鐵路橋梁橋墩基礎課程設計--雙線高速鐵路某橋墩基礎設計

1、<p>　　課 程 設 計 任 務 書</p><p>　　題 目： 雙線高速鐵路某橋墩基礎設計</p><p><b>　　設計的目的</b></p><p>　　通過本課程設計，要求學生熟悉基礎設計的方法，掌握基礎設計的基本理論，培養(yǎng)綜合應用基本知識和基本理論的能力。</p><p>&l

2、t;b>　　設計的內(nèi)容及要求</b></p><p>　　設計具體內(nèi)容見任務書：</p><p>　　通過本課程設計，要求學生熟悉：</p><p>　　1．綜合分析設計資料，對三種常用的橋梁基礎類型（剛性擴大基礎、樁基礎和沉井基礎）的技術合理性進行比較（限于課時，本次課程設計不考慮造價因素），選擇較為合理的基礎方案。</p><

3、;p>　　2．對選定的基礎方案進行詳細設計。</p><p>　　3．初步?jīng)Q定修筑基礎的施工方案。</p><p><b>　　三、指導教師評語 </b></p><p>　　四、成 績 </p><p>　　指導教師 (簽章) </

4、p><p><b>　　年 月 日</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　一、工程概況3</b></p><p>　　二、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)3</p><p><b>　　三、設計荷載4<

5、/b></p><p><b>　　1、恒載4</b></p><p>　?。?）結構構件自重4</p><p>　?。?）附屬設施重（二期恒載）4</p><p><b>　　2、活載4</b></p><p><b>　　四、設計步驟5</

6、b></p><p>　　1.支座反力的確定：5</p><p>　?。?）基底以上墩及土的重量和的計算5</p><p>　　（2）附加力（風力）6</p><p><b>　?。?）主力7</b></p><p>　　2.基礎的選擇與檢算11</p>&

7、lt;p>　?。?）選定樁基類型11</p><p>　?。?）選擇樁材與樁徑11</p><p>　?。?）擬定承臺底面平面形狀及尺寸13</p><p>　　（4）樁與承臺連接方式14</p><p>　?。?）求R和樁數(shù)檢驗14</p><p>　　（6）求樁頂荷載15</p&

8、gt;<p>　　（7）基樁豎向抗壓承載力驗算16</p><p>　?。?）水平承載力檢驗16</p><p>　?。?）承臺抗沖切驗算16</p><p>　　（10）承臺底面形心處的位移計算17</p><p>　　（11）樁基檢算22</p><p>　　3.基礎配筋25&

9、lt;/p><p>　?。?）判斷大小偏心26</p><p>　?。?）應力檢算27</p><p>　?。?）穩(wěn)定性檢算27</p><p>　?。?）單根樁材料表27</p><p>　　五、施工圖繪制27</p><p>　　六、規(guī)范及參考書27</p>&

10、lt;p>　　某高速鐵路橋梁橋墩基礎設計</p><p><b>　　設計任務</b></p><p><b>　　一、工程概況</b></p><p>　　該橋梁系高速鐵路干線上的特大橋（復線），線路位于直線平坡地段。該地區(qū)地震烈度較低，不考慮地震設防問題。</p><p>　　橋梁及橋墩部

11、分的設計已經(jīng)完成，橋跨由8孔32m預應力鋼筋混凝土整體箱梁組成，見圖3-1和圖3-3。</p><p>　　二、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)</p><p>　　場地處的地質(zhì)剖面見圖3-2，相關土工試驗資料見表3-1。水文資料見圖3-1。</p><p>　　表3-1 土工試驗成果表</p><p><b>　　三、設計荷載</b&g

12、t;</p><p><b>　　1、恒載</b></p><p><b>　?。?）結構構件自重</b></p><p>　　按《鐵路涵設計基本規(guī)范》（TB10002.1-2005)采用。按照圖紙?zhí)峁┎捎?lt;/p><p><b>　　梁的自重：</b></p>

13、<p>　　鋼筋混凝土重度25，梁體混凝土用量259.8則：</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　（2）附屬設施重</b></p><p>　　軌下枕底道碴厚度為35cm。包括鋼軌、道碴、軌枕、防水層、保護層、人行道遮板、聲屏障、擋碴 墻、電纜槽豎墻、蓋板等重量，直線梁按184kN

