[整理]07土木5桥梁桩基础课程设计(1)

桥梁桩基础课程设计任务书
1、桥墩组成：该桥墩基础由两根钻孔灌注桩组成。

桩径采用φ=1.2m ，墩柱直径采用φ=1.0m 。

桩底沉淀土厚度t = (0.2~0.4)d 。

局部冲刷线处设置横系梁。

2、地质资料：标高25m 以上桩侧土为软塑亚粘土，其各物理性质指标为：容量γ=18.5kN /m 3，土粒比重G=2.70g/3cm ，天然含水量%21=ω，液限
%7.22=l ω，塑限%3.16=p ω。

标高25m 以下桩侧及桩底土均为硬塑性亚粘土，其物理性质指标为：容量γ=19.5kN /m 3，土粒比重G=2.70g/3cm ，天然含水量
%8.17=ω，液限%7.22=l ω，塑限%3.16=p ω。

3、桩身材料：桩身采用25号混凝土浇注，混凝土弹性模量
αMP E h 41085.2⨯=，所供钢筋有Ⅰ级钢和Ⅱ级纲。

4、计算荷载
⑴ 一跨上部结构自重G=2350kN ； ⑵ 盖梁自重G 2=350kN
⑶ 局部冲刷线以上一根柱重G 3应分别考虑最低水位及常水位情况； ⑷公路Ⅱ级 ：
双孔布载，以产生最大竖向力；
单孔布载，以产生最大偏心弯矩。

支座对桥墩的纵向偏心距为3.0=b m （见图2）。

计算汽车荷载时考虑冲击力。

⑸ 人群荷载：
双孔布载，以产生最大竖向力；
单孔布载，以产生最大偏心弯矩。

⑹ 水平荷载（见图3） 制动力：H 1=22.5kN ； 盖梁风力：W 1=8kN ；
柱风力：W 2=10kN 。

采用常水位并考虑波浪影响0.5m ，常水位按45m 计，以产生较大的桩身弯矩。

W 2的力臂为11.25m 。

活载计算应在支座反力影响线上加载进行。

支座反力影响线见图4。

5、设计要求
⑴确定桩的长度，进行单桩承载力验算。

⑵桩身强度验算：求出桩身弯矩图（用座标纸画），定出桩身最大弯矩值及其相应截面位置和相应轴力，配置钢筋，验算截面强度（采用最不利荷载组合及常水位）。

⑶计算主筋长度、螺旋钢筋长度及钢筋总用量。

⑷用A3纸绘出桩的钢筋布置图。

二、应交资料
1、桩基础计算书
2、桩基础配筋图
3、桩基础钢筋数量表
桥梁桩基础课程设计计算书
一、恒载计算（每根桩反力计算）
1、上部结构横载反力N1
111
2350117522N G kN =⨯=⨯=
2、盖梁自重反力N2
2211
35017522N G kN
=⨯=⨯=
3、系梁自重反力N3
31
(0.71)(11) 3.325292N kN =⨯⨯⨯⨯⨯⨯=
4、一根墩柱自重反力N4 低水位：()2
2
411258.32510 5.1223.854
4
N kN ππ⨯⨯=⨯
⨯+-⨯
⨯=
常水位：()2
2
41125 4.825108.6196.914
4
N kN ππ⨯⨯=⨯
⨯+-⨯
⨯=
5、桩每延米重N5（考虑浮力）
()2
5 1.22510116.964
N kN π⨯=-⨯
⨯=
二、活载反力计算
1、活载纵向布置时支座最大反力
⑴、公路II 级：7.875/k q kN m =，193.5k p kN = Ⅰ、 单孔布载 1290.76R k N
= Ⅲ、双孔布载 2581.52R k N =
⑵、人群荷载
Ⅰ、单孔布载 R 1=42.7kN Ⅲ、双孔布载 R 2=85.4kN 2、柱反力横向分布系数ϕ的计算
柱反力横向分布影响线见图5。

