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1、基础工程课程设计题目:铁路桥墩桩基础设计指导教师:郑国勇姓名:专业:学号:2019年9月28日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M8530kN，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、
2、顶帽、托盘采用C40钢筋混凝土，墩身采用C30混 凝土，桩身采用C30混凝土。4. 地质及地下水位情况：土层平均重度Y=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+53.483m，墩底+ 35.81。6. 风力：w=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=18629.07kN, H=341.5kN，M= 4671.75kNm双线、纵向、一孔重载：N=17534.94kN，H=341.5kN，M=4762.57kNm2. 墩顶外力：双线、纵向、一孔重载：H=253.44 kN,
3、M =893.16 kNm。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(计算机绘图)一张四. 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。图
4、1桥墩及承台尺寸示意图基础工程课程设计计算说明书铁路桥墩桩基础设计1.铁路桥墩桩基础设计中所依据规范有铁路桥涵地基和基础设计规范TB1002.5混凝土结构设计规范GB50010-2019铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范TB1002.3-992 .铁路桥墩桩基础设计内容及步骤 收集资料 拟定桩的尺寸及桩数 承台底面形心处的位移计算 墩身弹性水平位移计算 承载力、位移、稳定性、抗裂性检算及桩身截面配筋设计 绘制桩基础布置及桩身钢筋构造图一、拟定基桩尺寸及桩数1、承台及桩身采用C30混凝土。2、设计桩径取d = 1.0m，钻孔灌注桩；钻孔机具为100cm旋转钻机。3、考虑选择较硬土层作为
5、桩端持力层（强度较高、压缩性较低的粘性土、 粉土、中密或密实的砂土、砾石土以及中风化或微风化的岩层，是常用的桩端持 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l=40m，标高为-6.69m处，桩端进入持力 层深度为3.18m。4、确定桩数n： n = hZ N/P，其中p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】：H=2 U fl + mo Ala 其中A = ： d 2 = 0.785m 2（A按设计桩径计算），U =兀x （1.0 + 0.05） = 3.299m （U按成孔桩径计算，旋转钻成孔桩径比设计
6、桩径增大3050mm），f为钻孔灌注桩极限摩阻力。第2页查基础工程表621，得:软塑砂粘土：11 = 5.5m，f = 45 KPa ；粉砂：1 = 9.5m2 ，f2 = 40 KPa ；淤泥质砂粘土：l = 1.4m ，3f3 = 25 KPa ；细砂（中密）：l = 23.4m，4f4 = 60 KPa ；粗砂（中密）：l = 3.18m，f5 = 80 KPa ；查基础工程表620，取m0= 0.4 ；查桥规表4.1.24.1.2-9，中 密粗砂 L = 4 3 0P ；查桥规表 4.1.3，k 2 = 5，k = 2.5 ；y 2 = 20 -10 = 10 KN / m 3。当 l
7、10d 时，ln=b + k y（4d 一3）+ 6k y d，则：取 r = 1.5 顶 n = 1.5昏= 1.5x 18629.07 = 6.941，取 n=8 根。Ip4026.145二、确定桩在承台底面的布置1、承台尺寸采用图1中所示尺寸。2、查桥规知，当d 1m时，最外一排柱至承台底板边缘的净距不得小 于0.3d且不得小于0.5m，且钻孔灌注桩的桩中心距不应小于3d，根据承台尺寸 及以上布桩原则，桩的分布如下图所示：图2.桩的布置图三、承台底面形心处位移计算1、设计荷载承台底外力合计双线、纵向、二孔重载：N=18629.07kN，H=341.5kN，M=4671.75kN-m双线、
8、纵向、一孔重载：N=17534.94kN，H=341.5kN，M=4762.57kN-m墩顶外力双线、纵向、一孔重载：H=253.44 kN, M =893.16 kNm。2、承台底面形心处位移a,b, B桩的计算宽度b0和变形系数a由 b = kk k d ,对于圆截面桩：k = 0.9 , k =,取h = 3(d +1) = 6m ,o f 0f0 d 1与外力作用面相互平行的平面内桩间净距为： = 4m 0.6hi = 3.6m,取k = 1.0。冗 d 4 冗X 14贝V b0 = 1.0x 0.9 x(1 + 1J= 1.8m , I = - = 6 = 0.0491m4桩截面的受
