某桥桥墩桩基础基础设计.docx
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某桥桥墩桩基础基础设计
华东交通大学
课程设计（论文）
题目名称某桥桥墩桩基础设计计算
院
（系）
专
业
班
级
姓
名
2011
年6月
土木建筑学院
道路与铁道工程
道铁2班
13日至2011年6月29日共丄周
指导教师：
耿大新
教研室主任：
李明华
资料收集
某桥梁上部构造采用预应力箱梁。
标准跨径32m,梁长31.9m,计算跨径31.5m,桥面宽13m,墩上纵向设两排支座，一排固定，一排滑动，桥墩采用圆端形实心墩，平面尺寸形式如图1所示，墩高12m,计算墩顶变形时，不考虑墩身的挠曲。
下部结构采用钻孔灌注桩基础。
1.地质及地下水位情况:
河面常水位标高25.000m,河床标高为22.000m,一般冲刷线标高20.000m,
最大冲刷线标高18.000m处，一般冲刷线以下的地质情况如下：
序
号
名称
层厚
土层描述
天然重度
r
比例系数
m
推荐容许
承载力［。
］
极限摩阻
力Ti
1
淤泥
质粘
土
2.5m
灰色，流塑
16.5
kN/m3
2.5MN/m4
50kPa
15kPa
2
粘土
2.2m
黄色，可塑
17.5kN/m3
12.5
MN/m4
120kPa
30kPa
3
粉砂
3.7m
灰色，中密
17.3kN/m3
15MN/m4
160kPa
50kPa
4
中砂
4.5m
灰色，中密
18.2kN/m3
23MN/m4
220kPa
60kPa
5
卵石
>50m
黄色，中密
20.5kN/m3
110MN/m4
500kPa
100kPa
2、设计荷载:
（1）恒载：
桥面自重：
Ni=l500kN+学号X20kN=1500+16X20=1820kN
箱梁自重：
N:
=6000kN+学号X40kN=6000+16X40=6640kN
桥墩自重：
Ns=3875kN
（2）活载
一跨活载反力：
N4=2835.75kN,在顺桥向引起弯矩：
Mi=3334.3kN-m；
两跨活载反力：
N5=5030.04kN+学号x50kN=5030.04+16X50二5930.04kN\
（3）水平力
制动力：
Hi=300kN,对承台顶力矩6.5m；
风力：
H2=2.7kN,对承台顶力矩4.75m
主要材料
承台采用C3O混凝土，重度Y=25kN/n?
、yr=15kN/m3（浮容重）。
在班编号为20,所以桩基采用C30混凝土，HRB400级钢筋；
4、其它参数
结构重要性系数Yso=l.l,荷载组合系数9=1-0，恒载分项系数Yg=1.2,活载
分项系数yq=1・4,风荷载苦=0.75,制动力：
1.0
拟定承台尺寸：
假设承台的厚度为1.5m,根据圆端形实心墩的平面尺寸计算承台的长和
宽
宽度：
3+2xl.5xl=6m
长度：
6+2xl.5xl=9m
三、拟定桩的尺寸及桩数：
1、摩擦桩，桩身采用C30混凝土。
2、由于6-l=5d,d=1.25,所以设计桩径采用d=1.25m,成孔桩径为1.30m,
钻孔灌注桩，采用旋转式钻头。
3、画出土层分布图，选用卵石层为持力层，贝9取桩长l=22.5nio
4、估算桩数：
（按双孔重载估算）
估算公式：
1r,
[/«]=—x"工qikh+Am（）A^{[fa）]+kiyiQn一3）}
2<=i
u=7Txcl=ttx\.25=3.93m
Trxd^龙xl・25?
