墩台基础课程设计计算书汇总.docx

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墩台基础课程设计计算书汇总

第一章概述

1.1基本资料

本设计资料是江阴市某大桥低桩承台基础设计，该桥上部结构型式采用变截面连续箱梁双幅桥，荷载标准公路——I级，桥面双幅并立，中央空间9m,单幅横向布置为0.35m（栏杆）+5m（非机动车道）+0.4m（隔离栅）+12.25m（车行道）+0.5m（防撞护栏）=18.5m，总宽46m.桩的型式采用钻孔灌注桩，桩身采用C25混凝土，承台采用C30混凝土。

本设计是针对15#墩（左幅），对应的地质钻孔是ZKB4，其设计控制荷载分别为：

N=60000kN（↓）、H=600kN（→）、M=6204kN·m（↖）。

1.2施工方法

1.2.1施工方法简介及机具设备

本设计工程桩基础采用钻孔灌注桩。

施工时直接在桩位上就地成孔，然后在孔内安放钢筋笼、灌注混凝土而成。

钻孔的方法主要根据地质条件，本设计采用的正循环回转钻机。

正循环旋转钻进是泥浆由泥浆泵压进泥浆笼头，通过钻杆从底端钻头射出而输入孔底，泥浆挟钻渣上升，从护筒顶溢流口不断流出排至沉淀池内，钻渣沉淀，泥浆流入泥浆池循环使用。

