4 1.176 10 4 （36.79 33.31）0.949mm 6mm故可用m法進(jìn)行計(jì)算。5、樁身配筋計(jì)算（雙線、縱向、一孔重載）（1）計(jì)算樁身彎矩MzH0 a 23 5.399 10 4 8.845 104 1.176 10 4 1.983 105 24.434KN4545M 04 a 31.176 107.232 105.399 101.983 1022.014KN m任意深度z處樁身截面彎矩H 024.434M zAm M 0 BmAm 22.014 Bm 59.162 Am 22.014 Bm0.413樁身彎矩M z計(jì)算表ZZAmBm5

21、9.162 Am22.104BmMz00.000010-22.014-22.0140.20.4840.1970.99811.655-21.970-10.3150.40.9690.3770.98622.304-21.7060.5980.61.4530.5290.95931.297-21.11110.1850.81.9370.6460.91338.219-20.18.12012.4210.7230.85142.774-18.73424.0401.22.9060.7620.77445.-17.03928.0431.43.3900.7650.68745.259-15.12430.1351.63.874

22、0.7370.59443.602-13.07630.5261.84.3580.6850.49940.526-10.98529.54124.8430.6140.40736.325-8.96027.3662.25.3270.5320.3231.474-7.04424.4302.45.8110.4430.24326.209-5.34920.8592.66.2950.3550.17521.003-3.85217.1502.86.7800.270.1215.974-2.64213.33237.2640.1930.07611.418-1.6739.7453.58.4750.0.0143.017-0.308

23、2.70949.68500000Mzmax 30.526KN m樁身彎矩分布圖(2)求偏心矩eeozmaxNmin30.5261924.6740.0159m偏心距放大系數(shù):14 KN I； I 22EcIc0.10.2e0h0.160.10.015910.16 0.623所以 lc0.5 l04.00.504.00.4134.843m主力加附加力，所以K=1.612"KN lc2EJc21.6 1924.674 4.8431.0080.6232 3.00 1071264ee° 1.008 0.0159 0.0160m(3) 配筋根據(jù)灌注樁構(gòu)造要求，橋梁樁基主筋宜采用光鋼筋，

24、主筋直徑不宜小于16mm凈距不宜小于120mm主筋凈保護(hù)層不應(yīng)小于60mm在滿足最小間距的情況下， 盡可能采用單筋、小直徑鋼筋，以提高樁的抗裂性。所以，主筋采用I級(jí)鋼筋， 樁身混凝土為 C25，根據(jù)橋規(guī)規(guī)定，取Umin 0.5% ，則：As,minUmin Ac0.0051000243927mm2，選用16 18的I級(jí)鋼筋，則A實(shí)4072mm2。取凈保護(hù)層厚度as 60mm，采用對(duì)稱配筋此時(shí)主筋凈距為:d°2500 60 91618151.253mm120mm，滿足。樁與承臺(tái)的聯(lián)結(jié)方式為主筋伸入式，樁身伸入承臺(tái)板 0.1m;主筋伸入承臺(tái)的長(zhǎng) 度不小于45倍的主筋直徑即45 18 81

25、0mm，取900mm主筋應(yīng)配到4/ a處一 下2m處，取主筋在樁中長(zhǎng)度為12m箍筋采用8200mm，為增加鋼筋籠剛度， 順?shù)摻罨\長(zhǎng)度每隔2m加一道18的骨架鋼筋。(4) 判別大小偏心5.476 1010A y 846478 500取n 15換算截面面積：AR2叭1000221540722846478mmR41210004 1換算截面慣性矩：'I0ng4242215 4072 (500 60 9)5.476 1010mm4129.38mm e' 16mm，故屬于小偏心受壓構(gòu)件。（5）截面應(yīng)力核算小偏心構(gòu)件，全截面受壓，則N M 2764.237 103A0 7?y 8464782

26、764.237 103 0.0165.476 10105003.27MPab9.5MPan (yA I。as)15 2764.237 1038464782764.237 103 0.0165.476 1010(500 60 9)48.99MPa s 160MPa 故樁的截面應(yīng)力滿足要求。（6）穩(wěn)定性驗(yàn)算樁的計(jì)算長(zhǎng)度lc 4.843m，d 1m，lc / d 4.843 7，查混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理表11-4查得=1.0，查表11-3得m=12.4,按軸心受壓構(gòu)件檢算樁的穩(wěn)定性。N2764.237 103人 mA1.010002 / 4 12.4 40723.307MPa7.6MPa所以，樁的穩(wěn)定性

