桥梁基础课程设计书

桥梁基础课程设计专业：土木工程桥梁方向年级：姓名：学号：指导老师：目录第一章概述……………………………………………3第一节设计任务……………………………………………3第二节基本资料……………………………………………3第二章地基和基础设计…………………………………6第一节绘制设计资料总图…………………………………6第二节复核土层……………………………………………6第三节地基和基础方案的比较……………………………8第四节地基和基础设计与计算……………………………9第三章施工方法及程序…………………………………27第一节施工方法及主要机具设备…………………………27第二节主要施工程序…………………………………………27第一章概述§1设计的任务及建筑物的性质和用途设计任务：根据已有建筑物的图样，所受上部结构的荷载、地质和水文地质情况，遵照“中华人民共和国铁路桥涵地基和基础设计规范TB10002.5—2005”设计某铁路干线上跨越某河流的桥梁之R号桥墩的地基和基础。建筑物的性质和用途：该桥梁为等跨度32M，上承板梁，桥面系为无渣桥面，并设双侧人行道，桥墩为混凝土实体桥墩，该桥位于直线平坡段上，与河流正交，该地区无流冰及地震，该河道不通航。该桥除了为铁路客货运服务外，亦为附近居民来往的通道。设计依“中华人民共和国铁路桥涵地基和基础设计规范TB10002.5—2005”进行设计，活载按铁路标准活载，即“中—活载”。§2基本资料一、建筑物的立面示意图如下：二、建筑物场地地形图及钻孔布置图如下：场地地形图及钻孔布置图（单位：m）水平比例尺1：1000高水位：142.0m施工水位：132.0m常水位：132.0m一般冲刷深度：河底以下1.50m局部冲刷深度：河底以下5.50m三、建筑物地区水文、地质情况钻孔柱状剖面图：（其中土层顶面标高和土层厚度单位均为m）第1号钻孔第2号钻孔土层编号土的名称图例土层顶面标高(m)土层厚度(m)土层编号土的名称图例土层顶面标高(m)土层厚度(m)#13粘砂土138.01#13粘砂土130.01.0#4粘土137.02.5#4粘土129.02.5#11粘土134.5#11粘土126.5土层编号土的名称图例土层顶面标高(m)土层厚度(m)#13粘砂土133.01.0#4粘土132.02.5#11粘土129.5四、土的物理力学性质表如下：土的力学性质表土层编号土的名称土粒比重Gs孔隙比e饱和度Sr液限WL塑限WP内摩擦角φ内聚力C(KPa)渗透系数K#13粘砂土2.710.8630.9631.325.623°158.1×10-5#4粘土2.740.9360.98402116°365.3×10-7#11粘土2.720.6261.00412318.5°604.3×10-5五、作用在桥墩上的荷载桥梁试样及跨度作用力垂直荷载水平荷载纵向力横向风力恒载活载制动力风力墩帽墩身承台重桥梁自重一孔活载二孔活载钢梁上风力墩帽上风力墩身上风力列车风力钢梁上风力墩帽上风力墩身上风力重载轻载满载空车一孔活载二孔活载上承板梁32m力(kN)7249.08870190015202900320340∕3.5常水位72611221151.5高水位13.4力臂x/y(m)000.350.35000.93∕0.26常水位76.06.02.440.26高水位11六、墩帽尺寸简图及墩身坡度墩宽δ=240cm墩帽长b=546cm墩帽厚d=52cm墩身坡1:m=1:20如右图：单位cm七、补充资料墩帽顶面在高水位以上2.52m第二章地基和基础设计§1绘制设计资料总图设计资料总示意图：（单位cm）#13黏砂土#4黏土#11黏土2400520100100002000200010002500200032001:20局部冲刷线124.5m一般冲刷线128.5m河底标高130.0m常水位、施工水位132.0m高水位132.0m§2复合各层土的名称、确定其允许承载力一、土层名称的复核，如下表：土名称鉴定表土层编号类别已知资料塑性指数名称评定依据塑限Wp液限WLpI#13粘土类25.631.35.7粘沙土pI17#4粘土类214019粘土pI17#11粘土类234118粘土0pI10二、确定土的状态，如下表：土的状态鉴定表土层编号类别名称已知的数据计算数据土的状态判定依据土粒比重Gs孔隙比e饱和度Sr塑限WP液限WL含水量%W液性指数LIPLPL#13粘土类粉土2.710.8630.9625.631.330.60.877软塑0.75LI1#4粘土类粘土2.740.9360.98214033.50.658可塑0.25LI0.75#11粘土类粘土2.720.6261.00234123.00硬塑0LI0.25三、确定各土层的基本承载力σ0，如下表：地基允许承载力表类别名称已知的数据由计算或查表得的数据土粒比重Gs孔隙比e液性指数IL状态基本允许承载力σ0(KPa)系数饱和容重satr水中容重'rK1K2粘土类粉土2.710.8630.88软塑151.401.518.89.0粘土类粘土2.740.9360.66可塑173.201.518.68.8粘土类粘土2.720.6260.00056硬塑414.802.520.210.4四、地基承载力修正系数K经查表，结果如上表：五、各土层的地基的允许承载力的计算由于地基的尺寸和埋深还没有确定，暂时无法确定地基的容许承载力。等后边地基的尺寸和埋深确定后，再进行计算。§3地基和基础的方案比较根据荷载的大小和性质、地质和水文地质条件、料具的用量价格（包括料具的数量）、施工难易程度、物质供应和交通运输条件以及施工条件等等，经过综合考虑后决定以下三个可能的基础类型，进行比较选择，采用最佳方案。