由于是在粘土中钻孔，采用自造泥浆护壁。

钻孔达到要求的深度后，测量沉碴厚度，进行清孔。

清孔采用射水法，此时钻具只转不进，待泥浆比重降到1.1左右即认为清孔合格。

钻孔灌注桩的桩孔钻成并清孔后，应尽快吊放钢筋骨架并灌注混凝土。

用垂直导管灌注法水下施工。

水下灌注混凝土至桩顶处，应适当超过桩顶设计标高，以保证在凿除含有泥浆的桩段后，桩顶标高和质量能符合设计要求。

施工后的灌注桩的平面位置和垂直度都需要满足规范的规定。

1.2.2主要的施工程序

（一）、施工工艺钻孔灌注桩是用动力驱使钻头在土中钻进成孔。

主要的工序是钻孔、清孔、下钢筋笼和灌注混凝土。

具体施工工艺流程图见图一。

（二）、主要工艺的技术要求

1、埋设护筒埋设护筒是钻孔灌注桩准备工作中的一个最主要环节。

混同为圆形，可用木、钢板。

钢筋混凝土制作，要求坚实耐用、不变形不漏水，并应能重复使用。

埋设护筒要满足以下要求：

①护筒直径应比钻头直径大100~400mm，依据成孔方式来确定。

②护筒顶标高奥高出地面或岛面300~500mm,高于地表水面或地下水面1.5~2.0m;③护筒底应用粘土夯填，不得漏水跑浆。

2、泥浆制备泥浆是用作护壁用，由水、粘土（或膨胀土）和添加剂组成。

泥浆的作用：

增大孔内向外的静水压力，并在孔壁形成一层泥皮，隔断孔内外水流起着护壁的作用；用作悬浮钻渣，润滑钻头，减少钻进阻力。

图一钻孔灌注桩施工工艺图

3、钻孔

本设计中采用的是旋转钻孔法，用动力驱动钻头旋转切削地层，利用泥浆循环排渣成孔的旋转钻机钻孔。

在钻孔过程中，要注意以下几个问题：

①钻进过程中要随时检查进尺和土层和土质情况，并做好记录；②在转进过程中要随时检查孔径和垂直度，当发生严重的斜孔、弯孔、缩孔时要进行必要的修孔；

③在钻进过程中，要注意护筒内水头高度的稳定性，以防坍孔；④经常检查钻具、钻杆、钢丝绳和联结装置，对卡钻、掉钻要及时处理；

以达到设计

4、清孔钻孔达到设计标高后，应立即进行清孔。

清孔的目的是减小孔底沉淀土层厚度，要求，保证桩尖土的承载力；为灌注水下混凝土创造良好条件，保证水下混凝土灌注质量。

采用抽浆清孔法，直接用反循环钻机、空气吸泥机、水力吸泥机或离心吸泥泵等将孔底含钻渣泥浆吸出达到清孔的目的。

此法清孔较彻底，适用于各种方法钻孔的桩柱和摩擦桩。

5、钢筋骨架组装和吊安

钻孔灌注桩的钢筋笼要提前制作组装，长桩情况下钢筋笼长度很长应分节制作，每节长度以8~9m为宜。

在加工制作和组装时，要注意其施工精度，并应有较高的刚度。

6、灌注水下混凝土

水下混凝土一般采用刚性导管法灌注。

刚性导管用钢管制作，导管内径一般为200~350mm，导管使用前应进行必要的水密、承压和接头抗拉等试验。

开始灌注混凝土时，应在漏斗底口处设置可靠的隔水设施。

第二章桩径、桩长的确定

2.1桩径、桩长的初拟

根据相关设计材料的数据，初步确定桩长45米，桩径D=2米。

承台尺寸初拟及地面标高见图二。

2.2桩数的确定

摩擦桩单桩轴向力受压容许承载力：

（桩孔灌注桩）

n

[P]12（UlpAR）21UiliAm0{0K22（h3）}

i1

其中，桩的周长U2.05;（桩径D=2m,采用旋转钻，则直径增大5cm）

7

ili401.4248.6661.75714.4704.8456.00558.12246.9i1

（i、li具体数据参见表一）

面积：

Ad2/4

修正系数：

0.83,m00.7,1.2,K21.5;

深度h45m40m,故取h40m米；桩底土的容许承载力[0]220MPa;

桩侧土的平均容重

2（18.717.7319.619.5619.8518.5519.20）719.03kN/m3

故[P]122.052246.90.70.83[2201.519.03（403）]9564.66估算桩数：

nPN1.296506040.6067.52

n取整数，即n8;桩的具体分布及承台尺寸见图

表一桩埋置深度范围内土的相关数据

土层

深度

地基系数

内摩擦角

Φ

①

1.40

18.70

15

7.10

120

40

②

8.60

17.73

4

15.60

90

24

③

1.70

19.60

15

13.80

200

66

④

14.40

19.56

15

16.58

230

57

⑤

4.80

19.85

15

16.10

240

70

⑥

6.00

18.55

55

27.00

160

45

⑦

5.10

19.20

4

20.40

220

55

2.3桩长的确定

假设桩基插入最底层的高度为h，，则

n

[P]Nn1.26800009000;ili1801.455h/;

i1

假设埋置深度小于等于40，则h36.9h/;

[p]122.05（1801.455h/）0.70.83[2201.519.03（36.9h/3）]

5800.75177.11h/401.5652.1h/1726.669000

解之，可得h,=4.51m;

则桩长L4.516.004.8014.401.708.601.4041.41m取整，可得桩长L=42米；又因为42>40，故假设不成立。

所以取h=40米；

则[p]122.05（1801.455h/）0.70.83[2201.519.03（403）]

5800.75177.11h/2329.349000

解之，可得h/4.91m.故桩长L36.94.9141.81米。

取整，得出确定的桩长为L42m。

第三章桩基内力及位移计算

3.1桩的计算宽度的计算桩的计算宽度b1KK0Kd其中，形状换算系数K0.9;

受力换算系数K011d111.61.625

因为桩间净距L14.2m,h13（d1）3（1.61）7.8m,则

Kb`10.b6h110.610.06.674..820.959（b`查表，可得b/0.6）

所以，桩的计算宽度：

b1KK0Kd0.91.6250.9591.62.2441m；

3.2

地基系数的确定

此桩总长42米，共经过七层不同的土层，具体数据见表地基系数的确定采用等效面积换算法，其计算图示见图四。

等效面积计算m值：

A12m1h121[m2h1m2（h1h2）]h212[m3（h1h2）m3（h1h2h3）]

21m1h1212[2m2h1m2h2]h221[2m3h12m3h2m3h3]h312[2m4h12m4h22m4h3m4h4]h421[2m7h12m7h22m7h32m7h42m7h52m7h6m7h7]h7

12151.4221（241.448.6）8.612（2151.42158.6151.7）1.712（2151.42158.62151.721514.41514.4）14.4

12（2151.42158.62151.721514.4153.9）3.9

24843.12

又因为21m0hm2A;所以m02A/hm2218613.635/42213.8017kN/m3

地基系数C0m0h13.801730414.051MN/m34.14105kN/m3

3.3桩的变形系数ɑ的确定变形系数的计算公式：

5EI其中，m13.8017,b12.2441;

基础计算刚度EI0.67EnIn0.673.45107641.647.436106

所以，桩的计算刚度

mb1

=510.552.592

EI=1.473107103

0.334

3.4桩的刚度系数1、

2、3、4的确定

3.4.1

单位“力”作用，桩在该处变位Q（0Q）,Q（0M）M（0Q）,M（0M）

3.4.2

单位“力”作用在桩顶时桩顶变位HH、HMMH、MM计算

其中l05m.

