哈工大桥梁基础工程课程设计

人群荷载
135
135
67.5
25.9
67.5
25.9
制动力
165 13.72 2263.8
165 13.72 2263.8
165 13.72 2263.8
165 13.72 2263.8
风荷 载
墩帽 墩身 承台
5.65 13.06 73.79 12.74 12.9 145.24
5.65 13.06 73.79
图 1 墩帽尺寸 （单位：cm） 墩帽宽δ=3.2m；墩帽长 b=8.7m；墩帽厚 d=0.52m 墩身坡 1:m=1:20，墩帽顶面标高 145.32m。
工程地质和水文地质
土层 编号
土的名 称
表 1 土的物理力学性质表
饱和容重 土层顶面标 土层厚
相对密度
高(m)
度(m)
rsat
Dr
土的 状态
# 1 细砂
3、作用力系表(考虑主力和纵向的附加力) 承台底面重心处荷载组合计算表
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桥梁基础工程课程设计
荷载类型
双跨布载，高水位
N
H 力臂 M
表 1 承台底面重心处荷载组合计算表
双跨布载，常水位
单跨布载，高水位
N
H 力臂 M
N
H 力臂 M
单跨布载，常水位
N
H 力臂 M
上部结构重力 2700
2700
1350
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桥梁基础工程课程设计
一、哈尔滨工业大学课程设计任务书
姓 名：
院 （系）：
专 业：
班 号：
任务起至日期：2012 年 11 月 26 日 至 2012 年 11 月 30 日
课程设计题目：某公路桥 B 号桥墩的基础与地基设计
工程概况
本设计对象为某 I 级公路干线上的桥梁，该桥由 5 跨 30m 预应力钢筋混凝土梁组成， 桥墩为混凝土实体桥墩，该桥位于直线平坡段上，与河流正交，该地区无流冰及地震，该 河道不通航。该桥梁的上部结构及桥墩部分设计已经完成，本课程设计的任务是完成 B 号 桥墩基础与地基的设计与检算。墩帽尺寸简图及墩身坡度见图 1。
1350
墩帽自重
333.32
333.32
333.32
333.32
墩身自重 7287.01
7287.01
7287.01
7287.01
承台自重
2625
2625
2625
2625
水浮力
-3340.56
0
0
0
0
-3340.56
0
0
0
0
汽车荷载
1302
302.4 1302
423.2
987
302.4 987
423.2
130.0
3.5
19.53
0.35
中密
# 7 粉砂
126.5
4.5
19.01
0.52
中密
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桥梁基础工程课程设计
# 3 中砂
122.0
19.66
0.40
中密
续表 2 土的物理力学性质表
土层 土的
粘聚力 C
内摩擦角φ
编号 名称
(kPa)
m
基本允许承载力 侧摩阻力标准
kN/m4
[fa0] ( kPa ) 值 qik（kPa）
4
=26.92m 2
故V 8 (32.125 26.92 32.125 26.92) 235.87m 3 3
F2 g V 9.8 235.87 2311.56kN
综上， F F1 F2 1029 2311.56 3340.56kN
③活荷载 一孔活载：车辆 987.0kN ，人群 67.5kN 二孔活载：车辆 1302.0kN , 人群 135kN 2．附加力： ①制动力：165kN ②风力（忽略横向风力，只考虑纵向风力） 从不利荷载考虑，包括常水位和高水位时的风荷载：风压强度为：1.25kPa
墩帽： p1 8.7 0.521.25 5.655kN,M1 5.655 0.26 12.8 73.854kN m
墩身：常水位时：整个墩身皆位于水平面以上，此时
A 8.7 0.2 9.58 10.8 97.63m2 2
M 122.03 7.4 903.02kN m
上土重为 0 。 ②浮力
常水位时：承台处于水位线以上。故浮力 F 0 高水位时： F 3340.56kN
承台和部分墩身处于水位线以下。
对于承台：V 10.5 5 2 105m3 F1 g V 9.8105 1029kN
对于墩身：V