A/»==
44
=1.23nr
据高等学校教材《基础工程（笫四版）》（人民交通出版社）查表4—2可得后0.70,
查表4—3得m（）=0・9,
查表2-24有k2=6.0
山于桩侧土为不同土层，应采用各土层容重加权平均，透水层采用浮容重,
不透水层采用天然容重
71=
16.5x1.0+17.5x2.2+（17.3-10）x3.7+（18.2-10）x4.5+（20.5-10）x11.1
225
=10・46£N/屛
持力层为卵石，查表得[〃o]=65OkPa,qik查表4—1得
名称
淤泥质粘土
粘土
粉砂
中砂
卵石
q值kPa
20
50
35
45
160
125
桩自重每延米q*三-xl5=l&4kN
荷载组合计算:
（1）承台顶面
恒载+—孔活载
工N=1.2[（1820+6640+3875）x1.2+2835.75x1.4]=22526.46^M=1.1[3334.34-30x6.5x1+2.7x4.75x0.75]=3892.81》H=1.1[30x1+2.7x0.75]=35.23
恒载+两孔活载
工N=l・l[（1820+6640+3875）x1.2+5930.04x1.4]=25414.46
工M=1.1[30x6.5x1+2.7x4.75x0.7习=225.08
为H=35.23
（2）承台底面
01.5X6X9=1215
恒载+—孔活载
工N=22526.46+1215x1.2x1.1=24130.26
^M=l.l[3334.34-30x8xl+2.7x6.25x0.75]=3945.65工H=35.23
恒载+两孔活载
=25414.46+1215x1.1x1.2=27018.26
^M=l.l[30x8x1+2.7x6.25x0.75]=277.72工H=35.23
所以[/h]=0.5X3.92X（20X0.5+50X2.2+35X3.7+45X4.5+160X11.1）
+0.70X0.9X1.23X[650+6.0X10.46X（20+2-3）]
=5805.73kPa
得：
n=1.2X2701S'26=5.5&故取n=6
5805.73
1q%
当n二6,h=20m时，[向=5805・73>l・2X=5403.6,桩的轴向受压承载力符
6合要求，所以桩长设22.5,可以。
桩的平面布置为如图所示：
g
LO
Cxj
O
则1250[
2125
1250I
2125
[1250
iod
T
经验证，桩间距符合相关规定
桩的断面布置如下图（纵向断面图、横向断面图）
25.000W
tn®
四.桩的内力及位移计算
1.桩的计•算宽度bi
bi=«•〃<（d+1）
已知kf=0.9,i/=1.25m,L\=2.5m,h\=3（〃+1）=3x（1.25+1）=6.75,”=2上2=0.6
1—/?
2L\1—0.62.5n
k=bi+•—=0.6x=0.847
0.6In0.66.75
.•#1=0.847x0.9*1+1.25?
=1.72m
2.桩的变形系数ahm=2（d+l）=4.5mmihr+m2（2hi+hi）hi+iw（2/?
i+2hi+力3）/23
m=厂
h胪
12.5xO.72+15x（2xO.7+3.7）x3.7+23x（2xO.7+2x3.7+O.l）xO.l
J?
=45・24MW/m4=45240kN/m4
E=O.8Ee=O.8x3.OxlO7kN/m2
_i4
1=——=0.120m4
64
45240xl.72
0.8x3.0x107x0.120
=0.486m
桩在局部冲刷以下深度h=20m,其计算长度则为:
h=ah=0.486x20=9.72>2.5,满足按弹性桩计算。
3•桩顶刚度系数QP,pllbQDI,QIH值计算
1
加=—厂
+
AECoAo
Co=2.5m,h=20m,g=0.5,A=1.23/?
?
2Co=moh=45240x20=90480（kA7/n2
兀弓+®討“4*
吉+203#宀259咖
2.5+0.5x20
L23x0.8x3.0xl07
1
904800x11.
=1.91x10&=0.663EI
-1
已知：
力=9・72>4,取用4
6）=a（（）=0.486x2.5=1.214
据高等学校教材《基础工程（第四版）》（人民交通出版社）查附表17,附
表18,附表19得：
衣=0.3610,秒=0.0.5456,卿=1.1621,由公式
4.计算承台底面圆点O处位移
pun=a3EI%Q=0.4863x0.361OEZ=0.0413EI
a（）、co、0u=a2EI/m=0.4862xO.5456E/=0.1286E/
p^M=aEI（pM=0.486x1.162IE/=0.5642E/
N27018.266791.92
co===
nppp6xO.663E/El
n
（npww+ppp工x：
）H+npMiiM
ao=J—
npmi（npMM+ppp^x：
）-加〃i=l
np/.w+ppp^x；=6x0.5642E/+0.663EZx6xl.8752=17.37E/i=l
npiin=6x0.0413EI=0.2478E*/
npMH=6x0.1286EZ=0.7716EI
n2plf„=0.77162（E/）2=0.5954（E/）2
1137Elx35.23+0.7716EIx3945.65985.85
ao=—=
0.2478E/x17.37EZ一0.5954（El
00=
npmiM+npstnH
n
npmi（npMM+QPP工x：
）-n'p爲
i=i
270.95
El
5.计算作用在每根桩顶上作用力Pi、Qi、Mt
f4839.87kN
4166.22RN
67Q1a?
