墩台基础工程课程设计

一、工程简介、桩基础的选择及相应施工方法简介

江阴市某大桥上部结构形式主跨采用变截面连续箱梁双幅桥，桥面双幅并立，中央空间9m，单幅横向布置为栏杆0.35m、非机动车道5m、隔离栅0.4m、车行道12.25m及防撞护栏0.5m，总计18.5m，总宽46m，为公路—Ⅰ级荷载标准；主跨跨径采用49+82+49，三级航道，净70*7m，最高通航水位为2.98m；本桥采用钻孔灌注桩（C25混凝土），承台为混凝土等级C30，15#墩左幅承台地面控制中心处设计控制荷载为N=60000KN(↓)、H=600KN(→)、M=5250KN·m（↖）。

本桥桩基础选择低桩承台，其基础全部埋入土中（桩的自由长度为零），而且承台也埋入土中一定深度，所以在计算其承受水平力的土抗力时，还要考虑承台侧面土抗力参加工作。其桩身内力和位移量都较小，稳定性较好。相应的施工方法采用钻孔灌注桩施工，钻孔灌注桩施工是采用机械成孔的施工方法，具有造价低、无造影、无冲击、无振动、无污染等优点，已被我国桥梁工程施工广泛采用。

二、初步拟定基桩的桩长、桩径（竖向承载力的确定，要求考虑自重）

初步拟定基桩桩径为d=1.5m，承台高度为3m，桩长为h=45m,基桩为弹性桩。对于弹性桩hm=2(d+1)=5m，因此m=4mm，Il=1.62。桩底m0=10，Il=0.51。

又h1=3(d+1)=3(1.5+1)=7.5m

现拟定与外力作用方向平行的一排桩柱的桩间净距L1=3.5m，一排桩柱的桩数n≥4，查表5.21

可得b'=0.45,因而K=b'+1b'0.6L1=0.878 h1本桩采用圆柱式桩基，查表5.20可得Kф=0.9，K0=1+

1=1.67 db1=KφK0Kd=0.9×1.67×0.878×1.5=1.976m

π×1.52EI=0.67EhIh=0.67×2.85×10×=4.75×106

6473mb4×1.976×101α=5=5=0.278

EI4.75×106因为P=P=U[]1∑lτ2ii+λm0Aσ{[]+Kγ022(h-3)

}取桩底沉淀土厚度t=0.45m，则又

t=0.3≤0.4查表5.3得m0=0.7 dl>25，查表5.2得λ=0.85 d公式中：成孔直径U=πd=π×(1.5+0.1)=5.03m（冲抓钻钻头直径增大10-20cm）; σ=220KPa;由表3.3可得K2=1.5； γ2=19.34；h1=7.5 所以有

[]22×15.9+28×4.6+60×8.1+28×22+62×6.1+45×3.4+46×55=40.23KN

451[P]=Ulτp+AσR σR=2m0λ{[σ0+K2γ2(h3)]}

2τp=[P]=

0.5×[5.03×19.34×3745×40.23+1.77×2×0.7×0.85×(220+1.5×19.34×37)]=5915KN所以，估算桩的根数n=μN60000=1.2×=12.1 所以取12根。 [p]5915设计桩的布置如下图所示：

三、桩基内力及位移计算

桩的计算宽度、地基系数的确定、桩的变形系数α、桩的刚度系数ρ1、ρ2、ρ3、ρ

4

的确定、计算每桩的桩顶作用Pi、Qi、Mi、桩身弯矩最大值计算、桩顶水平位移的验算。

1、桩的各计算参数确定

π×1.54EI=0.67EhIh=0.67×2.85×10×=4.74×106KN647m2

b1=KjK0Kd=1.976m

α=0.278

桩在最大冲刷线以下深度为45m，则αh=0.278×45=12.51>2.5为弹性桩

（0）（0）（0）（0）

2、单位“力”作用局部冲刷线处，桩在该处变为δQQ、δQM=δMQ、δMM计算 因为桩底为非岩类土，且αh>2.5，所以Kh=0，按αh=4.0查表2.1

QQ01B3D4B4D32.441410.24010mKN 336EIA3B4A4B30.2784.7410B3C4B4C311.6250.044104KN1 226EIA3B4A4B30.2784.7410QM(0)MQ(0)MM(0)1A3C4A4C31.75140.013310KNm 6EIA3B4A4B30.2784.7410l07.021.922.103

