某大学桥梁基础工程课程设计.docx

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1、桥梁基础工程课程设计姓 名：xxx学 号：xxx班 级：xxx指导老师：xxx设计时间：xxx目录第一章概述1第一节 工程概况和设计任务1第二节 工程地质和水文地质资料6第三节 设计依据7第二章基础类型的比选8第三章浅基础的设计与检验9第一节地基持力层的选择9第二节荷载计算9第三节浅基础承载力检算13第四节地基沉降的检验15第四章 桩基础方案设计17第一节 地基持力层的选择17第二节 荷载计算17第三节 基础尺寸的拟定23第五章桩基础技术设计26第一节桩基础的平面分析26第二节横向荷载下单桩的内力和位移计算30第三节 桩身截面配筋34第三节 单桩轴向承载力检算36第四节 墩台顶的水平位移检算3

2、6第五节 群桩基础的承载力和位移检算3739第六节 单桩基底最大竖向应力及侧面土抗力检算38第七节 群桩的沉降检验.第六章初步组织施工设计43第一节 基础的施工工艺流程44第二节 主要施工机具46第三节 主要工程数量和材料用量48桩基础附图第四节 保证施工质量的措施50第一章 概述第一节 工程概况和设计任务1、 工程名称某I级铁路干线上的特大桥（单线）。2、 桥跨及附属结构桥跨由38孔32m后张法预应力混凝土梁【图号：专桥（01）2051】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

3、跨中纵断面示意如图11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，全桥总布置见图12。 图11桥梁跨中纵断面示意图图12全桥总布置图3、 支座及墩台桥墩采用圆端形桥墩【图号：叁桥（2005）4203】和空心桥墩【图号：叁桥（2005）4205】2种，其中1#6#、33#37#采用圆端形桥墩，7#32#采用空心桥墩。圆端形桥墩支承垫石采用C40钢筋混凝土，顶帽采用C30钢筋混凝土，墩身采用C30混凝土，圆端形桥墩构造图见图13。空心桥墩支承垫石采用C40钢筋混凝

4、土，顶帽采用C30钢筋混凝土，墩身采用C30混凝土，空心桥墩构造图见图14。桥梁支座采用SQMZ型铸钢支座【图号：通桥（2006）8057】，支座铰中心至支承垫石顶面的距离为40cm。4、 本人承担的基础设计任务 本人承担第五号桥墩的设计与检算。主要设计为浅基础和桩基础，并进行方案的比选，从中选出一个经济可行的最佳方案。桥墩为实心圆端形桥墩，地面标高为1156.21m，线路桥面的标高为1178.12m。图13圆端形桥墩构造图图14空心桥墩构造图第二节 工程地质和水文地质资料1、 工程地质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

5、1500m，地形起伏大，相对高差100200m，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，各桥位的地层分布详见钻孔柱状图（图15为22号桥墩所在图）。各地层的主要物理、力学参数见表11。场地勘察未发现滑坡、岩溶、断层、破碎带等不良地质现象。表11地层的主要物理、力学参数注：W4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。新黄土不需要考虑湿陷性。2、 水文地质本区蒸发量远大于降水量，为贫水地区，

6、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。第三节 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（TB10

7、002.3-2005）（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）桥梁基础工程课程设计指导书（6）桥梁基础工程，西南交通大学岩土工程系编第二章 基础类型的比选根据荷载的大小和性质、地质和水文地质条件、料具的用量价格（包括料具的数量）、施工难易程度、物质供应和交通运输条件以及施工条件等等，经过综合考虑后决定以下四个可能的基础类型，进行比较选择，采用最佳方案。表2.1 方案比较表基 础 类 型方 案 比 较浅基础一般指基础埋深小于基础宽度或深度不超过5m的基础。建筑物的浅平基多用砖、石、混凝土或钢筋混凝土等材料组成，因为材料的抗拉性能差，截面强度要求较高，埋深较小，用料省，无

