桩基础设计模板
学生:吴俊岚
学号:20100615
班级:土木十一班
目录
第一章 概述 . .................................................................................................................................. 3
1.1 工程概况和设计任务 . ..................................................................................................... 3
1.1.1 工程名称 . .............................................................................................................. 3 1.1.2 桥跨及附属结构 . .................................................................................................. 3 1.2 工程地质和水文地质资料 . ............................................................................................. 4 1.3 设计依据 . ......................................................................................................................... 5 第二章 方案设计 . .......................................................................................................................... 5
2.1 地基持力层的选择 . ......................................................................................................... 5 2.2 荷载计算 . ......................................................................................................................... 5
2.2.1 主力计算 . .............................................................................................................. 5 2.2.2 附加力计算 . .......................................................................................................... 8 2.2.3 荷载组合 . ............................................................................................................ 10 2. 3 基础类型的比选 . .......................................................................................................... 11
2.3.1 选定桩基类型 . .................................................................................................... 11 2.3.2 选择桩材与桩径 . ................................................................................................ 11 2.4 承台尺寸的拟定 . ........................................................................................................... 12 第三章 技术设计 . ........................................................................................................................ 13
3.1 桩基础的平面分析 . ....................................................................................................... 13
3.1.1 b 0、m 、 的确定 ............................................................................................ 13
