基础工程课程设计-某铁路桥梁桥墩基础设计.doc
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课程设计
课程名称：
基础工程
设计题目：
某铁路桥梁桥墩基础设计
院系：
土木工程系
专业：
检测1班
学号：
姓名：
指导教师：
西南交通大学峨眉校区
2013年11月15日
课程设计任务书
专业检测一班姓名学号
开题日期：
年月日完成日期：
年月日
题目某铁路桥梁3号桥墩基础设计
一、设计的目的
地基基础设计的目的是根据上部结构的使用功能和结构形式在确定的场地条件下选择适宜的低级基础方案并确定其技术细节，使设计的地基基础在预定的使用期限和规定的使用条件下能够安全正常地工作，在此基础上满足降低造价和保护环境的要求。
二、设计的内容及要求
检算相关内容，设计满足要求的刚性基础，绘制基础横断面、平面图。
该课程设计主要按如下步骤进行：
1.收集相关的设计资料
2.初步确定地基基础的技术方案
3.地基基础的技术设计
4.绘制施工图，计算工程数量，编制工程概预算
三、指导教师评语
四、成绩
指导教师（签章）
年月日
设计计算说明书
第一章设计资料
1.1工程概述
该桥梁是某Ⅰ级铁路干线的特大桥，路线为单线平坡，不考虑冲切荷载等。
该地区地震强度较低，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8孔32m预应力钢筋混凝土梁，1孔48m下承式钢桁梁和8孔32m预应力筋混凝土梁组成。
3号桥墩的已知设计资料如下图：
1.2工程地质与水文地质
土工试验成果表
土层编号及名称
地质年代
比重Ｇs
重度γ（kN/m）
含水量Ｗ（%）
液限Ｗl（%）
塑限Ｗp（%）
θ
c
（kPa）
渗透系数Κ（cm/s）
压缩系数
a
/MPa6
①软粘土
Ｑ4
2.72
14.9
91.5
85.0
55.0
6°17′
10.1
2.8E-8
0.494
②砂粘土
Ｑ4
2.69
18.8
34.5
43.0
28.0
12°05′
19.4
3.4E-7
0.112
③粗砂中密
Ｑ5
2.60
19.5
26.2
24°32′
2.7E-1
0.011
④强风化砂岩
K
饱和单轴抗压强度R=2.4MPa
⑤中风化砂岩
K
饱和单轴抗压强度R=6.7MPa
1.3设计荷载
各桥墩作用于设计低水位处的设计荷载（高程22.00m处）
墩位号
两孔满载（低水位）
一孔重载（低水位）
一孔轻载（高水位）
一孔轻载（低水位）
N
H
M
N
H
M
N
H
M
N
H
M
1-6
8858.2
406.7
2720.1
7956.4
406.7
3160.1
6130.4
402.7
3039.8
7334.6
406.7
3055.7
7、10
8920.2
409.5
2739.1
8812.1
409.5
3786.4
6173.3
405.5
3061.1
7385.9
409.5
43077.1
8-9
13355.0
613.2
4100.9
11995.4
613.2
4764.3
9242.5
607.1
4582.9
11058.0
613.2
606.9
11-17
8858.2
406.7
2720.1
7956.4
406.7
3160.1
6130.4
402.7
3039.8
7334.6
406.7
3055.7
注：
1.桥梁位于直线平坡地区，故只考虑纵向荷载组合。
2.竖向力N和水平力H的单位为KN,力矩M的单位为KN-m，H和M的符号相同表示两者对基础的转动效果相同。
设计依据
本次课程设计的依据为本课程设计指导书和相关的规范。
第二章设计内容
根据3号桥墩所在位置的地质、水位状况以及经济考虑，选择刚性扩大基础。
根据在有冲刷处，铁路基础基底应在墩台附近最大冲刷线以下的相关规定。
考虑河床坡度，3号墩台处的河床高程为16.88m，总冲刷深度16.78—9.94=6.84m，同时此桥为大桥，所以基底埋深应>=3.0m。
