低桩承台桩基内力与位移计算书.docx

资源描述

低桩承台桩基内力与位移计算书.docx

《低桩承台桩基内力与位移计算书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《低桩承台桩基内力与位移计算书.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

低桩承台桩基内力与位移计算书.docx

低桩承台桩基内力与位移计算书

…………………………..……..…..……装…………………….……………….订……………..…………………………..线…………………………………………………

《墩台基础工程》课程设计计算说明书

1．工程概况

江阴市澄东大道张家港大桥全长886.56米，分左右双幅，中间间隔9米，主桥为（49+82+49）米的三跨变截面连续箱梁，梁底按二次抛物线变化，本桥属于大跨度预应力连续梁桥，采用挂篮分节段悬臂对称现浇施工，通过梁段合龙、施加预应力，实现“T型钢构→悬臂梁→连续梁”的结构体系转换，最后形成连续结构。

2．桩基础的选择及施工

2.1桩基础的选择

桩基础是工程中经常应用的基础形式之一。

当地质条件不良，可做持力层的地基土埋置深度较深，从地基强度、沉降变形、稳定性等方面考虑，采用浅基础较困难或者不经济，此时采用桩基础。

桩基础按照承台的位置可以分为高桩承台基础和低桩承台基础（建成高桩承台和低桩承台）。

高桩承台是指承台底面位于地面线（无冲刷）或局部冲刷线以上，它由于承台位置较高，故能减少圬工量，减轻自重，施工较方便，但是基础整体刚度较小，基桩受力不利，相反地，低桩承台是指承台底面位于地面线（无冲刷）或局部冲刷线以下，其特点是基桩全部埋入土中（桩的自由长度为零），而且承台也埋入土中一定深度，所以在计算低桩承台承受土抗力时还需要考虑承台侧面土抗力参加工作（本例中不考虑承台底土及侧面土的作用），基础整体刚度较大。

本工程中使用的即为低桩承台。

2.2桩基础施工工艺

2.2.1测定桩位。

平整清理好施工场地后，设置桩基轴线定位点和水准点，根据桩位平面布置施工图，定出每根桩的位置，并做好标志。

施工前，桩位要检查复核，以防被外界因素影响而造成偏移。

2.2.2埋设护筒。

护筒的作用是：

固定桩孔位置，防止地面水流入，保护孔口，增高桩孔内水压力，防止塌孔，成孔时引导钻头方向。

护筒用4—8mm厚钢板制成，内径比钻头直径大100—200mm，顶面高出地面0．4～0.6m，上部开1一2个溢浆孔。

埋设护筒时，先挖去桩孔处表土，将护筒埋入土中，其埋设深度，在粘土中不宜小于1m，在砂土中不宜小于1．5m。

其高度要满足孔内泥浆液面高度的要求，孔内泥浆面应保持高出地下水位1m以上。

采用挖坑埋设时，坑的直径应比护筒外径大0．8～1．0m。

护筒中心与桩位中心线偏差不应大于50mm，对位后应在护筒外侧填人粘土并分层夯实。

2.2.3泥浆制备。

泥浆的作用是护壁、携砂排土、切土润滑、冷却钻头等，其中以护壁为主。

泥浆制备方法应根据土质条件确定：

在粘土和粉质粘土中成孔时，可注入清水，以原土造浆，排渣泥浆的密度应控制在1．1～1．3g／cm3；在其他土层中成孔，泥浆可选用高塑性（Ip≥17）的粘土或膨润土制备；在砂土和较厚夹砂层中成孔时，泥浆密度应控制在1．1—1．3g／cm3；在穿过砂夹卵石层或容易塌孔的土层中成孔时，泥浆密度应控制在1．3～1．5g／cm3。

施工中应经常测定泥浆密度，并定期测定粘度、含砂率和胶体率。

泥浆的控制指标为粘度18～22s、含砂率不大于8％、胶体率不小于90％，为了提高泥浆质量可加入外掺料，如增重剂、增粘剂、分散剂等。

施工中废弃的泥浆、泥渣应按环保的有关规定处理。

2.2.4成孔方法

回转钻成孔。

回转钻成孔是国内灌注桩施工中最常用的方法之一。

按排渣方式不同分为正循环回转钻成孔和反循环回转钻成孔两种。

正循环回转钻成孔由钻机回转装置带动钻杆和钻头回转切削破碎岩土，由泥浆泵往钻杆输进泥浆，泥浆沿孔壁上升，从孔口溢浆孔溢出流人泥浆池，经沉淀处理返回循环池。

反循环回转钻成孔由钻机回转装置带动钻杆和钻头回转切削破碎岩土，利用泵吸、气举、喷射等措施抽吸循环护壁泥浆，挟带钻渣从钻杆内腔抽吸出孔外的成孔方法。

2.2.5清孔

当钻孔达到设计要求深度并经检查合格后，应立即进行清孔，目的是清除孔底沉渣以减少桩基的沉降量，提高承载能力，确保桩基质量。

清孔方法有真空吸泥渣法、射水抽渣法、换浆法和掏渣法。

清孔应达到如下标准才算合格：

一是对孔内排出或抽出的泥浆，用手摸捻应无粗粒感觉，孔底500mm以内的泥浆密度小于1．25g／cm3（原土造浆的孔则应小于1．1g／cm3）；二是在浇筑混凝土前，孔底沉渣允许厚度符合标准规定，即端承桩≤50mm，摩擦端承桩、端承摩擦桩≤100mm，摩擦桩≤300mm。

