鐵路橋梁橋墩基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)--雙線高速鐵路某橋墩基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

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

2、t;b>　　設(shè)計(jì)的內(nèi)容及要求</b></p><p>　　設(shè)計(jì)具體內(nèi)容見任務(wù)書：</p><p>　　通過(guò)本課程設(shè)計(jì)，要求學(xué)生熟悉：</p><p>　　1．綜合分析設(shè)計(jì)資料，對(duì)三種常用的橋梁基礎(chǔ)類型（剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)和沉井基礎(chǔ)）的技術(shù)合理性進(jìn)行比較（限于課時(shí)，本次課程設(shè)計(jì)不考慮造價(jià)因素），選擇較為合理的基礎(chǔ)方案。</p><

3、;p>　　2．對(duì)選定的基礎(chǔ)方案進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。</p><p>　　3．初步?jīng)Q定修筑基礎(chǔ)的施工方案。</p><p><b>　　三、指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ) </b></p><p>　　四、成 績(jī) </p><p>　　指導(dǎo)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(shè)計(jì)荷載4<

5、/b></p><p><b>　　1、恒載4</b></p><p>　　（1）結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重4</p><p>　?。?）附屬設(shè)施重（二期恒載）4</p><p><b>　　2、活載4</b></p><p><b>　　四、設(shè)計(jì)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(jì)算5</p><p>　　（2）附加力（風(fēng)力）6</p><p><b>　?。?）主力7</b></p><p>　　2.基礎(chǔ)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(tái)底面平面形狀及尺寸13</p><p>　　（4）樁與承臺(tái)連接方式14</p><p>　?。?）求R和樁數(shù)檢驗(yàn)14</p><p>　?。?）求樁頂荷載15</p&

8、gt;<p>　?。?）基樁豎向抗壓承載力驗(yàn)算16</p><p>　　（8）水平承載力檢驗(yàn)16</p><p>　?。?）承臺(tái)抗沖切驗(yàn)算16</p><p>　　（10）承臺(tái)底面形心處的位移計(jì)算17</p><p>　?。?1）樁基檢算22</p><p>　　3.基礎(chǔ)配筋25&

9、lt;/p><p>　?。?）判斷大小偏心26</p><p>　?。?）應(yīng)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(chǔ)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)</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(fù)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(shè)防問題。</p><p>　　橋梁及橋墩部

11、分的設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，橋跨由8孔32m預(yù)應(yīng)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(chǎng)地處的地質(zhì)剖面見圖3-2，相關(guān)土工試驗(yàn)資料見表3-1。水文資料見圖3-1。</p><p>　　表3-1 土工試驗(yàn)成果表</p><p><b>　　三、設(shè)計(jì)荷載</b&g

12、t;</p><p><b>　　1、恒載</b></p><p><b>　?。?）結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重</b></p><p>　　按《鐵路涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》（TB10002.1-2005)采用。按照?qǐng)D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>　?。?）附屬設(shè)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(hù)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(jì)算，曲線梁按198kN/m計(jì)算。則：</p><p><b>　　=。</b></p><p><b>　　2、活載</b></p><p>　　列車豎向活載縱向計(jì)算分別采用ZK標(biāo)準(zhǔn)活載。</p><p><b>　　恒載圖示：</b></p><p&

15、gt;　　圖2 恒載作用簡(jiǎn)圖（尺寸單位：mm）</p><p><b>　　四、設(shè)計(jì)步驟</b></p><p>　　1.支座反力的確定：</p><p>　　根據(jù)提供的上部結(jié)構(gòu)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(jì)算四個(gè)支座的支座反力，再把荷載計(jì)算到承臺(tái)底面形心處。</p><p>

16、;　?。?）基底以上墩及土的重量和的計(jì)算</p><p><b>　　墩臺(tái)自重G的計(jì)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(gè)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>　?。?）附加力</b></p><p><b>　　計(jì)算公式：</b></p><p>　　式中：—風(fēng)荷載強(qiáng)度（Pa）；</p><p>　　—基本風(fēng)壓值（Pa），查規(guī)范取550Pa；</p><p&g

19、t;　　—風(fēng)載體型系數(shù)，L/b=2.19取1.1；</p><p>　　—風(fēng)壓高度變化系數(shù)，取1.0；</p><p>　　—地形、地理?xiàng)l件系數(shù)，取1.0。</p><p>　　橋上有車時(shí)按上式值的80%計(jì)算。</p><p><b>　　頂帽風(fēng)力</b></p><p><b>　　迎