相关规定表示，墩台基础最小襟边要求为20-25cm，C15混凝土的容许刚性角[β]=40°，每层台阶的厚度不小于1m。
3号桥墩下有7.94m厚的砂粘土、11，1m厚的中密粗砂。
综上所述，拟定尺寸，两个台阶的基础，基础埋深（基础底面至一般冲刷线）4.06m，各襟边长=0.8。
基础深度=2m，刚性角β为38.7°，基础应埋如有承载力的地基中以避免过分沉降，将中密粗砂作为持力层。
根据设计资料，可计算出
墩身高度（m）
基础厚度（m）
基础埋深（m）
18.000
2.000
4.060
墩底增加（cm）
单边阶梯宽（m）
刚性角
180
1.200
38.600
墩底长（cm）
基础底面长（cm）
800
10.400
墩底宽
基础地面宽（cm）
420
6.600
第三章技术设计
新增加的力的计算
1.墩身自重
墩身增加高度L1=18.000-（28.15-22）=11.850m
低水位处面积A1
墩底面积A2=3.8*4.2+π*4.2^2/4=29.814㎡故
体积V1=1/3*11.850*（18.596+29.814+）=218.703
墩身自重=V1*23=5030.169KN
2.基础自重
基础体积V2=10.400*6.600+（10.4-1.2）*（6.6-1.2）=118.32
基础自重=V2*23=2721.36KN
3.基础上覆盖土中
基础上覆土面积A3=10.400*6.600-29.814=38.826㎡
基础顶面上覆土只有2号砂粘土
=18.8=18.8KN/m^3
基础上覆盖土中=A3**3.06=38.826*8.8*3.06=1045.507KN
1.浮力
高水位处墩身面积A4=3.8*2.82+=16.962㎡
低水位处墩身面积A4=3.8*3.015+=18.596㎡
墩底面积=29.814㎡
桥墩浸入水下体积
高水位V4=1/3*（29.814+16.962+）*19.55=349.393
低水位V4=1/3*（29.814+18.596+）*13.85=255.614
故浮力高水位=-（349.393+118.32）*10=4677.13kN
低水位=-（255.614+118.32）*10=3739.34kN
第四章基础检算
1、基础本身强度检算
基础纵向、横向的刚度角，故纵向、横向皆满足基础强度要求。
2、基底压应力及偏心检算
持力层为中密粗砂，其基本承载力σ0=400KPa，修正系数，，因持力层为透水层，故采用浮重度=19.5-10=9.5KN/m^3,18.8KN/m^3,地基允许承载力
=400+3*9.5*（6.6-2）+5*18.8*（4.06-3）=630.74kN/m
验算项目
地基基础压应力
偏心距
倾覆与滑动稳定性
荷载布置
两孔满载低水位
一孔轻载低水位
一孔轻载高水位
低水位处荷载
N5
H5
M5
N5
H5
M5
N5
H5
M5
8858.2
406.7
2720.1
7334.6
406.7
3055.7
6130.4
402.7
3039.8
基础地面处的荷载
N底
H底
M底
N底
H底
M底
N底
H底
M底
N底=∑N=N1+N2+N3+N4+N5
M底=∑M=M5+H5*（22-8.15）
H底=H5
13915.896
406.7
8352.895
12392.296
406.7
8688.495
10242.306
402.7
8617.195
偏心距
稳定性
持力层
σmin
σmax
92.108
313.366
因持力层下无软弱下卧层，故不必进行此项检算。
该桥为简支梁桥，持力层为粗砂沉降很快完成，满足地基承载力要求后，不必进行沉降计算，检算结果满足要求。
设计2高承台桩基础设计
第一章设计资料
1.1工程概况
1.2工程地质及水文条件
见浅基础
1.3设计荷载
墩位号
两孔满载（低水位）
一孔重载（低水位）
N
H
M
N
H
M
3
11194.5
406.7