770q气
竖向力只=ppp（cu+xi0（））=0.663£/（±1.875x:
…）=
EIEI
寸丄985.85,270.95
水半力Q=pHHCto—pH叩u=0.0413EIx——0.1286EIx———=5.87kN
弯矩M=pm仞一pxmao=0.5642E/x22竺一o.l286EZx兰岀=26.08kN
ElEI
验证：
Pmax+G=4839.87+1.23x20x（25-20.46）=495\.55kN<[fa]=5805.73/lM所以桩的承载力满足要求，设讣桩长合格。
校核：
nQi=6x5.87=35.22kN〜=35.23kN
2}xiPi+nMi=3x（4839.87-4166.22）x1.875+6x25.9
校核正确
i-l
=3944.18kN•ma=3945.65kN・m
工nPi=3x（4839.87+4166.22）=27018.27kN。
工N=27018.26kNi-l
6.计算局部冲刷线处桩身弯矩M。
、水平力Qo及轴向力P。
Mo=M.+Q.fo=26.08+5.87x2.5=40.76kN•m
Q（>=Q,=5.87kN
Po=4839.87+1.23x2.5x15=4886・00kN
7.冲刷线以下深度z处桩截面的弯矩Mz及桩身最大弯矩Mmax
1•局部冲刷线以下深度Z处桩截面的弯矩Mz计算
Qo5.87/
Mz=——Am+MoBw=Am+40.763“
a0.486
=12.09Aw+40.76B.W
无量纲系数Aw、由附表3、附表7分别查的，Mz计算列表如下表
Mz计算列表
ZO=aZ
Z
Am
Bm
12.09Am
40.76Bm
Mz
0.0
0.00
0
1
0.00
40.76
40.76
0.2
0.41
0.19696
0.99806
2.38
40.68
43.06
0.4
0.82
0.37739
0.98617
4.56
40.20
44.76
0.6
1.23
0.52938
0.95861
6.40
39.07
45.47
0.8
1.65
0.64531
0.91324
7.80
37.22
45.03
1.0
2.06
0.72305
0.85089
8.74
34.68
43.42
1.2
2.47
0.76183
0.77415
9.21
31.55
40.76
1.4
2.88
0.76498
0.68694
9.25
28.00
37.25
1.6
3.29
0.73734
0.59373
8.91
24.20
33.11
1.8
3.70
0.68488
0.49889
8.28
20.33
28.61
2.0
4.12
0.61413
0.40658
7.42
16.57
24.00
2.2
4.53
0.5316
0.32025
6.43
13.05
19.48
2.4
4.94
0.44334
0.24262
5.36
9.89
15.25
2.6
5.35
0.35458
0.17546
4.29
7.15
11.44
2.8
5.76
0.26996
0.11979
3.26
4.88
8.15
3.0
6.17
0.19305
0.07595
2.33
3.10
5.43
3.5
7.20
0.05081
0.01354
0.61
0.55
1.17
4.0
8.23
5E-05
9E-05
0.00
0.00
0.00
其结果为下图
-10.00
局部冲屜线下弯矩图
00
-2.00
0.00
0.一2・00
°°
7・oo
2.桩身最大弯矩Mmax及最大弯矩位置计算
由2=0得：
Cq=^=0-486x40.76=33?
1
Qu5.87
由Cq=3.371及24查附表13得：
70.630,所畑十鵲=1.305）
乞Mmax=O・63O及方=4,查附表13得，Km=1.05&Mmax=KmMo=1.058X40.76=43.12kN•m
8.局部冲刷线以下深度z处横向土抗力/心计算
cxQt）—iZ^Mo—0.486x5.87—0.486*x40.76—1x
pzx=—ZAx+ZBx=ZAx+ZBx=1.657ZAx+5.586ZBx
bibi1.721.72
无量纲系数Ax、Bx由附表1、附表5分别查得，pzx计算列表如下
Fzx计算列表
Z0
Z
Ax
Bx
1.657Ax
5.586Z0Bx
Pzx（kpa）
0.0
0.00
2.44066
1.621
0.00
0.00
0.00
0.2
0.41
2.11779
1.29088
0.59
1.87
2.46
0.4
0.82
1.80273
1.00064
1.00
2.90
3.90
0.6
1.23
1.50268
0.74981
1.25
3.26
4.51
0.8
1.65
1.2237
0.57327
1.36
3.32
4.68
1.0
2.06
0.97041
0.36119
1.34
2.61
3.96
1.2
2.47
0.74588
0.21908
1.24
1.90
3.14
1.4
2.88
0.55175
0.10793
1.07
1.09
2.16
1.6
3.29
0.3881
0.02422
0.86
0.28
1.14
1.8
3.70
0.25386
-0.03572
0.63
-0.47
0.17
2.0
4.12