3.1.2 单桩的刚度系数计算 . ........................................................................................ 14 3.1.3 群桩的刚度系数计算 . ........................................................................................ 15 3.1.4 桩顶位移及内力计算 . ........................................................................................ 16 3.2 横向荷载作用下单桩的内力及位移计算 . ................................................................... 17 3.3 单桩轴向承载力检算 . ................................................................................................... 18 3.4 墩台顶的水平位移检算 . ............................................................................................... 18 3.5 群桩基础的承载力和位移检算 . ................................................................................... 19 3.6 单桩基底最大竖向压应力及横向压应力检算 . ........................................................... 20
3.6.1 基底最大竖向压应力验算 . ................................................................................ 20 3.6.2 基础侧面横向压应力验算 . ................................................................................ 20 3.7 基础配筋 . ....................................................................................................................... 21
3.7.1 配筋..................................................................................................................... 21 3.7.2 计算偏心距 . ........................................................................................................ 21 3.7.3 判断大小偏心 . .................................................................................................... 22 3.7.4 应力检算 . ............................................................................................................ 22 3.7.5 稳定性检算 . ........................................................................................................ 23
第四章 初步的施工组织设计 . ...................................................................................................... 23
4.1 基础的施工工艺流程 . ................................................................................................... 23 4.2 主要施工机具 . ............................................................................................................... 24 4.3 主要工程数量和材料用量 . ........................................................................................... 24 4.4 保证施工质量的措施 . ................................................................................................... 24
第一章 概述
1.1 工程概况和设计任务
1.1.1 工程名称 某铁路桥梁墩基础设计 1.1.2 桥跨及附属结构
该桥梁系某I 级铁路干线上的特大桥(单线),线路位于直线平坡地段。该地区地震设防烈度为VI 度,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38孔32m 后张法预应力混凝土梁组成,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1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.
图1 桥梁跨中纵断面示意图(单位:cm)
本人承担28#桥墩的基础设计。该桥墩采用空心桥墩,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。桥梁支座采用SQMZ 型铸钢支座,支座铰中心至支承垫石顶面的距离为40cm 。
1.2 工程地质和水文地质资料
