某一级公路桥梁桩基设计计算书.docx

某一级公路桥梁桩基设计计算书.docx

《某一级公路桥梁桩基设计计算书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《某一级公路桥梁桩基设计计算书.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

某一级公路桥梁桩基设计计算书

设计论文

关键字：

设计桩基

第1章

1.1设计资料

1.1.1工程概况

该桥梁系某I级公路干线上的中桥（单线），线路位于直线平坡地段。

该地区地震烈度较

低，不考虑地震设防问题。

桥梁及桥墩部分的设计已经完成，桥跨由4孔30m预应力钢筋混凝土梁组成。

1.1.2工程地质和水文地质

河床标高为78.32，桩顶与河床平齐，一般冲刷线标高为75.94m局部冲刷线标高为73.62m

地基土为中密砂砾土，地基土比例系数Wlm=10000kN/m4;地基土极限摩阻力.=60kPa;

地基容许承载力[fao]=430kPa,内摩擦角处=20°,土的密度r'=11.80kN/m2（已考虑浮力）

1.1.3.荷载情况.

桥墩为单排双柱式，上部结构为30m预应力钢筋混凝土T梁，桥面净宽9m+2X0.75m,设

计汽车荷载为公路I级，人群荷载标准值为3.0kN/m2。

以顺桥向计算，计得至盖梁顶的各作用

值见表1。

荷载情况

P/kN

H/Kn

M/（kN•m）

顺桥方向

结构重力（两跨）

2934.80

汽车双列双孔

1561.23

140.18

人群双孔

133.77

0

汽车双到单孔

1161.97

487.33

人群单孔

64.41

26.36

单孔制动力

163.80

风力

盖梁风力

4.70

距桩顶力臂5.8m

墩柱风力

4.80

距栏顶力臂2.5m

横桥方向

汽车双孔双列

7562.43

2421.77

人群单孔

134.97

0

汽车双列单孔

1163.17

1802.91

人群单孔

65.61

0

根据表1，经计算求得作用一根桩顶荷载为：

双跨结构重力P仁1467.40kN

盖梁自重反力P2=264.00kN

一根墩柱自重P3=165.32kN

系梁自重反力P4=66.90kN

每一延米桩重q=25.91kN/m（已考虑浮力）

两跨双列汽车荷载反力P5=1184.24kN（考虑横桥向偏心影响，计算桩长用，取大值）

两跨人群荷载反力P6=66.89kN

单跨双列汽车荷载反力P7=280.50kN（考虑横桥向偏心影响，计算内力用，取小值）

单跨人群荷载反力P8=32.21kN

单跨双列汽车荷载弯矩M1=243.67kN*m

单跨人群荷载弯矩M2=13.18kN*m

水平制动力H仁81.9kN

风力水平力H2=9.5kN

1.2设计依据

1.中华人民共和国交通部部标准.公路桥涵地基与基础设计规范（JTGD63-2007）.人民交通

出版社，2007

2.中华人民共和国铁道部标准.铁路桥涵地基基础设计规范，TBJ2-99

3.赵明华主编，徐学燕副主编.基础工程.高等教育出版社，2003

4.李克钏主编，罗书学副主编.基础工程.中国铁道出版社，2000

5.王晓谋主编，基础工程.人民交通出版社，2005

第2章方案设计

2.1方案比选

的地基反力为

左端，相当于承受着强度为的均布在荷载作用下，a-屮面将产力。

当基础圬工具有足够的力大于由地基反力产生的：

时，a-a断面不会出现裂缝，这时，基础内不需配置受力钢筋，这种基础称为刚性基础。

刚性扩大基础属于浅基础，其埋置深度一般小于5

1米，刚最小的进置深度

米，对于本工程若采用刚性扩大基础，其须埋于最大冲刷线下不小于为5.7m因此，尽管持力层土层地质良好，考虑浅基础特点故不适合。

（2）沉井基础

沉井基础适用以下情况

1.上部荷载较大，而表层地基土的容许承载力不足，扩大基础开挖工作量大，以及支撑困难,

但在一定深度下有好的持力层，采用沉井基础与其它深基础相比较，经济上较为合理时；

2•在山区河流中，虽然土质较好，但冲刷大或河中有较大卵石不便桩基础施工时；

3•岩层表面较平坦且覆盖层薄，但河水较深；采用扩大基础施工围堰有困难时。

综上所述，本工程不须采用沉井基础。

（3）桩基础

（1）当建筑物荷载较大，地基上部土层软弱或适宜的地基持力层位置较深，地下水位较高，采用浅基础或人工地基在技术上、经济上不合理；

