铁路桥墩桩基础设计(中南大学)

铁路桥墩桩基础设计学院：土木工程学院班级：姓名：学号：指导老师：2基础工程课程设计任务书——铁路桥墩桩基础设计一、设计资料：1.线路：双线、直线、坡度4‰、线间距5m，双块式无碴轨道及双侧1.7m宽人行道，其重量为44.4kN/m。2.桥跨：等跨L=31.1m无碴桥面单箱单室预应力混凝土梁，梁全长32.6m，梁端缝0.1m，梁高3m，梁宽13.4m，每孔梁重8530kN，简支箱梁支座中心距梁端距离0.75m，同一桥墩相邻梁支座间距1.6m。轨底至梁底高度为3.7m，采用盆式橡胶支座，支座高0.173m，梁底至支座铰中心0.09m。3.建筑材料：支承垫石、顶帽、托盘采用C40钢筋混凝土，墩身采用C30混凝土，桩身采用C25混凝土。4.地质及地下水位情况：标高()m地质情况厚度()m标高()m地质情况厚度()m36.79~36.29耕地0.5-3.51~-12.31粗砂(中密)8.836.29~30.79软塑砂粘土5.5-12.31~-22.31中砂(中密)10.030.79~21.29粉砂9.5-22.31~-29.31砾砂（中密）7.021.29～19.89淤泥质砂粘土(松软)1.4-29.31~-46.31硬塑粘土17.019.89～-3.51细砂(中密)23.4土层平均容重＝20kN/m3，土层平均内摩擦角=28°。地下水位标高：＋30.5。5.标高：梁顶标高+54.483m，墩底＋33.31m。36.风力：ω＝800Pa(桥上有车)。7.桥墩尺寸：如图1。二、设计荷载：1.承台底外力合计：双线、纵向、二孔重载：N=18629.07kNH=341.5kNM=4671.75kN双线、纵向、一孔重载：N17534.94kN，H=341.5kN，M=4762.57kN.m2.墩顶外力：双线、纵向、一孔重载：H=253.44kN，M＝893.16kN.m。三、设计要求：1、选定桩的类型和施工方法，确定桩的材料、桩长、桩数及桩的排列。2、检算下列项目（1）单桩承载力检算（双线、纵向、二孔重载）；（2）群桩承载力检算（双线、纵向、二孔重载）；（3）墩顶水平位移检算（双线、纵向、一孔重载）；（4）桩身截面配筋计算（双线、纵向、一孔重载）；（5）桩在土面处位移检算（双线、纵向、一孔重载）。3、设计成果：（1）设计说明书和计算书一份（2）设计图纸（2号图，铅笔图）一张（3）电算结果四、附加说明：1、如布桩需要，可变更图1中承台尺寸；2、任务书中荷载系按图1尺寸进行计算的结果，如承台尺寸变更，应对其竖向荷载进行相应调整。45基础工程课程设计计算书——铁路桥墩桩基础设计一、确定基桩几何尺寸及桩数1、承台及桩身采用C25混凝土。2、设计桩径取md0.1，钻孔灌注桩；采用旋转式钻头。3、考虑选择较硬土层作为桩端持力层，根据地质条件，将桩端定在粗砂层。桩端全截面进入持力层的深度，对于砂土不宜小于1.5d，所以选择桩长40lm，标高为-6.69m处，桩端进入持力层深度为3.18m。4、确定桩数n：[]NnP，其中，μ为经验系数，桥梁桩基采用1.3～1.8。计算单桩容许承载力P：AmlfUii021=P其中：22785.04mdA（A按设计桩径计算），mU299.3)05.00.1(钻孔灌注桩桩底支撑力折减系数4.00m由于10ld，故'02222436kdkd查《铁路桥规》，地基基本承载力0400KPa;深度修正系数25k，'222.52kk，桩侧土为不同土层，应采用各土层容重加权平均。32/7.104010)5.3031.3340(20)5.3031.33(mkN'02222436400+510.741-362.510.71614kdkdKPa软塑砂粘土：mlkPaf52.24511，粉砂：22459.5fkPalm，淤泥质砂粘土：mlkPaf4.13033，细砂：445523.4fkPalm，粗砂：mlkPaf18.38055，∴单桩的轴向受压容许承载力：601[][]213.229(452.52459.5301.45523.4803.18)0.40.7856143622.922iiPUflmAkPa取1.3，则18629.071.57.713622.92NnP，取n=8根。二、承台尺寸及布桩1、承台尺寸采用图1中所示尺寸。2、查《桥规》知，当1dm时，最外一排柱至承台底板边缘的净距不得小于0.5d且不得小于0.25m，且钻孔灌注桩的桩中心距不应小于2.5d，根据承台尺寸及以上布桩原则，取桩距为33dm，桩的分布如下图所示：三、承台底面形心处位移计算1、桩的计算宽度0b和变形系数kbkkbf00其中，00.9,1/2fkkdd桩间距114.513.50.60.63(1)3.6Lhd∴989.065.36.06.016.06.0111hLbbk，其中6.02bn时，因此，00.920.98911.8bm744410.04916464dIm查《铁路桥规》，桩身采用C25混凝土时73.0010hEKPa7640.80.83.0100.04911.1810/haEIEIKPm假定为弹性桩，承台底面下计算深度为mdhm1.4105.12)1(2，此深度内存在软塑砂粘土和粉砂需要换算m值。