基础工程课程设计-铁路桥梁高承台桩基础设计

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铁路桥梁高承台桩基础设计

一、收集设计资料

某单线桥位于直线上，冲刷线以下的河床上部为厚度很大的中密孵石层，其容重γ=2000KN，内摩擦角,=38º，地基的基本承载力σ=900KPa。局部冲刷线标高为19.200m，0

承台底与水位线平齐，设计标高为26.800 m。采用钻孔灌注桩施工，桩基直径为1.0,1.8 m。

4设计时，桩侧土极限摩阻力f=180KPa，横向地基系数的比例系数m=80MN/m。基桩混凝

7土采用C30，其受压弹性模量E=2.65×10KPa。 h

二、设计荷载

该桥墩由主力加附加力双孔活载控制桩基设计。

作用于承台底面的竖向力:N=2000KN、水平力H=400KN，力矩M=6900KNm。

三、基桩选择

1. 基桩类型与尺寸

(1)基桩类型——钻孔灌注桩

根据设计资料知:考虑挤土效应和基桩的强度、刚度，选择灌注桩。而冲刷线以下的河床上部为厚度很大的中密孵石层，有含水层，不宜采用人工挖空桩，考虑经济因素，采用钻孔灌注桩。在桩位就地钻孔，成孔后将钢筋笼置入孔内灌注混凝土而成桩。 (2)基桩尺寸—1.25×(7.6+12.4)

本设计中冲刷线以下的河床上部为厚度很大的中密孵石层，承载力高，可作为持力层，从承台底面到局部冲刷线长度为7.6m，故上部桩长取7.6m，总桩长不妨取为为20m，桩地标高6.8m处。

故基桩尺寸为:桩长取为20m，上部长度7.6m,下部长度为12.4m;桩径1.25m。

(3)混凝土等级

基桩采用C30混凝土，承台采用C25。

2. 基桩数量

,N,n,,[p]

按双孔重载估算桩数 :

式中:µ为经验系数，桥梁桩基采用1.3,1.8。

(1)计算单桩容许承载力

1PUflmA,,，, [][]ii02

,,222AA,d,，1.25,1.227m式中: ——桩底面积，此处为 44

m,0.55 ——桩底支撑力折减系数，按规范6.2.2-6，取 m00

2UUr,，,,(0.05)3.299 ——桩身截面周长，(按旋转锥计算)

fkPa,180——极限摩阻力， fii

lm,12.4 ——土层厚度， lii

'[](43)6,,,,,，,，kdkd[], ——桩底地基土的容许承载力，按公式 02222 '[](43)6,,,,,，,，kdkd 02222

式中:——地基基本承载力，,,900kPa,00

,k,3 ——由铁路桥涵规范4.1.3，取， kk,6222

'[](43)6,,,,,，,，kdkd 02222

,900，6，20，(4，1.25,3)，6，3，20，1.25,1590KPa

根据规范4.2.2，主力加附加力时，可以把地基容许承载力提高20%

[,],1590，1.2,1908KPa

1 PUflmA,,，, [][]ii02

1 ,，3.299，180，12.4，0.55，0.785，1908,4505.463 2

(2)确定桩数n

N20000,n,u,1.3，,5.77 P4505.436暂取n,6，验算后在做必要调整。

3.基桩布置

根据铁路桥涵规范6.3.2，钻孔灌注桩的中心距不应小于2.5倍成孔桩径;各类桩的承

台板边缘至最外一排桩的净距，当桩径时，不得小于，且不得小于0.5m。根d,1m0.3d

据承台及以上布桩原则，基桩的布置图如下:

图

1

基

桩

布

置

图

四、每根桩顶内力计算

1.单桩的计算宽度b0

形状换算系数圆形截面，=0.9; Kf

d，1K,,1.80受力换算系数 d

桩间相互影响系数 L,4m,h,3(d，1),3，(1.25，1),6.75m11

L,4m,0.6h1,4.05m 故， 1

L(1,b')(1,0.45)41K,b'，,,0.45，,,0.990.6h0.66.751

b,0.99，0.9，1.8，1.25,2.0m单桩计算宽度 0

2.桩的变形系数

4，1.25,76EI,0.8EI,0.8，2.65，10，,1.625，10桩的抗弯刚度: h64

mb80000，2055,,,,0.629基础的变形系数: 6EI1.625，10

桩的入土深度: ,l,0.629，12.4,7.800m,2.5m

可见，此桩按弹性桩计算。

3.单桩桩顶刚度

(1)轴向刚度系数 ,1

,,0.5 该桩为钻孔灌注桩，故。

77lmlm,,12.4,7.6 EA,1.227，2.65，10,3.25，100，

38由公式D,d，2，l，tan,,1.25，2，12.4tan,5.4m大于桩间中心距4m， 4 故，取 D,4m

,,222则，A,D,，4,12.56m 0044

C,ml,80000，12.4,992000 00

116,,,,1.98，10 1,l，l7.6，0.5，12.4110，，7992000，12.563.25，

10EACA00

(2)轴向刚度系数、、 ,,,324

,l,0.629，12.4,7.800,,l,0.629，7.6,4.780-57计算，按式60

由表6-15可知:Y,0.0414,Y,0.1358,,,0.5988 HMM

3364,,,EIY,0.629，1.625，10，0.0414,1.67，10KN/mH2

3364,,,EIY,0.629，1.625，10，0.1358,5.49，10KN/m M3

3365,,,EIY,0.629，1.625，10，0.5988,2.42，10KN/mH4

4.承台刚度系数与承台底面形心处位移计算

按公式6-63计算各反力和反力矩

67,,,n,6，1.98，10,1.188，10KN/mbb1

45,,,n,6，1.67，10,1.002，10KN/maa2 45,,,,,,n,,6，5.49，10,,3.294，10KN/m,,,,3

25627,,n,，,nx,6，2.42，10，1.98，10，6，2,4.897，10KN/m,,,ii41 按公式6-62计算b, a,β

N200003, b,,,1.684，10m7,1.188，10bb

75,,H,M4.897，10，400，3.294，10，6900,,,,3, a,,,4.465，

10m257521.002，10，4.897，10,(3.294，10),,,,aa,,,,

55,,M,H1.002，10，6900，3.294，10，400,,aa4,, ,,,1.715，

10rad257521.002，10，4.897，10,(3.294，10),,,,aa,,,,

5.桩顶内力计算

按公式6-64计算。

分别以代入第一式，可以求得桩顶的最大和最小轴向力: x,2

Nmax401220000N,46,x,, =,,2，1.715，10，1.98，10=KN 1n62654Nmin

此外,

,34,44H,a,,,,,4.465，10，1.67，10,1.715，10，5.49，10,66.67KN i23