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1、桥梁基础工程课程设计桥梁基础工程课程设计目录第一章概述2第一节 工程概况和设计任务2第二节 工程地质和水文地质资料7第三节 设计依据8第二章方案设计9第一节 地基持力层的选择9第二节 荷载计算9第三节 基础类型的比选15第四节 基础尺寸的拟定17第三章技术设计20第一节 桩基础的平面分析20第二节 横向荷载下单桩的内力和位移计算24第三节 桩身截面配筋29第三节 单桩轴向承载力检算31第四节 墩台顶的水平位移检算32第五节 群桩基础的承载力和位移检算32第六节 单桩基底最大竖向应力及侧面土抗力检算33第四章初步组织施工设计35第一节 基础的施工工艺流程35第二节 主要施工机具38第三节 主要工
2、程数量和材料用量39第四节 保证施工质量的措施40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。
3、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22
4、号桥墩基础的设计与检算，桥墩为空心桥墩，地面高程为1123.15m。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10001500m，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
5、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，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
6、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（TB10002.3-2005）（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）西南交通大学岩土工程系编桥梁基础工程（6）桥梁基础工程课程设计指导书第二章 方案设计第一节 地基持力层的选择一 地基持力层的确定地基持力层的确定需要在各土层中找一个埋得较浅、压缩性较低、强度较高的土层作为持力层。通过研究22号桥墩地质资料，前三层粉砂岩，
7、圆砾土及W4泥岩层压缩性较低，承载力较差，第四层W3泥岩层压缩性好，承载力高，埋深相对较浅，满足最小埋置深度，故选其为持力层。第二节 荷载计算一 桥墩及承台尺寸墩身高H=1178.12-1118.30-0.35-0.05-2=57.42m,考虑局部冲刷和承台有一定的覆土厚度，取H=58m，覆土厚度3.5m。承台顶部标高1119.72m，承台底部标高1117.72m。桥墩底面尺寸l=6.4+25845=8.98m b=3.6+25845=6.18m.根据桥墩底面尺寸和刚性角要求取承台尺寸为1282。=45,12-8.982=1.512,8-6.182=0.91341.84KN故双孔重载时采用的制
8、动力（或牵引力）为 H2=341.84KNH2对基底x-x轴的力矩： MH2=341.84(58+2+0.4)=20647.14kN.m（2）纵向风力风荷载强度W=K1K2K3W0=1.11.281.2800=1.35kPa 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根据轨顶离常水位的高度(1181.25+0.192-1133.15=48.3)，线性内插得K2=1.28，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=1.3510.352=0.95KN H3-1对基底xx轴的力矩MH3-1为 MH3-1=0
9、.95(58+2+0.4)=57.38KNm墩身风力 H3-2=WA=1.35(6.4+8.98)/258=602.13KN H3-2对基底xx轴的力矩MH3-2为 MH3-2=602.13(29+2)=18666.03KNm纵向风力在承台底产生的荷载 H3=H3-1+H3-2=0.95+602.13=603.08KN MH3=MH3-1+MH3-2=57.38+18666.03=18723.41KNm（3）流水压力 因为该桥墩不处于水流中，所以流水压力为0四 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28041.510
10、.000.0028041.510.000.00活载1896.420.00663.612973.500.0042.34附加力制动力0341.8420647.140341.8420647.14风力0603.0818723.410603.0818723.41（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。（3）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
11、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。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
12、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。通过研究设计资料 ，我把持力层选为W3泥岩，W3泥岩为强风化泥岩，天然重度为20kN/m3,压缩模量120MPa,基本
13、承载力400kPa,庄周土的极限侧阻力100kPa。场地勘察未发现滑坡、岩溶、断层、破碎带等不良地质现象。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。桥墩所处位置无流水，施工较容易，上部荷载较大。综合以上原因，选用低承台桩基，承台底面的标高为1178.12-0.4-58-2=1117.72m1118.30(局部冲刷线),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