8、需复杂的施工设备，因而工期短，造价低，但只适宜于上部荷载较小的建筑物。低承台桩基稳定性较好，但水中施工难度较大，故多用于季节性河流或冲刷深度较小的河流，航运繁忙或有强烈流水的河流。位于旱地、浅水滩或季节性河流的墩台，当冲刷不深，施工排水不太困难时，选用低承台桩基有利于提高基础的稳定性。高承台桩基当常年有水，且水位较高，施工不易排水或河床冲刷较深，在没有和不通航河流上，可采用高承台桩基。有时为了节省圬工和便于施工，也可采用高承台桩基。然而在水平力的作用下，由于承台及部分桩身露出地面或局部冲刷线，减少了及自由段桩身侧面的土抗力，桩身的内力和位移都将大于低承台桩基，在稳定性方面也不如低承台桩基。沉井

9、沉井基础占地面积小，施工方便，对邻近建筑物影响小，沉井内部空间还可得到充分利用。沉井法适用于地基深层土的承载力大，而上部土层比较松软，易于开挖的地层。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，地下水及地表水对普通混凝土不具侵蚀性。五号桥墩所处位置无流水，施工较容易，综合以上原因所以不采用高承台桩基础和沉井基础，优先选用浅基础和低承台桩基础进行检算。考虑到打入桩适用于稍松至中密的沙类土、粉土和流塑、软塑的粘性土；震动下沉桩适用于沙类土、粉土、粘性土和碎石类土；桩尖爆扩桩硬塑粘性土以及中密，密实的沙类土、粉土；钻孔灌注桩可用于各类土层，岩层；挖孔灌注桩可用于无地下水或少量地下

10、水的土层。根据地质条件，这里将桩基础拟选用钻孔灌注桩，选用摩擦桩。第三章 浅基础的设计与检验第一节 地基持力层的选择一、 地基持力层的确定持力层的选取应该分为两步，第一步选取最小的持力层埋深（考虑持力层的性质、水流的冲刷、冻结等）；第二步从最小埋深中选择一个埋深较浅，压缩性较好的土层作为持力层。本桥墩处地下水位在地下40m左右，选择的持力层不必那么深，所以暂时不考虑冲刷的影响。按照铁路桥涵地基和基础设计规范（TB10002.5-2005）规定：一般情况下基础的最小埋置深度为2m。同时考虑到持力层土体为新黄土，承载力较小，所以选择埋深为4.5m。做三层台阶，每层1.5m。最上面的刚性角取35度，

11、下面两层为45度。那么基础底面为13.5m 11.1m 的矩形面。整个桥墩的高度（顶面到底面）为21.91m。图3-2 基底土层情况图图3-1 浅基础布置图第二节 荷载计算一、 主力计算1、 恒载（1）由桥跨传来的恒载压力等跨梁的桥墩，桥跨通过桥墩传至基底的恒载压力N1为单孔梁重及左右孔梁跨中间的梁上线路设备、人行道的重量，即 NI =2276+35.5 (32.6+0.1) = 3436.85kN（2）顶帽重量图3-3 顶帽布置图顶帽体积V2-1 =120.352=1.4m3 V2-2= 4.22+5.92.7+ 0.05=0.59m3V2-3= 62.8+5.92.7+ 0.05=0.82

12、 m3V2-4=0.42.86=6.72m3V2-5= 5.62.4+2.14.5+ 1.4=15.94m3V2=25.477 m3顶帽重量N2 =钢筋混凝土V2=2525.477=636.92kN（3）墩身重量墩身体积V3-1 =(2.42.1+2.43.036)19.66/2=128.25m3 V3-2=V大圆锥- V小圆锥=102.963 m3V3=231.214 m3图3-4 墩身布置图墩身重量N3 =钢筋混凝土V3=23231.214=5317.92kN（4）基础重量承台体积V4=(7.55.1+10.58.1+13.511.1)1.5=409.72m3承台重量N4 =钢筋混凝土V4