8352.9
10292.7
406.7
8792.9
本设计采用钢筋混凝土钻孔灌注桩计算数据资料
土层编号及名称
（m）
（kPa）
（kPa）
1软粘土
0
27
——
1
——
2砂粘土
O.69
70
——
1
——
3粗砂中密
10.9
84
——
0.928
——
4强风化砂岩
5.41
106
2400
0.928
0.928
5中风化砂岩
0.928
0.928
第二章设计内容
2.1确定桩端持力层和承台埋深
1）承台埋深（从一般冲刷线算起）H=12.21-8.15=4.06m
2）钢筋混凝土钻孔灌注桩d=1000mm
3）以风化砂岩作为持力层，承台以下桩长17m，进入持力层5.41m
2.2确定单桩单桩轴向容许承载力P
[P]=
==1/2*（1*27*0+1*70*0.69+0.928*84*10.9+0.928*106*5.41）+0.928*2400*1^2/4=3995.709kN
2.3初步估计所需桩根数n
不考虑群桩效应n=,为了方便布置和考虑群桩效应的影响现采用6根桩基。
2.4进行桩位布置和确定承台尺寸
桩在平面上采用行列式布置，取x方向中心距为4m，y方向中心距为3.5m。
取边桩中心至承台边缘的距离为1.5d=1.5m，承台边缘至桩的外边缘为1000mm，符合有关规范要求。
桩的布置和承台平面尺寸如图1所示：
验算考虑承台土重和群桩效应的根数
承台及其土重
G=107.04.0620=5684kN
由控制竖向承载力的双孔满载来确定，
n==根
说明取n=6根可以满足要求。
2.6荷载计算
取用纵向主+附两孔满载（低水位）和纵向主+附一孔重载（低水位）两种荷载组合，简化至承台底面中心。
由设计资料所给资料可得：
墩位号
两孔满载（低水位）
一孔重载（低水位）
N
H
M
N
H
M
3
16878.5
406.7
8352.9
15976.7
406.7
8792.9
2.7计算变形系数
1.桩的计算宽度
桩间净距为3m或2.5m.相互影响时桩的入土计算深度,n=2
因为
=1.58m
2.m的取值
因为本设计为低承台基础，所以m的取值应从承台地面算起。
并且桩在承台底面以下h=24m,先假设其为弹性桩，由此可得，由于桩侧面为几种不同土层。
由此取用深度内的各层土的地基系数图面积的加权平均值作为整个深度的m值，由图可知查铁路桥涵桩基地基系数的比例系数表可得：
，
现桩身混凝土的强度等级为C25，其弹性模量
EI=0.8*3.0*10^7*1^4/64=1.18*10^6kN㎡
所以
桩在承台底面以下17m,其计算长度为，因此按弹性桩计算。
3.计算单桩刚度系数、、
首先
则=.8，EA=3.0*0.7854*10^7=2.36*10^7kN
直径
按桩中心距计算面积
查表4-6得
则得
简化计算，所以略去侧面土抗力，受力偏于安全
4、计算桩基础的整体刚度系数
由4-58式计算、、、
5、计算承台唯一a、b、
将4中所得带入以下4-57式，控制荷载为两孔满载低水位和一孔重载低水位
（1）两孔满载低水位
（2）求解桩顶内力Ni、Hi、Mi
水平力：
弯矩：
检核：
可知满足要求。
6、绘制桩身弯矩图和切应力图以及桩身剪力图
计算承台地面以下深度y处桩截面的弯矩及水平抗力
（1）
无量纲系数和查表4-3得的弯矩分布如下
（2）
（3）
桩身弯矩图
桩身剪力图
桩身土压力
（2）一孔重载低水位（只计算弯矩）
2.8单桩轴向承载力验算
桩的自重为
与桩如图部分同体积的土重
上述计算中均考虑了浮力，故
满足要求。
2.9桩基承载力检算
该摩擦桩桩基中，桩尖平面处桩的中心距小于，故需做该项验算。
该桩为竖直桩桩基。
已知群桩的外轮廓尺寸为；假想实体深基础的尺寸。
则假想实体基础底面面积A和截面模量W为
作用于基底的竖向力
基底压应力为
已计算得到
所以
，满足要求。
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