桥梁基础工程课程设计之高桩承台基础

一、基础方案比较
基础类型方案比较
浅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。

低桩承台基础稳定性较好，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。

高桩承台基础当常年有水，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。

沉井基础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。

为粘土，且河道不通航，上部荷载较大，河流常年有水，综合以上原因选用高承台桩基。

二、承台尺寸确定
1.承台底面的标高
河流常年有水，且水位较高，无流冰和通航要求，且河流冲刷深度较大，故选择承台底面标高在施工水位处，即132。

2.承台厚度
按经验承台采用C30混凝土，厚度定为2。

3.承台平面尺寸确定
由以上资料可得：墩身高10.8，墩身坡度为1:20
计算墩身底面的平面尺寸：
底面长为：
底面宽为：
初拟承台尺寸为：
三、荷载和荷载效应情况
作用在承台底面重心处的所有荷载
1.永久荷载
结构重力：1800
墩帽重：
墩身重：墩身顶部面积
墩身底部面积
墩身体积
墩身重：
承台重：
作用在承台底面总的垂直静载为：
浮力——从不利荷载考虑，包括常水位和高水位时的浮力：常水位浮力：
高水位浮力：
承台体积：
墩身体积：
高水位墩身截面面积：
该截面长为：
该截面宽为：
墩身底部面积：
高水位墩身排水体积：
高水位桥墩所受浮力：
2.可变荷载
表2 可变荷载
荷载情况
汽车双列双孔996.0 0.0 288.0 人群双孔90.0 0.0 0.0 汽车双列单孔786.0 0.0 393.0 人群单孔45.0 0.0 22.5 单孔制动力0.0 165.0 0.0
风压强度为：1.25
墩帽风荷载：
墩身风荷载：
常水位时：
高水位时：
承台风荷载：
3.承台底面重心处荷载组合计算表（见附表一）。

四、桩基础参数的确定
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。

采用混凝土标号为C30，钢筋主筋采用二级钢筋，箍筋采用一级钢筋。

2.桩径拟定：
初步选定桩径为1.3。

3.桩长和桩数：
(1)根据规范和承台尺寸确定桩数：
设置6根桩，行列式排列，布置图如下：
图1 承台底部桩布置图
(2)桩长估算：
该地基土层由三层组成，根据《公桥基规》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h，则由轴向受压承载力要求得：
为一根桩受到的全部竖向荷载，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，各系数均取1.0。

桩身混凝土重度：
每m桩重（考虑浮力）：
粘砂土的有效重度：
中层粘土有效重度：
底层粘土有效重度：
桩身截面积：
桩的自由长度：
桩数：
当两跨布载，常水位时
当单跨布载，常水位时
为单桩轴向受压容许承载力的抗力系数，按《公桥基规》中表5.3.7选用。

因计算使用阶段、短期效应组合，荷载仅包括结构自重、汽车和人群荷载，所以，。

为摩擦桩—钻孔灌注桩的单桩轴向受压承载力容许值
桩的设计直径，采用旋转钻施工，，则
桩周长
桩端面积
清底系数
修正系数，按，桩端为透水性土情况选用，
为桩端土的承载力基本容许值，第二层土
为承载力容许值随深度的修正系数，中密中砂取
桩端至一般冲刷线各土层的加权平均重度，当吃力层为透水性土时，水中部分土层取浮重度，近似取
桩端的埋置深度，对有冲刷的桩基，埋深由一般冲刷线起算
(kN)
当双跨，常水位时，由
得(m)
当单跨，常水位时，由
得(m)
则桩总长：,取，即局部冲刷线以下桩长为，桩底标高107m。

此时，桩端处的承载力容许值为
由上式验算，可知桩的轴向承载力满足要求。

五、单桩桩顶所受外荷载计算（各种活载布载、荷载效应组合）
1.桩的各参数确定
(1)地基系数的比例系数m
假设为弹性桩，局部冲刷线以下选取m值的计算深度为为：
由图可知在深度内有两层土时，应将两层土的比例系数换算成一个m值，作为整个深度的m值。

(2)桩的计算宽度
当时：
圆端截面，；
——平行于水平力作用方向的桩间净距
满足要求。

(3)桩的抗弯刚度,受弯构件
2.桩的变形系数
因为，按弹性桩计算。

3. 单位“力”作用局部冲刷线处，桩在该处变位
(1) 式中系数：当桩底置于非岩石类土上，且，令。

(2) 式中系数A i 、B i 、C i 、D i 值，根据h h α=查表确定，当 4.0h α>时，按 4.0h h α==查表确定。

4. 单位“力”作用桩顶时，桩顶变位计算
5. 桩顶发生单位变位时，桩顶产生内力计算。

旋转钻施工，摩阻力假定为均匀分布，因此系数
因
所以
桩身截面面积
局部冲刷线以下范围内土的平均内摩擦角
桩底受压面积
所以
6.承台发生单位变位时，所有桩顶对承台作用反力之和
7.承台变位计算
内力按承载力极限状态下作用效应基本组合计算，除汽车荷载效应外，还考率人群荷载、汽车制动力、风荷载的可变效应。

将汽车荷载作为最大的可变作用，即：
重要性系数
永久荷载分项系数
汽车荷载分项系数
人群荷载、制动力分项系数
风荷载分项系数
除汽车荷载外，还考虑人群、制动力、风荷载三项可变荷载，因此组合系数。

则承台底面中心处的轴力、水平力和弯矩为：
则承台底部中心的变位为：
8.任一桩顶分配的作用效应组合设计值
9.校核
10.计算局部冲刷线处内力和变位
基本组合
短期效应组合
11.局部冲刷线以下深度Z处桩身各截面内力计算（基本组合）
计算结果见附表四。

12.桩身实际最大弯矩
由附表四可知，桩身最大弯矩发生在（单跨，常水位）处，为
由于范围内有两层土，桩身实际最大弯矩可按下式进行修正：
处对应的轴力设计值为：
已知按偏心受压构件进行配筋设计：
采用C30混凝土，二级钢筋
计算偏心增大系数为
长细比，应考虑纵向弯曲对偏心距的影响。

取=0.9,则截面有效高度。

则，
计算受压区高度系数
经过试算，当时，计算纵向力与设计值相近。

这时得到的为负值。

由于规定的最小配筋率，故采用计算。

现选用24根公称直径为20的二级钢筋，钢筋布置图如下，;纵向钢筋的净距为165mm，满足规定的净距不应小于50mm且不应大于350mm的要求。

13.单桩轴向承载力验算
单桩承载力满足要求。

14.墩台顶水平位移
应满足关系
墩台水平位移见附表五，
15. 桩端最大压应力验算
桩端土为非岩石类土，且，根据《公桥基规》，可不验算桩端土压应力。

16. 群桩基础承载力
(1)桩底持力层验算
本设计中采用6根基桩组成的群桩基础，因此可不验算群桩桩端平面处的承载力。

(2)软弱下卧层验算
持力层下无软弱下卧层，可不进行此项验算。