西南交大基础工程课程设计16号桥墩（DOC40页）.docx

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1、桥梁基础工程课程设计目录第一章概述2第一节工程概况和设计任务2第二节工程地质和水文地质资料7第三节设计依据8第二章方案设计9第一节地基持力层的选择9第二节荷载计算9第三节基础类型的比选16第四节基础尺寸的拟定17第三章技术设计19第一节桩基础的平面分析19第二节横向荷载下单桩的内力和位移计算23第三节桩身截面配筋26第三节单桩轴向承载力检算28第四节墩台顶的水平位移检算29第五节群桩基础的承载力和位移检算30第六节单桩基底最大竖向应力及侧面土抗力检算30第四章初步组织施工设计32第一节基础的施工工艺流程32第二节主要施工机具35第三节主要工程数量和材料用量36第四节保证施工质量的措施37第一章

2、 概述第一节工程概况和设计任务1 工程名称某I级铁路干线上的特大桥（单线）。2 桥跨及附属结构桥跨由38孔32m后张法预应力混凝土梁【图号：专桥（01）2051】组成，该梁全长32.6m，梁高2.65m，跨中腹板厚度0.18m，下翼缘梁端宽0.88m，上翼缘宽1.92m，为分片式T梁，两片梁腹板中心距为2.0m，桥梁跨中纵断面示意如图11所示。每孔梁的理论重量为2276 kN，梁上设双侧人行道，其重量与线路上部建筑重量为35.5kN/m。梁缝10cm，桥墩支承垫石顶面高程1178.12m，轨底高程1181.25m，全桥总布置见图12。 图11桥梁跨中纵断面示意图图12全桥总布置图3 支座及墩台

3、桥墩采用圆端形桥墩【图号：叁桥（2005）4203】和空心桥墩【图号：叁桥（2005）4205】2种，其中1#6#、33#37#采用圆端形桥墩，7#32#采用空心桥墩。圆端形桥墩支承垫石采用C40钢筋混凝土，顶帽采用C30钢筋混凝土，墩身采用C30混凝土，圆端形桥墩构造图见图13。空心桥墩支承垫石采用C40钢筋混凝土，顶帽采用C30钢筋混凝土，墩身采用C30混凝土，空心桥墩构造图见图14。桥梁支座采用SQMZ型铸钢支座【图号：通桥（2006）8057】，支座铰中心至支承垫石顶面的距离为40cm。4 本人承担的基础设计任务本人承担16号桥墩基础的设计与检算，桥墩为空心桥墩，地面高程为1130.1

4、9m。图13圆端形桥墩构造图图14空心桥墩构造图第二节工程地质和水文地质资料1 工程地质本段线路通过构造剥蚀低中山区、河谷阶地、河流峡谷区等地貌单元，大部分穿行山前缓坡，地形起伏大，海拔在10001500m，地形起伏大，相对高差100200m，山顶覆盖新黄土或风积砂，沟谷发育。根据岩土工程勘察报告，大桥地层自上而下依次为新黄土、白垩系泥岩夹砂岩，河谷处主要为冲积砂及砾石土，各桥位的地层分布详见钻孔柱状图（图15为22号桥墩所在图）。各地层的主要物理、力学参数见表11。场地勘察未发现滑坡、岩溶、断层、破碎带等不良地质现象。表11地层的主要物理、力学参数注：W4泥岩为全风化泥岩，相关的参数按照黏性

5、土取值，W3泥岩和W3砂岩为强风化泥岩和强风化砂岩，相关的参数按照碎石土取值，W2泥岩和W2砂岩为微风化泥岩和微风化砂岩。新黄土不需要考虑湿陷性。2 水文地质本区蒸发量远大于降水量，为贫水地区，地下水量一般不大且埋藏较深，局部地段有泉水出露。按其赋存条件可分基岩裂隙水、第四系孔隙潜水。地下水主要靠大气降水补给，局部受地表水补给。其排泄路径主要为蒸发。地下水及地表水对普通混凝土不具侵蚀性。地表河流为常年流水，设计频率水位1122.60m，设计流速1.8m/s，常水位1121.50m，流速1.2m/s，一般冲刷线1119.50m，局部冲刷线1118.30m。该桥所在地区的基本风压为800Pa。第三

6、节设计依据（1）铁路桥涵地基和基础设计规范（TB10002.5-2005）（2）铁路桥涵设计基本规范（TB10002.1-2005）（3）铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范（TB10002.3-2005）（4）铁道第三勘察设计院编铁路工程设计技术手册桥涵地基和基础（5）西南交通大学岩土工程系编桥梁基础工程（6）桥梁基础工程课程设计指导书第二章 方案设计第一节地基持力层的选择一 地基持力层的确定由16号桥墩钻孔柱状图知，地面以下土层依次为新黄土、W3泥岩、W3砂岩、W3泥岩、W2泥岩。本桥墩高度为47.53米，对地基压力大，则地基容许承载力也应达到比较大的数值，排除用新黄土与W2泥岩作