14、/m計算，曲線梁按198kN/m計算。則：</p><p><b>　　=。</b></p><p><b>　　2、活載</b></p><p>　　列車豎向活載縱向計算分別采用ZK標準活載。</p><p><b>　　恒載圖示：</b></p><p&

15、gt;　　圖2 恒載作用簡圖（尺寸單位：mm）</p><p><b>　　四、設計步驟</b></p><p>　　1.支座反力的確定：</p><p>　　根據(jù)提供的上部結構恒載及活載，分雙線縱向主＋附兩孔滿載、雙線縱向主＋附一孔輕載兩種情況。先計算四個支座的支座反力，再把荷載計算到承臺底面形心處。</p><p>

16、;　　（1）基底以上墩及土的重量和的計算</p><p><b>　　墩臺自重G的計算：</b></p><p>　　頂帽及托盤鋼筋混凝土用量：66.63；</p><p>　　墩身混鋼筋混凝土用量：83.62；</p><p>　　吊籃：一個橋墩：Q235鋼材（12h+1529.3）kg；</p><

17、;p>　　涂裝面積：72.43（重量可忽略）；</p><p>　　支承墊石鋼筋混凝土用量：2.8。</p><p>　　底座鋼筋混凝土用量：</p><p><b>　　土的重量：</b></p><p>　　基底以上土的體積：；</p><p>　　該土為軟粘土，其重度。</p&g

18、t;<p>　　該體積的軟粘土重量：</p><p><b>　　（2）附加力</b></p><p><b>　　計算公式：</b></p><p>　　式中：—風荷載強度（Pa）；</p><p>　　—基本風壓值（Pa），查規(guī)范取550Pa；</p><p&g

19、t;　　—風載體型系數(shù)，L/b=2.19取1.1；</p><p>　　—風壓高度變化系數(shù)，取1.0；</p><p>　　—地形、地理條件系數(shù)，取1.0。</p><p>　　橋上有車時按上式值的80%計算。</p><p><b>　　頂帽風力</b></p><p><b>　　迎

20、風面積：</b></p><p>　　頂帽風力=0.484×2.1=1.12kN</p><p>　　對基底產(chǎn)生的矩為：1.12×（0.188+14.2）=16.1kN?m</p><p><b>　　墩身風力</b></p><p>　　迎風面積=67.4m2</p>&l

21、t;p>　　墩身風力=67.4×0.484=32.62kN</p><p>　　對基底產(chǎn)生的矩為：32.62×8=292.96kN?m</p><p>　　總的縱向風力H=1.12+32.62=33.72kN，取34kN。</p><p><b>　　主力</b></p><p><b&g

22、t;　　支座編號：</b></p><p>　　圖3 支座編號（橫向）簡圖</p><p>　　情況1：雙線縱向主＋附兩孔滿載</p><p>　　圖4 兩孔滿載簡圖（尺寸單位：mm）</p><p><b>　　列車活載動力系數(shù)：</b></p><p>　　，—結構計算跨度，單

23、位m</p><p><b>　　本設計：</b></p><p><b>　　此時支座反力計算：</b></p><p><b>　　左跨部分：</b></p><p><b>　　由對稱性：</b></p><p>　　此時荷載

24、計算到承臺底面形心處:</p><p>　　圖5 兩孔重載時承臺地面受力簡圖</p><p>　　—對應于荷載效應標準組合時，上部結構傳至承臺底部的豎向力；</p><p>　　—基底以上基礎、土等的自重之和。</p><p>　　情況2：雙線縱向主＋附一孔輕載</p><p>　　圖6 單孔輕載簡圖（尺寸單位：m

25、m）</p><p><b>　　此時支座反力計算：</b></p><p><b>　　左跨部分：</b></p><p><b>　　由對稱性： </b></p><p><b>　　右跨部分：</b></p><p><