7
0.5
0.5
1
图5
图5 ⑴、公路II 级 双孔布载ϕ汽 车道：0.3μ= 车辆：0.3μ=
ϕ汽=()1
1.1670.7670.4180.078 1.252⨯+++=
⑵、人群荷载 ϕ人
ϕ人=1.33 三、荷载组合
1、计算墩柱顶最大垂直反力R 组合Ⅰ：R= 恒载 +（1+u ）
汽ϕ汽车+ 人ϕ人群 （汽车、人群双孔布载）
1175175(10.3) 1.25581.521 1.33 3.524.42408.55R kN =+++⨯⨯⨯+⨯⨯=
2、计算桩顶最大弯矩
⑴、计算桩顶最大弯矩时柱顶竖向力 组合Ⅰ：R= 1N +2N +（1+u ）汽
ϕ∑i i y P + 人
ϕql 2
1
（汽车、人群单孔布载） 1
1175175 1.3 1.25290.761 1.33 3.524.41879.282
R kN =++⨯⨯⨯+⨯⨯⨯=
⑵、计算桩顶（最大冲刷线处）的竖向力0N 、水平力0Q 和弯矩0M
0N = max R +3N + 4N （常水位）2408.5529196.912631.71kN =++= 0Q = 1H + 1W + 2W 22.581040.5kN =++= 0M = 14.71H + 14.051W + 11.252W + 0.3活max R
=()14.722.514.05811.25100.32408.551175175873.22kN m ⨯+⨯+⨯+⨯--=⋅
活max R ——组合Ⅰ中活载产生的竖向力的较大者。

四、钻孔灌注桩单桩承载力及强度计算 1、单桩承载力计算 桩长计算：
设最大冲刷线以下桩长为h ，一般冲刷线以下桩长为h 3，单桩最大竖向力为： V=1N +2N +3N +4N （低水位）+活N +
2
1
qh 活N ——计算柱顶最大垂直反力时活载产生的较大值
q ——桩的集度（考虑浮力）
1
117517529223.85(2408.551175175)16.962658.658.482
V h h =++++--+⨯⨯=+
单桩容许承载力：
{}00231
[][](3)2
i i z P U l m A K h τλσγ=++-∑
i l ——各层土的厚度，i τ——各层土的极限抗剪强度，2K ——查表2-5、
z γ——土的容重（多层土时取加权平均值），U ——桩周长，A ——桩底面积
λ——查表3-9，0m ——表3-10，[0σ]——查表2-3
取1l =10.9m ，
2l =h-10.9m, 1τ=45, 2τ=80,2K =2.5, 18.510.919.5(10.9)
z h h
γ⨯+⨯-=,
设计桩径 1.2m ，考虑冲抓锥成孔直径 1.3m ，桩周长 1.3 4.08U m π==，
4
21.134
d A m π=
=，[]0427σ=kPa ，取0.7λ= (由
4~20h
d
=得), 0m =0.7 (由()0.2~0.40.2~0.4d t d d
==得)。

00231
[](3)2
h i i z N U l m A K h τλσγ=++-∑
()118.510.919.5(10.9)4.0810.94510.9800.70.7 1.13427 2.5( 3.63)2h h h h ⨯+⨯-⎡⎤=
⨯⨯⨯+-⨯+⨯⨯⨯+⨯⨯+-⎡⎤⎣⎦⎢⎥⎣⎦
令最大竖向力与单桩容许承载力相等,即h V N =解得h=17.6m,取h=18m 。