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1000~1500m,地形起伏大,相对高差100~200m,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。各地层的主要物理、力学参数见表1-1。场地勘察未发现滑坡、岩溶、断层、破碎带等不良地质现象。
表1-1 地层的主要物理、力学参数
注:①W4泥岩为全风化泥岩,相关的参数按照黏性土取值,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。
②新黄土不需要考虑湿陷性。
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 。
1.3 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
第二章 方案设计
2.1 地基持力层的选择
由28#桥墩钻孔柱状图知,地面以下土层依次为新黄土、W4泥岩、W3泥岩、W2泥岩。本桥墩高度达50.78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,排除用粉砂作为持力层的方案,W3泥岩基本承载力为400kPa ,W4泥岩基本承载力为900kPa, 选择基本承载力达的W 4砂岩作为持力层。
2.2 荷载计算
2.2.1 主力计算 一、恒载
(1)由桥墩传来的恒载压力:
N 1=2276+ =3436. 85k N 35. 5(32. 6+0. 1) (2)垫石重量:
V 2=1⨯2⨯0.35⨯2=1.4m 3, N 2=γ2V 2=25⨯1.4=35kN (3)墩身重量:
1
V 3-1=⨯50.28⨯(2.8⨯3.6+2.8⨯5.84+=658.17m 3
31
V 3-2=⨯50.28⨯3.14⨯(1.82+2.922+1.8⨯2.92) =895.83m 3
31
V 3-3=⨯43.78⨯(2.64⨯2.56+2.64⨯3.65+=357.02m 3
3 V 1
3-4=⨯43.78⨯3.14⨯(1.282+1.832+1.28⨯1.83) =335.87m 3
3
V V 3
3=3-1+V -3-2(V -3+3V -) 3=4
861. 1 m 1 N 3=γ3V 3=23⨯861. 1=2198k 0N
5. 53(4)承台重量: V 4=11⨯8⨯=21m 736
N 4=23⨯176=40k 4N 8(5)水浮力:
①常水位时,V 5-1=0 N 5-1=0 ②设计频率水位时,V 5-2=0 N 5-2=0 (6)承台上的土体重量: ①常水位时,N 6-1=0 ②设计频率水位时,N 6-2=0 (7)总恒载 ①常水位时
N 恒1=N 1+N 2+N +3N -4
-N 5+
1
-
N =6217325. 3 8k N
②设计频率水位时 N 恒2=N 1+N 2+N +3N -4
-N 5
+2
-
N =6227325. 38
k N
二、活载(令承台底横桥方向中心轴为x -x 轴,顺桥方向中心轴为y -y 轴)(1)单孔重载
根据∑M=0,可得支点反力R 1为
R 1=
125.20.70.7⨯[92⨯(32.7-7.5)⨯(-)+220⨯5⨯(32.7-3-)]=1896.40kN 32222
作用在承台底的竖向活载 N 活1=R k 0N 1=1896. 4
R 1对承台底x -x 的力矩 M 活1=0. 35⨯1896. =4
(2)单孔轻载
根据∑M=0,可得支点反力R 2为
R 2=
746k 6N 3. ⋅m
125.20.70.7⨯[92⨯(32.7-7.5)⨯(+7.5-)+220⨯5⨯(3-)]=1522.00kN 32222
作用在承台底的竖向活载 N 活2=R k 0N 2=1522. 0
R 2对承台底x -x 的力矩 M 活2=0. 35⨯1522. =00
(3)双孔重载
根据
75k N 32. ⋅m
G 1G 2
确定最不利荷载位置x 。本设计为等跨梁,故G 1=G 2,=G 1和G 2
L 1L 2
分别为左右两跨上活载重量,
G 1=220⨯5+92⨯(32.35-7.5-x ) =3386.2-92x
G 2=92⨯[30-(32.35-7.5-x )]+80⨯{32.7-[30-(32.35-7.5-x )]}=2677.8+12x 由G 1=G 2解得x =6.81m 。则支点反力R 3、R 4为
R 3=
132.35-7.5-6.81[92⨯(32.35-7.5-6.81)⨯(32.35-)+220⨯5⨯(3+6.81)]=1547.23kN 322111.960.720.74R 4=⨯[92⨯11.96⨯(20.74+-)+80⨯20.74⨯(-0.35)]=1426.27kN
32222
作用在承台底的竖向活载 N 活3=R 3+R 4=2973.50kN
4R 3、R 4对承台底x -x 的力距 M 活3=0. 35⨯(1547. -2314=26. 2k 7N ) ⋅m
(4)双孔空车荷载
1
支点反力 R 5=R 6=⨯32.7⨯10=163.5kN
2
作用在承台底的竖向活载 N 活4=R 5+R 6=327kN
R 5、R 6对承台底x -x 的力距 M 活4=0 2.2.2 附加力计算 (1)制动力(或牵引力)
①单孔重载与单孔轻载的制动力(或牵引力)
因单孔重载与单孔轻载作用在梁上的竖向静活载相同,故制动力(或牵引力)也相等,为
H 1=10%⨯[220⨯5+92⨯(32.7-7.5)]=341.84kN H 1对承台底x -x 的力矩 M H 1=341. 8⨯452. =63②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)
0417k 9N 9⋅1. m
H 2-1=10%⨯[220⨯5+92⨯(32.7-7.5-6.81)]⨯100%=279.19kN 右孔梁为滑动支座传递的制动力(或牵引力)
H 2-1=10%⨯{92⨯(30-18.04) +80⨯[32.7-(30-18.04)]}⨯50%=137.98kN 传到桥墩上的制动力(或牵引力)为
H 2=H 2-1+H 2-2=417.17kN >H 1=341.84kN