7、为持力层的方案。W3砂岩基本承载力为600kPa，W3泥岩基本承载力为400kPa，选择基本承载力达的W3泥岩作为持力层。第二节荷载计算一 桥墩及承台尺寸墩身高H=1178.12-1130.19-0.4-2=47.53m, 基础底部标高取至地表1130.19m，承台底部标高1128.19m。桥墩底面尺寸l=6.4+247.5345=8.512mb=3.6+247.5345=5.712m.8.512+22tan45=12.512m，5.712+22tan45=9.712m , 根据桥墩底面尺寸和刚性角要求取承台尺寸为1282。 二 主力计算1 恒载（1）由桥跨传来的恒载压力等跨梁的桥墩，桥跨通过

8、桥墩传至基底的恒载压力为单孔梁重及左右孔梁跨中间的梁上线路设备、人行道的重量，即NI=2276+35.532.6+0.1=3436.85KN,（2）顶帽重量顶帽体积V2=120.352=1.4m3顶帽重量N2=钢筋混凝土V2=251.4=35KN（3）墩身重量墩身体积V3-1=2.83.63.5+1.823.5=70.89m3 S1=2.83.6+1.82=20.259m2 S2=2.81.556+0.778*0.778=6.258m2 S2=2.82.578+1.2892=12.348m2 S2=2.84.379+2.192=27.329m2 S2=2.85.712+2.8562=41.61

9、9m2 S2=2.82.578+1.2892=12.348m2 墩身重量N3=混凝土V3=14938.04KN（4）承台重量承台体积V4=1282=192m3承台重量N4=混凝土V4=23192=4416KN（5）承台上覆土体重量因为承台顶部在局部冲刷线上，所以覆土重量不用考虑。N恒=N1+N2+N3+N4=22825.89kN2活载（1）列车竖向静活载单孔重载图3-1 单孔重载加载图示根据M=0.可得支点反力R1为R1=1/329225.2(25.2/2-0.35)+2205(32.7-0.35-3)=1896.42KN作用在基底上的竖向活载为N活I=RI=1896.42KN令基底横桥方向中

10、心轴为x-x轴，顺桥方向中心轴的y-y轴，则R1对基底x-x的力矩M活I为 M活I=0.351896.42=663.61KNm单孔轻载图3-2 单孔轻载加载图示支点反力R2为R2=1/329225.2(25.2/2-0.35+7.5)+2205(3-0.35)=1521.98KN作用在基底上的竖向活载为N活2=R2=1521.98KNR2对基底x-x的力矩M活2为 M活2=0.351521.98=532.69KNm双孔重载图3-3 双孔重载加载图示根据G1/L1=G2/L2确定最不利荷载位置x，本桥梁为等跨梁，故G1=G2，G1和G2分别为左右两跨上的活载重量，G1=2205+92（32.35

11、-7.5-x）=3386.2-92xG2=9230-(32.35-7.5-x)+8032.7-30-(32.35-7.5-x)=2677.8+12x由G1=G2得x=6.81m。则支点反力R3、R4为R3=1/3292(32.35-7.5-6.81)32.35-1/2(32.35-7.5-6.81) +2205（3+6.81）=1547.23R4=1/329211.96(20.74-0.35+11.96/2)+8020.74(20.74/2-0.35)=1426.72KN作用在基底上的竖向活载为N活3=R3+R4=1547.23+1426.72=2973.51KN M活3=0.35(1521.

12、98-1426.72)=42.33KNm双孔空车荷载图3-4 双孔轻载加载图示支点反力R5=R6=1/232.710=163.5kN作用在基底上的竖向活载为N活4=R5=R6=163.52=327KNR5、R6对基底的力矩M活4=0。（2）离心力直线桥离心力为0。（3）横向摇摆力横向摇摆力取为100kN，作为一个集中荷载取最不利位置，以水平方向垂直线路中心线作用于钢轨顶面。（4）活载土压力桥墩两侧土体已受扰动，活载土压力为0。三附加力计算（1） 制动力（或牵引力）单孔重载与单孔轻载的制动力（或牵引力）H1=10%2205+92(32.7-7.5)=341.84 kNH1对基底x-x轴的力矩：M