p
l p l w w w w I --=
l I ——液性指数 w ——天然含水量 l w ——液限 p w ——塑限
软塑：21%16.3%
0.73422.7%16.3%p l l p w w I w w --=
=
=--
硬塑：17.8%16.3%
0.23422.7%16.3%
p l l p
w w I w w --=
=
=--
γ
)
1(0w G e +=
0e ——天然孔隙比 G ——土粒比重 γ——容重
软塑：()
0 2.70121%(1)
0.17718.5G w e γ
⨯++=
=
=
硬塑：()
0 2.70117.8%(1)
0.16319.5
G w e γ
⨯++=
=
=
6.33+=h h =18.1+3.6=21.7m 取22m
2、钻孔桩强度复合
⑴、确定桩的计算宽度1b 和变形系数α
kd k k b f 01= 0k k f 及——查表4-3 k =1（桩间影响系数）d ——桩径
查表得0.9f k =，011k d
=+
10110.910.91 1.2 1.981.2f b k k kd d d ⎛⎫⎛
⎫==⨯+⨯=⨯+⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭
5
1
EI
mb =α m ——查表4-1 EI =0.67h h I E 查表得4
10/m MN m =
47
6
1.20.670.67
2.8510 1.943634261064h h EI E I π⎛⎫⨯==⨯⨯⨯=⨯ ⎪
⎝⎭
0.40α=== ⑵、最大冲刷线以下深度z 处桩截面上的弯矩z M 计算
m m z B M A Q M 00
+=
α
根据z z α=-
，h h α=-
=0.4⨯18=7.2，所以按弹性桩考虑(其中4≥h α时按4考虑)，查附表3、附表7得m A 、m B ，按上式计算不同深度α
-
=
z
z 处的z M 并按比例绘出
桩身弯矩图，求出最大弯矩所在位置m ax z 、最大弯矩值m ax M 及相应轴力N （计算轴力N 时桩自重考虑浮力并按一半考虑，同时应减去摩阻力）。

0,0, 1.0
40.50873.221873.220.40
m m z z A B M kN m
====⨯+⨯=⋅时 1,0.37739,0.9861740.5
0.37739873.220.98617899.350.40
m m z z A B M kN m ====
⨯+⨯=⋅时 2,0.64561,0.91324
40.5
0.64561873.220.91324862.830.40
m m z z A B M kN m
====⨯+⨯=⋅时 3,0.76183,0.7741540.5
0.76183873.220.77415753.140.40
m m z z A B M kN m ====
⨯+⨯=⋅时 4,0.73734,0.59373
40.5
0.73734873.220.59373593.110.40
m m z z A B M kN m
====⨯+⨯=⋅时 5,0.61413,0.40658
40.5
0.61413873.220.40658417.210.40
m m z z A B M kN m
====⨯+⨯=⋅时
6,0.44334,0.24262
40.5
0.44334873.220.24262256.750.40
m m z z A B M kN m
====⨯+⨯=⋅时 7,0.26996,0.1197940.5
0.26996873.220.11979131.940.40
m m z z A B M kN m ====
⨯+⨯=⋅时 8,0.19305,0.07595
40.5
0.19305873.220.0759585.870.40
m m z z A B M kN m
====⨯+⨯=⋅时 9,0.0.05081,0.0135440.5
0.05081873.220.0135416.970.40
m m z z A B M kN m ====
⨯+⨯=⋅时 10,0.00005,0.00009
40.5
0.00005873.220.000090.080.40m m z z A B M kN m
====⨯+⨯=⋅时
⑶、计算纵向力j N 、计算弯矩j M 的确定
计算纵向力j N ：
max max 111234()2211117517529196.9116.961 4.081451489.8422
G i S N N N N qz Uz kN τ=++++-=++++⨯⨯-⨯⨯⨯=常水位 ()()110.3 1.25581.52944.97i i N u Py kN ϕ=+=+⨯⨯=∑汽汽
11 1.33 3.524.456.7922
N ql kN ϕ==⨯⨯⨯=人人 1944.9755.791001.76Q
S N N kN '=+=+=人汽 11.2 1.4 1.21489.84 1.41001.763190.27j G Q
N S S kN '=+=⨯+⨯= 当汽车荷载效应占总荷载效应50%及以上时，G S 、1Q S 的系数不再得高，否则应按规定提高，见规范134P 。