故双孔重载时采用的制动力(或牵引力)为 H 2=341. 8 k 4N H 2对承台底x -x 的力矩 M H 2=17991. k 0N ⋅4m
(2)纵向风力 ①风荷载强度
W =K 1K 2K 3W 0=1.1⨯1.327⨯1.2⨯800=1401.3Pa =1.40kPa
其中,K 1根据场边迎风的圆端形截面l /b >1.5,查表得为1.1;K 2根据轨顶离常水位的高度(本桥墩设计中为轨顶离地面高度)为53.76m, 查表并现行内插得为
1.327,K 2根据地形为河谷阶地、河流峡谷区,查表得为1.2。 ②垫石风力:
H 3-1=WA =1.42⨯1⨯0.35⨯2=0.994kN M H 3-1=0.994⨯60=59.64kN ⋅m ③墩身风力 常水位时
H 3-2=1.42⨯(56.08-0.35) ⨯(2.8+
6.12+3.6
2
) =606.19kN H 3-2对承台底x -x 的力矩M H 3-2为
M 56.08-0.35
H 3-2=606.19⨯(
2
+3.92) =19267.75kN ⋅m 设计频率水位时
H 6.09+3.6
3-3=1.42⨯(55.52-0.35) ⨯(2.8+
2
) =598.92kN H 3-3对承台底x -x 的力矩M H 3-3为
M H 3-3=598.92⨯(
55.52-0.35
2
+4.48) =19204.37kN ⋅m ④纵向风力在承台底产生的荷载
常水位时 H 3=H 3-+1H -3=2607. 19k
N M H 3=M H 3-+1M H -3=219327. 3k ⋅9N m 设计频率水位时 H 3=H 3-+1H -3=3599. 92k
N M H 3=M H 3-+1M H -3=319264. 0k ⋅1N m
(3)横向风力(略) (4)流水压力 ①常水位时
桥墩的流水压力为 P =0
P 对承台底y -y 轴的力矩 M P =0
②设计频率水位时 桥墩的流水压力为
6.16+6.109.8⨯1.82
P =KA =0.6⨯[0.62⨯8+2.48⨯3.14⨯()]⨯=51.22kN
2g 22⨯9.8
P 对承台底y -y 轴的力矩为
γW v 2
M P =51.22⨯(2+
0.62+2.48
) =181.83kN ⋅m 2
2.2.3 荷载组合 ①纵向主+附,单孔轻载
常水位时 H =H 1+H 3=341.84+607.19=949.03kN
N =N 32651. 85+1522. 00=3 4173. 85k N 活3=恒1+N
M =M 活2+M H 1+M H 3=532.70+20510.4+19327.39=40370.49kN ⋅m
设计频率水位 H =H 1+H 3=341.84+599.92=941.76kN
N =N 026483. 6+31522. 00=28活2=恒2+N
M =M 活2+M H 1+M H 3=532.70+20510.4+19264.01=40307.41kN ⋅m
②纵向主+附,单孔重载
常水位时 H =H 1+H 3=341.84+607.19=949.03kN
N =N 32651. 85+1896. 4=3 4548. 25k N 活1=恒1+N
M =M 活1+M H 1+M H 3=663.74+20510.4+19327.39=40501.53kN ⋅m
设计频率水位 H =H 1+H 3=341.84+599.92=941.76kN
N =N 380. 03k N 26483. 6+31896. 4=28活1=恒2+N
M =M 活1+M H 1+M H 3=663.74+20510.4+19264.01=40438.15kN ⋅m
③纵向主+附,双孔重载
常水位时 H =H 2+H 3=341.84+607.19=949.03kN
N =N 625. 35k N 32651. 85+2973. 5=35活3=恒1+N
M =M 活3+M H 2+M H 3=42.34+20510.4+19327.39=39880.13kN ⋅m
设计频率水位时 H =H 2+H 3=341.84+599.92=941.76kN N =N 26483. 6+3活3=恒2+N
42973. 5=29
M =M 活3+M H 2+M H 3=42.34+20510.4+19264.01=39816.75kN ⋅m 2. 3 基础类型的比选 2.3.1 选定桩基类型
考虑桩基为低承台,采用钻孔灌入桩,确定设计为摩擦桩。 2.3.2 选择桩材与桩径
图2 土层分布图(单位:米)
1) 桩身采用C30混凝土。
2) 设计桩径采用d=1m,成孔桩径为1.10m, 钻孔灌注桩,采用旋转式钻头。 3) 画出土层分布图如图2所示,选用W3砂岩作为持力层,取桩长l=25m。桩
底标高1093.12m 。
4) 估算桩数:(按双孔重载估算) 估算公式:n =μ式中: n —桩的根数
N —作用在承台地面上的竖向荷载(kN ) [P]—单桩承载力容许值(kN ) μ—经验系数,本设计中取值1.2
由荷载组合得到的总荷载值可知,常水位时的总荷载大于设计频率水位时的总荷载,故在设计中只考虑常水位时的荷载情况。
1
[P ]=U ∑f i l i +m 0A [σ]
2
3.142
U =3.14⨯1.1=3.454m , A =⨯1=0.785m 2,m 0=0.6
4
N [P ]
基底以上土的天然重度平均值γ2
γ2=
15.5⨯5.8+18.7⨯5.1+20⨯14.3+23⨯1.8
=18.99kN /m 3
5.8+5.1+14.3+1.8
节理不发育或较发育的岩石不作宽深修正,故:
[σ]=900kPa
1
[ ] [P ]=U ∑f i l i +m 0A σ
21
=⨯3. 45⨯4(⨯60+3. ⨯8
2
=4131. 7kN 69
5+05⨯. 1+100⨯14+. 3⨯130⨯1. 80)
0. 60. 7859
n =μ
N 30298. 88=1. 2⨯=8取. 8n , =[P ]4131. 764
12
2.4 承台尺寸的拟定
(1)承台尺寸:查《铁路桥规》,当d ≤1m 时,最外一排桩至承台底板边缘的净距不得小于0.5d (设计桩径)且不得小于0.25m ,且钻孔灌注桩中心距不应小于2.5成孔桩径,满足桩间距和和承台边到桩净距的前提下得到桩在承台底面的布置情况,如下图:
图3 桩在承台底面的布置(尺寸单位:cm )
(2)桩与承台连接方式
采用主筋伸入式,桩伸入承台板内10cm ,具体配筋见后面详述。第三章 技术设计
3.1 桩基础的平面分析
3.1.1 b 0、m 、α的确定 (1)确定桩的相互影响系数K
h 0=3(d +1) =m 6
n =3, 取C =0. 5L 0=3-1.1=1.9m
1-C 0.6⋅L 0h =0.5+1-0.5⨯1.9
=0.764 00.66
(2)确定b 0、m 、α
b 0=0. 9d (+1=)
0. ⨯9+(1=1m ) 1. 8
h m =2⨯(1. +1=1) m 4.
m =m 1h 21+m (22h +1h ) h 225⨯3.82+10⨯(2⨯3.8+0.4) ⨯0.4(h 2=
1+h 2) 4.22 =5.907⨯103kN /m 4 4
E 6
2
h =32⨯10kN /m ,I =
πd 4
64
=
π⨯164
=0.049m 4,
EI =0.8E h I =1.254⨯106kN ⋅m 2
α=-1==0.365m 3.1.2 单桩的刚度系数计算 (1)单桩轴向刚度系数ρ1 ρ1=
1l
0+l EA +1
C 0A 0
l 0,ξ=13.14⨯126
0=2,EA =0.8⨯32⨯10⨯
4
=20.096⨯106kN /m 2 岩石地基的地基系数由岩石单轴抗压强度确定,内插得:
C 6-1
0=300+
25-1
(15000-300) =3362.5kN /m 3 3.8⨯23 +5.1⨯25 +14.3⨯42
=3.8+5.1+14.3
=35.151
d +2l tan(/4) =1+2⨯25⨯tan(35.151 /4) =8.724m >3m
故取A π
20=
4
⨯3=7.065m 2
则
ρ11=
=
1
0=1.506⨯106kN /m EA +1
C 0A 0
20.096⨯106+
3362.5⨯103⨯7.065
(2)单桩横向刚度系数ρ2、ρ3、ρ4 由αl =0. 36⨯5=25 Y Q =1. 06Y 4M , =
09. >12α5l 0=4. 查表得0,
1
6
1. ⨯254⨯10=1. 06⨯461. ⨯254⨯10=0. 98⨯5
0. φ9M 8=5,
则 ρ2=α3E I Q Y =0. 363⨯5 ρ3=α2E I M Y =0. 362⨯5
5
0. k N 64 9m 1051. k N 64610
/
ρ4=αEI φM =0.365⨯1.254⨯106⨯1.484=6.792⨯105kN ⋅m 3.1.3 群桩的刚度系数计算 (1)B 0=D ' +1=11+1=12m
k h =mh =5.907⨯103⨯2=11.814⨯103kN /m 3 (式中h 取承台高度)
' ' ' '
(2)γab =γba =γb β=γβb =0
(3)γaa =∑n i ρ2i =12⨯0.649⨯105=0.779⨯106kN /m γ
'
aa
k h h 11. 8⨯143⨯1026
=γaa +B 0=0. 79⨯91+0⨯=
22
6
⨯0. 9kN 21m 1 0
/
(4)γbb =∑n i ρ1i =12⨯1.506⨯106=18.072⨯106kN /m γ
'
bb
k h h 211.814⨯103⨯226
=γbb +B 0=18.072⨯10+12⨯=18.167⨯106kN /m
66
(5)γa β=γβa =-∑n i ρ3i =-12⨯1.646⨯105=-1.975⨯106kN γ
'
a β
=γβa =γa β
'
k h h 211.814⨯103⨯226
+B 0=-1.975⨯10+12⨯=-1.88⨯106kN
66
(6)取坐标原点为承台地面中心位置,x 方向为顺桥轴线方向。
γββ=∑n i ρ4i +∑n i ρ1i x i =12⨯6.792⨯105+4⨯2⨯1.506⨯106⨯32=116.58⨯106kN ⋅m
γββ=γββ
'
k h h 311.814⨯103⨯236
+B 0=116.58⨯10+12⨯=116.67⨯106kN ⋅m
1212
3.1.4 桩顶位移及内力计算
对荷载组合所得总荷载值分析可知,只需分别计算常水位时,荷载组合为纵向主+附,单孔重载时的桩顶位移及内力以及常水位时,荷载组合为纵向主+附,双孔重载时的桩顶位移及内力,取所得位移及内力较大值即可。
设承台在荷载作用下发生水平位移a 、竖向位移b 、转角β,任意i 排桩桩顶的横向位移a i 、竖向位移b i 、转角βi 。
群桩基础的整体位移计算
⎧N
⎪b ='
γbb ' ' ⎪⎧a γaa +βγa =H β⎪' '
⎪γββH -γa ⎪' ⎪βM b γ=N 解得 ① a =⎨bb ⎨' ' ' '
γaa γββ-γa βγβa
⎪' ⎪' a γ+βγ=M ββ⎪⎪' ' ⎩a β
γM -γa aa βH ⎪β=' ' ' '
⎪γaa γββ-γa βγβa ⎩各桩桩顶位移计算
⎧a i =a
⎪
⎨b i =b +x i β ② ⎪β=β⎩i
(1)常水位时,荷载组合为纵向主+附,单孔重载
将H =871.82kN , N =29221.78kN , M =33070.64kN ⋅m 代入式①得 b =1. 60⨯8-31m 0a =,
3
1. ⨯5-77m β10=
,
-4
⨯3. 0r a 8d 910
将a 、b 、β的值代入式②得
3
b 1=2.535⨯10-3m , b 2=1.608⨯10-3m , b 3=0.681⨯10-m ,
a i =1.577⨯10m , βi =-3.089⨯10rad
-3-4
⎧N i =ρ1(b +x i β) ⎪
由⎨Q i =a ρ2-βρ3 得
⎪M =βρ-a ρ
43⎩i ⎧N 1=3817.71kN , N 2=2421.648kN ,
⎪
⎨N 3=1025.586kN ,
⎪Q =51.502kN ,M =-49.769kN ⋅m
i ⎩i
(2)常水位时,荷载组合为纵向主+附,单孔轻载