9、挠刚度为：C30混凝土 E = 3.00 x 107 Pa假定为弹性桩，承台底面下深度为气广2(d +1) = 2xG.05 + 1)=4.1m，为软塑砂粘土和粉砂，查基础工程表6-7,取m1 = 7000KN /m4, m2 = 8000KN /m4 ；K = 33.31 - 30.79 = 2.52m , h2 = 4.1 - 2.52 = 1.58m ；等效面积法换算地基系数：m = mh + m2(2, + h)七=7000x 2.522 + 8000x (2 x 2.52 +1.58) x 1.58 = 7622 2KN= h241*m则基础变形系数：a =5：虬=7622.2X 1
10、.8 = 0.41043 EI51.1781 x 106桩的换算入土深度：al = 0.41043x 40 = 16.417m 2.5m，假设成立，按弹性 桩计算。单桩桩顶刚度设计桩为钻孔灌注桩，所以& =0.5，且10 = 0 , l = 40m查基础工程表6-7，粗砂层取m0= 2.5 x 104 KN/m4c0 = m0l = 2.5 x 104 x 40 = 1.0x 106 KN/m3,28。小28。d = d + 2l tan= 1 + 2 x 40 x tan= 10.823m 4m，取 d = 4m0440查基础工程表 6-15 得：Y = 1.064, Y = 0.985,
11、= 1.484则：p2 =a3EIY = 0.410433 x 1.0x 106 x 1.064 = 7.3563x 104 KN/m承台刚度系数桩对称布置： 计算 Y , Y , Y , Y aa 邓 阮 pp承台计算宽度B = b +1 = 11.2 +1 = 12.2m 0承台处于耕地软塑砂粘土中，m = 7x 103KN/m4,C - h1-75x104 x 25Y =Y + B x h = 5.885x105 +12.2x = 8.55375x105KN/maa aa 022Y =r =y + B Chh2 =13.2744x105 +12.2xm0、郁=-11.05x105KN/m
12、aPPaaP 0 66Y =y + B - Ch = 587.228x105 +12.2x1.75x10 x作=590.008x105KN/mPP PP 01212承台底面形心处位移计算（单重、双重分别计算）双线、纵向、二孔重载下：N=18629.07KN, H=341.5KN, M=4671.75KNm,& 18629)7b= 2.162x10-3 mY8.616x10bb590008x10)x3415+11.05x10)x467178.55375(10 x59000&1O t1L05x1O=0.514x103 m=0.888k104 rad* pHy潴乙Y Y Y 2a PP akP=Y
13、aMY，pH = 8.55375dO x467175+1105x10 x341Y Y Y 28.55375dO x59000&1O 11105x10aa PP aP双线、纵向、一孔重载下：N=17534.94KN, H=341.5KN, n1753494b = 2.035x10-3 mY 8.616x106 bbY 乙 H-Y LmW PY 日P Y 工M Y、乙H Yy Y 2 aa PP 邓M=4762.57kNm59Q008x 105 x341.5+11.05x105 x476257“X= 0.516x10-3 m 11.05x10 8.55375x105 x 59Q008x105 8.
14、55375x105 x476257+11.05x105 x 341.5，fX = 0.9038x10-4 rad 8.55375x105 x590008x105 11.05x1052四、托盘底面水平位移8及转角,，计算d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，每部分 高度相同，基本风荷载强度3= 800KPa，桥上有车时风荷载强度采用0.8，纵 向水平风力等于风荷载强度乘以受风面积。1、Z h和纵向风力引起的力矩(活载偏心所引起的弯矩已计入M中)墩帽所受风力：H 墩帽=7.5 x 0.6 x 0.8 x 0.8 = 2.88 KN托盘所受风力：H托盘=9以xl.5x0.8x0.8 = 62KN托盘风力合力作用点位置距下边缘距离为X，则：图3.墩身受风面积分割图墩身各部分(梯形)形心轴距下边缘的距离计算公式为： = 3(a + b)，其中a为下边长度，b为上边长度。算例：1-2 段所受水平风力：H = 9 + 6.02 x 3 x 0.8 x 0.8 = 11.4432 i-22_3x (6.02+ 2x5.9)1-2段形心轴距2-2截面的距离：七-2 = 3x(6.02+5.9) =1.495其他部分墩身所受风力及各截面弯矩值计算