H 3
'
(
A1
&其中， H ' 8m ，
二、地基和基础的方案比较
基础类型 浅基础 低承台桩基 高承台桩基
沉井
方案比较 浅基础一般埋深较浅，且基础侧面土体的横向抗力很小而 可以忽略不计，对浅层土质的要求较高。然而在本设计资 料中，浅层土体承载力较低。故不适用。 低承台桩基稳定性好，但在水中施工难度大，适用于季节 性河流或冲刷深度较小的河流，有利于提高基础的稳定性。 高承台桩基适用于常年有水，水位较高，冲刷深度大且施 工时不易排水的河流，施工较低承台桩基方便，然而在稳 定性方面不如低承台桩基。由于该河道不通航，无流冰。 故此处比较选择高承台桩基。 深井适用于地基深层土的承载力大，而上部土层比较软， 易于开挖的地层。但由于沉井在下沉过程中，在穿过地下 水位以下的细、粉砂层时，大量砂土涌入井内，使沉井倾 斜，对沉井的施工造成困难。对于本铁路桥梁基础而言， 沉井基础施工不易，性价比过低。故不适用。
承台板的厚度不宜小于 1.5m，混凝土强度等级不得低于 C25。 3．承台平面尺寸的确定：承台长为 10.5m，宽为 5.0m
已知墩帽顶面标高为 145.32m。 墩帽的长为 8.7m，宽为 3.2m，墩身坡为 1:20。 承台底面标高为 132.0m，承台厚度为 2.0m。即承台顶面标高为 134.0m。 墩身高度为145.32 0.52 134 10.8m
P 97.631.25 122.03kN ，
p 高水位时： 2.8 (3.5 3.78)1.25 12.74kN
32
M3 12.74 (10 2.8 / 2) 145.24kN m
承台风力： p=2 51.25=12.5 kN M =12.51=12.5kN m
桩身混凝土重度： 25kN / m3
每米桩重（考虑浮力）：
q

4
d
2 (


w)

4
1.02

(25 10)

11.78kN
/
m
上层土的有效重度为： 19.53 10 9.53KN / m 3
0.0
33.8
单孔制动力
0.0
165.0
0.0
风压强度：1.25kPa。
设计要求 1．综合分析设计资料，对三种常用的桥梁基础类型（刚性扩大基础、桩基础和沉井
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桥梁基础工程课程设计
基础）的技术合理性进行比较（限于课时，本次课程设计不考虑造价因素），选择较为合 理的基础方案。
2．对选定的基础方案进行详细设计。 3．将以上全部成果整理成设计计算说明书和设计施工图。
墩身重 V 316.83 23 7287.01kN
（4）承台重：2625 kN 承台体积V 10.5 5 2 105m3
承台重 V 105 25 2625kN
（5）承台台阶上土重： 0 因承台底面标高处于施工水位上，承台台阶上没有土层覆盖，故承台台阶
A1
'

1 4
1'2

b1
' 1
' 1
'
1 3.14 3.792 (9.29 3.79) 3.79 4
32.125m2
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桥梁基础工程课程设计
A2

1 4

2 2

b2
2
2
1 3.14 4.082 9.58 4.08 4.08
桥梁基础工程课程设计
桥梁基础工程课程设计
目录
一、哈尔滨工业大学课程设计任务书 ..……………………………………………..2 二、地基和基础的方案比较………………………………………………………. 4 三、高承台桩基的设计与计算………………………………………………….. 5 3.1 桩基的设计………………………………………………………………5 3.2 桩的设计 ..…………..…………………..………………………..............9 3.3 单桩桩顶所受外荷载计算…….……………….………………………11 3.4 验算 …….……………..….……………………………….....................20
墩帽重 =d [ （ b-2 ）+ 2 ] 24
=0.52

25
[3.2
(8.7-2

3.2 )+
3.14
3.22
]
2
4
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桥梁基础工程课程设计
=333.32kN
（3）墩身重： 7287.01kN
墩身体积 V= H ( A1 A2 A1A2) 3
其中，墩身顶部面积
A1