13、=23409.725=9423.68kN（5）基础台阶上土体重量台阶上土体体积V5=13.511.13-7.55.11.5-10.58.11.5=264.6m3台阶上土体重量N5 =土V5=15.5264.6=4101.3kN（6）水浮力由于没有水的影响，所以没有浮力作用。（7）作用在基底上的恒载 N恒=N1+N2+N3+N4+N5=3436.85+636.92+5317.92+9423.68+4101.3=22916.67kN2、 活载（1）列车竖向静活载a、单孔重载：根据M=0，可得支点反力R1为 R1=1/329225.2(25.2/2-0.35)+2205(32.7-0.35-3)=1

14、896.42kN作用在基底上的竖向活载为 N活I=RI=1896.42kN令基底横桥方向中心轴为x-x轴，顺桥方向中心轴的y-y轴，则R1对基底x-x的力矩M活I为 M活I=0.351896.42=663.75kN?mb、单孔轻载：根据M=0，可得支点反力R2为 R2=1/329225.2(25.2/2-0.35+7.5)+2205(3-0.35)=1521.98kN作用在基底上的竖向活载为 N活2=R2=1521.98kNR2对基底x-x的力矩M活2为 M活2=0.351521.98=532.69kN?mc、 双孔重载：根据 = 确定最不利荷载位置x，本桥梁为等跨梁，故G1=G2，G1和G2

15、分别为左右两跨上的活载重量， G1=2205+92(32.7-7.5-x)=3418.4-92x G2=92(30-32.7+7.5+x)+8032.7-30-(32.7-7.5-x)=2673.5+12x由G1=G2得x=7.162m。则支点反力R3、R4R3= 52209.812+9218.03823.331=1547.2kNR4= 9211.96226.369+8020.73810.019=1426.3kN作用在基底上的竖向活载为 N活3=R3+R4=1547.2+1426.3=2973.52kN M活3=0.35(1547.2-1426.3)=42.32kN?md、双孔空车荷载：支点反

16、力R5=R6=1/232.710=163.50kN作用在基底上的竖向活载为 N活4=R5=R6=163.52=327kN R5、R6对基底的力矩M活4=0。（2）离心力直线桥离心力为0。（3）横向摇摆力横向摇摆力取为100kN，作为一个集中荷载取最不利位置，以水平方向垂直线路中心线作用于钢轨顶面。（4）活载土压力 桥墩两侧土体已受扰动，活载土压力为0。二、 附加力计算（1） 制动力（或牵引力）a、 单孔重载与单孔轻载的制动力（或牵引力） H1=10%2205+92(32.7-7.5)=341.84kNH1对基底x-x轴的力矩：MH1=341.84(4.5+21.91+0.4)=9164.73k

17、N?mb、 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）H2-1=10%2205+92(32.35-7.5-6.81)100%=275.97kN右孔梁为滑动支座传递的制动力（或牵引力）H2-2=10%8032.7-(30-18.39)+9230-(32.7-7.5-6.81)50%=137.98kN传到桥墩的制动力（或牵引力）H2=275.97+137.98=413.95KN341.84kN故双孔重载时采用的制动力（或牵引力）为H2=341.84kNH2对基底x-x轴的力矩：MH2=341.84(1181.25-1122.72+0.192+2)=9164.73kN?m（

18、2） 纵向风力风荷载强度：W=K1K2K3W0=1.111.2800=1.06kPa 其中K1根据长边迎风的圆端形截面L/b1.5,由课本表28查得为1.1，K2根据轨顶离地面的高度小于20m，取K2=1，K3根据桥址所处地形为构造剥蚀山区，河谷阶地，河流峡谷区，所以K3取1.2。顶帽风力： H3-1=WA=11.32kN H3-1对基底xx轴的力矩MH3-1为 MH3-1=11.32(0.5+19.55+4.5)=279.15kN?m墩身风力 H3-2=WA=102.77kN H3-2对基底xx轴的力矩MH3-2为 MH3-2=102.767(19.66/2+3)=1318.50kN?m纵向