2.2.6吊放钢筋笼。

清孔后应立即安放钢筋笼、浇混凝土。

钢筋笼一般都在工地制作，制作时要求主筋环向均匀布置，箍筋直径及间距、主筋保护层、加劲箍的间距等均应符合设计要求。

分段制作的钢筋笼，其接头采用焊接且应符合施工及验收规范的规定。

钢筋笼主筋净距必须大于3倍的骨料粒径，加劲箍宜设在主筋外侧，钢筋保护层厚度不应小于35mm（水下混凝土不得小于50mm）。

可在主筋外侧安设钢筋定位器，以确保保护层厚度。

为了防止钢筋笼变形，可在钢筋笼上每隔2m设置一道加强箍，并在钢筋笼内每隔3—4m装一个可拆卸的十字形临时加劲架，在吊放入孔后拆除。

吊放钢筋笼时应保持垂直、缓缓放人，防止碰撞孔壁。

若造成塌孔或安放钢筋笼时间太长，应进行二次清孔后再浇筑混凝土。

2.2.7灌注水下混凝土

用直径20cm导管灌注水下砼。

导管每节长度3—4m.导管使用前试拼，并做封闭水试验（0.3Mpa），15分钟不漏水为宜。

仔细检查导管的焊缝。

导管安装时底部应高出孔底30—40cm.导管埋入砼内深度2—3m，最深不超过4m，最浅不小于1m，导管提升速度要慢。

开管的砼数量应满足导管埋入砼深度的要求，开管前要备足相应的数量。

砼落度为18—22cm，以防堵管。

砼要连续浇注，中断时间不超过30分钟。

浇灌的桩顶标高应高出设计标高0.5m以上。

砼用商品砼或自备搅拌设备，吊机吊斗入槽或用泵送砼直接入槽。

施工中应保证场地清洁卫生，泥浆不可到处外溢，泥渣应及时清除。

2.2.8桩基检测

凿除桩顶预加高的砼，桩头钢筋不能乱弯。

凿桩头用风镐或人工凿除。

桩顶标高按设计要求，桩顶要大致平整。

桩基检测的方法是动测，超声波。

每条桩用什么方法检测由设计和监理工程师和质检部门决定。

施工单位配合质检部门对每条桩进行检测。

质量合格后方能进行下道工序施工。

3．桩基础设计计算

3.1设计资料

3.1.1水文地质状况

河床土为亚粘土，地基土比例系数m=10000KN/m4内摩擦角为φ=16.1°，最大冲刷线位于河床下2.98米。

3.1.2荷载

上部为49+82+49m钢筋混凝土梁桥，荷载为纵向控制设计。

作用在承台底面中心的设计荷载为恒载加一孔活荷载时：

∑N=60000KN（↓）

∑H=600KN（→）

∑M=6204KN·m（↖）

3.1.3桩径和桩长

桩基础采用低桩承台，根据施工条件，采用桩径1.5m长25米的摩擦桩，以冲击钻施工，其中局部冲刷线下有效长度为25m，桩身采用C25混凝土，弹性模量Eh=2.8×104。

3.1.4桩的根数估算

桩的根数n可根据承台底面上的竖向荷载和单桩容许承载力按下式估算：

n=μN/[p]

[p]——其中是单桩容许承载力，按下式计算：

[p]=0.5（Ulτp+AσR）

τp——桩壁土的平均极限摩阻力（kpa），按下式计算：

τp=

U——桩的周长

A——桩底横截面面积

μ——考虑偏心荷载的而适当增加桩数的经验系数，约为1.1~1.2之间

n——土层数

σR——桩底土的极限承载力（kpa），按下式计算：

σR=2m0λ{[σ0]+K2γ2（h-3）}

λ——修正系数

m0——清底系数

K2——地面土容许承载力随深度的修正系数，按桩底处持力层土类选用。

所以σR=2×0.7×0.8×[240＋2.5×19.37（43.5-3）]