0.14696
-0.07572
0.41
-1.10
-0.69
2.2
4.53
0.06461
-0.0994
0.20
-1.58
-1.39
2.4
4.94
0.00348
-0.1103
0.01
-1.92
-1.90
2.6
5.35
-0.0398
-0・11136
-0.14
-2.10
-2.24
2.8
5.76
-0.0690
-0.10544
-0.27
-2.14
-2.40
3.0
6.17
-0.0874
-0.09471
-0.36
-2.06
-2.42
3.5
7.20
-0.1049
-0.05698
-0.51
-1.44
-1.95
4.0
8.23
-0.1078
-0.01487
-0・60
-0・43
-1.03
9.桩身配筋计算及
桩身材
其结果为
右图：
料截面强度验算
由上表可知，最大弯矩发生在地面线以下z=l.20m处，该处Mj=45.473kN.m
①纵向钢筋面积
桩内竖向钢筋按含筋率0.6%配置:
A-=”"Ix0・6%=73.63x10"4（m2）=7363nim
4
现在选用15根025的HRB400级钢筋:
A«=7363・5〃加2几=340MP仏
桩柱釆用C30,fid=n.5MPa,
②计算偏心距增大系数〃因为长细比:
537
Lp=0.5x（L0+4.0/«=0.5（2.5+4.0/0.486）=5.37,厶“/山―=4・29<15
1.25
所以偏心距最大系数:
7=1
3计算截面实际偏心距eo
“Mmax1.0x45.473
eo===0.009m=9.0mm
Nmax4839.87
4根据《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）求得轴向力的
偏心距e°;eo=
其中r二625mm,P二0.006,并设g二0.9,则
17.55+0.006x0.9x3407）
eO=x625
17.5A+0.006x340C
17.5B+1.836D一
17.5A+2.04C
以下采用试算法列表计算
1.38
3.1058
0.0343
2.9331
0.1886
9.80
9.00
1.09
1.39
3.1106
0.0298
2.9428
0.1803
8.82
9.00
0.98
1.4
3.1150
0.0256
2.9523
0.1722
7.89
9.00
0.88
由上表可知,当C=l.39时,eO二8・82mm与实际的e0=9.00很相近所以取1.39为计算值。
5计算截面抗压承载力
N“=Ar2fed+Cpp2f^=3・1106x6252%17.5+2.9428x0.006x6252x34O
=23608.9lkN>Nj=4839.87kN
+Df阿鈕=0.0298x6253xl7.5+0.1803x0.006x0.9x6253x340
=217.12kN.m>M=45・473kN/i
满足要求。
10•桩顶纵向水平位移验算
桩在最大冲刷线处水平位移X。
和转角①。
的计算
查表得：
Ax=2.44066Bx=1.62100A^=-l.62100B^=-1.75058,
pQ）.Moc5.87小—40.76一…375.44八心“加
Xo=—；—Ax+—；—Bx=:
——x2.44066+；——xl.621==0.00007&”
a'EItz2EI0.5023E/0.502-E/El
=O.O78////77<6mm.
符合规范要求。
^=-^-A=5,8Jx（-1.621）+4076x（-1.75O58）=-3.75xlO-5rad
a~EIaEI0.502-El0.502E/
所以墩顶纵向水平位移
、_.、985.85270.95n
△=勺+0上+△严飞一+―xl3.5+°
=46^，6S=9.67x10-4m=0.967mm<[A]=0.5亦=25mm
6裂缝宽度验算
根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）截面相对界限受压区高度自=0.518<歹=1.39,则构件为小偏心受压，无需验算裂缝宽度。
11.承台设计
1）桩与承台得连接处构造要求
承台平面尺寸：
9x6m2,厚度1.3m,承台底标高20.500m。
采用桩顶主
伸入承台连接，桩身嵌入承台内的深度为200mm；伸入承台内的桩顶主筋做成喇叭状，夹角15度。
伸入承台内的主筋竖向高度为100cm>35*2.2=77cm,不设弯钩的带肋钢筋。
抗弯钢筋布置在承台内上下两排并且不截断穿过桩身。
箍筋设
20箍割0,间距200mm,构造钢筋前后两端各18根生10,抗裂钢筋前后两端各
8根虫12下设相同的钢筋网。
2）桩顶局部受压验算
桩顶作用于承台混凝土压力，如不考虑桩身与承台混凝土之间的粘结力，局
部承压下时按下式计算:
/oNd<=0.9/X4ifid.p=
所以1・1x4839.87£N<0.9x3x1.23x13.8x1000=152766E/V满足要求，可按构造配筋。
3）承台受冲剪验算
承台有效高度ho=l.5-0.2=1.3cm,桩边冲切，计算冲跨比
===0.27,/^v=^-=—=0.27
'九1.35/?
01.3
计算冲切系数:
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