27、滿足要求。（7）樁的抗裂驗(yàn)算由于樁屬于小偏心受壓，全截面受壓，鉆孔灌注樁現(xiàn)場(chǎng)澆灌，不需吊裝，施工期 間樁截面一般不出現(xiàn)拉應(yīng)力，所以樁不產(chǎn)生裂縫。五、電算結(jié)果(1)輸入文件2 5 20 0.5 3.5 300000006000 28 2.529000 28 9.55000 28 1.415000 28 23.425000 28 8.84 1.0 1.0 0 40 0 2.252.5 11.20 0 0341.5 17534.94 4762.57341.5 18629.07 4671.75(2)輸出文件*第一部分原始數(shù)據(jù)*樁類型組數(shù)土層數(shù) 作用力H方向上一排樁的樁數(shù)252樁端嵌固類型MD=.O樁傳

28、力類型系數(shù)XS=0.5000最小樁間凈距LS= 3.50(米)樁材砼彈性模量 E= 0.3000E+08(kN/m2)地基比例系數(shù)(kN/m4)摩擦角(度)第I 土層的厚度(米)6000.28.02.529000.28.09.505000.28.01.4015000.28.023.4025000.28.08.80IT D DBLO LIAHX1 4 1.000 1.000 0.000 40.000 0.0000 -2.25002 4 1.000 1.000 0.000 40.000 0.0000 2.2500承臺(tái)埋入地面或局部沖刷線以下的深度：2.5承臺(tái)的 實(shí) 際 寬度11.2荷載類型I 水平

29、力H(kN) 軸向力N(kN)彎矩 M(kN.m)2 341.517534.94762.63 341.518629.14671.8*第二部分計(jì)算結(jié)果*基礎(chǔ)的變形系數(shù)a及樁頂剛度系數(shù)AFLO1LO2LO3LO40.4121096849.1287424.84196804.41720065.380.4121096849.1287424.84196804.41720065.38K1K2K31018543.1200100.000000-1308481.6083250.000000 8774793.0000000.000000-1308481.6083250.00000050236103.290835*荷

30、載類型NP= 1(單孔輕載)*承臺(tái)位移水平位移（毫米）豎向位移（毫米）轉(zhuǎn)角(rad)0.000.000.0000E+00第1根樁的樁頂位移JA1(J)A2(J)P2(J)10.000.000.00000020.000.000.00000030.000.000.000000第1根樁樁身力JH(m)My(kN.m)Qy(kN)dy(kN/m)10.490.0000.0000.00020.970.0000.0000.00031.460.0000.0000.00041.940.0000.0000.00052.430.0000.0000.00062.920.0000.0000.00073.400.000

31、0.0000.00083.890.0000.0000.00094.370.0000.0000.000104.860.0000.0000.000115.350.0000.0000.000125.830.0000.0000.000136.320.0000.0000.000146.800.0000.0000.000157.290.0000.0000.000167.780.0000.0000.000178.260.0000.0000.000188.750.0000.0000.000199.230.0000.0000.000209.720.0000.0000.000第2根樁的樁頂位移JA1(J)A2(J

32、)P2(J)10.000.000.00000020.000.000.00000030.000.000.000000第2根樁樁身力JH(m)My(kN.m)Qy(kN)dy(kN/m)10.490.0000.0000.00020.970.0000.0000.00031.460.0000.0000.00041.940.0000.0000.00052.430.0000.0000.00062.920.0000.0000.00073.400.0000.0000.00083.890.0000.0000.00094.370.0000.0000.000104.860.0000.0000.000115.350.

33、0000.0000.000125.830.0000.0000.000136.320.0000.0000.000146.800.0000.0000.000157.290.0000.0000.000167.780.0000.0000.000178.260.0000.0000.000188.750.0000.0000.000199.230.0000.0000.000209.720.0000.0000.000*荷載類型NP= 2(單孔重載)*承臺(tái)位移水平位移（毫米）豎向位移（毫米） 轉(zhuǎn)角（rad）0.472.000.1071E-03I= 1第1根樁的樁頂位移JA1(J)A2(J)P2(J)10.470

34、.4720.26104121.761.76 1927.50219030.110.11 -15.934015第1根樁樁身力JH(m)My(kN.m)Qy(kN)dy(kN/m)10.49-6.20519.5432.83520.972.86817.6254.93231.4610.79114.8676.30241.9417.23911.6087.00152.4322.0448.1577.11462.9225.1794.7716.75073.4026.7261.6546.83.8926.854-1.0505.06794.3725.787-3.2503.976104.8623.782-4.9092.851115.3521.103-6.1.766125.8318.005-6.6410.774136.3214.721-6.801-0.146.8011.457-6.572-0.825157.298.385-6.020-1.426167.785.648-5.203-1.918178.263.362-4.169-2.328188.751.626-2.948-2.689199.230.524-1.558-3.032209.720.0.000-3.380I= 2第2根樁的樁頂位移JA1(J)A2(J)P2(J)10.470.4720.261