将H =871.82kN , N =28847.38kN , M =32939.6kN ⋅m 代入式①得 b =1. 58⨯8-31m 0a =,
3
1. ⨯5-75m β10=
,
-4
⨯3. 0r 7a 7d 10
将a 、b 、β的值代入式②得
3
b 1=2.511⨯10-3m , b 2=1.588⨯10-3m , b 3=0.665⨯10-m ,
a i =1.575⨯10m , βi =-3.077⨯10rad
-3-4
⎧N i =ρ1(b +x i β) ⎪
由⎨Q i =a ρ2-βρ3 得
⎪M =βρ-a ρ
43⎩i ⎧N 1=3781.566kN , N 2=2391.528kN ,
⎪
⎨N 3=1001.49kN ,
⎪Q =51.570kN ,M =-50.255kN ⋅m
i ⎩i
(3)常水位时,荷载组合为纵向主+附,双孔重载
将H =871.82kN , N =30298.88kN , M =32939.6kN ⋅m 代入式①得 b =1. 66⨯8-31m 0a =,
3
1. ⨯5-66m β10=
,
-4
⨯3. 0r a 3d 410
将a 、b 、β的值代入式②得
3
b 1=2.578⨯10-3m , b 2=1.668⨯10-3m , b 3=0.758⨯10-m ,
a i =1.566⨯10m , βi =-3.034⨯10rad
-3-4
⎧N i =ρ1(b +x i β) ⎪
由⎨Q i =a ρ2-βρ3 得
⎪M =βρ-a ρ
43⎩i ⎧N 1=3882.468kN , N 2=2512.008kN ,
⎪
⎨N 3=1141.548kN ,
⎪Q =51.695kN ,M =-53.176kN ⋅m
i ⎩i
综合分析,取常水位时,荷载组合为纵向主+附,单孔重载时产生的位移及内力作为桩顶位移及内力。
3.2 横向荷载作用下单桩的内力及位移计算
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。
由αl =0.365⨯25=9.125m >2.5m 知,本桩为弹性桩。计算时采用简捷计算
法。
Q 0=Q i =51.502kN , M 0=M i =-49.769kN ⋅m ,b 0=1.8m , α=0.365
M y =
Q 0
α
A M +M 0B M =141.12A M -49.769B M
Q y =Q 0A Q +αM 0B Q =51.502A Q -18.1663B Q
σxy =
X y =
αQ 0
b 0
A σ+
α2M 0
b 0
B σ=10.443A σ-3.684B σ
Q 0M 0-4
A +B =(8.446A -2.979B ) ⨯10 x x x x 32
αEI αEI Q M
ϕy =20A ϕ+0B ϕ=(3.083A ϕ-1.087B ϕ) ⨯10-4
αEI αEI
当y =0,αy =0时,查表知A x =2.441, B x =1.751, A ϕ=-1.621, B ϕ=-1.751, 则
Q 0M 0-4-3A +B =(8.446⨯2.441-2.979⨯1.751) ⨯10=1.54⨯10m x x 32
αEI αEI Q M
ϕ0=20A ϕ+0B ϕ=-(3.083⨯1.621-1.087⨯1.751) ⨯10-4=-3.094⨯10-4rad
αEI αEI X 0=
M y 、Q y 、σxy 、X y 及ϕy 计算表见附录1。
由附录知,M max =74.644kN ⋅m ,此时y =4.11m , σx m a x =8. 80,此时y =2.466m 。 k 4P a
3.3 单桩轴向承载力检算
最不利荷载组合为纵向主+附,双孔重载。按常水位时的荷载计算。
N max =N 1=3887kN ,桩为弹性桩。
1
单桩自重 G ' =⨯3.14⨯12⨯25⨯25=490.63kN
41
⨯19=. 53k N 8 2. 69同体积土重 G ' ' =⨯3. 14⨯21⨯25
4
N =N max +G ' -G '' =3994.94kN
3.4 墩台顶的水平位移检算
最不利荷载组合为纵向主+附,单孔重载。按常水位时的荷载计算。 桥上风荷载强度w=1.40kP,桥墩有0m 埋在土层中,故受风荷载的墩身高度为50.63m 。分别计算桥墩顶部和桥墩与地面相接处均布风荷载(假设均布风荷载大小呈梯形分布)。
q 1=1.40⨯6.4=8.96kN /m ,q 2=1.42⨯8.96=12.7kN /m 墩身风力引起的墩台顶水平位移:
δq 1l 48.96⨯56.634-3
1=8EI =8⨯32⨯106
⨯174.53
=1.318⨯10m =1.318mm 4
δ(q 41-q 2) l (12.096-8.96)⨯8EI =56.638⨯32⨯106
⨯174.53
=0.46⨯10-3
2=m =0.46mm 水平制动力引起的墩台顶水平位移:
3
δH 1h 33EI =341.84⨯(50.63+2)3=3⨯32⨯106⨯174.53=2.97⨯10-3m =2.97mm 单孔重载支座反力产生的弯矩引起的墩台顶水平位移:
M 22
δ活1h 663.75⨯52.634=2EI =2⨯32⨯106
⨯174.53
=0.16⨯10-3m =0.16mm 则δ0=δ1+δ2+δ3+δ4=1.318+0.46+2.97+0.16=4.908mm 墩台顶总水平位移:
δ=x ' 0-ϕ0(l 0+h ) +δ0=0+0.3094⨯52.63+4.908=21.19mm
3.5 群桩基础的承载力和位移检算
最不利荷载组合为纵向主+附,双孔重载。按常水位时的荷载计算。
a =3⨯3++1⨯2⨯2535. 1 51
4
=
m 17. 73b =3⨯2++1⨯2⨯2535. 1 51
4
=
m 14. 73
ρ=
b 6=14.736=2.455m =2455mm >e =M max 74.6440N ==0.065m =65mm , min 1137.5
故群桩基础为全截面受压。
W =1ab 2=1
⨯17.56⨯14.73=641.15m 366
,A =ab =261.16m 3
,
'
群桩自重 G 1=n G =12⨯490. 6=3
N 56588k 7.