13、H1=341.84(47.53+0.4+2)=17068.07kN.m双孔重载的制动力（或牵引力）左孔梁为固定支座传递的制动力（或牵引力）H2-1=10%2205+92(32.35-7.5-6.81)100%=275.97KN右孔梁为滑动支座传递的制动力（或牵引力）H2-2=10%8032.7-(30-18.04)+9230-(32.35-7.5-6.81)50%=137.98KN传到桥墩的制动力（或牵引力）H2=275.97+137.98=413.95KN341.84KN故双孔重载时采用的制动力（或牵引力）为H2=341.84KNH2对基底x-x轴的力矩：MH2=341.84(47.53+2

14、+0.4)=17068.07kN.m（2）纵向风力风荷载强度W=K1K2K3W0=0.81.371.2800=1.052kPa其中K1根据长边迎风的圆端形截面lb1118.30(局部冲刷线),打入桩适用于稍松至中密的沙类土、粉土和流塑、软塑的粘性土；震动下沉桩适用于沙类土、粉土、粘性土和碎石类土；桩尖爆扩桩硬塑粘性土以及中密，密实的沙类土、粉土；钻孔灌注桩可用于各类土层，岩层；挖孔灌注桩可用于无地下水或少量地下水的土层。根据地质条件，这里选用钻孔灌注桩，选用摩擦桩。第四节基础尺寸的拟定一承台尺寸确定墩身底面尺寸：8.5125.712承台平面尺寸：128承台厚度：承台采用C30混凝土，厚度定为2

15、m。承台底面标高：1178.12-0.4-47.53-2=1128.19m，二桩长和桩径钻孔灌注桩的设计桩径一般采用0.8m、1.0m、1.25m、1.5m，不宜小于0.8m.这里初步拟定桩径为1.5m。桩长范围为11.8-2.43=9.37ml10d，所以=0+k22(4d-3)+k22(6d)，W3泥岩参数按碎石取，物理状态为中密，所以地基允许承载力深度修正系数k2取5，k2=1/2k2=2.5,。2=(15.511.6+202.3+226.1+207)/27=18.52kN/m3=400+518.52(41.5-3)+2.518.5261.5=1094.5kPaP=0.54.87(601

16、1.6+1002.3+1206.1+1007)+0.61.771094.5=6901.588kN作用于承台底面的最大竖向荷载 N=N恒+N活=22825.89+2973.51=25799.4kN桩数n=N/P=1.225799.4/6901.588=4.49，取n=6.钻孔灌注摩擦桩的中心距不应小于2.5倍成孔直径，2.5d=3.875m,取4m各类桩的承台板边缘至最外一排桩的净距当桩径d2.5m，所以应按弹性桩设计。二单桩刚度系数计算钻孔灌注桩=0.5，桩在地面以上长度l0=0m；桩在地面以下长度l=27m；内摩擦角取所穿越土层平均值=(2311.6+422.3+456.1+427)/27=

17、34.51。d0=d+2ltan(/4)=9.69m4m。故A0=4d02=12.57m2C0=mh=6000027=16200001=1l0+lEA+1C0A0=3.48106al0=0，al=0.42432=11.194查表得YQ=1.064,YM=0.985,M=1.4842=3EIYQ=0.41436.41061.064=4.83105,3=2EIYM=0.41426.41060.985=1.08106,4=EIYM=0.4146.41061.484=3.93106,三群桩刚度系数计算B0=B+1=12+1=13,h=2,Ch=150002=30000bb=n1=63.48106=2.

18、088107aa=n2+=64.83105=2.898106a=-n3=-61.08106=-6.48106=n4+n1x2=63.93106+43.4810642=2.463108aa=aa+B0Chh2=3.29106a=a+B0Chh26=-6.22106=+B0Chh312=2.47108四桩顶位移及次内力计算1 荷载组合为纵向主+附，双孔重载水平力H=341.84+373.55=715.39kN竖向力N=22825.89+2973.51=25799.4kN对承台x-x轴力矩M=26710.38+42.33=26752.71kNm（1）计算承台位移承台竖向位移 b0=Nbb=25799

19、.42.088107=1.2410-3m承台水平位移a=H-aMaa-2a=2.47108715.39+6.2210626752.713.291062.47108-(6.22106)2=4.4310-4m承台转角=aaM-aHaa-2a=3.2910626752.71-6.22106715.393.291062.47108-(6.22106)2=1.1910-4（2）计算桩顶位移及内力桩顶竖向位移b1i=b0+x1i=1.2410-3+41.1910-4=1.7210-3mb2i=b0+x2i=1.2410-3-41.1910-4=7.6410-4m桩顶水平位移ai=a=4.4310-4m桩顶

