聲屏障基礎(chǔ)驗(yàn)算的說(shuō)明

1、xx高速xx互通AK1+600-AK2+000聲屏障基礎(chǔ)抗風(fēng)穩(wěn)定及連接件驗(yàn)算的說(shuō)明一、概況1、聲屏障結(jié)構(gòu)參數(shù)聲屏障高3.0m，縱向每2m 個(gè)單元，每4m設(shè)置一個(gè)1m的挖 孔樁基礎(chǔ)（樁基長(zhǎng)度根據(jù)水平承載力計(jì)算確定，樁長(zhǎng)取8.0m）。聲屏 障與樁基礎(chǔ)間通過(guò)高60cm的地系梁（寬度40cm）連接，系梁采用C30 混凝土。聲屏障立柱采用HW150X150X7X10mm的H型鋼，高度3.0m， 縱向間距2m；每2延米單元聲屏障面積5.88m2，面密度80kg/m2100kg/m2。Waisi盅皿 IE3W 駐味 WhffL 廈善M*-m*燈&.路基聲屏障示意圖橋梁聲屏障與護(hù)欄底座連接示意圖2、土體參數(shù)根

2、據(jù)xx互通工程地質(zhì)勘查報(bào)告，原地表土為軟塑黏土， 查閱“巖土物理力學(xué)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表”，其液性指數(shù)I0.52，內(nèi)摩擦角山 =6.8,凝聚力c=17.6kPa。土體的綜合內(nèi)摩擦角山。二atan(tan(巾) +c/(hXY)=30.2(上式中 h=2m，Y 偏安全取 19kN/m3)。根據(jù)土質(zhì)類(lèi)別“軟塑黏土”查閱公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè) 計(jì)規(guī)范(JTG D63-2007)表P.0.2-1，軟塑黏土的非巖石地基水平 向抗力系數(shù)m=5000kN/m410000kN/m4。由于路基側(cè)為一條排水溝， 雨季時(shí)路基受水浸泡液性指數(shù)變大，本次m值按軟塑性黏土取 4000kN/m4?；A(chǔ)底面的地基系數(shù)m0=7500kN/

3、m4。土體容重對(duì)于路基填土 Y取19kN/m3,而原地面土體由于地 下水水位較高，土體容重采用浮容重Y=9KN/m3。3、路基參數(shù)路基寬度10.5m,路基橫斷面組成為75cm （土路肩）+100cm （硬 路肩）+2X350cm（行車(chē)道）+100cm（硬路肩）+75cm（土路肩）=1050cm。 路基邊坡坡比1：1.5（路基邊坡與水平面夾角為33.7）。聲屏障段 落路基高度為2.9m4.5m。路基填筑采用山皮石，山皮石最大粒徑應(yīng)滿(mǎn)足規(guī)范對(duì)路基填料最 大粒徑的要求，同時(shí)粒徑小于0.075mm的顆粒質(zhì)量不超過(guò)總質(zhì)量的 5%。由于聲屏障樁基側(cè)向變形較大，需對(duì)路基土體的非巖石地基水平 向抗力系數(shù)進(jìn)行折

4、減，本次計(jì)算路基部分非巖石地基水平向抗力系數(shù) m偏安全取用原地面土體的m值。二、驗(yàn)算原則及內(nèi)容（一）驗(yàn)算原則依據(jù)建筑樁基技術(shù)規(guī)范（JGJ 94-2008） 3.1.3條規(guī)定，對(duì)聲 屏障樁基礎(chǔ)進(jìn)行整體穩(wěn)定性、樁頂位移進(jìn)行驗(yàn)算；對(duì)聲屏障與基礎(chǔ)間 連接件進(jìn)行驗(yàn)算。計(jì)算樁頂位移、樁側(cè)土應(yīng)力采用荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合，計(jì)算連接件強(qiáng) 度采用荷載的承載能力組合。（二）驗(yàn)算內(nèi)容1、樁基礎(chǔ)抗風(fēng)穩(wěn)定進(jìn)行驗(yàn)算（按剛性樁基礎(chǔ)驗(yàn)算）。2、立柱、法蘭盤(pán)、加勁肋、地腳螺栓強(qiáng)度驗(yàn)算。三、驗(yàn)算依據(jù)1、交通部部版公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JTG D60-2004）；2、交通部部版公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D62-20