122723. 2212=382. 69k N
N 122=723. 22k 158909. 661
桩侧土重 G 2=19. 5⨯(261. ⨯16-25⨯) 则 N 0=N +G =0298. 8+81+G 23
⋅4m M =32449. k 2N
5887. +56
σ=
N 0M 158909. 6632449. 24
+=+=659. k 0P 9a
9k 0P 0a ,满足要求。
3.6 单桩基底最大竖向压应力及横向压应力检算 最不利荷载组合为纵向主+附,双孔重载。按常水位时的荷载计算。
3.6.1 基底最大竖向压应力验算
N max =N 1=3387kN ,桩为弹性桩。 单桩自重 G =桩侧面土摩阻力
1
T =U ∑f i l i
21
=⨯3. 4⨯1⨯. 1⨯(60+3⨯. 8+50⨯5. 1+100⨯14. 3 2
=3707. 8kN 69
1
⨯3. 14⨯21⨯25⨯2=54
4k 9N 0 . 63
1301. 8)
N =N max +G ' -G '' =169.761kN
σx max =8.804kPa , 此时y =2.466m
1
3
σ
x max
≤η1η2K [γη(ηK p -K a ) +2c (
其中η1=1, η2=1-0.5
M n 0
=1-0.5⨯=1,K =0.764,γ=18.99kN /m 3 M m M m
η=
b 01.815.4⨯5.8+16.8⨯5.1
==1.8, c ==7kPa , =35.151 , b 125
11
K p =tan 2(45 +ϕ) =3.71,K a =tan 2(45 -ϕ) =0.27
22
代入数据得,
η1η2K [γη(ηK p -K a ) +2c (=209.99kPa >σx max =8.804kPa 故 基础侧面横向压应力满足要求。
3.7 基础配筋
3.7.1 配筋
根据灌注桩构造要求,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Ⅱ级钢筋。桩身混凝土为C30,根据《桥规》规定,取ρmin =0.5%,则
A s , min =ρmin A c =0. 5%⨯
π
4
⨯10002=3927mm 2
选用16Φ 18的Ⅱ级钢筋,A s , 实=4072mm 2,取净保护层厚度a s =60mm ,采用对称配筋,则主筋净距为:
2πR 2π⨯(500-60-9) -d =-18=151. 2mm >120mm ,符合要求。 1616
18
r s =500-60-=531mm ,h 0=r +r s =931mm ,h =2r =1000mm ,
2
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810mm ),取900m, 主筋应配到4/α处以下2m 处(约为11.9m ), 取其长度为12m ,则主筋总长为13m 。箍筋采用Φ8@200mm,为增加钢筋笼刚度,顺钢筋笼长度每隔2m 加一道φ18的骨架钢筋。顺钢筋笼长度每隔2m 在四个节点处加四个定位钢筋,直径为Φ18。
桩身截面配筋如设计图纸。 3.7.2 计算偏心距
初始偏心距:e 0=
M max 106. 922
==0. 0922m =92. 2mm N min 1158. 68
偏心距放大系数: 计算长度:l p =0. 5(l 0+
4. 0
) =0. 5⨯(0+
4. 0
) =4. 95m ,(α为变形系数) α
0. 404
ζe 092.21=0.2+2.7
h =0.2+2.7⨯=0.467, 0931
ζl p 4950
2=1.15-0.01
h
=1.15-0.01⨯
1000
=1.1005>1, 取ζ2=1 η=1+
1
(l p ) 2ζ11ζ2=1+⨯4.952⨯0.467⨯1400e 1=1.08 0h
h 1400⨯92.2
931e ' =ηe 0=1.08⨯92.2=99.8mm 3.7.3 判断大小偏心 取n=10
换算截面面积:A πd 2
20=4
+nA s =825720mm
换算截面惯性矩:
I =πR 4
+1nA 2
π⨯500410s r s =+2
⨯10⨯4072⨯(500-60-9) 2=5. 284⨯1010mm 4424
=I 0A =5. 284⨯1010
核心距:k =128mm >e '=99. 8mm
0y 825720⨯500故属小偏心构件 3.7.4 应力检算
小偏心构件,全截面受压,则
σN M 1158. 68⨯103106. 922⨯103
c =A +I y =+⨯500=2. 4MPa
008257205. 284⨯1010
'
