铁路桥墩桩基础设计(中南大学)

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1、.铁路桥墩桩基础设计学院：土木工程学院_指导基础工程课程设计任务书铁路桥墩桩基础设计一、设计资料：1. 线路：双线、直线、坡度4、线间距5m,双块式无碴轨道及双侧1.7m宽人行道,其重量为44.4kN/m。2. 桥跨：等跨L=31.1m无碴桥面单箱单室预应力混凝土梁,梁全长32.6m,梁端缝0.1m,梁高3m,梁宽13.4m,每孔梁重8530kN,简支箱梁支座中心距梁端距离0.75m,同一桥墩相邻梁支座间距1.6m。轨底至梁底高度为3.7m,采用盆式橡胶支座,支座高0.173m,梁底至支座铰中心0.09m。3. 建筑材料：支承垫石、顶帽、托盘采用C40钢筋混凝土,墩身采用C30混凝土,桩身采用

2、C25混凝土。4. 地质及地下水位情况：标高地质情况厚度标高地质情况厚度36.7936.29耕地0.5-3.51-12.31粗砂8.836.2930.79软塑砂粘土5.5-12.31-22.31中砂10.030.7921.29粉砂9.5-22.31-29.31砾砂中密7.021.2919.89淤泥质砂粘土1.4-29.31-46.31硬塑粘土17.019.89-3.51细砂23.4土层平均容重20kN/m3,土层平均内摩擦角=28。地下水位标高：30.5。5. 标高：梁顶标高+54.483m,墩底33.31m。6. 风力：800Pa 。7. 桥墩尺寸：如图1。二、设计荷载：1. 承台底外力合计

3、：双线、纵向、二孔重载：N=18629.07kN H=341.5kN M=4671.75kN双线、纵向、一孔重载：17534.94kN,H=341.5kN,M=4762.57kN.m 2. 墩顶外力：双线、纵向、一孔重载：=253.44 kN,893.16 kN.m。三、设计要求：1、选定桩的类型和施工方法,确定桩的材料、桩长、桩数及桩的排列。2、检算下列项目1单桩承载力检算 双线、纵向、二孔重载；2群桩承载力检算 双线、纵向、二孔重载；3墩顶水平位移检算 双线、纵向、一孔重载；4桩身截面配筋计算 双线、纵向、一孔重载；5桩在土面处位移检算双线、纵向、一孔重载。3、设计成果：1设计说明书和计算

4、书 一份2设计图纸2号图,铅笔图 一张3电算结果四、附加说明：1、如布桩需要,可变更图1中承台尺寸；2、任务书中荷载系按图1尺寸进行计算的结果,如承台尺寸变更,应对其竖向荷载进行相应调整。基础工程课程设计计算书铁路桥墩桩基础设计一、确定基桩几何尺寸及桩数1、承台及桩身采用C25混凝土。2、设计桩径取,钻孔灌注桩；采用旋转式钻头。3、考虑选择较硬土层作为桩端持力层,根据地质条件,将桩端定在粗砂层。桩端全截面进入持力层的深度,对于砂土不宜小于1.5,所以选择桩长,标高为-6.69m处,桩端进入持力层深度为3.18m。4、确定桩数n：,其中,为经验系数,桥梁桩基采用1.31.8。计算单桩容许承载力：

5、其中：A按设计桩径计算,钻孔灌注桩桩底支撑力折减系数由于,故查铁路桥规,地基基本承载力;深度修正系数,桩侧土为不同土层,应采用各土层容重加权平均。 软塑砂粘土：粉砂：淤泥质砂粘土： 细砂：粗砂：单桩的轴向受压容许承载力：取,则,取n=8根。二、承台尺寸及布桩1、承台尺寸采用图1中所示尺寸。2、查桥规知,当时,最外一排柱至承台底板边缘的净距不得小于且不得小于0.25m,且钻孔灌注桩的桩中心距不应小于,根据承台尺寸及以上布桩原则,取桩距为,桩的分布如下图所示：三、承台底面形心处位移计算1、桩的计算宽度和变形系数其中,桩间距,其中因此,查铁路桥规,桩身采用C25混凝土时假定为弹性桩,承台底面下计算深