19、风力在承台底产生的荷载H3=H3-1+H3-2=11.32+102.767=114.09kN MH3=MH3-1+MH3-2=279.15+1318.5=1597.65kN?m（3）流水压力表3.1浅基础底面荷载统计表 因为该桥墩不处于水流中，所以流水压力为0活载布置图示单孔重载双孔重载单位N(kN)H(kN)M(kN.m)N(kN)H(kN)M(kN.m)主力恒载22916.70.00.0022916.70.00.0活载1896.40.0663.82973.50.042.3附加力制动力0.0341.89164.70.0341.89164.7风力0.0114.11597.60.0114.115

20、97.6第三节 浅基础承载力检算一、 地基强度检算（1）地基承载力的修正 = 0+k11(b-2)+ k22(h-3)=150+0+1.515.5(4.5-3) =184.88kPa（2）基底截面特性基底面积A=11.113.5=149.85m2截面模量W = =277.22m3（3）作用在基底上得荷载单孔重载：N=22916.672+1896.42=24813.09kNM=663.75+9164.73+1597.65=11426.13kN?mmax= + =165.586+41.217=206.803 0kPa双孔重载：N=22916.672+2973.52=25890.19kNM=663.

21、75+9164.73+1597.65=10804.70kN?mmax= + =172.774+38.97=211.744 0kPa二、 基底偏心距检算采用主力+附加力、单孔轻载、常水位：N=22916.672+1521.98=24438.65kNM=532.69+9164.73+1597.65=11295.07kN?me=0.6=0.6 =1.11me = =0.461.5 满足基础滑动稳定性要求（2） 抗倾覆的检验：Kc= = =16.081.3 满足基础倾覆稳定性要求第四节 地基沉降的检验采用恒载分层总和法求解hc=b(2.5-0.4lnb)=11.1(2.5-ln11.1)=17.1m，

22、hmax=0.4b=4.4m共分成五层，第一层为新黄土(3.4m)；第二层为新黄土(3.5m)；第三层为新黄土(3.5m)；第四层为W3泥岩(3.3m)；第五层为W3泥岩(3.4m)。N恒载=22916.672kNP0= - h=152.93-4.515.5=83.13kPaa= =6.75m，b= =5.55m 表3.2浅基础沉降计算表层次深度(zi)i(,)zii-zi-1i-1(zii-zi-1i-1)(zii-zi-1i-1)13.4m0.24340.827637.211mm26.9m0.21980.689130.983mm310.4m0.18830.441719.860mm413.7

23、m0.16380.28570.792mm517.1m0.14320.20470.568mm89.414mm偏于安全取修正系数为s=0.685Sz=s=61.25mm341.84kN故双孔重载时采用的制动力（或牵引力）为 H2=341.84kNH2对基底x-x轴的力矩：MH2=341.84(1181.25-1122.72+0.192+2)=9164.73kN?m（2）纵向风力风荷载强度W=K1K2K3W0=1.111.2800=1.056kPa 其中K1根据长边迎风的圆端形截面L/b1.5,由西南交通大学岩土工程系版桥梁基础工程表28查得为1.1，K2根据轨顶离地面的高度小于20m，取K2=1，

24、K3根据桥址所处地形为构造剥蚀山区，河谷阶地，河流峡谷区，所以K3取1.2。顶帽风力 H3-1=WA=11.32kN H3-1对基底xx轴的力矩MH3-1为 MH3-1=11.32(0.5+19.55+4.5)=279.15kN?m墩身风力 H3-2=WA=102.767kN H3-2对基底xx轴的力矩MH3-2为 MH3-2=102.767(19.66/2+3)=1318.5kN?m纵向风力在承台底产生的荷载H3=H3-1+H3-2=11.32+102.767=114.087kN MH3=MH3-1+MH3-2=279.15+1318.5=1597.65kN?m（3）流水压力 因为该桥墩不处