1 4
12

b1

1
1
1 3.14 3.02 8.5 3.0 3.0=23.57m2
4
墩身底部面积
A2

1 4
22

b2
2
2
1 3.14 4.082 9.58 4.08 4.08=35.51m2
4
故墩身体积 V= 10.8 (23.57 35.51 23.57 35.51) 316.83m 3 3
线也不计离心力。以顺桥向计算为主，计得至墩台顶的各作用标准值见表 3。
表 3 墩台顶各作用标准值
荷载情况
P/kN
H/kN
M/(kN·m)
结构重力(两跨)
2700.0
0.0
0.0
汽车双列双孔
1302.0
0.0
336.0
人群双孔
135.0
0.0
0.0
汽车双列单孔
987.0
0.0
493.5
人群单孔
67.5
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桥梁基础工程课程设计
三、高承台桩基的设计与计算
3.1 桩基的设计
（一）承台尺寸的确定
1．承台底面的标高：132.0.0m 对于高承台桩基，为了节省圬工或便于施工，可将底面标高放于施工水位以
上。故此处，将承台底面的标高放于施工水位上。 2．承台高度的确定：选用 C30 混凝土，厚度选用 2.0m。
756.69 158.26 2106.97
11260.41 251.33 3209.84
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桥梁基础工程课程设计
3.2 桩的设计
1、桩材选择：根据本工程的特点，选择钢筋混凝土钻孔灌注桩。 2、桩径：初步选定桩径为 1.0m，成孔桩径 1.05m。 3、桩长和桩数的估算：
根据构造措施，钻孔中径不小于 2.50m，边桩外侧距承台边缘的距离不 小于 0.5 倍桩径。设置 8 根桩，行列式排列，布置图如下：
由此可计算得出，墩身底面长度为 8.5+ 2(10.8/20)=9.58m，宽度为 4.08m。 考虑到材料刚性角要求，选取墩底加襟边 c 2 tan 45 2 。故选取承台长为 10.5m，宽为 5.0m。
（二）作用在承台底面重心处的荷载设计
1．主力：包括恒载（包括浮力）、活载、冲击力和离心力，因为桥墩为实体故不 计冲击力，同时当线路为直线也不计离心力。 ①垂直静载(结构重力+墩帽重+墩身重+承台重+承台台阶上土重) （1）结构重力：2700kN （2）墩帽重：333.32 kN
122.03 8.7 1061.66
12.5
1
12.5
5.65 13.06 73.79 12.74 12.9 145.24
5.65 13.06 73.79
122.03 8.7 1061.66
12.5
1
12.5
N 短期
效应 H 组合
M
9312.89 176.32 589.68
14623.89 245.26 1103.26
# 1 细砂
40°
/
15000
270
50
# 7 粉砂
33°
/
16000
190
50
# 3 中砂
45°
/
20000
370
60
水文情况：
高水位：142.0m
施工水位：132.0m
常水位：132.0m
一般冲刷深度：河底以下 1.60m
局部冲刷深度：河底以下 5.30m
荷载情况
上部结构为 30 m 预应力钢筋混凝土梁，桥面净宽 7m＋2×0.75m，设计汽车荷载为公 路 I 级，人群荷载标准值为 3.0kN/m2。因桥墩为实体墩故不计冲击力，同时因为线路为直
该地基土由三层土组成，根据《公路基规》中确定单桩轴向受压承载力容许 值的经验公式初步反算桩长。设该灌注桩局部冲刷线以下的桩长为良好地基，则 由轴向受压承载力要求得：
Ni

N n

M y xi xi2

桩身自重-置换土重（局部冲刷线以下）
R
[Ra
]
Ni 为一根桩受到全部竖向荷载，桩身自重与置换土重（当自重计入浮力时， 置换土重也计入浮力）的差值作为荷载考虑。采用正常使用极限状态的短期效应 组合，各系数取值如下：