=2487.76kpa

A=π1.52/4=1.77，U=πD=5.03，τp=54.7kpa

所以[p]=8186kpa，n=1.2×60000/[p]=8.79，故设9根桩，按3×3布置。

3.2桩的内力计算﹙m法﹚

3.2.1桩的计算宽度b1

b1=kf（d+1）K

K=b'+[（1-b'）/0.6]×L1／h1

h1=3×（d+1）=7.5

L1=4-d=2.25＜0.6h1=4.5

由于n=3,所以查表得b'=0.45

K=0.75

b1=1.69m

3.2.2土中基础变形系数α

α＝

＝0.325

EI=0.67EhI=0.67×2.8×107×πd4／64＝4.66×106

因为h＞2.5／α，所以属于弹性桩

＝43.5×0.325=14.137

hm=2（d+1）=5

桩在最大冲刷线以下深度h=43.5m，故计算长度

3.2.3单位力作用在局部冲刷线，桩柱在该处产生的变位计算

由于αh＞4.0,按αh＝4.0查表计算得：

δqq（0）=[1／（α³EI）]×（B3D4－B4D3）／（A3B4－A4B3）

=1.526×10-5

δmq（0）=[1／（α²EI）]×（A3D4－A4D3）／（A3B4－A4B3）

=3.293×10-6

δmm（0）=[1／（αEI）]×（A3C4－A4C3）／（A3B4－A4B3）

=1.156×10-6

3.2.4局部冲刷线处桩柱变位计算

X0=H0δqq（0）+M0δmq（0）

=0.0296

Φ0=－（H0δmq（0）+M0δmm（0））

=－9.15×10-3

局部冲刷线以下深度Z处桩身各截面内力计算

MZ=α²EIX0A3+αEIΦ0B3+M0C3+（1／α）×H0D3

桩身弯矩计算表

αZ

0.2

0.62

-0.0133

-0.00133

0.99999

0.2

6397.941

0.4

1.23

-0.01067

-0.00213

0.99974

0.39998

6814.957

0.6

1.85

-0.036

-0.0108

0.99806

0.59974

6924.597

0.8

2.46

-0.08532

-0.03412

0.99181

0.79854

6857.72

3.08

-0.16652

-0.08329

0.97501

0.99445

6613.905

1.4

4.31

-0.45515

-0.31933

0.86573

1.35821

5674.19

1.8

5.54

-0.95564

-0.86715

0.52997

1.61162

4359.142

2.2

6.77

-1.69334

-1.90567

-0.27087

1.57538

2966.416

2.6

8.00

-2.62126

-3.59987

-1.87734

0.91679

1738.172

9.23

-3.54058

-5.99979

-4.68788

-0.89126

817.236

3.5

10.77

-3.91921

-9.54367

-10.3404

-5.85402

156.8679

12.31

-1.61428

-11.7307

-17.9186

-15.0755

-32.9648

桩身截面配筋只需要计算弯矩，不会发生剪力破坏，在此只计算弯矩，由表中可知Md=6924.597，Z=1.85m。

配筋具体详见

3.2.5桩顶发生单位变位时的内力ρ1ρ2ρ3ρ4的计算

lo=0m,h=43.5m

摩擦桩ξ=0.5

A=0.25πd2=1.77

C0=m0h=8400×43.5=365400KN／m3

d0=2htanφ/4+d=2×43.5×tan（16.1/4）+1.5=7.621

因为d0＞3.75,所以取d0=3.75

A0=πd02／4=11.04

ρ1=1.456×106=0.3125EI

ρ2=

ρ3=

ρ4=

本项目采用低桩承台，l0=0

δhh=1.526×10-5

δmh=3.293×10-6

δmm=1.156×10-6

ρ2=1.7×105

ρ3=4.84×105

ρ4=2.245×106

3.2.6承台发生单位变位时，所有桩顶对承台的反作用之和

γbb=nρ1=1.3×107

γαα=nρ2=1.53×106

γαβ=γβα=－4.36×106

γββ=nρ4+ρ1∑kixi=66.27×106

3.2.7承台变位计算

b0=N／γbb=4.6×10-3

a0=8.1×10-4

β0=1.469×10-4

3.2.8任意桩顶分配作用效应组合设计值计算

Pi1,3=7098.637

6296.563

Pi2=6697.6

Hi=66.6

Mi=－62.5

校核：

Σnp=3×（7098.637+6296.563+6697.6）=60278.4≈60000

nHi=66.6×9=599.4≈600

∑PiXi+nMi=6205.305≈6204

3.2.9桩顶水平位移验算

因为是低桩承台，无地面线以上部分

Δ=X0－Φ0（h1+h2）+Δ0=29.6mm＜5

3.3配筋计算

计算偏心增大系数：

L0／d=14.5＞4.4,应该考虑挠度对偏心矩的影响

e0=Md／Nd=0.1626

h0=1500－80=1420mm

ζ1=0.2+2.7×0.1626×1000／1420=0.509

ζ2=1

η=1.637

实际偏心距：

ηe0=0.3m

γ0Nd≤fcdAr2+fsd'Cρr2

γ0Nd≤fcdBr3+fsd'Dρgr2

经试算，设ζ=0.66，A=1.682B=0.663C=0.88D=1.59

ρ=

＝3.49×10-3

AS=ρπr2=6164.2125mm2

设置16根Φ22钢筋

《桥梁墩台与基础工程》

课程设计

（交通工程专业专业用）

专业：

交通工程

班级学号：

0803-03

姓名：

林心洁

指导教师：

刑世玲

学期：

2011-2012第一学期

南京工业大学交通学院交通工程系

二O一二年三月

展开阅读全文