鐵路橋墩樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

1、基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)鐵路橋墩樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師： 班 級(jí)： 姓 名：學(xué) 號(hào)：2010年6月目 錄第一篇 設(shè)計(jì)說明書2第二篇 設(shè)計(jì)計(jì)算書3一、 收集資料3二、 擬定尺寸5三、 承臺(tái)底面形心處的位移計(jì)算 7四、 墩身彈性水平位移的計(jì)算11五、 樁基檢算 13六、 電算結(jié)果 19第一篇 設(shè)計(jì)說明書1. 鐵路橋墩樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中所依據(jù)規(guī)范有鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范TB1002.5混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2002鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范TB1002.3-992鐵路橋墩樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)內(nèi)容及步驟 收集資料 擬定樁的尺寸及樁數(shù) 承臺(tái)底面形心處的位移計(jì)算 墩身彈性水平位移計(jì)算承載力、位移、穩(wěn)

2、定性、抗裂性檢算及樁身截面配筋設(shè)計(jì)繪制樁基礎(chǔ)布置及樁身鋼筋構(gòu)造圖3. 設(shè)計(jì)方案線路為雙線、直線、坡度4、線間距5m，雙塊式無碴軌道。橋跨31.1m，采用樁基礎(chǔ)，蹲下設(shè)八根樁，設(shè)計(jì)直徑為1m，成孔直徑為1.05m，鉆孔灌注樁，用旋轉(zhuǎn)式鉆頭，樁身采用C25混凝土，樁長(zhǎng)40m，粗砂層為持力層，樁底標(biāo)高為-6.69m。地基容許承載力=644kPa，單樁軸向受壓容許承載力P=3048.92KN，對(duì)于主力加附加力P乘以1.2的提高系數(shù)。樁頂和承臺(tái)連接為主筋伸入式，樁頂深入承臺(tái)0.1m。樁身對(duì)稱布置16根18的光圓鋼筋，鋼筋總長(zhǎng)13m，深入承臺(tái)0.9m。箍筋用8200mm，且沿鋼筋籠方向，每隔2m設(shè)一道骨架

3、鋼筋和定位鋼筋，均為18的一級(jí)鋼。第二篇 設(shè)計(jì)計(jì)算書一、收集資料 設(shè)計(jì)資料1、 線路：雙線、直線、坡度4、線距5m，雙塊式2無石渣軌道及雙側(cè)1.7m人行道，其重量為44.4kN/m。2、 橋跨： 等跨L=31.1m無渣橋面單箱單室預(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0.09。3、 建筑材料：支撐墊石、頂帽、托盤采用C40鋼筋混凝土，墩身采用C30混凝土，樁身采用C25混凝土。4、 地質(zhì)

4、及地下水位情況：標(biāo) 高地質(zhì)情況厚度 標(biāo) 高地質(zhì)情況厚度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)7.021.2919.89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)23.4土層平均重度=20KN/m3，土層平均內(nèi)摩擦角=28°，地下水位標(biāo)高：+30.5m5、 標(biāo)高：梁頂標(biāo)高+53.483m，墩底+35.81m。6、 風(fēng)力：W=800Pa（橋上有車）。7、

5、 橋墩尺寸：如圖1所示(單位：cm，標(biāo)高：m)。59060¢ñ130185185130604527045360750206020602501200150604024163824116636816620320201661841841667002413193192411120¢ñ50:150:133.3135.8147.8150.31圖1 橋墩及承臺(tái)尺寸示意圖 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.m;雙線、縱向、一孔重載：N=17534.94kN,H=341.5kn,M=4

6、762.57kN.m2、墩頂外力： 雙線、縱向、一孔重載：二、擬定尺寸1、樁身采用C25混凝土。2、設(shè)計(jì)樁徑采用d=1m，成孔樁徑為1.05m,鉆孔灌注樁，采用旋轉(zhuǎn)式鉆頭。3、畫出土層分布圖，選用粗砂層為持力層，樁端進(jìn)入持力層的臨界深度為1.5d=1.5m，即樁端進(jìn)入持力層要大于1.5m，從承臺(tái)底面到細(xì)沙層底部深度為36.82m，則取樁長(zhǎng)l=40m。樁底標(biāo)高-6.69m，進(jìn)入持力層3.18m。4、估算樁數(shù)：（按雙孔重載估算） 估算公式： 土層平均天然重度，由于樁側(cè)土為不同土層，應(yīng)采用各土層容重加權(quán)平均，在地下水位以上采用天然重度，在地下水位以下采用浮重度，查鐵路橋規(guī)得，地基的基本承載力，深度修