26、b>　　由對稱性：</b></p><p>　　此時荷載計算到承臺底面形心處:</p><p>　　偏心距e=1.7+0.7=2.4m</p><p>　　—豎向合力和風力產(chǎn)生的偏心矩。</p><p>　　圖7 單孔輕載時承臺底面受力簡圖</p><p><b>　　基礎的選擇與檢算&l

27、t;/b></p><p><b>　　（1）選定樁基類型</b></p><p>　　考慮樁基為低承臺，采用鉆孔灌入樁，確定設計為端承樁。</p><p>　?。?）選擇樁材與樁徑</p><p><b>　　圖8 土層分布圖</b></p><p>　　樁身采用C2

28、5混凝土。</p><p>　　設計樁徑采用d=1m，成孔樁徑為1.05m,鉆孔灌注樁，采用旋轉(zhuǎn)式鉆頭。</p><p>　　畫出土層分布圖如圖8所示，選用強分化砂巖層為持力層，樁端進入持力層的臨界深度為1.5d=1.5m，即樁端進入持力層要大于1.5m，從承臺底面到粗砂中密層底部深度為19.10m，則取樁長l=22m。樁底標高12.13m，進入持力層2.90m。</p>&

29、lt;p>　　估算樁數(shù)：（按雙孔重載估算）</p><p><b>　　估算公式：</b></p><p>　　式中：—豎向承載力總和（kN）；</p><p>　　R—基樁的豎向承載力設計值；</p><p><b>　　—經(jīng)驗系數(shù)。</b></p><p>　　由教

30、材表5-6查得樁的極限側阻力的標準值為：</p><p>　　軟粘土：=1.22，=21kPa，=2.59m;</p><p>　　砂粘土： =0.43，=70kPa，=8.45m;</p><p>　　粗砂中密： =74kPa，=8m；</p><p>　　強分化砂巖：=2.4MPa，=2.96m。</p><p>

31、　　由教材表5-7查得樁的極限端阻力標準值為：</p><p>　　強分化砂巖：h=25m，取=6300kPa。故：</p><p>　　由于樁端端阻力承受主要豎向力，取，，。故：</p><p><b>　　取，則估算樁數(shù)：</b></p><p>　　暫時取n=6根，驗算后作必要調(diào)整。</p><

32、p>　　擬定承臺底面平面形狀及尺寸</p><p>　　查《鐵路橋規(guī)》，當時，最外一排樁至承臺底板邊緣的凈距不得小于0.5d（設計樁徑）且不得小于0.25m，且鉆孔灌注樁中心距不應小于2.5成孔樁徑，滿足樁間距和和承臺邊到樁凈距的前提下得到樁在承臺底面的布置情況，如下圖（單位：cm）：</p><p>　　圖9 樁在承臺底面的布置（尺寸單位：cm）</p><p&

33、gt;　　由上圖可知樁中心距在（3-4）d之間，所以樁端處地基中各樁傳來的壓力將相互重疊。</p><p><b>　　樁與承臺連接方式</b></p><p>　　采用主筋伸入式，樁伸入承臺板內(nèi)10cm，具體配筋見后面詳述。</p><p><b>　　求R和樁數(shù)檢驗</b></p><p>　　

34、計算考慮群樁效應下的基礎豎向承載力設計值R并檢驗樁數(shù)是否合適</p><p>　　根據(jù)式（5-67）可知</p><p><b>　　其中</b></p><p>　　求側阻、端阻群樁系數(shù)。這兩個系數(shù)可根據(jù)由表5-20查得，但由于橫向和縱向不相等，查表時應采取平均值，即</p><p>　　以，按樁周為砂土，用內(nèi)插法從表

35、5-20</p><p><b>　　得出</b></p><p>　　求承臺底的土抗力群樁效應系數(shù)。這個系數(shù)可按式5-70計算。首先求出承臺內(nèi)區(qū)、外區(qū)的凈面積 和承臺底地基土凈面積 </p><p>　　可根據(jù)由表5-21內(nèi)插法查得,由于承臺下的砂粘土屬于高壓縮性土，故按取值。按和，用內(nèi)插法得</p><p><