14、下水的土层。根据地质条件，这里选用钻孔灌注桩，选用摩擦桩。第四节 基础尺寸的拟定一 承台尺寸确定墩身底面尺寸：8.986.18承台平面尺寸：128承台厚度：承台采用C30 混凝土，厚度定为2m。承台底面标高：1178.12-0.4-58-2=1117.72m，承台底面入土：1123.15-1117.72=5.43m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。桩长范围为11.8-2.43=9.37ml10d，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
15、度修正系数k2取5，k2=1/2k2=2.5,。 2=(18.42.27+18.74.1+2025.63)/32=19.72kN/m3 =400+519.72(41.5-3)+2.519.7261.5=1138.75kPa P=0.54.93(802.27+504.1+10025.63) +0.61.771138.75=8480.12kN作用于承台底面的最大竖向荷载 N=N恒+N活=28041.51+2973.5=31015.01kN桩数n=N/P=1.231015.01/8480.12=4.39，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,取4m各类桩的承
16、台板边缘至最外一排桩的净距当桩径d2.5m，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=32m；内摩擦角取所穿越土层平均值=(402.27+254.1+4225.63)/32=39.5。d0=d+2ltan(/4)=11.9m4m。故A0=4d02=12.56m2C0=mh=5000032=1600000 1=1l0+lEA+1C0A0=3.01106al0=0，al=0.42432=13.574查表得YQ=1.064,YM=0.985,M=1.4842=3EIYQ=0.42436.41061.064=5.19105,3=2EIY
17、M=0.42426.41060.985=1.13106,4=EIYM=0.4246.41061.484=4.03106,三 群桩刚度系数计算B0=B+2htan(/4)=12+22tan(7)=12.5,h=1118.3-1117.72=0.58,Ch=0.5850=29 bb=n1=63.01106=1.806107 aa=n2+B0Chh2=65.19105+12.5290.5810002=3.219106 a=-n3+B0Chh26=-61.13106+12.5290.58210006=-6.76106 =n4+n1x2+B0Chh312=64.03106+43.0110642+12.5
18、290.583100012=2.168108四 桩顶位移及次内力计算1 荷载组合为纵向主+附，双孔重载水平力H=341.84+603.08=944.92kN竖向力N=28041.51+2973.5=31015.01kN对承台x-x轴力矩M=20647.14+18723.41+44.32=39370.55kNm（1）计算承台位移承台竖向位移 b0=Nbb=31015.011.806107=1.71710-3m承台水平位移 a=H-aMaa-2a=2.168108944.92+6.7610639370.553.2191062.168108-(6.76106)2=7.22210-4m承台转角 =aa
19、M-aHaa-2a=3.21910639370.55+6.76106944.923.2191062.168108-(6.76106)2=2.04110-4（2）计算桩顶位移及内力桩顶竖向位移 b1i=b0+x1i=1.71710-3+42.04110-4=2.53310-3m b2i=b0+x2i=1.71710-3-42.04110-4=9.00610-4m桩顶水平位移 ai=a=7.22210-4m桩顶转角i=-=-2.04110-4,桩顶处轴向力N1i=Nn+x1i1=31015.016-42.04110-43.01106=2711.83kN, N2i=Nn=31015.016=5169
20、.19kNN3i=Nn+x3i1=31015.016+42.04110-43.01106=7626.53kN,桩顶处横向力Qi=a2-3=7.22210-45.19105-2.04110-41.13106=144.19kN,桩顶处力矩 Mi=4-a3=2.04110-44.03106-7.22210-41.13106=6.44kNm2 荷载组合为纵向主+附，单孔重载水平力H=341.84+603.08=944.92kN竖向力N=28041.51+1896.42=29937.93kN对承台x-x轴力矩M=20647.14+18723.41+663.61=40034.16kNm（1）计算承台位移承
21、台竖向位移 b0=Nbb=29937.931.806107=1.65810-3m承台水平位移 a=H-aMaa-2a=2.168108944.92+6.7610640034.163.2191062.168108-(6.76106)2=7.29110-4m承台转角 =aaM-aHaa-2a=3.21910640034.16+6.76106944.923.2191062.168108-(6.76106)2=2.07410-4（2）计算桩顶位移及内力桩顶竖向位移 b1i=b0+x1i=1.65810-3+42.07410-4=2.48810-3m b2i=b0+x2i=1.65810-3-42.07
22、410-4=8.28410-4m桩顶水平位移 ai=a=7.29110-4m桩顶转角i=-=-2.07410-4,桩顶处轴向力N1i=Nn+x1i1=29937.936-42.07410-43.01106=2492.56kN, N2i=Nn=29937.936=4989.66kNN3i=Nn+x3i1=29937.936+42.07410-43.01106=7486.75kN,桩顶处横向力Qi=a2-3=7.29110-45.19105-2.07410-41.13106=144.04kN,桩顶处力矩 Mi=4-a3=2.07410-44.03106-7.29110-41.13106=11.94