7、正系數(shù)鉆孔灌注樁樁底支撐力折減系數(shù)：各土層的極限承載摩阻力： 軟塑砂粘土： 粉砂： 淤泥質(zhì)砂粘土： 細(xì)砂： 粗砂：?jiǎn)螛兜妮S向受壓容許承載力： 取，則估算樁數(shù)：，暫取8，驗(yàn)算后作必要調(diào)整。 5、樁在承臺(tái)底面的布置查鐵路橋規(guī)，當(dāng)時(shí)，最外一排樁至承臺(tái)底板邊緣的凈距不得小于0.5d（設(shè)計(jì)樁徑）且不得小于0.25m，且鉆孔灌注樁中心距不應(yīng)小于2.5成孔樁徑，滿足樁間距和和承臺(tái)邊到樁凈距的前提下得到樁在承臺(tái)底面的布置情況，如下圖（單位：cm）：6、樁與承臺(tái)連接方式采用主筋伸入式，樁伸入承臺(tái)板內(nèi)10cm，具體配筋見后面詳述。三、承臺(tái)底面形心處的位移計(jì)算 1、設(shè)計(jì)荷載：雙線、縱向、二孔重載： 雙線、縱向、一孔

8、重載： 2、計(jì)算（1）樁的計(jì)算寬度： 其中，其中因此，（2）計(jì)算基礎(chǔ)變形系數(shù)， 假定樁為彈性樁，則其計(jì)算深度：深度內(nèi)存在兩層不同的土，則m的換算公式為：其中， ，則 而，則樁為彈性樁，假設(shè)成立。 3、計(jì)算單樁樁頂剛度 其中， 又，查表有， 4、計(jì)算承臺(tái)剛性系數(shù) 對(duì)于低承臺(tái)樁基，承臺(tái)完全處于軟塑砂粘土中，因此，承臺(tái)的計(jì)算寬度為：， 5、計(jì)算承臺(tái)底面形心處的位移a，b，樁基為豎直樁基，樁群對(duì)稱布置，則有：由上式得承臺(tái)形心位移： 荷載情況1雙線、縱向、二孔重載： 荷載情況2雙線、縱向、單孔重載： 四、墩身彈性水平位移的計(jì)算假定墩帽、托盤和基礎(chǔ)部分產(chǎn)生剛性轉(zhuǎn)動(dòng)，將墩身分為四個(gè)部分，（由于墩身4-5段下

9、部分在土中，故將其分為兩段，只計(jì)算土上部分風(fēng)力），分別計(jì)算它們所受的風(fēng)荷載,橋上有車時(shí)的風(fēng)壓強(qiáng)度W=800Pa，縱向水平風(fēng)力等于風(fēng)荷載強(qiáng)度乘以迎風(fēng)面積,分別計(jì)算出四部分的上下底邊長(zhǎng)及中線長(zhǎng)，然后計(jì)算出各個(gè)截面的彎矩，再求和即可得到托盤底面所受的總彎矩。1、和縱向風(fēng)力引起的力矩：墩冒所受風(fēng)力：托盤所受風(fēng)力： 墩身風(fēng)力： 風(fēng)力合力作用點(diǎn)位置距長(zhǎng)邊的距離為y，梯形形心軸距長(zhǎng)邊的距離公式為：，其中a為長(zhǎng)邊，b為短邊，h為梯形高計(jì)算得：，將墩身分成四段，利用幾何關(guān)系分別求出邊長(zhǎng)及中線長(zhǎng)，如下圖：風(fēng)力及截面彎矩值計(jì)算表對(duì)各截面彎矩 M（KN·m）水平力(KN)墩帽風(fēng)力托盤風(fēng)力2、墩頂水平位移計(jì)算

10、注：墩帽托盤 C40：，墩身 C30：表中，：分段高度，：分段中線到墩頂鉸支座距離， 五、樁基檢算 1、單樁承載力檢算（按雙孔重載計(jì)算） 則樁頂內(nèi)力：樁身C25混凝土容重，土平均重度則樁自重：樁入土部分同體積土重：則 其中，故單樁軸向受壓承載力滿足要求。2、群樁承載力檢算（按雙孔重載計(jì)算）將樁群看作一個(gè)實(shí)體基礎(chǔ)，則實(shí)體基礎(chǔ)為一臺(tái)體，臺(tái)體底面由于內(nèi)摩擦角（）較頂面放大（如右圖），底面尺寸：樁自重：樁側(cè)土重：承臺(tái)重：承臺(tái)部分土重： 3、墩頂水平位移檢算（按一孔重載）墩高：則墩頂位移 4、結(jié)構(gòu)在土面處的位移（按一孔重載）在橋規(guī)中查m、m0時(shí)，只適用于結(jié)構(gòu)在地面處的最大位移為6mm，若超過6mm就不能