25、于水流中，所以流水压力为0。表4.1桩基础底面荷载统计表四、 荷载组合活载布置图示单孔重载双孔重载单位N(kN)H(kN)M(kN.m)N(kN)H(kN)M(kN.m)主力恒载13071.70.000.0013071.70.000.00活载1896.420.00663.752973.520.0042.32附加力制动力0.00341.849164.730.00341.849164.73风力0.00114.081597.650.00114.081597.65（1）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。（2）墩台顶的水平位移检算最不利荷载组合为纵向主+附，单孔重载或双孔重载。（3

26、）桩身截面配筋检算最不利荷载组合为纵向主+附，单孔重载。（4）群桩基础承载力检算最不利荷载组合为纵向主+附，双孔重载。第三节 基础尺寸的拟定一、 承台尺寸确定墩身底面尺寸：5.443.04。承台平面尺寸：108。承台厚度：承台采用C30混凝土，厚度定为2m。承台底面标高：1178.12-21.91-2=1154.21m。承台底面入土：1156.21-1154.21=2m。二、 桩长和桩径钻孔灌注桩的设计桩径一般采用0.8m、1.0m、1.25m、1.5m，不宜小于0.8m.这里初步拟定桩径为1.5m。初步拟定桩长为18m。三、 确定桩数及其平面布置 1、 单桩轴向容许承载力的确定p= Ufil

27、i+m0A 选择冲击锥，成孔桩径1.5+0.08=1.58m，U=1.583.14=4.96m各土层极限摩阻力：新黄土 f1=60kPa，l1=8.4m，W3泥岩 f2=100kPa，l2=9.6m，钻孔灌注桩桩底支撑力折减系数m0，由于W3泥岩土质较好，但考虑上覆较厚的新黄土可能坍塌，经查西南交通大学岩土工程系版桥梁基础工程表38，取为0.5。h10d，所以=0+k22 (4d-3)+ k22 (6d)，W3泥岩参数按碎石取，物理状态为中密，所以地基允许承载力深度修正系数k2=5，k2= k2=2.5。A=d2/4=1.77m2 = =17.9kN=0+k22 (4d-3)+ k2(6d)=

28、400+517.9(41.5-3)+2.517.9 (61.5)=1071.25kPap= Ufili+m0A=0.54.96608.4+1009.6+0.51071.251.77=4578.78kNN恒=3436.85+636.92+5317.92+232108=13071.69kN作用于承台底面的最大竖向力N=N恒+N活=13071.69+2973.52=16045.21kN估算桩数n= = =4.21，取n=6。钻孔灌注摩擦桩的中心距不应小于2.5倍成孔直径，2.5d=3.75m。各类桩的承台板边缘至最外一排桩的净距当桩径d1m时，不得小于0.5d，且不得小于0.25m；当桩径d1m时，

29、不得小于0.3d，且不得小于0.5m。对于钻孔灌注桩，d为设计桩径。布桩形式和承台尺寸图第五章 桩基础技术设计第一节 桩基础的平面分析一、 b0、m、的确定b0=0.9(d+1)k桩间净距l0=2.25m，计算深度h0=3(d+1)=7.5m，n=3，C=0.5 k=C+1-C0.6?l0h0=0.5+0.52.250.67.5=0.75b0=0.9(1.5+1)0.75=1.69m假设为弹性桩，hm=2(1.5+1)=5m在5m范围内只有一层新黄土。所以m=10000kN/m4C30受压弹性模量Eh=3.2107kPaI=d4/64=0.25m4，EI=0.8EhI=6.4106kN?m=