23、kNm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常水位时，纵向主+附，单孔重载产生的单桩内力及位移。水平力Q0=Qi=144.04kN对承台x-x轴的力矩M0=Mi+Qil0=11.94+144.040=11.94kNml=0.42432=13.572.5,故可用简洁算法。1 任意深度y处桩身横向位移 Xy=Q03EIAx+M02EIBx=2.95310-4Ax+1.03810-5Bx X0=2.95310-42.441+1.03810-51.621=3.12110-4m2任意深度y处桩身转角 y=Q02EIA+M0EIB=1.25210-4A+4.4010-6B 0=1.25
24、210-4(-1.621)+4.4010-6(-1.751)=-2.10710-43任意深度y处桩身截面上的弯矩 My=Q0AM+M0BM=339.717AM+11.94BM4任意深度y处桩身截面上的剪力 Qy=Q0AQ+M0BQ=144.04AQ+5.02BQ5任意深度y处桩侧土的横向压应力 xy=Q0b0A+2M0b0B=10.417A+0.407B6 My和xy列表计算如下ayyAmBmMyaby0.00.000.0001.00011.940.0000.0000.000.10.240.1001.00045.910.2280.1452.430.20.470.1970.99878.840.4
25、240.2584.520.30.710.2900.994110.390.5880.3426.260.40.940.3770.986139.850.7210.4007.670.51.180.4580.975167.230.8250.4358.770.61.420.5290.959191.160.9020.4509.580.71.650.5920.938212.310.9520.44710.100.81.890.6460.913230.360.9790.43010.370.92.120.6890.884244.620.9840.40010.411.02.360.7230.851255.780.97
26、00.36110.251.12.590.7470.814263.490.9400.3159.921.22.830.7620.774268.110.8950.2639.431.33.070.7680.732269.640.8380.2088.811.43.300.7650.687268.090.7720.1518.101.53.540.7550.641264.140.6990.0947.321.63.770.7370.594257.460.6210.0396.481.74.010.7140.546249.080.540-0.0145.621.84.250.6850.499238.660.457-
27、0.0644.731.94.480.6510.452226.550.375-0.1103.862.04.720.6140.407213.450.294-0.1513.002.25.190.5320.320184.550.142-0.2191.392.45.660.4430.243153.400.008-0.265-0.022.66.130.3550.175122.69-0.104-0.290-1.202.86.600.2700.12093.16-0.193-0.295-2.133.07.080.1930.07666.47-0.262-0.284-2.843.58.250.0510.01417.
28、49-0.367-0.199-3.904.09.430.0000.0000.00-0.432-0.059-4.52故Mmax=269.64kN.m，y=3.07m；max=10.41kPa，y=2.12m。第三节 桩身截面配筋由单桩的内力计算得知：Mmax=269.64N.m,Nmin=2492.56kN,Nmax=7626.53kN一 计算偏心距初始偏心距：e0=MNmin=269.642492.56=0.108偏心距放大系数 =11-KN2EhIh/lc2其中，影响系数=0.10.2+e0/h+0.16=0.10.2+0.108/3+0.16=0.584计算长度：lc=0.5(l0+4/)
29、=0.5(0+4/0.584)=3.425m主力+附加力，所以K=0.6。=11-0.62492.560.5843.1428106/3.4252=1.0004，e=e0=1.00040.108=0.108,二 基础配筋根据灌注桩构造要求，桥梁桩基主筋宜采用光圆钢筋，主筋直径不宜小于16mm，净距不宜小于120mm，且任一情况下不得小于80mm，主筋净保护层不应小于60mm。在满足最小间距的情况下，尽可能采用单筋、小直径的钢筋，以提高桩的抗裂性，所以主筋采用I级钢筋。桩身混凝土为C25，根据桥规规定，取min=0.5%,则As,min=minAc=0.5%3.1415002/4=8831.25m
30、m2,选用2024的级钢筋，As=9043.2mm2，取净保护层厚度as=60mm，采用对称配筋，则主筋净距为：2R20-d=23.14(750-60-12)20-24=188.89120mm,桩与承台的联结方式为主筋伸入式，桩身伸入承台板0.1m，主筋伸入承台的长度（算至弯钩切点）对于光圆钢筋不得不小于45倍主筋直径（即1080mm），取1200mm,主筋应配到4/处以下2m处（约为9.74m）,取其长度为10m，则主筋总长为12m。箍筋采用8200mm，为增加钢筋笼刚度，顺钢筋笼长度每隔2m加一道18的骨架钢筋。桩身截面配筋如设计图纸。三 判断大小偏心n=EsEc=2.11053104=7,换算截面面积：A0=d24+nAs=1829552.4mm2换算截面惯性矩 I0=R44+12nAsrs2=3.1475044 + 1279043.2(750-60-12)2=2.6291011mm4核心距k=I0A0y=2.62910111829552.4750=191.59108mm故属小偏心构件。小偏心构件，竖向力越大越不利，故应取Nmax。四 应力检算小偏心构件，全截面受压 c=NA0+MyI