8.8110621.95410657.05107525.158105

HMMH

l02

2EI

M（0M）

l0Q（0M）

52

27.436106

7.0510751.854106

7.16106

MME0IM（0M）

5

7.436106

7.05107

1.377106

3.4.3桩顶发生单位变位时桩顶发生内力1、2、3、4的计算

l0h1

AEC0A0

HH

MM

MM（MH）

MH

HH

2

HHMM（MH）

2

HHMM（MH）

其中，

1

2；

摩擦角

13.836

侧摩阻力以

扩散角至桩地面得的半径为：

htan442tan13.84360

1.81342.2

∴r0

1.813m；∴A01.813210.326;桩身截面

Ad4214.622.011；则：

1

1l0h1

AEC0A0

1

50.5301

7.4361062.0114.1410510.326

1.915106

MM1.3771066.969104HHMM（MH）25.1581051.377106（7.16106）2

MH

2

HHMM（MH）

7.16106

5.1581061.377106（7.16106）2

3.623105

HHMMHH（MH）25.1581051.53.71758110065（7.16106）22.61106

3.5每桩的桩顶作用Pi、Qi、Mi的计算

3.5.1承台发生单位变位时，所有桩顶对承台作用反力之和bb、、、的计算

bbn141.9151067.66106（kNm）1;n246.9691042.79105（kNm）1;

n343.6231051.449106kN;

其中，Ki为

n41kixi242.611061.91510642.525.83107kN;

每排的桩数，Xi为各桩至承台中心处的距离。

3.5.2承台变位b0、a0、0的计算

b0/m

N

bb

12129.823

7.66106

1.584103;

3.5.3任一桩顶分配作用效应组合设计值Pi、Hi、Mi计算

Pi/kN（b00Xi）11.5841031.9151063033.36;校核：

nPi/kN43033.3612133.4412129.823kN;

3.6桩身弯矩最大值计算

3.6.1局部冲刷线处桩柱变位计算此设计中，桩顶即为承台底面，Q0H600kN;M0M6204kNm;

X0/mmQ0Q（0Q）M0Q（0M）6007.23410662041.3681060.0128;

0/rad（Q0M（0Q）M0M（0M））（6001.36810662044.186107）3.418103;

3.6.2局部冲刷线以下深度Z处桩身各截面内力计算

弯矩

Mz

2EI（X0A30B3M20C3H30D3）2EIX0A3EI0B3M0C31H0D3

EIEI

其中，2EIX00.28421.4731070.012815207.205;

EI00.2841.473107（3.418103）14298.588;

11

H06002112.676;

00.284

则有MZ15207.205A3（14298.588）B36204C32112.676D3;

桩身截面配筋只需要弯矩，不会发生剪力破坏，在此只计弯矩。

A3、B3、C3、D3可从书附录II中按z查取，其计算列于表二，绘制的桩身弯矩图见图5。

表二桩身弯矩计算表

αZ

Z

0.2

0.704

-0.00133

-0.00013

0.99999

0.20000

6608.106

9

0.4

1.408

-0.01067

-0.00213

0.99974

0.39998

6915.610

0.6

2.113

-0.03600

-0.01080

0.98806

0.59974

7003.946

0.8

2.817

-0.08532

-0.03412

0.99181

0.79854

7030.635

1

3.521

-0.16652

-0.08329

0.97501

0.99445

6808.538

1.4

4.930

-0.45515

-0.31933

0.86573

1.35821

5884.855

1.8

6.338

-0.95564

-0.86715

0.52997

1.61162

4559.172

2.2

7.746

-1.69334

-1.90567

-0.27087

1.57538

3145.212

2.6

9.155

-2.62126

-3.59987

-1.87734

0.91679

1900.883

3

10.563

-3.54058

-5.99979

-4.68788

-0.89126

979.648

3.5

12.324

-3.91921

-9.54367

-10.34040

-5.85402

341.286

4

14.085

-1.61428

-11.73066

-17.91860

-15.07550

166.546

从表中可以看出：

最大的弯矩设计值为Md7030.635kNm;Z2.817m;

