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桥梁基础设计

一、设计资料

1、地址及水文

河床土质：

从地面（河床）至标高32.5m为软塑粘土，以下为密实粗砂，深度达30m河床标高为40.5m,—般冲刷线标高为38.5m，最大冲刷线为35.2m,常水位42.5m。

2、土质指标

表1土质指标

类型

地基系数m（KN/m）

极限摩阻力t（KPa）

内摩擦角©

容重丫

（KN/m）

软塑粘土

8X103

20°

密实粗砂

25X103

120

38°

3、桩、承台尺寸与材料

承台尺寸：

7.0mX4.5mx2.0m。

拟定采用四根桩，设计直径1.0m。

桩身混凝土用20号,

其受压弹性模量Eh=2.6104MPa。

4、荷载情况

上部为等跨25m的预应力梁桥，混凝土桥墩，承台顶面上纵桥向荷载为：

恒载及一孔活载时：

恒载及二孔活载时：

ZN0=6498.2KN

桩（直径1.0m）自重每延米为：

兀疋102

q15=：

11.78KN/m（已扣除浮力）

故，作用在承台底面中心的荷载力为：

ZN=5659.4（7.04.52.025）=7234.4KN

ZH=298.8KN

iM=3847.7298.82.0=4445.3KNm

恒载及二孔活载时：

EN=64982+（7.0汉4.5汇2.0汉25=8073.2KN。

桩基础采用冲抓锥钻孔灌注桩基础，为摩

擦桩。

二、单桩容许承载力的确定

根据《公路桥涵地基与基础设计规范》中确定单桩容许承载力的经验公式，初步反算桩的长度，设该桩埋入最大冲刷线以下深度为h,—般冲刷线以下深度为h3。

贝

Nh=[P]=丄山1宀m°A{[6]k22也-3）}

当两跨活载时：

Nh=8073.23.311.78-11.78h（KN）

计算[P]时取以下数据：

桩的设计桩径1.0m,冲抓锥成孔直径为1.15m,桩周兀X12

U=二1.15=3.61m，A0.485m，■=0.70,m°=0.9,K2=6.0,

[匚0]=550KPa,2=12KN/m2（已扣除浮力），-40KPa，.2=120KPa。

[P]3.61[2.740（h-2.7）120]0.700.90.785[5506.012（h3.3-3）]

二Nh=2057.175.89

二h=8.78m

现取h=9m桩底标高为26.2m。

桩的轴向承载力符合要求。

具体见如图所示。

桩顶及最大冲刷线处荷载R、Qi、Mi及P。

、Q。

、Mo的计算

＞、参数计算

、桩的计算宽度b1

K0Kd=0.9（d1）K=0.911K=1.8K

mb1

_.EI；

m1h1m22h1h2h2

8102.7251022.71.31.3

-0.67Eh

0.0491m4

=17.2510KN/m

=0.672.6107KN/m2

17.251031.38

",0.67汇2.6"0790491

二0.489m'

桩在最大冲刷线以下深度h=9m其计算长度则为:

h==0.4899=4.4012.5

故按弹性桩计算

3、桩顶刚度系数匚'2、J、6值计算

疋1nd22

lo=3.3m;h=9m;；A0.785m

353

C0=10m0=102510=2.510KN/m

按桩中心距计算面积，故取A。

2.5^4.91m2

I3—9d

「1=

103h1

2+1

0.785x2.6x1072.5x105x4.91

AEh

=8.35510=0.977EI

已知：

h-:

h=0.4899=4.4014,取用4

l0--l0=0.4893.3=1.614

查附表17、18、19得：

Xq=0.262564；xm=0.448403；m=1.063181r2二:

3EIxq=0.031EI

kElxm=0.107El

t4fEIm7520EI

4、计算承台底面原点O处位移a0、b0、一：

「N7234.41851.42

0一n二1一40.977EI一EI

nJJ'X：

=40.50EI0.977EI41.252=8.185EI

n—40.031EI=0.124EI

n—40.107EI7.429EI

2.22

Z2=（0.429EI）=0.184（EI）

校核

nQj

=474.7=298.8KN»H=298.8KN

'XiRnMi=22810.87-806.331.254-141.50

=4445.3KNm八M=4445.3KNm

ZnP=2工（2810.87+806.33）=7234.4KN=》P=7234.4KN

：

三•计算最大冲刷线处桩身弯矩M0,水平力Q0及轴向力'P0

M°二MiQil。

--141.5074.73.3=105.00KNm

Qo=74.7KN

Po=2810.870.7853.315=2849.73KN

四、最大弯矩Mmax及最大弯矩位置Zmax的计算

.桩顶纵向水平位移

X1=2.6441.02712.31.042-0.89710’