20、转角i=-=-1.1910-4,桩顶处轴向力N1i=Nn+x1i1=25799.46+41.1910-43.48106=5956.38kN,N2i=Nn=25799.46=4299.9kNN3i=Nn+x3i1=25799.46-41.1910-43.48106=2643.42kN,桩顶处横向力Qi=a2-3=4.4310-44.83105-1.1910-41.08106=85.45kN,桩顶处力矩Mi=4-a3=1.1910-43.93106-4.4310-41.08106=-10.77kNm2 荷载组合为纵向主+附，单孔重载水平力H=341.84+373.55=715.39kN竖向力N=2

21、2825.89+1896.42=24722.31kN对承台x-x轴力矩M=17068.07+9642.31+663.75=27374.13kNm（1）计算承台位移承台竖向位移 b0=Nbb=24722.312.088107=1.1810-3m承台水平位移a=H-aMaa-2a=2.47108715.39+6.2210627374.133.291062.47108-(6.22106)2=4.4810-4m承台转角=aaM-aHaa-2a=3.2910626752.71+6.22106715.393.291062.47108-(6.22106)2=1.1910-4（2）计算桩顶位移及内力桩顶竖向位

22、移b1i=b0+x1i=1.1810-3+41.1910-4=1.6610-3mb2i=b0+x2i=1.1810-3-41.1910-4=7.0410-4m桩顶水平位移ai=a=4.4810-4m桩顶转角i=-=-1.1910-4,桩顶处轴向力N1i=Nn+x1i1=24722.316+41.1910-43.48106=5776.87kN,N2i=Nn=24722.316=4120.385kNN3i=Nn+x3i1=24722.316+41.1910-43.48106=2463.91kN,桩顶处横向力Qi=a2-3=4.4810-44.83105-1.1910-41.08106=87.86k

23、N,桩顶处力矩Mi= a3-4=4.4810-41.08106-1.1910-43.93106=16.17kNm第二节横向荷载下单桩的内力和位移计算计算采用的荷载组合为常水位时，纵向主+附，单孔重载产生的单桩内力及位移。水平力Q0=Qi=87.86kN对承台x-x轴的力矩M0=Mi+Qil0=16.17+144.040=16.17kNml=0.41427=11.192.5,故可用简洁算法。1 任意深度y处桩身横向位移Xy=Q03EIAx+M02EIBx=1.93510-4Ax+1.4710-5BxX0=1.93510-42.441+1.4710-51.621=4.96210-4m2任意深度y处

24、桩身转角y=Q02EIA+M0EIB=8.0110-5A+6.1010-6B0=8.0110-5(-1.621)+6.1010-6(-1.751)=-1.40510-43任意深度y处桩身截面上的弯矩 My=Q0AM+M0BM=212.22AM+16.17BM4任意深度y处桩身截面上的剪力 Qy=Q0AQ+M0BQ=87.86AQ+6.69BQ5任意深度y处桩侧土的横向压应力xy=Q0b0A+2M0b0B=6.98A+0.532B6 My和xy列表计算如下ayyAmBmMyABxy000116.170000.10.2415460.1137.3920.2280.1451.668580.20.483

25、0920.1970.99857.9450.4240.2583.0967760.30.7246380.290.99477.616780.5880.3424.2861840.40.9661840.3770.98695.950560.7210.45.245380.51.2077290.4580.975112.96250.8250.4355.989920.61.4492750.5290.959127.77140.9020.456.535360.71.6908210.5920.938140.80170.9520.4476.8827640.81.9323670.6460.913151.85730.9790

26、.437.062180.92.1739130.6890.884160.51390.9840.47.0811212.4154590.7230.851167.19570.970.3616.9626521.12.6570050.7470.814171.69070.940.3156.728781.22.8985510.7620.774174.22720.8950.2636.3870161.33.1400970.7680.732174.82140.8380.2085.9598961.43.3816430.7650.687173.45710.7720.1515.4688921.53.6231880.755

27、0.641170.59110.6990.0944.9290281.63.8647340.7370.594166.01110.6210.0394.3553281.74.106280.7140.546160.35390.54-0.0143.7617521.84.3478260.6850.499153.43950.457-0.0643.1558121.94.5893720.6510.452145.46410.375-0.112.5589824.8309180.6140.407136.88430.294-0.1511.9717882.25.314010.5320.32118.07540.142-0.2

28、190.8746522.45.7971010.4430.24397.942770.008-0.265-0.085142.66.2801930.3550.17578.16785-0.104-0.29-0.88022.86.7632850.270.1259.2398-0.193-0.295-1.5040837.2463770.1930.07642.18738-0.262-0.284-1.979853.58.4541060.0510.01411.0496-0.367-0.199-2.6675349.661836000-0.432-0.059-2.79655故Mmax=174.8214kN.m，y=3