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

21、t;p>　　墩身風(fēng)力=67.4×0.484=32.62kN</p><p>　　對(duì)基底產(chǎn)生的矩為：32.62×8=292.96kN?m</p><p>　　總的縱向風(fēng)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(hào)：</b></p><p>　　圖3 支座編號(hào)（橫向）簡(jiǎn)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(jiǎn)圖（尺寸單位：mm）</p><p><b>　　列車活載動(dòng)力系數(shù)：</b></p><p>　　，—結(jié)構(gòu)計(jì)算跨度，單

23、位m</p><p><b>　　本設(shè)計(jì)：</b></p><p><b>　　此時(shí)支座反力計(jì)算：</b></p><p><b>　　左跨部分：</b></p><p><b>　　由對(duì)稱性：</b></p><p>　　此時(shí)荷載

24、計(jì)算到承臺(tái)底面形心處:</p><p>　　圖5 兩孔重載時(shí)承臺(tái)地面受力簡(jiǎn)圖</p><p>　　—對(duì)應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)，上部結(jié)構(gòu)傳至承臺(tái)底部的豎向力；</p><p>　　—基底以上基礎(chǔ)、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(jiǎn)圖（尺寸單位：m

25、m）</p><p><b>　　此時(shí)支座反力計(jì)算：</b></p><p><b>　　左跨部分：</b></p><p><b>　　由對(duì)稱性： </b></p><p><b>　　右跨部分：</b></p><p><

26、b>　　由對(duì)稱性：</b></p><p>　　此時(shí)荷載計(jì)算到承臺(tái)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(fēng)力產(chǎn)生的偏心矩。</p><p>　　圖7 單孔輕載時(shí)承臺(tái)底面受力簡(jiǎn)圖</p><p><b>　　基礎(chǔ)的選擇與檢算&l

27、t;/b></p><p><b>　?。?）選定樁基類型</b></p><p>　　考慮樁基為低承臺(tái)，采用鉆孔灌入樁，確定設(shè)計(jì)為端承樁。</p><p>　　（2）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(shè)計(jì)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(qiáng)分化砂巖層為持力層，樁端進(jìn)入持力層的臨界深度為1.5d=1.5m，即樁端進(jìn)入持力層要大于1.5m，從承臺(tái)底面到粗砂中密層底部深度為19.10m，則取樁長(zhǎng)l=22m。樁底標(biāo)高12.13m，進(jìn)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(shè)計(jì)值；</p><p><b>　　—經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。</b></p><p>　　由教

30、材表5-6查得樁的極限側(cè)阻力的標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)值為：</p><p>　　強(qiáng)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(shí)取n=6根，驗(yàn)算后作必要調(diào)整。</p><

32、p>　　擬定承臺(tái)底面平面形狀及尺寸</p><p>　　查《鐵路橋規(guī)》，當(dāng)時(shí)，最外一排樁至承臺(tái)底板邊緣的凈距不得小于0.5d（設(shè)計(jì)樁徑）且不得小于0.25m，且鉆孔灌注樁中心距不應(yīng)小于2.5成孔樁徑，滿足樁間距和和承臺(tái)邊到樁凈距的前提下得到樁在承臺(tái)底面的布置情況，如下圖（單位：cm）：</p><p>　　圖9 樁在承臺(tái)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(lái)的壓力將相互重疊。</p><p><b>　　樁與承臺(tái)連接方式</b></p><p>　　采用主筋伸入式，樁伸入承臺(tái)板內(nèi)10cm，具體配筋見后面詳述。</p><p><b>　　求R和樁數(shù)檢驗(yàn)</b></p><p>　　

34、計(jì)算考慮群樁效應(yīng)下的基礎(chǔ)豎向承載力設(shè)計(jì)值R并檢驗(yàn)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(cè)阻、端阻群樁系數(shù)。這兩個(gè)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(shí)應(yīng)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(tái)底的土抗力群樁效應(yīng)系數(shù)。這個(gè)系數(shù)可按式5-70計(jì)算。首先求出承臺(tái)內(nèi)區(qū)、外區(qū)的凈面積 和承臺(tái)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(tái)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(tái)高度h為2m，則承臺(tái)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(shè)計(jì)值為</p><p>　　按式（5-6

37、1），基樁最大和最小豎向壓力設(shè)計(jì)值為</p><p>　　基樁豎向抗壓承載力驗(yàn)算</p><p>　　基礎(chǔ)偏心受壓時(shí)，驗(yàn)算時(shí)要同時(shí)滿足式（5-72）和式（5-73）兩個(gè)條件，設(shè)計(jì)樁基的安全等級(jí)為一級(jí)，則建筑基樁重要性系數(shù)=1.2。驗(yàn)算如下</p><p>　　兩項(xiàng)驗(yàn)算均滿足要求。</p><p><b>　　水平承載力檢驗(yàn)</