5、04)；3、交通部部版公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(JTGD63-2007)；4、建設(shè)部部版建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB 50009-2001)；5、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部部版聲屏障結(jié)構(gòu)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(GBT 51335-2018)；6、交通運(yùn)輸部部版公路滑坡防治設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG/T 3334-2018)；7、交通運(yùn)輸部部版公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)細(xì)則(JTG /TD81-2017)；8、交通部部版公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG/T D60-01-2004)；9、交通運(yùn)輸部部版公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范(JTGD64-2015)；10、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部部版建筑樁基技術(shù)規(guī)范(JGJ 94-2008)。四、荷載計(jì)算(取4m聲屏

6、障為一個(gè)計(jì)算單元)依據(jù)聲屏障結(jié)構(gòu)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(GBT 51335-2018)規(guī)定，聲屏障 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載包括結(jié)構(gòu)自重、風(fēng)荷載、雪荷載、車(chē)致脈動(dòng)荷載及其它 荷載；聲屏障的設(shè)計(jì)荷載應(yīng)根據(jù)使用過(guò)程中可能同時(shí)作用的荷載進(jìn)行 組合，并按最不利條件進(jìn)行設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)自重計(jì)算1、版面：90kg/m2X5.88m2X2=1058.4kg；2、H 型鋼：80.59kgX2=161.2kg；3、法蘭盤(pán)、加勁肋：1.41X2+12.12X2+17.03X2=61.1kg；4、系梁：4mX0.6mX0.4X26kN/m3=24.96kN；單根樁頂豎向力P=37.8kN;聲屏障單根立柱底反力P1=12.8kN。（二）路基側(cè)樁基土

7、側(cè)壓力計(jì)算本次計(jì)算采用橋梁博士基礎(chǔ)模塊進(jìn)行計(jì)算，由于邊坡上距離樁基 邊緣4倍樁徑以上范圍的土體不考慮，而程序內(nèi)部路基側(cè)土側(cè)壓力無(wú) 法模擬，單獨(dú)計(jì)算土側(cè)壓力施加至樁頂。主動(dòng)土壓力系數(shù)：K = tg2（45。-氣 ） = 0.331 ； 土的容重 y = 19kN / m3 ；土的主動(dòng)土壓力：Pa =y HKa = 19x3.2x0.331 = 20.1kN/m2將土側(cè)壓力移至樁頂后的水平力P1=32.2kN。（三）風(fēng)荷載計(jì)算依據(jù)聲屏障結(jié)構(gòu)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（GBT 51335-2018）5.2.7條作用在聲屏障上的水平側(cè)向風(fēng)荷載wk = P XRXRXw計(jì)算，基本風(fēng)壓按 gz s z 0照50年一遇計(jì)算。

8、橋梁聲屏障風(fēng)荷載偏安全取路基聲屏障風(fēng)荷載數(shù) 值。在基礎(chǔ)頂面產(chǎn)生的彎拒值為Wo = 55.692 kNm1、（風(fēng)荷載參照聲屏障結(jié)構(gòu)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)）；官：=17高度10m內(nèi)的陣風(fēng)系數(shù)，地面類(lèi)別按B類(lèi)取用火:=2路基聲屏障用U，橋梁聲屏障以獨(dú):=1.D風(fēng)壓高度變化系數(shù)w0 := 0.6d基本風(fēng)壓取值沿用現(xiàn)行國(guó)標(biāo)建筑結(jié)構(gòu)荷轂規(guī)范*附錄C重現(xiàn)期為50年的值采用按圍護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值：WK = %一如把WK = 221 牛m*聲屏障高度：:= 3 m聲屏障基礎(chǔ)高度：h := 0.6 m聲屏障寬度按每樁間距取用：B := 4.0 m迎風(fēng)面租：亂：=日0日計(jì)算聲屏障的樁基礎(chǔ)側(cè)血壓應(yīng)力及變形親用標(biāo)準(zhǔn)組合，不計(jì)重