11、采用“m”法進(jìn)行計(jì)算，故需要對(duì)樁在土面處的位移進(jìn)行檢算。墩身埋于土中高度：可以用m法直接查表計(jì)算 5、樁身截面配筋設(shè)計(jì)（一孔重載）（1）樁身彎矩計(jì)算 任意深度z處樁身截面彎矩：列表計(jì)算如下：由表知： （2）計(jì)算偏心距初始偏心距：偏心距放大系數(shù)：其中，影響系數(shù)計(jì)算長(zhǎng)度：，（為變形系數(shù)） 主力+附加力，所以K=0.6則 （3）配筋根據(jù)灌注樁構(gòu)造要求，橋梁樁基主筋宜采用光圓鋼筋，主筋直徑不宜小于16mm，凈距不宜小于120mm，且任一情況下不得小于80mm，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、小直徑的鋼筋，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，

12、根據(jù)橋規(guī)規(guī)定，取=0.5%,則選用1618的級(jí)鋼筋，取凈保護(hù)層厚度，采用對(duì)稱配筋，則主筋凈距為：，符合要求。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（算至彎鉤切點(diǎn)）對(duì)于光圓鋼筋不得不小于45倍主筋直徑（即810mm），取900m,主筋應(yīng)配到4/處以下2m處（約為11.55m）,取其長(zhǎng)度為12m，則主筋總長(zhǎng)為13m。箍筋采用8200mm，為增加鋼筋籠剛度，順鋼筋籠長(zhǎng)度每隔2m加一道18的骨架鋼筋。順鋼筋籠長(zhǎng)度每隔2m在四個(gè)節(jié)點(diǎn)處加四個(gè)定位鋼筋，直徑為18。樁身截面配筋如設(shè)計(jì)圖紙。（4）判斷大小偏心取n=15換算截面面積：換算截面慣性矩：核心距：故屬小偏心構(gòu)件（5

13、）應(yīng)力檢算小偏心構(gòu)件，全截面受壓，則 應(yīng)力合格（6）穩(wěn)定性檢算樁計(jì)算長(zhǎng)度查混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理表11-4得=1.0，查表11-3得m=12.4 則穩(wěn)定性滿足要求 6、單根樁材料表（1）鋼筋（2）混凝土六、電算結(jié)果 1、電算輸入文件 2 6 2 0 0.5 2 280000005000 28 0.58000 28 5.58000 28 9.54000 28 1.415000 28 23.425000 28 8.84 1. 1. 0 40 0 -2.254 1. 1. 0 40 0 2.250.98 11.20 0 0341.5 17534.94 4762.57341.5 18629.07 4671

14、.752、電算輸出文件 * * 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) 2 6 2 樁端嵌固類型 MD=.0 樁傳力類型系數(shù) XS=0.5000 最小樁間凈距 LS= 2.00(米) 樁材砼彈性模量 E= 0.2800E+08(kN/m2)地基比例系數(shù)(kN/m4) 內(nèi)摩擦角(度) 第I土層的厚度(米) 5000. 28.0 0.50 8000. 28.0 5.50 8000. 28.0 9.50 4000. 28.0 1.40 15000. 28.0 23.40 25000. 28.0 8.80 I IT D DB LO LI AH X 1 4

15、 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 承臺(tái)埋入地面或局部沖刷線以下的深度： 1.0 承 臺(tái) 的 實(shí) 際 寬 度 ： 11.2 荷載類型I 水平力H(kN) 軸向力N(kN) 彎矩M(kN.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 計(jì) 算 結(jié) 果 * * 基礎(chǔ)的變形系數(shù)a及樁頂剛度系數(shù)I AF LO1 LO2 LO3 LO4 1 0.404 951540.06

16、76972.12 176685.69 659161.44 2 0.404 951540.06 76972.12 176685.69 659161.44 承 臺(tái) 剛 度 矩 陣 I K1 K2 K3 1 661179.910174 0.000000 -1398653.882388 2 0.000000 7612320.500000 0.000000 3 -1398653.882388 0.000000 43818231.182946 * 荷載類型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) 0.00 0.00 0.0000E+00 I= 1 第