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(yàn)算基樁的水平承載力。</p><p><b>　　承臺(tái)抗沖切驗(yàn)算</b></p><p>　　設(shè)計(jì)承臺(tái)厚2.0m，沖切破壞錐體的有效高度。</p><p>　　柱對(duì)承臺(tái)的沖切驗(yàn)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(shè)計(jì)值；</p><p>　　—承臺(tái)混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；</p><p>　　—沖切破壞錐體有效高度中線周長(zhǎng)；</p><p>　　—承臺(tái)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(tái)變階處到樁邊的水平距離；當(dāng)時(shí)，?。划?dāng)，取，滿足0.2~1.0；</p><p>　　F—作用于柱或墻底的豎向荷載設(shè)計(jì)值；</p><p>　　—沖切破壞錐體范圍內(nèi)各基樁的凈反力（不計(jì)承臺(tái)和承臺(tái)上土自重）設(shè)計(jì)值之和。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)一級(jí)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(tái)混凝土選用C30，抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，則</p><p><b>　　滿足要求。</b></p&g

42、t;<p>　　承臺(tái)底面形心處的位移計(jì)算</p><p><b>　　設(shè)計(jì)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(jì)算</b></p><p><b>　　樁的

43、計(jì)算寬度：</b></p><p><b>　　計(jì)算基礎(chǔ)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(jì)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(jì)算。</p><p><b>　　計(jì)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(jì)算承臺(tái)剛性系數(shù)</b></p>

46、;<p>　　對(duì)于低承臺(tái)樁基，承臺(tái)完全處于軟塑砂粘土中，因此，承臺(tái)的計(jì)算寬度為：</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　∴</b></p><p>　　計(jì)算承臺(tái)底面形心處的位移a，b，β</p><p>　　樁基為豎直樁基，樁群對(duì)稱布置，，則有：</

47、p><p>　　由上式得承臺(tái)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(jì)算）</p><p>　　將樁群

48、看作一個(gè)實(shí)體基礎(chǔ)，則實(shí)體基礎(chǔ)為一臺(tái)體，臺(tái)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(cè)土重：</b></p><p><b>　　承臺(tái)重：</b></p><p><b>　　承臺(tái)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(jié)構(gòu)在土面處的位移（按一孔輕載）</p><p>　　在《橋規(guī)》中查m、m0時(shí)，只適用于結(jié)構(gòu)在地面處的最大位移為

50、6mm，若超過(guò)6mm就不能采用“m”法進(jìn)行計(jì)算，故需要對(duì)樁在土面處的位移進(jìn)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(jì)算</p><p>　　樁身截面配筋設(shè)計(jì)（一孔重載）</p><p><b>　　樁身彎矩計(jì)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(jì)算如下：</b></p><p><b>　　由表知：</b></p><p><b>　　計(jì)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(jì)算長(zhǎng)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(chǔ)配筋</b></p><p>　　根據(jù)灌注樁構(gòu)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(hù)層不應(yīng)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(jí)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(jí)鋼筋，，取凈保護(hù)層厚度，采用對(duì)稱配筋，則主筋凈距為：</p><p><b>　　，符合要求。</b></p><p>　　樁與承臺(tái)的聯(lián)結(jié)方式為主筋伸入式，樁身伸入承臺(tái)板0.1m，主筋伸入承臺(tái)的長(zhǎng)度（算至彎鉤切點(diǎn)）對(duì)于光圓鋼

55、筋不得不小于45倍主筋直徑（即810mm），取900mm,主筋應(yīng)配到4/α處以下2m處（約為11.55m）,取其長(zhǎng)度為12m，則主筋總長(zhǎng)為13m。箍筋采用Φ8@200mm，為增加鋼筋籠剛度，順鋼筋籠長(zhǎng)度每隔2m加一道φ18的骨架鋼筋。</p><p>　　樁身截面配筋如設(shè)計(jì)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(gòu)件</b></p><p><b>　　應(yīng)力檢算</b></p>&l

57、t;p>　　小偏心構(gòu)件，全截面受壓，則</p><p><b>　　應(yīng)力合格</b></p><p><b>　　穩(wěn)定性檢算</b></p><p><b>　　樁計(jì)算長(zhǎng)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(shè)計(jì)結(jié)果應(yīng)表示為施工圖。圖紙統(tǒng)一用標(biāo)準(zhǔn)A3圖幅（297mm420mm）。標(biāo)題欄的形式如下：</p><p>　　標(biāo)題欄長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為150mm，左起第一欄長(zhǎng)100mm，第二欄和第三欄各長(zhǎng)25mm；高度設(shè)計(jì)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(chǔ)結(jié)構(gòu)圖；</b></p><p><b>　　2. 基礎(chǔ)配筋圖。</b></p><p>　　各圖紙應(yīng)包括圖紙說(shuō)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(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)．建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范，GB 5000