（2）河床冲刷较大，河道不稳定或冲刷深度不易计算正确，位于基础或结构物下面的土层有可能被侵蚀、冲刷，如果采用浅基础不能保证基础安全时；

（3）当地基计算沉降过大或结构物对基础沉降变形与水平侧向位移较敏感，采用桩基础穿过

松软（高压缩）土层，将荷载传到较坚实（低压缩性）土层，以减少建筑物沉降并使沉降较均

匀；

（4）承受较大的水平力，需要减少建筑物的水平位移和倾斜时，对稳定性要求较高；

（5）在地震区，可液化地基中，采用桩基础可增加建筑物抗震能力，桩基础穿越可液化土

层并伸入下部密实稳定土层，可消除或减轻地震对建筑物的危害。

本工程对水平位移要求严格，本工程中局部冲刷线集位置较深，采用桩基础具有造价低，强度高，沉降量小而均匀，施工较两者简易，综上所述，本工程采用桩基础比较合理。

2.2.墩柱及桩的尺寸.

采用双柱式墩（图1）。

墩帽盖梁顶标高为84.72m墩柱顶标高为83.32m;桩顶标高为78.32m。

墩柱直径1.30m;桩的直径1.50m。

桩身用C20混凝土；其受压弹性模量E^2.61Q7kPa。

第3章技术设计

3.1.桩长计算

由于地基土土层单一，为中密砂砾土，根据地质情况桩长不可确定，应按单桩轴向容许承载力公式反算桩长。

采用短期效应组合，除了考虑永久作用外，还需考虑汽车效应和人群效应。

按两跨布载考虑

1

P二[Ra]=（P1P2P3P4IqP：

qh）1（P5Pe）

2

1

=1467.4+264+165.32+66.9+（78.32-73.62）X25.91+X25.91Xh+1184.24+66.89

2

=3336.48+12.955h

设桩埋入局部冲刷线下深度为h,埋入一般冲刷线下h3，则

1

[Ra]=尹'2ik'm°AP{[fa。

]k2「2（h3-3）}

计算[Ra]时取以下数据：

桩的设计桩径1.50m,成空直径1.60m,桩周长U=1.^=5.03,

.3

[fa。

]=430kPa,2=11.80KN/m（已考虑浮力），qik=60kPa，所以

1

=X5.03XhX60+0.7X0.85X1.766X[430+5X11.8X（h+2.32-3）]

2

=409.67+212.895h

解得h=14.64m取h=15.0m桩底标高为58.62取h=15.0m桩的轴向承载力满足要求。

3.2•单桩所受外荷载的分配

计算墩柱顶外荷载R、Hj、Mi（按单跨计算）

R=1467.41.2280.51.432.211.40.8=2189.656

比=4.71.181.91.4=119.83

Mj=243.671.4{81.9（84.72-73.62）1.413.181.41.1[4.7（5.878.32-73.62）]}0.6

=1169.20

3.3•桩身内力及变位计算

3.3.1局部冲刷线处F0、H0、M0计算

汽车按一跨布载考虑，按承载能力极限状态下作用基本组合的效应组合计算，除汽车荷载效应外还需考虑人群荷载、汽车制动力、风荷载的可变效应。

P0二R[264165.3266.925.91（78.32—73.62）]]1.2=2931.25

H°二Mi1.14.8=125.11KN

M0=Mj4.8（2.578.32-73.62）1.10.6=1192.01KN*M

3.3.2桩的各参数确定及:

'

地基土比例系数m二10000KNm4

计算宽度b^Kf（d1）=0.9（1.501）=2.25m

El=0.8Ehl=0.82.61071.50^5.169106

64

基础变形系数c（=5伫E=5胆00^2|5=0.337m~lVElY5.169X106

换算深度h=：

•h=0.33715.00二5.055_2.5为弹性桩

3.3.3单位力作用在局部冲刷线处，桩柱在该处产生的变位计算

据分析，摩擦桩且:

h>2.5或支承桩且>h_3.5时，Mh几乎为零，且此时Kh对：

的影响极小，可以认为Kh=0

（0）（0）

HF、MH

H°=1作用时，水平位移

（0）

HH

1（B3D4-B4D3）KJBD^BDij

：

3EI（AB4-AqBs）心（人B4-A4B2）

1266.061KhL279.996

0.33735.17106109.012K^114.722

=1.2310』m

（0）_1（A3D4iA4D3）*Kh（A2D4-A4D2）

MH_「EI（A3B4-A4B3）Kh（A2B4-A4B2）

1176.709Kh|_185.996

”‘X.