29、.14m；max=7.08112kPa，y=2.18m。第三节桩身截面配筋由单桩的内力计算得知：Mmax=378.65 kNm,Nmin=2463.91kN,Nmax=5956.38kN一 计算偏心距初始偏心距：e0=MNmin=378.652463.91=0.154偏心距放大系数=11-KN2EhIh/lc2其中，影响系数=0.10.2+e0/h+0.6=0.10.2+0.108/1.5+0.6=0.93计算长度：lc=0.5(l0+4/)=0.5(0+4/0.93)=2.151m主力+附加力，所以K=0.6。=11-0.62463.910.9328106/2.1512=1.0008，e=e

30、0=1.00080.154=0.154,二 基础配筋根据灌注桩构造要求，桥梁桩基主筋宜采用光圆钢筋，主筋直径不宜小于16mm，净距不宜小于120mm，且任一情况下不得小于80mm，主筋净保护层不应小于60mm。在满足最小间距的情况下，尽可能采用单筋、小直径的钢筋，以提高桩的抗裂性，所以主筋采用I级钢筋。桩身混凝土为C25，根据桥规规定，取min=0.5%,则As,min=minAc=0.5%15002/4=8835.7mm2,选用2024的级钢筋，As=9047.8mm2，取净保护层厚度as=60mm，采用对称配筋，则主筋净距为：2R20-d=2(750-60-12)20-24=189mm12

31、0mm,桩与承台的联结方式为主筋伸入式，桩身伸入承台板0.1m，主筋伸入承台的长度（算至弯钩切点）对于光圆钢筋不得不小于45倍主筋直径（即1080mm），取1200mm,箍筋采用8200mm，为增加钢筋笼刚度，顺钢筋笼长度每隔2m加一道18的骨架钢筋。桩身截面配筋如设计图纸。三 判断大小偏心n=EsEc=2.11053104=7,换算截面面积：A0=d24+nAs=1830480.5mm2换算截面惯性矩I0=R44+12nAsrs2=75044 + 1279047.8(750-60-12)2=2.6311011mm4核心距k=I0A0y=2.63110111830480.5750=191.62

32、mm108mm故属小偏心构件。小偏心构件，竖向力越大越不利，故应取Nmax。四 应力检算小偏心构件，全截面受压c=NA0+MyI0=5956.381031830480.5+1.0008378.651067502.6311011=4.33MPab=13.8MPa五 稳定性检算桩计算长度lc=2.151m, d=1.5m, lc/d=1.4347查表取得 =1.0，m=12.4c=N(Ac+mAs)=5956.381(1767146+12.49047.8)=3.17MPac=7.6MPa稳定性满足要求。第三节单桩轴向承载力检算单桩的轴向允许承载力应按土的阻力和桩身材料强度进行检算。按土的阻力计算单

33、桩允许承载力 P，上面已经计算出P= 8480.12kN，摩擦桩桩顶承受的轴向压力加上桩身自重与桩身入土部分所占同体积土重之差，不得大于按土压力计算的单桩受压容许承载力，当主力+附加力作用时，轴向允许承载力可提高20%，所以N+(G-Apl)1.2P.在双孔重载时，轴向力最大，最不利荷载组合为纵向主+附（双孔重载）N=5956.38kN G=3.141.522725/4=1192.82kN=11.615.5+2.320+6.122+72027=18.52kN/m3N+(G-Apl)=5956.38+(2541.522)-（18.5241.5227）=6265.56kN1.26901.588=8

34、281.91kN检算合格。第四节墩台顶的水平位移检算弹性桩墩台顶水平位移检算公式=x0-0(l0+h)+0,最不利荷载组合为纵向主+附（单孔重载）x0=4.96210-4m, 0=-1.40510-4, l0+h=51.93m由于无基础和墩台身变形引起墩台顶水平位移，所以0=0mm=x0-0(l0+h)+0=4.96210-4+1.40510-451.93+0=7.79mm=5L=527=25.98mm,检算合格。第五节群桩基础的承载力和位移检算一 桩的重量桩的体积V桩=61.5227/4=286.28m3桩的重量N桩=25286.28=7156.94kN二 土的重量=(2311.6+422.3+456.1+427)/27=34.51.土体范围尺寸a=L0+d+2ltan(/4)=8+1.5+227tan(34.51/4)=17.69m.b=B0+d+2ltan(/4)=4+1.5+227tan(34.51/4)=13.69m.土的体积V土=17.6913.69(2