9、要性系數(shù)，各組合系麴物1J0風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值煩=22 kNR ；= i.o-wk a樁頂風(fēng)荷載Fx=26.5kN，彎矩W=55.7kN.m。系梁頂風(fēng)荷載Fx1=26.5kN，彎矩W1=39.8kN.m。（四）雪荷載計(jì)算考慮聲屏障水平向主要荷載為風(fēng)荷載，當(dāng)橫向風(fēng)荷載作用時(shí)，聲 屏障上積雪不大，且豎向力不控制，因此本次未計(jì)雪荷載。（五）車(chē)致脈動(dòng)荷載計(jì)算依據(jù)聲屏障結(jié)構(gòu)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 51335-2018）5.2.1條規(guī)定， 活載效應(yīng)考慮車(chē)致脈動(dòng)荷載。而條文說(shuō)明中解釋為目前車(chē)致脈動(dòng)風(fēng)壓6 / 14研究相對(duì)不足的條件下，規(guī)范暫時(shí)參考英國(guó)鐵路聲屏障車(chē)致脈動(dòng)風(fēng)壓計(jì)算公式，且自然風(fēng)荷載與車(chē)致脈動(dòng)荷載不同時(shí)參與

10、組合。5.2. 10作用在聲屏障上的車(chē)致風(fēng)壓荷載效應(yīng)宜通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)或 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法確定可按下列公式計(jì)算：(5. 2. 10-2)4=帚旅+。,彼式中車(chē)致風(fēng)壓荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）；車(chē)輛形狀系數(shù),貨車(chē)為如=1. 00,客車(chē)如=0.85,流 線(xiàn)型車(chē)頭ICE系列等如=0. 60；IP一 空氣密度，取L2Skg/m。V,車(chē)輛速度（m/sw車(chē)致風(fēng)壓系數(shù),V車(chē)輛中心線(xiàn)至聲屏障距離（m）.車(chē)型設(shè)計(jì)車(chē)速車(chē)型系數(shù)車(chē)輛中心線(xiàn)距 聲屏障距離車(chē)致風(fēng)壓系數(shù)空氣密度車(chē)致脈動(dòng)荷載（km/h）k1Y （m）CplP (kg/m3)P1k (kN/m2)貨車(chē)8014.250.1431.2544.28客車(chē)800.85

11、4.250.1431.2537.64轎車(chē)800.64.250.1431.2526.57注：車(chē)輛中心線(xiàn)距聲屏障距離按照外側(cè)車(chē)道中心距聲屏障距離計(jì)算。從上表可以看出，車(chē)致風(fēng)壓荷載比50年一遇風(fēng)荷載大20倍?？?慮目前車(chē)致脈動(dòng)風(fēng)壓相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不足，不宜直接確定脈動(dòng)力荷載大 小。標(biāo)準(zhǔn)中通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)變形和疲勞強(qiáng)度限制來(lái)確保聲屏障整個(gè)系統(tǒng)的 安全。由于樁基礎(chǔ)不存在疲勞問(wèn)題，并對(duì)樁基變形做了限制，因此本次計(jì)算暫不考慮車(chē)致脈動(dòng)荷載。五、樁基抗風(fēng)穩(wěn)定計(jì)算（一）計(jì)算假設(shè)依據(jù)公路滑坡防治設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG/T 3334-2018） 7.4.3條規(guī) 定，樁基穩(wěn)定計(jì)算時(shí)考慮樁前斜坡坡度的影響。樁前滑床寬度達(dá)到 3-5倍樁徑