30、= =0.31h=6.84m2.5m，所以应按弹性桩设计。二、 单桩刚度系数计算钻孔灌注桩=0.5，桩在地面以上长度l0=0m；桩在地面以下长度l=18m；内摩擦角取所穿越土层平均值= =33.13d0 = d+2ltan =1.5+218 tan =6.743.75m故A0= d20 =11.04m2C0=mh= 5000018=90000kN/m31= =3.48106kN/ml0=0，l=0.3818=6.844查表得YQ=1.064，YM=0.985，M=1.4842=3 EIYQ =0.3136.41061.064=3.74105kN/m3=2 EIYM =0.3126.41060.

31、985=9.10105kN/m4=EIM =0.316.41061.484106=3.61106kN/m三、 群桩刚度系数计算B0=B+1=10+1=11mh=2，Ch=210=20MPa/mbb=n1=63.48106=2.088107 kN/maa=n2+ =63.74105+ =2.46106 kN/ma=-n3+ =-69.10105+ =-5.313106 kN/m=n4+n1x2+ =63.61106+43.481063.752+ =2.176108 kN/m 四、 桩顶位移及次内力计算1、 荷载组合为纵向主+附，双孔重载竖向力N=13071.69+2973.52=16045.21

32、kN 水平力H=341.84+114.09=455.93kN对承台x-x轴力矩M=8310.13+1466.58+42.32= 9819.03kN?m（1）计算承台位移 承台竖向位移b0= = = 7.6810-4m 承台水平位移a= = =2.9910-4m 承台转角= = =5.2410-5rad（2）计算桩顶位移及内力 桩顶竖向位移b1i=b0+x1i=7.6810-4+3.755.2410-5=9.6410-4mb2i=b0+x2i=7.6810-4-3.755.2410-5=5.7110-4m 桩顶水平位ai=a=2.9910-4m 桩顶转角i=-=-5.2410-5rad 桩顶处轴

33、向力 Ni = -1x1i= -3.755.2410-53.48106=1990.4kNNi = = =2674.2kNNi = +1x1i= +3.755.2410-53.48106=3358.0kN 桩顶处横向力 Qi=a2-3=2.9910-43.74105-5.2410-59.10105=64.14kN 桩顶处力矩 Mi=4-a3=5.2410-53.61106-2.9910-49.10105=-82.93kN?m2、 荷载组合为纵向主+附，单孔重载竖向力 N=13071.69+1896.42=14968.11kN 水平力 H=341.84+114.09=455.93kN对承台x-x轴

34、力矩M=8310.13+1466.58+663.75=10440.46kN?m（1）计算承台位移 承台竖向位移 b0= = =7.1710-4m 承台水平位移a= = =3.0510-4m 承台转角= = =5.5410-5rad（2）计算桩顶位移及内力 桩顶竖向位移b1i=b0+x1i=7.1710-4+3.755.5410-5=9.2510-4mb2i=b0+x2i=7.1710-4-3.755.5410-5=5.0910-4m 桩顶水平位移ai=a=3.0510-4 桩顶转角,i=-=-5.5410-5 桩顶处轴向Ni= + 1x1i= -3.755.5410-53.48106=1771

35、.7kNNi= = =2494.7kNNi= + 1x1i= +3.755.5410-53.48106=3217.7kN 桩顶处横向力 Qi=a2-3=3.0510-43.74105-5.5410-59.10105=63.66kN 桩顶处力矩 Mi=4-a3=5.5410-53.61106-3.0510-49.10105=-77.56kN?m第二节 横向荷载下单桩的内力和位移计算计算采用的荷载组合为纵向主+附，双孔重载产生的单桩内力及位移。水平力Q0=Qi=64.14kN对承台x-x轴的力矩M0=Mi+Qil0= -82.93+64.140= -82.93kN?ml=0.3118=5.582.5,故可用简捷算法。1、 任意深度y处桩身横向位移 Xy