查表，取416000/mKNm，mh52.279.3031.331；429000/mKNm，，mh58.152.21.42。22112122422260002.529000(22.521.58)1.587866.675/4.1mmhmhhhmKNmh故05567866.6751.80.4131.1810mbEI0.4134016.482.5lmm，是弹性桩，故假设成立。2、单桩桩顶刚度的计算公式：100011llEAcA，其中5.0，00l，ml41，KNAEEAh747103562.2411000.3，30025000401000000cmlKNm，侧摩阻力以4扩散角至桩底平面得出半径28tan0.540tan5.411424Rldm，大于桩间距1.5m，取03dm，2220037.06944dAm610700111.00981000.540112.35621010000007.069KNmllEAcA0.4134016.524.0lm查表得：484.1985.0064.1MMHYY，，则：336420.4131.18101.0648.84510HEIYKNm226530.4131.18100.9851.98310MEIYKN6540.4131.18101.4847.23210/MEIKNmrad82、承台刚度系数的计算因为桩是对称布置，故66181.0098108.07810/bbnKNm45288.845107.07610aanKNm56381.983101.58610aanKN22567414.587.23210810098104.668102iinxnKNmrad由于是低承台桩基，故承台计算宽度mbB2.1212.1110承台处于耕地软塑砂粘土中，取46000/mKNm，460002.51.510/hCmhKNm4'550242''660343'7701.5102.57.0761012.29.36410221.5102.51.5861012.21.39510661.5102.54.6681012.24.69210/1212haaaahaaahChBKNmChBKNChBKNmrad3、承台底面形心处位移计算双线、纵向、二孔重载：N=18629.07KN,H=341.5KN,M=4671.75KN•m3676''42'''25765'''''218629.072.306108.078104.69210341.51.395104671.755.369109.364104.692101.395109.364104671.751.3951bbaaaaaaaaaaNbmHMamMH6425760341.51.155109.364104.692101.39510rad双线、纵向、一孔重载：N=17534.94KN,H=341.5KN,M=4762.57kN•m3676''42'''25765'''''22.171108.078104.69210341.51.395104671.75175.399109.364104.692101.395109.364104671.75534.941.3951bbaaaaaaaaaaNbmHMamMH6425760341.51.176109.364104.692101.39510rad94、托盘底面水平位移'dδ及转角'β计算假定墩帽、托盘和基础部分仅产生刚性转动，将墩身分为四部分，基本风荷载强度KPa800，桥上有车时风荷载强度采用8.0，纵向水平风力等于风荷载强度乘以受风面积。(1)H和纵向风力引起的力矩墩帽所受风力：KNH88.28.08.06.05.7墩帽托盘所受风力：KNH6.248.08.05.121.79.5托盘墩身风力：12(5.96.02)/230.80.811.443HkN23(6.026.14)/230.80.811.674HkN34(6.146.26)/230.80.811.9HkN45(6.266.34)/22.020.80.88.145HkN梯形形心轴距下边缘的距离计算公式为：)(3)2(babahy，其中a为下边长度，b为上边长度。故my727.0托盘，myyy495.1342312，my008.145将墩身分为四部分，如下图：10风力及截面弯矩值计算表各截面弯矩M水平力(KN)托盘顶0托盘底12-23-34-4墩底5墩顶水平力44.253H253.44633.61393.922154.242914.563674.88墩帽风力H=2.880.8645.18413.82422.46431.10439.744托盘风力H=6.2404.82423.54442.26460.98479.704墩身风力H1-2=11.4430017.10851.43785.767120.096H2-3=11.67400017.45252.47387.494H3-4=11.900000017.79353.493H4-5=8.1450000016.192墩顶弯矩893.16893.16893.16893.16893.16893.16总计1147.4641536.7482341.5563181.0174055.8414964.76311（2）计算托盘底面的水平位移'd和转角'由2_下上