12、才能作為半無(wú)限體錨固條件，本次計(jì)算取用4倍樁徑，即 邊坡上距離樁基邊緣4倍樁徑以上范圍的土體（下圖陰影范圍）不予 考慮。（二）剛性樁柔性樁判定樁變形系數(shù)a=5 mx =0.348,aXh=0.348X4.8=1.67V2.5,5 0.8E x I因此按照剛性樁基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算。樁基抗風(fēng)穩(wěn)定計(jì)算采用橋梁博士剛性基礎(chǔ)模塊進(jìn)行計(jì)算。1、按樁基有效嵌入深度4.8m計(jì)算，輸入數(shù)據(jù)如下：樁計(jì)算寬度b1=1.5m,樁入土深度h=4.8m，樁徑d=1.000m,樁面積Ao=兀xR2 =0.785m2，樁截面模量Wo=兀xd3 =0.098m3。樁抗彎慣距I二32兀 x弓4 =0.049m4。64樁變形系數(shù)a=5

13、m展1 =0.348,樁側(cè)土水平向抗力系數(shù) 50.8E x Im=4000.000，基礎(chǔ)底面地基比例系數(shù)mo=7500.000,巖石地基比例系數(shù) co=5000.000總水平力H=26.5kN+32.2kN=58.7kN，豎向力N=37.8kN，所有水平 力對(duì)基礎(chǔ)底面的彎矩 M=26.5kNX(8m-1.5m)+32.2kNX(3.2m/3+4.8m) 二361.1kN.m計(jì)算結(jié)果：地面以下基礎(chǔ)轉(zhuǎn)角：w = 0.0030弧度 地面至旋轉(zhuǎn)中心的距離yo = 3.487 m 基礎(chǔ)底豎直最大應(yīng)力Smax = 101.47 KPa 基礎(chǔ)底豎直最小應(yīng)力Smin = -5.16 KPa 墩臺(tái)頂水平位移：d

14、elta = 0.0205 m基礎(chǔ)截面彎矩(KN-m)與側(cè)面土水平壓應(yīng)力(KPa)Y坐標(biāo)彎矩壓應(yīng)力0.00079.40.00-0.24093.49.23-0.480106.617.10-0.720118.223.60-0.960127.928.74-1.200135.132.51-1.440139.534.92-1.680140.935.96-1.920139.235.64-2.160134.433.95-2.400126.730.90-2.640116.326.48-2.880103.720.70-3.12089.313.56-3.36073.75.04-3.60057.7-4.83-3.8

15、4042.1-16.07-4.08027.9-28.68-4.32016.2-42.65-4.5608.2-57.99-4.8005.2-74.69基礎(chǔ)底面應(yīng)力101.5kPa，根據(jù)西新互通工程地質(zhì)勘查報(bào)告 粉質(zhì)黏土容許承載力為100kPa，不滿(mǎn)足要求，需考慮深度修正。依據(jù)公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D63-2007)3.3.4 條規(guī)定fa=fa0+k2 X Y 2 X ( h-3 ) =100kPa+1.5 X 9kN/m3 X(4.8m-3m) =124.3KPa101.5KPa，滿(mǎn)足要求。2、樁側(cè)土橫向容許承載力及樁頂容許變形計(jì)算考慮樁基設(shè)置在路基邊坡上，其受力接近抗滑樁理論，采

16、用公路滑坡防治設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG/T 3334-2018)7.4.8條計(jì)算樁側(cè)土橫向 容許承載力及樁頂容許變形。2地層為土層或風(fēng)化七7整層時(shí)，滑婆誠(chéng)囊為史/3和史 0為滑或橫坡較小時(shí),地基一，點(diǎn)的橫向容 大且*乳動(dòng)面以下樁長(zhǎng))處的橫向壓在許承載力口當(dāng)?shù)孛鏌o(wú)橫坡7,4 S-2)計(jì)算;時(shí)，地基了點(diǎn)的橫向容許承載力可按式(7, 4.83)計(jì)算；行肩 二禹+方呼+，式中；驅(qū)滑動(dòng)面以下上體的內(nèi).摩擦角():y,滑動(dòng)面以上土體的重度(kN/m3)； 如 設(shè)樁處滑動(dòng)面至地面的距離(tn)；y? 滑動(dòng)面以下土體的更度(kN/m3)；j滑動(dòng)面至計(jì)算點(diǎn)的距高(m);c滑動(dòng)面以下上體的黏聚力(kN/nJ)當(dāng)?shù)孛鏅M坡f