17、 1 根樁的樁頂位移 J A1(J) A2(J) P2(J) 1 0.00 0.00 0.000000 2 0.00 0.00 0.000000 3 0.00 0.00 0.000000 第 1 根 樁 樁 身 內(nèi) 力 J H(m) My(kN.m) Qy(kN) dy(kN/m) 1 0.50 0.000 0.000 0.000 2 0.99 0.000 0.000 0.000 3 1.49 0.000 0.000 0.000 4 1.98 0.000 0.000 0.000 5 2.48 0.000 0.000 0.000 6 2.97 0.000 0.000 0.000 7 3.47 0

18、.000 0.000 0.000 8 3.96 0.000 0.000 0.000 9 4.46 0.000 0.000 0.000 10 4.96 0.000 0.000 0.000 11 5.45 0.000 0.000 0.000 12 5.95 0.000 0.000 0.000 13 6.44 0.000 0.000 0.000 14 6.94 0.000 0.000 0.000 15 7.43 0.000 0.000 0.000 16 7.93 0.000 0.000 0.000 17 8.42 0.000 0.000 0.000 18 8.92 0.000 0.000 0.000

19、 19 9.42 0.000 0.000 0.000 20 9.91 0.000 0.000 0.000 I= 2 第 2 根樁的樁頂位移 J A1(J) A2(J) P2(J) 1 0.00 0.00 0.000000 2 0.00 0.00 0.000000 3 0.00 0.00 0.000000 第 2 根 樁 樁 身 內(nèi) 力 J H(m) My(kN.m) Qy(kN) dy(kN/m) 1 0.50 0.000 0.000 0.000 2 0.99 0.000 0.000 0.000 3 1.49 0.000 0.000 0.000 4 1.98 0.000 0.000 0.000

20、 5 2.48 0.000 0.000 0.000 6 2.97 0.000 0.000 0.000 7 3.47 0.000 0.000 0.000 8 3.96 0.000 0.000 0.000 9 4.46 0.000 0.000 0.000 10 4.96 0.000 0.000 0.000 11 5.45 0.000 0.000 0.000 12 5.95 0.000 0.000 0.000 13 6.44 0.000 0.000 0.000 14 6.94 0.000 0.000 0.000 15 7.43 0.000 0.000 0.000 16 7.93 0.000 0.00

21、0 0.000 17 8.42 0.000 0.000 0.000 18 8.92 0.000 0.000 0.000 19 9.42 0.000 0.000 0.000 20 9.91 0.000 0.000 0.000 * 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) 0.80 2.30 0.1342E-03 I= 1 第 1 根樁的樁頂位移 J A1(J) A2(J) P2(J) 1 0.80 0.80 37.895664 2 2.00 2.00 1904.464737 3 0.13 0.13 -52.945978 第 1 根

22、樁 樁 身 內(nèi) 力 J H(m) My(kN.m) Qy(kN) dy(kN/m) 1 0.50 -34.348 36.807 4.251 2 0.99 -16.776 33.836 7.575 3 1.49 -1.043 29.463 9.906 4 1.98 12.276 24.179 11.260 5 2.48 22.849 18.451 11.719 6 2.97 30.559 12.691 11.411 7 3.47 35.479 7.241 10.496 8 3.96 37.830 2.360 9.144 9 4.46 37.941 -1.778 7.521 10 4.96 36.

23、208 -5.074 5.775 11 5.45 33.056 -7.502 4.030 12 5.95 28.912 -9.084 2.378 13 6.44 24.181 -9.885 0.879 14 6.94 19.230 -9.986 -0.440 15 7.43 14.384 -9.478 -1.582 16 7.93 9.923 -8.444 -2.571 17 8.42 6.091 -6.948 -3.449 18 8.92 3.105 -5.035 -4.267 19 9.42 1.167 -2.720 -5.075 20 9.91 0.475 0.000 -5.910 I= 2 第 2 根樁的樁頂位移 J A1(J) A2(J) P2(J) 1 0.80 0.80 37.895664 2 2.61 2.61 2479.270263 3 0.13 0.13 -52.945978 * 荷載類型NP= 3 (雙孔重載) * 承 臺(tái) 位 移 水平位移(毫米) 豎向位移(毫米) 轉(zhuǎn)角(rad) 0.80 2.45 0.1320E-03 I= 1 第 1 根樁的樁頂位移 J A1(J) A2(J) P2(J) 1 0.80 0.80 37.926470 2 2.15