6、度为,此深度内存在软塑砂粘土和粉砂需要换算m值。查表,取,；,。故,是弹性桩,故假设成立。2、单桩桩顶刚度的计算公式：,其中,侧摩阻力以扩散角至桩底平面得出半径,大于桩间距1.5m,取,查表得：则：2、承台刚度系数的计算因为桩是对称布置,故由于是低承台桩基,故承台计算宽度承台处于耕地软塑砂粘土中,取,3、承台底面形心处位移计算双线、纵向、二孔重载：N=18629.07KN, H=341.5KN, M=4671.75KNm双线、纵向、一孔重载：N=17534.94KN, H=341.5KN, M=4762.57kNm4、托盘底面水平位移 及转角计算假定墩帽、托盘和基础部分仅产生刚性转动,将墩身分

7、为四部分,基本风荷载强度,桥上有车时风荷载强度采用,纵向水平风力等于风荷载强度乘以受风面积。和纵向风力引起的力矩墩帽所受风力：托盘所受风力：墩身风力：梯形形心轴距下边缘的距离计算公式为：,其中a为下边长度,b为上边长度。故,将墩身分为四部分,如下图：风力及截面弯矩值计算表各截面弯矩M水平力托盘顶0托盘底12-23-34-4墩底5墩顶水平力253.44633.61393.922154.242914.563674.88墩帽风力H=2.880.8645.18413.82422.46431.10439.744托盘风力H=6.2404.82423.54442.26460.98479.704墩身风力H1-

8、2=11.4430017.10851.43785.767120.096H2-3=11.67400017.45252.47387.494H3-4=11.900000017.79353.493H4-5=8.1450000016.192墩顶弯矩893.16893.16893.16893.16893.16893.16总计1147.4641536.7482341.5563181.0174055.8414964.7632计算托盘底面的水平位移和转角由得：托盘水平位移和转角计算表：1-2段1939.16234.08817.2085506560004.32E-052-3段2761.28637.08819.56

9、56260800009.38E-053-4段3618.432310.08822.1527088640001.54E-044-5段4511.29313.08824.9847994880002.22E-04总计5.13E-04四、桩基检算1、单桩承载力检算双线、纵向、二孔重载查规范,桩的容重 土平均重度,桩身自重：与桩入土部分同体积的土重为：则：所以,单桩承载力合格2、群桩承载力验算双线、纵向、二孔重载桩中心距为4.5米,小于6d=6米,考虑群桩效应。将桩群看作一个实体基础,则实体基础为一台体,台体底面由于内摩擦角较顶面放大,如下图：桩身自重：桩侧土重：承台重：承台部分土重：所以,群桩承载力合格。

10、3、墩顶水平位移检算双线、纵向、一孔重载故墩顶水平位移满足要求。4、桩在土面处位移检算双线、纵向、一孔重载在桥规中查m、m0时,只适用于结构在地面处的最大位移为6mm,若超过6mm就不能采用m法进行计算,故需要对桩在土面处的位移进行检算。故可用m法进行计算。5、桩身配筋计算双线、纵向、一孔重载1计算桩身弯矩任意深度z处桩身截面弯矩桩身弯矩计算表00.000 010 -22.014 -22.014 0.20.484 0.1970.99811.655 -21.970 -10.315 0.40.969 0.3770.98622.304 -21.706 0.598 0.61.453 0.5290.95

11、931.297 -21.111 10.185 0.81.937 0.6460.91338.219 -20.099 18.120 12.421 0.7230.85142.774 -18.734 24.040 1.22.906 0.7620.77445.081 -17.039 28.043 1.43.390 0.7650.68745.259 -15.124 30.135 1.63.874 0.7370.59443.602 -13.076 30.526 1.84.358 0.6850.49940.526 -10.985 29.541 24.843 0.6140.40736.325 -8.960 27

12、.366 2.25.327 0.5320.3231.474 -7.044 24.430 2.45.811 0.4430.24326.209 -5.349 20.859 2.66.295 0.3550.17521.003 -3.852 17.150 2.86.780 0.270.1215.974 -2.642 13.332 37.264 0.1930.07611.418 -1.673 9.745 3.58.475 0.0510.0143.017 -0.308 2.709 49.685 00000桩身弯矩分布图2求偏心矩e偏心距放大系数：所以主力加附加力,所以K=1.63配筋根据灌注桩构造要求,桥