0.33725.17107109.012Khl_114.722

=2.77

106rad

M0=1作用时，水平位移

（0）

HM

（0）上

mh=2.7710幣

（0）

MM

1（A3C4fCs）心心4-2）

:

El（A3B4-A4B3）Kh（A2B4-A4B2）

1190.834KhL200.047

”‘Js.

0.3375.17107109.012KhL114.722

334局部冲刷线处桩柱变位计算

56

125.111.23101691.392.7710

=6.2210'm

转角%=-（h^MH+m^MM）

-（125.112.7710》1691.391.0010冷

一2.0410'm

3.3.5局部冲刷线以下深度Z处桩身各截面内力计算

3

=3652.08民-3554.27B3+1192.03C3+371.25D3

剪力Qz「3EI（X0At0B4象C4学D4）

=1230.75

EI:

-EI

A4+1197.79B4+401.71C4+125.11D4

采用试算法

z

h=□Z

MZ

Qz

0.593

0.2

1261.84

103.61

0.89

0.3

1289.26

80.09

1.17

0.4

1308.79

50.86

1.48

0.5

1319.12

-16.99

1.78

0.6

1319.26

17.91

2.97

1.0

1246.29

-144.32

4.45

1.5

953.34

-682.02

5.64

1.9

800.57

-86.21

5.93

2.0

795.85

16.32

7.12

2.4

1010.83

390.45

E国祈淞网

wu/w.匚mbridgEucn

8.31

2.8

1801.91

963.37

10.39

3.5

5108.34

2223.1

11.87

4.0

8649.6

2639.03

由图示可知：

Mmax=1319.20KN.m,z'=1.63m

3.4柱底最大压应力验算

桩端最大和最小压应力应满足下式要求：

Pmax

min

二皿一呱"r（钻孔桩）或:

rqrk（沉入桩）

A0W0

式中GK=1525.91=388.65KM

Pk=R+P2+B+P4+P5+P6

=1467.4264165.3266.9184.2466.89

=3214.75KN

则Tk=60二1.515-2.32=3585.18

则Nhk=GkPk-Tk=388.653214.75-3585.18

=18.22KN

则因-h-4

故Pnax讣，二髡W.MKpa

则Qr=m0■〔fa0K2R2h-31

=0.850.74305.011.85—3〕

-677.11

显然：

Pmax-10.31<1.25Qr

3.5.桩柱顶水平位移验算

桩柱顶水平位移

hh=78.32-73.62=4.7

h2=84.72-78.32=6.4

H=81.9KN

M=243.6713.18

E1I^nEI=0.5645.17106=292106:

=X00h2h^0

.h；+nh,+（26+h1）］

H-工33nM

=--l（nh,+h2）+门人①小+h2）〕+芥7

81.91

2.92106IL3

E111~2E〔I1

0.5644.736.430.5644.76.44.76.4

265.85

22.92106

6.420.5644.726.44.7

=0.0122m=1.22cm

==6.2210“-2.0410”11.10.0122=-4.22mm

满足要求

水平位移［吗=0.5阪=27.39mm色4.22mm

3.6配筋

3.6.1计算受压区高度系数

M=PF2P3F4P7F8

=1467.4264165.3266.928.532.21=2024.33KN

M=243.6713.1881.984.72-78.324.75.84.82.5=820.27KN?

m

Lp=0.74.711.6

0.337

M820.27汉106

Eo可二405mm

N2024.3310

长细比：

土=空卫=12.544.4

d1500

应考虑纵向弯曲对偏心的影响取rs=0.9r=0.9750=675

则截面有效高度为h0=r•rs=675-750=1425

艮eo405

1=0.22.7』=0.22.70.20.77=0.97

ho1425

1881

2=1.15-1.011.021

1.5

取2=1

则=1.383405=560mm

计算受压区高度系数：

「二區•氏人e

fsdCje0）—Dgr

门小B汇750—A汉560=9.2

C汉560—D汉625

6900B-5152A

-109200C-121875D

由NAr2fcdC、r2fcd

2代，2

=A7509.2c，750195

=5175000A109687500C?