=15.4310—15.43mm

水平位移容许值［•：

］=0.5.25=2.5cm，符合要求。

六、桩身截面配筋的计算

〈一〉配筋的计算

最大弯矩截面在Z=2.132处，次处设计最大弯矩为Mj=207.06KNm

设计最大弯矩为Nj=2849.73—2.13211.78-403.612.1322708.36KN

j22

由截面强度的计算公式

b"2

-一RaAr

-RgClr2

/bfr3

-一RaBr

丄RgD®3

取以上两式的临界状态分析，整理得:

l上Br-Ae。

RgCe°-Dgr

=240MPa

现拟定采用20号混凝土，I级钢筋，Ra=11MPa，Rg

1计算偏心距增大系数

Mj207.06

e076.5mm

Nj2708.39

因ah=4.401>4.0,故桩的计算长度Ip=0.5」3.3+上1〕=5.740mmp<0.489丿

长细比11=5740=5.740：

：

.7,可不考虑纵向弯曲对偏心矩的影响，取r=1

d1000

2、计算受压区咼度系数

q=176.5=76.5mmd1000

r二一二=500mm

设g=0.9，贝Vrg=gr=0.90500=450mm

—匹Br-Ae。

RgCe0-Dgr11B500-A76.5

=■■■-.

240C76.5-D450

5500B-841.5A

-18360C-108000D

Nu=」RaAr2—RgClr2

0.9520.95,2

11A500240500

1.251.25

=2090000A45600000CJ

现采用试算法列表计算（见表2）:

表2受压区高度系数E计算表

Nu（N）

Nj（N）

Nu/Nj

0.96

2.5890

0.40112

33590.6

>847-0.0

0088

5317X10

2708疋10

r1.963:

0.97

2.6158

0.38652

36900.6

>5900.0（

2726

5761"03

2708"03

2.127

0.98

2.6424

0.37172

40120.6

>3390.0（

7353

6328汉10

2708汉10

2.336

0.99:

2.6685

0.35662

43240.6

i0940.01

3435

7067"03

2708"0‘

2.6091

1.00:

>.69430.

34132.4

6270.58

560.021

637

8061"0

2708江10

2.976

由计算表可见，当E=0.97时，计算纵向力Nu与设计值Nj之比较为合理，故取E=0.97,

卩=0.002726为计算值。

、计算所需纵向钢筋的截面积

Ag-■'■：

r2=0.002726二5002=2141mm：

现选用10©18，Ag=25.45cm2，布置如图2

土净保护层

c=6050mm-25mm,纵向钢筋间净

256mm>80mm

馳倒筋布賈示意和尺寸单位；cm）

＜二＞对截面进行强度复核

长细比b=5.740：

：

7，故纵向弯曲系数=1。

—d2

混凝土截面积为Ah-785398mm2,实际纵向钢筋面积Ag=2545mm2，,

则在垂直于弯矩作用平面内的承载力为

.^-RaAhRg"Ag

（11、

=10.95117853982402545

V1.251.25丿

-7030.137KNNj=2708KN

2、在弯矩作用平面内

B^gRgr

ARaCiRg

B11D0.012960.9240

500

A11C0.01296240

5500B1327.95D-11A3.110C

同样采用试算法可得，当上=0.98时,e°A78.99mm,与设计的e。

=76.5mm很接近，故取上=0.98为计算值。

在弯矩作用平面内的承载力为

肌二丄RaAr2」RgC」r2

工095112.642450020952402.36900.0073535002

1.251.25

=6327.73KNNj=2708KN

Mu=』RaBr3」D切2Rg

二095110.371750030952400.63390.0073535002七、承台结

1.251.25

=484.07KNmMj=207.06KNm

桩截面符合强度要求。

构设计计算

⑻-Liool：

^」筠QLiQQ-

图

承台（见图3）的有效高度为：

3桩承台计算图（尺寸单位：

cm）

h°二200-20-3二177cm

1、承台受冲切验算

桩边冲切，计算冲跨比:

计算冲切系数:

取:

hp=1.0,则:

满足要求

aox

a0y

=100=0.565

177

0.14V：

：

0.2,取0.2

177

0841.098

局x0.20.5650.2

0.840.84

0.84

心0.2二0.20.2=2.100

25xbe'aoy®he+a°x阳hpftho

=20.56510.252.10021.5丨1.011001.77

=32371.04KN2810.87KN

a1x=100cm；a“=25cm，所以，■仪=0.565；

桩向上冲切，g=c2=150cm；

■1y-0.2,计算冲切系数：

0.56

0.732入x0.20.5650.2

0.560.56d

==1.400心0.20.20.2

取■:

hp=1.0,所以:

’Jy”

■z丄a1x'

[Xx

c2+——

<2丿

+^1y

G+——1

<2丿」

hpfth0

0.7321.500.1251.4001.500.5丨1.011001.77

=7767.56KN2810.87KN

满足要求。

3、抗剪承载力计算

1.75:

~Phsftb0h0

■1.0

175

1.0110071.77

0.21.0

=19875.63KN'H=298.8KN

所以抗剪承载力满足要求。

4、承台受弯承载力计算

Mmax=My=為NjXj=22810.871.50=8432.61KNm

Mx*Niyi=22810.870.75=4216.31KNm

8432.6110622

19327.34mm=193.27cm20.55"770'!

1.0汇1770—声340

选用3228钢筋,

间距为17+29X14+17cm则实际钢筋=197.02cm2，混凝土保护层为5cm

沿X轴方向布置。

选用31」28钢筋，间距为23cm则实际钢筋=190.86cm2，混凝土保护层为5cm沿X轴方向布置。

沉井设计

+4.20米，施工期间实际标高为+2.90米,

某工程采用沉井方案，由于井位处因地势低洼，设计地面标高为地下水位也为+2.90米。

一、设计条件

1.工程概况

根据使用要求，本沉井结构尺寸如图所示，沉井平面为矩形，剖面为阶梯形，井顶标高为+5.20米，刃脚

踏面标高为-4.90米，制作高度为10.10米，施工时采用二次施作，一次下沉，第一节制作高度为5.00米。

标高+1.70米以上，井壁厚度为0.3米，标高+1.70米以下，井壁厚度为0.6米。

沉井封底水下混凝土厚度

为1.3米。

2•沉井材料

混凝土采用C20,其轴心抗压，轴心抗拉强度标准值fck=13.4（N/mm2）,ftk=1.54（N/mm2）

轴心抗压，轴心抗拉强度设计值fc=9.6（N/mm2）,ft=1.10（N/mm2）

钢筋采用热轧钢筋HRB335,强度标准值fyk=335,（N/mm2）强度设计值fy=300（N/mm2）

沉井剖面、平面图

3.地质资料

根据地质钻探资料分析，本沉井工程范围内的地层，分为五层，其物理力学指标如表1所示。

沉井井位以

下主要是表1所列第五层灰色淤泥质粘土夹砂层。

序

号

土层名称

埋藏深度

（标高：

米）

孔隙

比

含水

量

（%）

天然

容重

KN/m3

干容

重

KN/m3

塑性

指数

内摩

擦角

①0

内聚力

（kPa）

允许承载力

（kPa）

备

注

黄色亚粘土

+3.60~0.0

0.93

33.0

18.7

14.1

12.7

110

淤泥质土

灰色亚粘土

+0.00~-2.50

1.03

37.2

18.3

13.4

9.9

100

灰色粘土夹砂

-2.5〜13.50

1.42

30.2

17.1

10.8

18.1

灰色粘

-135〜15.5

1.11

39.0

18.1

13.0

17.7

110

灰色亚粘土

-15.5以下

0.97

34.0

18.6

13.9

13.2

130

井壁与土体之间的摩阻力（kPa）

15~20

沉井井壁与土体之间的摩阻力土的种类粘性土

、水、土压力的计算

试中：

l为水土混合液的容重，取L=l3kN/m3。

当HL=0时，PwE=0

=1.9m时，

Pwe=13X1.9=24.7

kPa

=5.9m时，

FWe=13X5.9=76.7

kPa

=6.3m时，

PWE=13X6.3=81.9

kPa

=7.2m时，

Pwe=13X1.9=93.6

kPa

=7.8m时，

FWE=13X7.8=101.4

kPa

三、下沉计算

25kN/m计，沉井重量为

1.沉井自重

井壁钢筋混凝土容重按

Gk二V

=【（8.2X6.3—7.0X5.1）X10.1—（3.5+4.2）X0.3-2X2X（7.9+6.0）】X25=3227.2kN

2.摩阻力

井壁的侧面摩阻力分布如下图所示，单位摩阻力取f=17.5kN/m2进行计算。

A=H十一2.5f=丄7.85.9-2.517.5=98.0kN/m

一2一2

井壁总摩阻力：

Ffk二U二8.26.3298.0=2842.0kN

下沉系数k=Gk_Fk=竺空0=1.131.05，满足下沉要求。

Ffk2842.0

四、沉井竖向计算

1.抽垫木时井壁竖向计算

沉井在开始下沉特别是在抽垫木时，井壁会产生较大的弯曲应力。

该沉井采用四个支撑点，支撑点布置见下图：

川川川川川

儿川川川」川川川1

41q

0.71，-■/

度标准值:

井壁单位宽

|;|-|

0.3-0.40.20.30.6125=118.38kN/m

井壁单位宽度设计值:

qs=1.27118.38=142.05kN/m

支座弯矩：

1j21j

M支=――X142.05U8.2X0.152—一江5.1勺42.05"8.2><0.15—0.3）=-444.33kN*m

跨中弯矩：

M中=1H42.05>^（8.2>^0.152—444.33=140.69kN*m

（2）假设抽垫木时，先抽空的回填部位已经压实变成支点，此时，沉井的井壁支承在三点上，如下图

所示：

川I川II川川川川川1|皿丽川

0.51

支座弯矩：

M支142.050.58.2=-298.48kN*m

跨中弯矩：

M中二0.07142.050.58.2i；=167.15

（3）配筋计算

L/H=8.2/10.1：

：

2，按深梁进行计算，根据《钢筋混凝土结构构件设计规范》计算如下:

刃脚底部：

M中=176.15kN/m

井壁顶部：

M支=444.33kN/m

五、刃脚计算

1.刃脚外侧竖向配筋计算

本沉井采用排水法施工，井内无水，按刃脚下的土已被掏空的情况计算，如图:

（1）刃脚跟部C-C截面弯矩计算及配筋

计算时，刃脚自重及井壁摩阻力不计。

121’22

Mc1.2793.60.61.27101.4-93.60.622.6kN*m

223

h0=555mm,b=1000mm

二0.00764

22.6"06

1.09.610005552

i22

匕=d-J-2cts=0.00767As=Cbho%fc/fy=136.2mmv代时=0.2%x1000x600=1200mm

按构造配筋，选用8M4,As=1231mm2

（2）凹槽下口D-D截面弯矩计算及配筋

112

Md1.2781.91.521.27101.4-81.91.52163.45kN・m

223

h二355mm,b二1000mm

=0.1351

M163.45106

1fcbhb_1.09.610003552

=1-.1-2：

s=0.1457

As=-bhb«1fc/fy=1655.2mm>As,min=0.2%汇1000汇400=800mm

选用10^16,As=2011mm2

2.刃脚内侧竖向钢筋计算

600mm进行计算，计算简图如下

按沉井已部分入土的情况进行计算，刃脚内侧切入土中

P-K-I

取^仝-30（砂垫层内摩擦角）进行计算

a=600mm,b二300mm,c=300mm

600o

二arctan63

300

（1）水平作用力计算

井壁单位宽度重量设计值：

gs=142.05kN/m

土的反力：

R=gs二乂V2=204.15kN/m

1「

-；cb,；二=

b2c

112R

142.050.3

b工

47kN/m

22b2c

b2c

0.320.3

H=V2tan：

--47.35tan63-30=30.75kN/m

（2）内力计算及配筋

1）刃脚跟部C-C截面的弯矩计算及配筋计算时，略去刃脚自重和井壁摩阻力

McaH0.630.75=12.3kN/m

h°=555mm,b=1000mm

=0.00416

M12.3106

^fcbh2_1.09.610005552

「=1-1-2：

s=0.00417

As二bhbrfc/fy=74.1mm:

A,min=0.2%1000600=1200mm

按构造配筋，选用8：

：

」14,As=1231mm2

2）凹槽下口D-D截面弯矩计算及配筋

2,2

MDa0.9H0.60.930.75=39.98kN/m

h0=355mm,b=1000mm

39.98"06

1.09.61000355

=1-1匚2「s=0-0336

代=6^务fc/fy=381.7mm2£代口山=0.2%汉1000汇400=800mm2

按构造配筋，选用6"14,As=923mm2

六、井壁水平框架的内力计算及配筋

采用公式法计算沉井平面框架的内力，本设计为一单孔矩形沉井，荷载及弯矩分布见下图

三三二三三三三三三三

—mm

121+P2a

Ma=Mb=Mc=Mdql

121+g

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