13、梁桩基主筋宜采用光钢筋,主筋直径不宜小于16mm,净距不宜小于120mm,主筋净保护层不应小于60mm,在满足最小间距的情况下,尽可能采用单筋、小直径钢筋,以提高桩的抗裂性。所以,主筋采用级钢筋,桩身混凝土为C25,根据桥规规定,取,则：,选用1618的级钢筋,则。取净保护层厚度,采用对称配筋此时主筋净距为：,满足。桩与承台的联结方式为主筋伸入式,桩身伸入承台板0.1m；主筋伸入承台的长度不小于45倍的主筋直径即,取900mm。主筋应配到4/处一下2m处,取主筋在桩中长度为12m；箍筋采用,为增加钢筋笼刚度,顺钢筋笼长度每隔2m加一道的骨架钢筋。4判别大小偏心取换算截面面积：换算截面惯性矩：,

14、故属于小偏心受压构件。5截面应力核算小偏心构件,全截面受压,则故桩的截面应力满足要求。6稳定性验算桩的计算长度,查混凝土结构设计原理表11-4查得=1.0,查表11-3得m=12.4,按轴心受压构件检算桩的稳定性。所以,桩的稳定性满足要求。7桩的抗裂验算由于桩属于小偏心受压,全截面受压,钻孔灌注桩现场浇灌,不需吊装,施工期间桩截面一般不出现拉应力,所以桩不产生裂缝。五、电算结果1输入文件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 -2.254

15、 1.0 1.0 0 40 0 2.252.5 11.20 0 0341.5 17534.94 4762.57341.5 18629.07 4671.752输出文件 * * 第 一 部 分 原 始 数 据 * * 桩类型组数 土层数 作用力H方向上一排桩的桩数 2 5 2 桩端嵌固类型 MD=.0 桩传力类型系数 XS=0.5000 最小桩间净距 LS= 3.50 桩材砼弹性模量 E= 0.3000E+08地基比例系数 内摩擦角 第I土层的厚度 6000. 28.0 2.52 9000. 28.0 9.50 5000. 28.0 1.40 15000. 28.0 23.40 25000. 28

16、.0 8.80 I IT D DB LO LI AH X 1 4 1.000 1.000 0.000 40.000 0.0000 -2.2500 2 4 1.000 1.000 0.000 40.000 0.0000 2.2500 承台埋入地面或局部冲刷线以下的深度： 2.5 承 台 的 实 际 宽 度 ： 11.2 荷载类型I 水平力H 轴向力N 弯矩M 1 0.0 0.0 0.0 2 341.5 17534.9 4762.6 3 341.5 18629.1 4671.8 * * 第 二 部 分 计 算 结 果 * * 基础的变形系数a及桩顶刚度系数I AF LO1 LO2 LO3 LO4

17、1 0.412 1096849.12 87424.84 196804.41 720065.38 2 0.412 1096849.12 87424.84 196804.41 720065.38 承 台 刚 度 矩 阵 I K1 K2 K3 1 1018543.120010 0.000000 -1308481.608325 2 0.000000 8774793.000000 0.000000 3 -1308481.608325 0.000000 50236103.290835 * 荷载类型NP= 1 * 承 台 位 移 水平位移 竖向位移 转角 0.00 0.00 0.0000E+00 I= 1

18、第 1 根桩的桩顶位移 J A1 A2 P2 1 0.00 0.00 0.000000 2 0.00 0.00 0.000000 3 0.00 0.00 0.000000 第 1 根 桩 桩 身 内 力 J H My Qy dy 1 0.49 0.000 0.000 0.000 2 0.97 0.000 0.000 0.000 3 1.46 0.000 0.000 0.000 4 1.94 0.000 0.000 0.000 5 2.43 0.000 0.000 0.000 6 2.92 0.000 0.000 0.000 7 3.40 0.000 0.000 0.000 8 3.89 0.0

19、00 0.000 0.000 9 4.37 0.000 0.000 0.000 10 4.86 0.000 0.000 0.000 11 5.35 0.000 0.000 0.000 12 5.83 0.000 0.000 0.000 13 6.32 0.000 0.000 0.000 14 6.80 0.000 0.000 0.000 15 7.29 0.000 0.000 0.000 16 7.78 0.000 0.000 0.000 17 8.26 0.000 0.000 0.000 18 8.75 0.000 0.000 0.000 19 9.23 0.000 0.000 0.000

20、20 9.72 0.000 0.000 0.000 I= 2 第 2 根桩的桩顶位移 J A1 A2 P2 1 0.00 0.00 0.000000 2 0.00 0.00 0.000000 3 0.00 0.00 0.000000 第 2 根 桩 桩 身 内 力 J H My Qy dy 1 0.49 0.000 0.000 0.000 2 0.97 0.000 0.000 0.000 3 1.46 0.000 0.000 0.000 4 1.94 0.000 0.000 0.000 5 2.43 0.000 0.000 0.000 6 2.92 0.000 0.000 0.000 7 3.