以下采用试算法列表计算。

匕

A

B

C

D

P

Nu/N

N

Nu

0.25

0.4473

0.3413

-1.2348

1.6012

4

—1.53疋10

1.154

2024疋103

2335疋103

0.23

0.3969

0.3103

-1.3486

1.5361

_4

-2.88疋10

1.036

3

202400

3

209610

0.22

0.3723

0.2945

-1.4074

1.5004

-4.37X10-

0.985

2024如03

3

1994x10

由上表可见，当=0.22时，计算纵向力Nu与设计值N相近。

这时得到:

■=--4.3710"。

由于'min=0.005故取?

=0.005计算，则:

222

As-宀r70053.14750=8831mm

现选用2422,-9132mm2实际配筋率?

=4As；（二d；）4

3.14752

=0.0052一0.005,as二60mm;纵向钢筋间净距为188mm,满足规定的净距不应小于

80mm且不大于350mm的要求。

362由上可知e0=500mm,a^60mm,rs=675mm,g=0.9。

1）在垂直于弯矩作用平面内，

长细比

IpP=7.73—7,故稳定系数即-0.98

9132mm2,则在垂直于弯矩作用平面的承载力为

肌=0.9（0代fsdAs）

=0.90.98（9.217662502809132）

=16587.30KN-N（=2582.478KN）

2）在弯矩作用平面内

BQD'gfsdr

Afcd■c：

•fsd

9.2BD0.00520.9280

750

9.2AC0.00522806900B982.8D

一9.2A1.456C

以下采用试算法列表。

匕

A

B

C

D

8

0.50

1.1735

0.6271

-0.0000

1.9018

613.19

0.40

0.8667

0.5414

-0.4749

1.8801

766.72

0.30

0.5798

0.4155

-0.9675

1.7313

1163.8

0.35

0.7201

0.4828

-0.7165

1.8225

917.73

0.45

1.0182

0.5898

-0.2377

1.9065

658.81

0.47

1.0799

0.6061

-0.1429

1.9084

622.77

0.60

1.4908

0.6651

0.5021

1.7856

439.15

0.57

1.3950

0.6589

0.3444

1.8381

476.39

0.55

1.3314

0.6523

0.2436

1.8639

502.45

由计算表可见，当=0.55时，q=502.45mm,与设计的q=500mm很接近，故取

=0.55为计算值。

在弯矩作用平面内的承载力为肌二Ar2GC?

r2fsd

=1.331475029.20.24360.00527502280

二7089.50KN一N（二2582.478KN）

满足要求。

（3）箍筋选用12mm,满足直径大

由于长细比lp/d=7.73：

：

：

12故可以按螺旋箍筋柱设计

核心面积直径dcor=d-2a$=1380mm

核心面积A妙=「de。

//4=1494954mm2

由于r°Nd空Nu=0.9（fedAeorkfsdAsofsdAs）

得Aso二

Nu/0.9-fedAcor-fsdAs

其中NuJ6587300N

得As^3785mm20.25人=2283mm2

现取'8单肢箍筋的截面积Aso1=50.3mm2间距S=deorA5。

1=57.61mm

Aso

由构造要求S应满足S_deor/5=285mm和S_80mm故取S=60mm40mm

截面复核

deorAo1=3634.5mm2

S

Nu=0.9（fedAeorkfsdAsofsdAs）=0.9（9.2149495421953634.51959132）

=15256.592582.478KN

满足要求

参考文献

[1]《水泥与水泥混凝土》.申爱琴.人民交通出版社2005版

[2]《公路桥涵施工技术规范实施手册》.刘吉士.人民交通出版社2005版

[3]《桥梁建筑美学》.盛洪飞.人民交通出版社2005版

[4]《桥梁施工百问》.刘吉土.人民交通出版社2005版

[5]《公路施工手册桥梁篇》.公路一局（2005新版）

[6]《公路工程施工及验收标准规范汇编》.2005版