36、;b>　　按式（5-70）得</b></p><p><b>　　求樁頂荷載</b></p><p>　　豎向力;承臺高度h為2m，則承臺所受的彎矩（繞y軸）(繞軸方式：水平向右為y軸，向上為x軸)</p><p>　　按式（5-60），各基樁所受的平均豎向壓力設計值為</p><p>　　按式（5-6

37、1），基樁最大和最小豎向壓力設計值為</p><p>　　基樁豎向抗壓承載力驗算</p><p>　　基礎偏心受壓時，驗算時要同時滿足式（5-72）和式（5-73）兩個條件，設計樁基的安全等級為一級，則建筑基樁重要性系數(shù)=1.2。驗算如下</p><p>　　兩項驗算均滿足要求。</p><p><b>　　水平承載力檢驗</

38、b></p><p>　　水平力H=34kN,水平力和豎向力的合力與鉛垂線的夾角，故可以不驗算基樁的水平承載力。</p><p><b>　　承臺抗沖切驗算</b></p><p>　　設計承臺厚2.0m，沖切破壞錐體的有效高度。</p><p>　　柱對承臺的沖切驗算。根據(jù)公式（5-93），（5-94），（5-9

39、5）</p><p>　　式中：—作用于沖切破壞錐體上的沖切力設計值；</p><p>　　—承臺混凝土抗拉強度設計值；</p><p>　　—沖切破壞錐體有效高度中線周長；</p><p>　　—承臺沖切破壞錐體的有效高度；</p><p><b>　　—沖切系數(shù)；</b></p>

40、<p>　　—沖跨比，，為沖跨，即柱（墻）邊或承臺變階處到樁邊的水平距離；當時，?。划敚?，滿足0.2~1.0；</p><p>　　F—作用于柱或墻底的豎向荷載設計值；</p><p>　　—沖切破壞錐體范圍內(nèi)各基樁的凈反力（不計承臺和承臺上土自重）設計值之和。</p><p><b>　　設計一級樁基，</b></p>

41、;<p>　　由于在x方向，在y方向。采用兩者平均值，即</p><p><b>　　，則</b></p><p><b>　　m</b></p><p>　　承臺混凝土選用C30，抗拉強度設計值，則</p><p><b>　　滿足要求。</b></p&g

42、t;<p>　　承臺底面形心處的位移計算</p><p><b>　　設計荷載：</b></p><p>　　雙線、縱向、二孔重載：</p><p>　　雙線、縱向、一孔輕載：</p><p><b>　　計算</b></p><p><b>　　樁的

43、計算寬度：</b></p><p><b>　　計算基礎變形系數(shù)α</b></p><p><b>　　， </b></p><p><b>　　∴鐵路</b></p><p>　　假定樁為彈性樁，則其計算深度：</p><p>　　深度內(nèi)存

44、在兩層不同的土，則地基比例系數(shù)m的換算公式為：</p><p><b>　　其中 ，則</b></p><p><b>　　∴ </b></p><p>　　而，則樁為彈性樁，按彈性樁計算。</p><p><b>　　計算單樁樁頂剛度</b></p><p

45、><b>　　其中：</b></p><p><b>　　∴</b></p><p><b>　　又，查表有</b></p><p><b>　　∴</b></p><p><b>　　計算承臺剛性系數(shù)</b></p>

46、;<p>　　對于低承臺樁基，承臺完全處于軟塑砂粘土中，因此，承臺的計算寬度為：</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　∴</b></p><p>　　計算承臺底面形心處的位移a，b，β</p><p>　　樁基為豎直樁基，樁群對稱布置，，則有：</

47、p><p>　　由上式得承臺形心位移：</p><p>　　荷載情況1—雙線、縱向、二孔重載：</p><p>　　荷載情況2—雙線、縱向、單孔重載：</p><p><b>　　樁基檢算</b></p><p>　　群樁承載力檢算（按雙孔重載計算）</p><p>　　將樁群

48、看作一個實體基礎，則實體基礎為一臺體，臺體底面由于內(nèi)摩擦角（）較頂面放大，底面尺寸：</p><p><b>　　樁自重：</b></p><p><b>　　樁側土重：</b></p><p><b>　　承臺重：</b></p><p><b>　　承臺部分土重：