21、40 0.000 0.000 0.000 8 3.89 0.000 0.000 0.000 9 4.37 0.000 0.000 0.000 10 4.86 0.000 0.000 0.000 11 5.35 0.000 0.000 0.000 12 5.83 0.000 0.000 0.000 13 6.32 0.000 0.000 0.000 14 6.80 0.000 0.000 0.000 15 7.29 0.000 0.000 0.000 16 7.78 0.000 0.000 0.000 17 8.26 0.000 0.000 0.000 18 8.75 0.000 0.000 0

22、.000 19 9.23 0.000 0.000 0.000 20 9.72 0.000 0.000 0.000 * 荷载类型NP= 2 * 承 台 位 移 水平位移 竖向位移 转角 0.47 2.00 0.1071E-03 I= 1 第 1 根桩的桩顶位移 J A1 A2 P2 1 0.47 0.47 20.261041 2 1.76 1.76 1927.502190 3 0.11 0.11 -15.934015 第 1 根 桩 桩 身 内 力 J H My Qy dy 1 0.49 -6.205 19.543 2.835 2 0.97 2.868 17.625 4.932 3 1.46 1

23、0.791 14.867 6.302 4 1.94 17.239 11.608 7.001 5 2.43 22.044 8.157 7.114 6 2.92 25.179 4.771 6.750 7 3.40 26.726 1.654 6.028 8 3.89 26.854 -1.050 5.067 9 4.37 25.787 -3.250 3.976 10 4.86 23.782 -4.909 2.851 11 5.35 21.103 -6.028 1.766 12 5.83 18.005 -6.641 0.774 13 6.32 14.721 -6.801 -0.093 14 6.80 1

24、1.457 -6.572 -0.825 15 7.29 8.385 -6.020 -1.426 16 7.78 5.648 -5.203 -1.918 17 8.26 3.362 -4.169 -2.328 18 8.75 1.626 -2.948 -2.689 19 9.23 0.524 -1.558 -3.032 20 9.72 0.138 0.000 -3.380 I= 2 第 2 根桩的桩顶位移 J A1 A2 P2 1 0.47 0.47 20.261041 2 2.24 2.24 2456.232810 3 0.11 0.11 -15.934015 * 荷载类型NP= 3 * 承

25、台 位 移 水平位移 竖向位移 转角 0.47 2.12 0.1053E-03 I= 1 第 1 根桩的桩顶位移 J A1 A2 P2 1 0.47 0.47 20.419082 2 1.89 1.89 2068.884544 3 0.11 0.11 -16.807962 第 1 根 桩 桩 身 内 力 J H My Qy dy 1 0.49 -7.002 19.704 2.824 2 0.97 2.151 17.792 4.919 3 1.46 10.157 15.039 6.294 4 1.94 16.689 11.783 7.001 5 2.43 21.578 8.329 7.123 6

26、 2.92 24.795 4.936 6.769 7 3.40 26.419 1.807 6.056 8 3.89 26.618 -0.911 5.101 9 4.37 25.615 -3.130 4.015 10 4.86 23.664 -4.808 2.892 11 5.35 21.028 -5.948 1.807 12 5.83 17.964 -6.580 0.813 13 6.32 14.706 -6.758 -0.058 14 6.80 11.459 -6.545 -0.794 15 7.29 8.396 -6.007 -1.402 16 7.78 5.663 -5.201 -1.9

27、00 17 8.26 3.377 -4.173 -2.318 18 8.75 1.637 -2.955 -2.687 19 9.23 0.532 -1.564 -3.039 20 9.72 0.145 0.000 -3.397 I= 2 第 2 根桩的桩顶位移 J A1 A2 P2 1 0.47 0.47 20.419082 2 2.36 2.36 2588.382956 3 0.11 0.11 -16.8079623电算与手算结果对照表一 基础变形系数及桩顶刚度系数电算结果0.4121096849.1287424.84196804.41720065.38手算结果0.413100980088450198300723200表二 承台刚度系数矩阵电算结果1018543.1200108774793.000000-1308481.60832550236103.290835手算结果9364008078000-139500046920000表三 承台位移水平位移 竖向位移转角单孔重载电算结果0.472.000.1071E-03手算结果0.53992.1711.176E-04双孔重载电算结果0.472.120.1053E-03手算结果0.53692.3061.155E-04.