其轴向设计值为：

NdPi（1225d422.817122.05222.817）1.27759.537kN；

第四章竖向承载力验算

4.1假想平面的计算

由于内摩擦角的影响，假想平面按

10

按此原理，则假想平面的计算长度：

Ll0242tan4（18.20.62）242tan16.465023.11m；计算宽度：

BB0242tan4（8.20.62）242tan16.46513.11m；由此计算所得出的假想平面见图七；

群桩实体基底面积：

ALB23.1113.11302.9721m2群桩实体基底纵向截面模量：

22

WLB6223.11613.112661.994m3

11

图七说明，其中阴影部分为由于内摩擦角而延伸的宽度，其值：

b/42tan40.6

4.2群桩竖向承载力计算

群桩桩底平面最大压应力maxlhBLAhNA（1WeA）k[]其中，桩的埋置深度l42m；承台底面至地面的高度h2.1m；承台底面以上土的重度

14kN/m3（按一般土质取值）；承载力修正系数K1.25;承台底面中心处竖向力

N60000kN,弯矩M6204kNm；

承台底面至桩底平面土的平均密度，包括桩的重力在内（kN）：

（G土G桩）/V总

式中：

G桩2542d4282542422826389.378kN;

2

V土19.03（8.218.2-8d42）4299193.968kN;

可得出：

（G土G桩）/V总（26389.37899193.968）/（8.218.242）20.035kN/m3

所以，

lhBLhN（1eA）l

BLhNM

AAW

maxAAW

桩底平面处地基土的容许承载力：

12

[][0]k22（h3）2201.519.03（44.13）

2201.519.0341.11393.20kPa

由上计算，可得maxK[]1.251393.201741.50kPa

所以，群桩承载力满足要求。

第五章桩身配筋计算

5.1主筋的配置

5.1.1主筋配置的规定

钻孔灌注桩，直径D不小于800mm，桩内的纵向钢筋的直径不小于14mm，根数不宜少于8

根，其净距不宜小于80mm,保护层厚度不宜小于60∽75mm。

5.1.2主筋配置设计

配筋资料：

最大弯矩设计值Md7030.635kNm;Z2.817m;Nd7759.537kN;

结构重要性系数01.0；桩孔灌注桩D2.0m；桩两端支座固定，计算长度

l00.5L0.54221m;桩身采用C25混凝土，fcd11.5MPa；拟采用HRB400钢筋，fs/d330MPa

配筋计算：

桩的半径rD1.0m1000mm;混凝土保护层厚度取70mm;

2

/2

拟采用40（外径44.5）钢筋，单根钢筋供给面积A/1256.6mm2；

44.5

则rs1000（70）907.75mm；

2

grs/r907.55/10000.90775；桩的长细比l0/D21/210.55

则1

1

1400e0/h0

（l0/h）212；

其中，e0Md/Nd7030.635/7759.5370.90606m906.06mm；

对于圆形，h2r212m2000mm；h0has2000701930mm;

10.22.7e0/h00.22.7906.0619301.46761∴11

13

l021000

21.150.0101.150.011.045>1∴21

2h2000212

∴1（21000/2000）2111.168；

1400906.06/1930

计算偏心距：

e0/e01.168906.061058.0475；

假设值，直到求的较吻合的Ndu值，其计算结果见表三。

表三假设值，

验算轴向力设计值

A

B

C

D

0.3

0.5798

0.4155

-0.9675

1.7313

0.003133

5667.483

0.730389

0.35

0.7201

0.4828

-0.7165

1.8225

0.004752

7157.661

0.922434

0.36

0.7489

0.4952

-0.6676

1.8366

0.005142

7479.471

0.963907

0.37

0.778

0.5073

-0.619

1.8494

0.005559

7811.490

1.006695

由表三，可以看出，配筋率0.0055589即为所求。

则所需钢筋面积为：

Ar20.00555891000217463.7994mm2；

钢筋根数n171426536.7.699413.897；

所以选取14根钢筋，绕圆周平均分配，供给面积AS1256.61417592.4mm2；

实际配筋率As/r217592.4/100020.0055998；

钢筋净距s2rs/n2907.75/14407.4mm80mm；

5.1.3承载力复核

因为实际配筋率略高于计算值，假设0.375，则查表得出：

则

e/e0（计）

A0.7927,B0.5132;C0.59485,D1.85515；

BfcdDgfs/dr0.513211.51.855150.00559980.9077533010001146.82mm

AfcdCfs/dr0.792711.5（0.59485）0.005599833010001146.82mm

因为e0（计）/e0（实）1146.82/1058.04751.0839,计算偏心距与实际偏心距基本相等，所

以0.375即为所求。

14

截面所能承受的轴向力设计值：

NduAr2fcdCr2fs/d0.79271000211.5（0.59485）100020.0055998330

8016.81kN0Nd1.07759.5377759.537kN截面所能承受的弯矩设计值：

MduBr3fcdDgr3fs/d0.51321311.51.855150.0055990.90775