方案比较表基础类型方案比较浅基础建筑物的浅平基多用砖、石、混凝土或钢筋混凝土等材料组成，因为材料的抗拉性能差，截面强度要求较高，埋深较小，用料省，无需复杂的施工设备，因而工期短，造价低，但只适宜于上部荷载较小的建筑物。低承台桩基稳定性较好，但水中施工难度较大，故多用于季节性河流或冲刷深度较小的河流，航运繁忙或有强烈流水的河流。位于旱地、浅水滩或季节性河流的墩台，当冲刷不深，施工排水不太困难时，选用低承台桩基有利于提高基础的稳定性。高承台桩基当常年有水，且水位较高，施工不易排水或河床冲刷较深，在无流冰和不通航河流上，可采用高承台桩基。有时为了节省圬工和便于施工，也可采用高承台桩基。然而在水平力的作用下，由于承台及部分桩身露出地面或局部冲刷线，减少了及自由段桩身侧面的土抗力，桩身的内力和位移都将大于低承台桩基，在稳定性方面也不如低承台桩基。沉井沉井基础占地面积小，施工方便，对邻近建筑物影响小，沉井内部空间还可得到充分利用。沉井法适用于地基深层土的承载力大，而上部土层比较松软，易于开挖的地层。根据设计资料中的场地平面布置图可知，所要设计的墩台基础位于浅灰色粘土中，持力层即为浅灰色粘土，地下水位较深，河床冲刷较深，施工不易排水，且河道不通航，上部荷载较大，河流常年有水，综合以上原因选用高承台桩基。§4高承台桩基地基和基础的设计与计算一、桩基设计（一）、承台尺寸的决定1、承台底面的标高河流常年有水，且水位较高，无流冰和通航要求，且河流冲刷深度较大，故选择承台底面标高在施工水位处，即132m。2、承台高度决定按经验承台采用C25混凝土，厚度定为2m。3、承台平面尺寸的决定由以上资料可得：墩身高10m，墩身坡1:20计算墩身底面的平面尺寸：底面长为：5.46-0.2+2(10/20)=6.26m底面宽为：2.4-0.2+2(10/20)=3.2m初步选定承台尺寸为：10m6m2m验算：0(63.2)/20.71tan4520(106.26)/20.9351tan452满足材料刚性角的要求。（二）、作用在承台底面重心处的荷载计算1、主力：主力应包括恒载（包括浮力）、活载、冲击力和离心力，因桥墩为实体故不计冲击力，同时因为线路为直线所以也不计离心力。a)垂直静载（钢梁重+墩帽重+墩身重+承台重）（1）钢梁自重——=870KNG钢梁（2）墩帽重——单位体积重25KN/m3222.4(5.462.4)1.211.87Am墩帽311.870.526.17Vm墩帽6.1725154.25GKN墩帽(3)墩身重——单位体积重23KN/m3，则：墩身顶部面积221A=2.2(5.462.4)1.1=10.53m墩身底部面积222A=(2.2+0.52)3.06(1.10.5)=17.83m墩身体积1212()3HVAAAA墩身312(10.5317.8310.5317.83)140.213m墩身重量G=140.2123=3224.83KN墩身(4)承台重——单位体积重25KN/m3G=106225=3000KN承台作用在承台底面总的垂直静载为：G=++G+G=870+154.25+3224.83+3000=7249.08KNGG钢梁墩身承台墩帽b）浮力——从不利荷载考虑，包括常水位和高水位时的浮力常水位浮力：桥墩所受浮力：N=0浮高水位浮力：承台体积：31=1062=120mV墩身体积：高水位墩身截面面积223A3.06(2.20.12)(1.10.1)11.87m墩身底面面积22A17.83m高水位墩身排水体积3232()3HVAAAA墩身38(11.8717.8311.877.83)118.003m高水位桥墩所受浮力：N=N+N浮浮墩身浮承台=10(120+118)=2380KNc)车辆活载：包括一孔活载（重载、轻载）；两孔活载（满载）一孔重载1N=1900KN1M=19000.35=665KNm一孔轻载2N=1520KN2M=15200.35=532KNm两孔重载3N=2900KN2、附加力：①、制动力H=340KN制制M=340(0.93+10+2)=4396.2KNm②、风力取风压强度为：1250Pa纵向风力：墩帽上风力：P1=3.5KN1M=3.5(10+2+0.26)=42.91KNm墩身上风力：常水位时：25.26=10=57.6m2A受风（5.26+0.52）2P=57.61.25=72KN2M=72(2+10/2)=504KNm高水位时：25.26=2=10.72m2A受风（5.26+0.12）3P=1.2510.72=13.4KN3M=13.4(10+2/2)=147.4KNm承台风力：P=2101.25=25KNM=201=20KNm3、作力系表(考虑主力和纵向的附加力),承台底面重心处荷载组合计算表(见表1-1)（三）桩的设计1、桩材选择：根据本工程的特点，选择钢筋混凝土钻孔灌注桩。2、桩径：初步选定桩径为1.0m，成孔桩径1.05m。3、桩长和桩数的估算：设置6根桩，行列式排列，布置图如下：3500350015001500300015001500100006000将桩地设置在良好的土层中，设桩长L10d，计算单桩允许承载力[P]：i1.31015022006NNKNn，令[P]iN][21][0AmlfUPii设h10ddkdk222206)34(][][其中[σ0]=414.8KPa，查表得'222.5,k1k持力层在水面以下为透水者，因此所有水下部分按浮重度计算414.82.510.4(413)61.010.41503.2KPam0取0.6，μ=1.3，f=60KPa，假设h10d，则：01[][]2iiPUflmA2111.05600.6503.2237.139924hh＝10703[]1.32319237.13996NPhnh=21m桩总长l=21+7.5=28.5m,取l=30m,h=22.5m.二、桩基内