N M A I (y -a 1158. 68⨯103106. 922⨯103σ'
s =n [+s )]=10⨯[+(500-60-9)]
008257205. 284⨯1010
=22. 75M P a
应力合格
3.7.5 稳定性检算
桩计算长度l p =4. 95m ,d =1m ,l c /d =4. 95
查《混凝土结构设计原理》表11-4得φ=1.0,查表得m=12.4
σ=N
φ=1158. 68⨯103
c =1. 387MPa
1. 0(π/4⨯10002+12. 4⨯4072) MPa
则稳定性满足要求。
第四章 初步的施工组织设计
4.1 基础的施工工艺流程
本基础采用钻孔灌注桩。施工工艺流程如下:
4.2 主要施工机具
钻孔机、旋转式钻头、挖土机、工程运输车。
4.3 主要工程数量和材料用量 单根桩材料表
(1)钢筋
(2)混凝土
(3)承台土方开挖量: V =12⨯8⨯(+2
1. =92)
3
6. 323m 7
4.4 保证施工质量的措施
4.4.1 砼质量保证
由于桥桩基都属于隐蔽工程。为保证桩基的施工质量,对桩基成孔必须严格控制,对砼的性能控制是关键,要控制好砼的性能,必需严格按以下几点进行控制。
1)成孔控制
(1)桩基护筒只有2米至4米,挖土下放护筒之后,必须回填粘土并压实,在护筒脚周围形成保护孔壁的泥皮,防止塌孔事故的发生,可投入增加泥浆粘度的外加剂。必要时,加长护筒或填片石粘土混合物用冲锤夯实。
桩孔深度较深,如何控制垂直度成为成孔质量的关键。在冲孔过程中根据不同地层通过调节冲程大小,松绳的快慢来控制冲孔质量,遇到粘锤,可回填些片石或废旧钢丝绳,增加地层面的硬度。冲孔过程还要避免打空锤,控制好松绳时间,避免梅花桩的出现。
(2)泥浆的循环对钻进速度起关键作用。优质泥浆能减少孔底沉淀,减小粘锤。实际证明在泥浆处理器上加装筛网能有效提高泥浆质量,减小糊钻,对增加冲进速度有很大改善。为降低泥浆的含砂率,采用了圆锥形滤砂器,使用砂泵将分级沉淀后的泥浆抽入滤砂器中旋转而使砂砾沉淀。
2)钢筋施工
(1)钢筋加工后应用进行检查。
(2)钢筋笼在起吊和运输过程中,由于钢筋笼骨架钢筋少,容易变形,须在吊点位置加焊吊环,并通过吊架来承受钢筋起吊时吊点的水平分力,防止钢筋笼变形。
(3)钢筋主筋采用搭接焊。并现场检查安装情况。 (4)钢筋端头处需做好标记,方便对接。 (5)对钢筋加工按规范抽检频率要求进行抽检。 3)原材料质量控制
(1)严格对进场的砂、碎石进行物理性能试验,试验结果符合规范要求后才进行采用。
(2)水泥由业主提供,每批水泥做原材料试验,并将试验报告单连同厂商的材质检验合格证书报监理工程师,必要时会同监理工程师进行复核,不同标号品种的水泥不得混用,过期水泥不得使用。
(3)拌和用水采用自来水水,拌和用水不能含有影响水泥正常凝结与硬化的有害物质,拌制和养护混凝土用水均须化验合格,方可使用。
(4)加强对原材料进场的监督和控制,严禁一切未经化验和未经批的不合格原材料运入施工现场。 4)混凝土配合比设计
(1)不同结构部位的混凝土其抗压、抗渗、抗裂及耐腐蚀性、施工和易性应满足设计要求。
(2)先进行试配拌和,并进行抗压强度及弹模试验,根据试验结果,逐步调整修改,直至混凝土强度等各项指标达到设计要求,报监理工程师批准后方可作为理论配合比,施工时再根据材料的含水量,调整混凝土施工配合比进行混合料的拌制。
(3)混凝土的水灰比以骨料在干燥状态下的混凝土单位用水量对单位胶凝材料用量的比值为准,最大水灰比和最大水泥用量要符合规定,以保证混凝土的密实度和耐久性。
(4)粗骨料级配及砂率的选用,考虑骨料的生产平衡、混凝土和易性及最大单位用水量的要求,并进行综合分析才以确定。
(5)密切注视环境条件的变化,及时采集施工现场信息,实行动态监督控制,严格控制施工过程中的混凝土配合比。
5)混凝土的拌和、运输
(1)混凝土的拌和设备的性能,在整个混凝土生产过程中,拌和设备要经常进行检查,包括混凝土拌和物的均匀性,适宜的拌和时间,衡重器的准确性、机器及叶片的磨损程度等。
(2)在炎热的天气,拌制砼要设法降低拌和后混凝土的温度,防止混凝土在浇注过程中过量硬化和出现裂纹,更不允许用加水或其它办法变更混凝土的稠度。砼浇筑在炎热天气施工时尽量避开高温作业,调整施工作业时间。
(3)混凝土拌和过程中根据气候情况随时测定砂-石集料的含水率,及时调整配合比。拌和机按其规定的转速运行,生产的混凝土必须拌和均匀,拌和程度和时间通过试验确定。
(4)混凝土的运输能力满足混凝土的凝结速度和浇注速度的需要,以保持混凝土的均匀性和规定的坍落度,并充分发挥设备的效率。
(5)在运输混凝土的过程中不能使其发生离析、漏浆、严重泌水和过多降低坍落度的现象。
(6)为能及时掌握砼在运输过程中及灌注的性能状态,试验人员必须全程跟踪。