计算弯矩j M ：
121.1 1.3 1.3j G Q
Q M S S S '=++ 2Q S ——制动力、盖梁风力、墩柱风力产生的弯矩。

恒载弯矩G S 为零。

11750.3176.252
G S kN m =⨯=⋅ '
1290.760.342.70.3100.34Q S kN m =⨯+⨯=⋅
214.722.514.05811.2510555.65Q S kN m
=⨯+⨯+⨯=⋅
121.1 1.3 1.3 1.1176.10025 1..34 1.3555.651046.663j G Q Q M S S S kN m '=++=⨯+⨯+⨯=⋅相对偏心矩：01046.660.333190.27
j
j M e N === ⑷、桩的计算长度p l 的确定
4>=ah h 故有：04
40.7()0.713.416.380.40p l l m α⎛⎫=+=⨯+= ⎪⎝⎭ 0l ——局部冲刷线至墩柱顶的距离
⑸、偏心矩增大系数η值的计算
2
1110b c j p e h h N l E I ηγαγ=
-
25.1==s c γγ 砼、钢筋材料安全系数
95.0=b γ 构件工作条件系数（偏心受压取0.95）
2
24711 1.141.253190.2716.3811 1.210100.32 2.85100.9564
b c j p e h h N l E I ηγπαγ=
==⨯⨯--⨯⨯⨯⨯⨯⨯ 其中，e 00.10.10.1430.1430.320.330.30.3 1.2e d
α=+=+=++ 故：0
0 1.140.330.38e e η'==⨯= ⑹、桩截面强度复核
设7.0a cm =（砼保护层厚度）
60753g r r a cm =-=-= ，530.88360
g
r g r ===（取0.9）， r ——桩半径 25 # 砼： a a MP R 5.14=
Ⅰ级钢筋：a g MP R 240=
桩截面按0.2%含筋率配置钢筋，取定钢筋数量后计算实际采用的配筋率μ。

2
3220.2%0.2% 1.13 2.261022604s d A m mm π-=⨯=⨯=⨯=
取1216φ，22413,0.21%s A mm μ==
强度复核：
按下列公式采用试算法进行计算
r R C AR gR D BR e g
a g a μμ++='0
假定ξ值，查附表3.1得A 、B 、C 、D 值，代入上式计算'0e 值。

如计算的'0
e 值与已知的'0e 值相等或接近，则相应的A 、B 、C 、D 值即为计算采用值，否则
应重新假定ξ值，查表得A 、B 、C 、D 值，再计算'0e 值，直至满足要求为止。

用满足要求的A 、B 、C 、D 值进行承载力j N 和j M 的计算 g s
b a
c b j R r C R Ar N 22μγγγγ+=
g s b a c b j R gr D R Br M 33μγγγγ+=
当计算的承载力j N 、j M 分别大于计算纵向力j N 和计算弯矩j M 时，强度得到满足，否则应重新进行截面或配筋设计。

设0.46, 1.0490,0.5982,0.1903, 1.9081A B C D ξ====-=， '00.598214.5 1.90810.21%0.92400.60.37871.049014.5(0.1903)0.21%240
a g
a g BR D gR r m AR C R e μμ+⨯+⨯⨯⨯=⨯=+⨯+-⨯⨯= 接近'
0e =0.38
22b b j a g c s N Ar R C r R γγμγγ=+
2323
0.950.951.04900.614.510(0.1903)0.21%0.6240101.25 1.25
4135.353190.27kN kN =⨯⨯⨯⨯+⨯-⨯⨯⨯⨯=>
满足要求。

g s
b a
c b j R gr D R Br M 33μγγγγ+= 2323
0.950.950.59820.614.510 1.90810.21%0.90.6240101.25 1.25
1565.991046.66kN kN =
⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯⨯⨯=>
满足要求。