49、</b></p><p>　　墩頂水平位移檢算（按一孔重載）</p><p>　　墩高：H=14.35m</p><p><b>　　則墩頂位移</b></p><p>　　結構在土面處的位移（按一孔輕載）</p><p>　　在《橋規(guī)》中查m、m0時，只適用于結構在地面處的最大位移為

50、6mm，若超過6mm就不能采用“m”法進行計算，故需要對樁在土面處的位移進行檢算。</p><p><b>　　墩身埋于土中高度：</b></p><p>　　∴可以用m法直接查表計算</p><p>　　樁身截面配筋設計（一孔重載）</p><p><b>　　樁身彎矩計算</b></p&g

51、t;<p>　　∴任意深度z處樁身截面彎矩：</p><p><b>　　列表計算如下：</b></p><p><b>　　由表知：</b></p><p><b>　　計算偏心距</b></p><p><b>　　初始偏心距：</b>&

52、lt;/p><p><b>　　偏心距放大系數(shù)：</b></p><p><b>　　其中，影響系數(shù)</b></p><p>　　計算長度：，（為變形系數(shù)）</p><p>　　主力+附加力，所以K=0.6</p><p><b>　　則</b></p

53、><p><b>　　∴ </b></p><p><b>　　基礎配筋</b></p><p>　　根據(jù)灌注樁構造要求，橋梁樁基主筋宜采用光圓鋼筋，主筋直徑不宜小于16mm，凈距不宜小于120mm，且任一情況下不得小于80mm，主筋凈保護層不應小于60mm。在滿足最小間距的情況下，盡可能采用單筋、小直徑的鋼筋，以提高樁的抗裂

54、性，所以主筋采用I級鋼筋。樁身混凝土為C25，根據(jù)《橋規(guī)》規(guī)定，取=0.5%,則</p><p>　　選用16φ18的Ⅰ級鋼筋，，取凈保護層厚度，采用對稱配筋，則主筋凈距為：</p><p><b>　　，符合要求。</b></p><p>　　樁與承臺的聯(lián)結方式為主筋伸入式，樁身伸入承臺板0.1m，主筋伸入承臺的長度（算至彎鉤切點）對于光圓鋼

55、筋不得不小于45倍主筋直徑（即810mm），取900mm,主筋應配到4/α處以下2m處（約為11.55m）,取其長度為12m，則主筋總長為13m。箍筋采用Φ8@200mm，為增加鋼筋籠剛度，順鋼筋籠長度每隔2m加一道φ18的骨架鋼筋。</p><p>　　樁身截面配筋如設計圖紙。</p><p><b>　　判斷大小偏心</b></p><p>

56、;　　n=16，換算截面面積：</p><p><b>　　換算截面慣性矩：</b></p><p><b>　　核心距：</b></p><p><b>　　故屬小偏心構件</b></p><p><b>　　應力檢算</b></p>&l

57、t;p>　　小偏心構件，全截面受壓，則</p><p><b>　　應力合格</b></p><p><b>　　穩(wěn)定性檢算</b></p><p><b>　　樁計算長度</b></p><p>　　查表取得Φ=1.0， m=12.4</p><p&

58、gt;<b>　　則穩(wěn)定性滿足要求</b></p><p><b>　　單根樁材料表</b></p><p><b>　　鋼筋</b></p><p><b>　　混凝土</b></p><p><b>　　五、施工圖繪制</b>&l

59、t;/p><p>　　設計結果應表示為施工圖。圖紙統(tǒng)一用標準A3圖幅（297mm420mm）。標題欄的形式如下：</p><p>　　標題欄長度設計為150mm，左起第一欄長100mm，第二欄和第三欄各長25mm；高度設計為30mm，各行均分。</p><p><b>　　圖紙內(nèi)容如下：</b></p><p><b&

60、gt;　　1. 基礎結構圖；</b></p><p><b>　　2. 基礎配筋圖。</b></p><p>　　各圖紙應包括圖紙說明和工程數(shù)量表。</p><p><b>　　六、規(guī)范及參考書</b></p><p>　　1．中華人民共和國國家標準．建筑地基基礎設計規(guī)范，GB 5000