17、較COS2! JCOS-! t庭他H次3血”按(7.4. 8-2(7.4. 8-3)式中：滑動(dòng)面以下土體的綜合內(nèi)摩擦龜(勺；i地面橫坡樁側(cè)土壓應(yīng)力計(jì)算h/3 位置處橫向容許承載力Oh/3=4X(9kN/m3X3.2m+9kN/m3X 4.8m/3)X(cos33.7) 3/cos30.2 =115.1kPa36kPa；h 位置處橫向容許承載力。：=4乂(9kN/m3X3.2m+9kN/m3X4.8m) X(cos33.7) 3/cos30.2 =191.9kPa75kPa；樁側(cè)土壓應(yīng)力滿(mǎn)足規(guī)范要求。樁頂容許變形依據(jù)公路滑坡防治設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG/T 3334-2018) 7.4.4條規(guī)定：樁板墻

18、頂位移應(yīng)小于樁懸臂端長(zhǎng)度的1/100,且不宜大于100mm。 本次樁基懸臂端長(zhǎng)度為3.2m，則其樁頂位移容許值為3.2cm，設(shè)計(jì)樁 頂變形2.1cm，滿(mǎn)足要求。六、連接件計(jì)算（一）荷載計(jì)算由于聲屏障立柱縱向間距2m，且驗(yàn)算連接件承載能力，風(fēng)荷載 考慮重要性系數(shù)1.0及組合系數(shù)1.4，因此立柱底的風(fēng)荷載 Fx1=26.5/2X1.0X1.4=18.6kN，彎矩 Mx=Fx1Xh/2=27.8kN.m，豎向 力 Px=12.8kN。（二）主要構(gòu)件參數(shù)聲屏障立柱采用HW150X150X7X10mm的H型鋼（幾何參數(shù)下圖）， 高度3.0m，縱向間距2m；上法蘭盤(pán)尺寸350X315X14mm，下法蘭盤(pán)

19、尺寸350X310X20mm；加勁肋尺寸20X70X200X10mm；立柱、法蘭 盤(pán)、加勁板材質(zhì)為Q235鋼。I*苻號(hào)；h一島度；b-寬度：tl -麗憤毋曲玖一輿強(qiáng)I?度：l-ta性更：_W裁面模妝33i回斯F.松Sx半技山|的侗秘炬.翼凱H型鋼規(guī)格 3*1&御】重處1栽而積A 而JS量qK-X抽y-;抽I,W,V員L(cm)Lcm+)W.,E)2317.2 23S3576.54 UR342.471.25*1皿1847?,29473.HL50 x150 x7xD40553L3J 66022 l6.J956475.13.T3路基聲屏障地腳錨栓采用8根M20 x600mm強(qiáng)度8.8級(jí)高強(qiáng)地腳螺栓預(yù)埋于地梁內(nèi)，螺栓間距25cm。橋梁聲屏障錨栓采用4根M20 x300mm 強(qiáng)度8.8級(jí)的化學(xué)錨栓，螺栓間距28cm。（三）詳細(xì)計(jì)算過(guò)程見(jiàn)附件。七、結(jié)論1、計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)見(jiàn)下表項(xiàng)目單位設(shè)計(jì)值容許值富裕度備注樁基樁長(zhǎng)（m）8h/3處樁側(cè) 土應(yīng)力（kPa）36115.1219.7%