3、单位“力”作用桩顶变位，δHH、δHM=δMH、δ 因为此处选为地桩承台，所以l0=0

MM

计算

HHl03QQ(0)2MQ(0)l0MM(0)l02QQ(0)0.240104mKN1 3EIl(0)(0)(0)0MMl0QMQM0.044104KN1 2EI2HMMH

MMl0MM(0)MM(0)0.0133104KNm EI4、桩顶发生单位变化时桩顶产生内力1、2、3、4计算 灌入桩时12，则C0moh680045306000KN/m 2（m0为基桩底面地基土的竖向比例系数，查表5.18可用插值法求得）

htan445tan173.51.75m 所以A01.7529.62m2 42桩身截面为Ad241.5241.77m2

11l0h1EAC0A011045122.851071.773.061059.621.27106KNm1

2MMHHMM0.01331041.06105KNm124442(MH)0.240100.013310(0.04410)34MHHHMMHHMMHH0.04410453.510KN 11(MH)21.256100.2410461.910KNm 211(MH)1.256105、承台发生单位变化时，所有桩顶对承台作用反力之和bb、、、计算

bbn181.2710610.16106(KNm)1n281.061058.48105(KNm)1

n383.510528105KN

n41KiXi281.91061.271068(3.52)46.3106KN 2 (Xi为第i根基桩至y轴距离) 6、承台变位b0、0、0计算 b0Nbb6000035.910m 610.1610HM46.3106600281056204 01.44103m 565228.481046.3510(2810)

MH8.481046204281056003 00.2210rad 2133.14107、任一桩顶分配作用效应组合设计值pi、Hi、Mi计算

3.565297.66)1.2710KN pi(bo0Xi)1(3.38100.114104707.142333535 Hi00030.85101.06100.114103.51050.2KN 3635 Mi04030.114101.9100.85103.51080.9KNm

校核：

npi6(5297.664707.14)60028.8KN60000

nHi1250.2602.4KN600

piXinMi3.55297.664707.141212(80.9)5229.65250KNm 228、局部冲刷线一下深度Z处桩身各截面内力计算

Mz2EI(X0A30B3M0H012CD)EIXAEIBMCH0D3330303032EI3EI2263计算得：EIX00.2784.74100.8510512.86 63 EI00.2784.7410(0.13310)311.4

1H0150.2180.85 0.278则得Mz311.4A3148.9.9B382.9C3180.58D3 桩身截面配筋只需弯矩，不会发生剪切破坏，在此只计弯矩。

从表中可知，最大弯矩设计值为Md35221KNm，Z=14.3m。 其轴向力设计值

11NdP(qZUZ)22

115297.66(26.5114.35.0340.314.3)4040KN22则可根据Md和Nd按偏心受压构件进行配筋设计。

9、桩柱顶水平位移验算

Δ=X0Φ0(h1+h2)+Δ0 0H1M外233(nhh)nhh(hh)h2nh1(2h2h1) 122112E1I132E1I13其中h1h20，所以X000.8510m0.85mm

水平位移容许值5.0L，所以满足要求。 四、群桩竖向承载力验算

桩底面最大压应力分布范围的直径为D2dltan21.545tan135.58，桩的间距为3.5m，小于D。并且，对摩擦桩群桩在桩底平面内间距小于6倍桩径时，应该考虑群桩效应。

桩底平面处最大压应力验算 验算式为maxlhBLhNeA(1)K AAW承台尺寸：厚3m，长21m，宽7m。

Atu217121.524125.81N土(17.735.0819.61.719.5614.419.854.818.55619.2014.419.371.62)125.81105595.6KNN41.5245122523844.38KN

23844.38105595.619.57KM/m321745L45tan4

217.522.6meMd3522871.78 Nd4040A(45tan217.5)(45tan23.5)194.59m2

44B2L10.19222.6W279.23m3

66所以

max19.574517.560.18.6122.617.560.0160000.01748194.59(1)194.59194.59279.231192.75KPaK115391539KPa

2m00k2r2(h3)20.70.852201.519.34(403)1539KPa

五、桩身配筋计算

主筋配置、螺旋箍筋配置按偏心受压构件计算和构造要求两种情况考虑；与承台连接部分配筋设计说明

纵向钢筋采用HRB335级钢筋，

f'sd280Mpa，fsd195Mpa，fcd11.5Mpa，ftd1.23Mpa，01。

混凝土保护层厚度采用70cm，采用28钢筋，外径为31.6mm。

rs750(70g31.6)664.2mm2rs0.8856r45L0/D301.5h0rrs1414.2mm

11(L0/D)2121400e0/h010.22.7e0/h01.861121.150.01L0/D0.8511(302)10.851.88 14001360/1414.2e0'e01.88871.781644.54设值=0.4

fcdAe'0Br0.0206f'sdDgrCe'0NduAr2fcdCpr2f'sd4063.81 Ndu/0Nd1.005轴向力设计值与实际值基本相等，所得配筋率0.0206即为所求。 所需钢筋的截面面积为：Ar0.043.147503638.75mm

2选5646(40.2mm)。As38680.2mm，rs750(702240.5)660mm 2

钢筋间距2rs/n23.14657.75/5673.76mm 实际配筋率As/r承载力复核： 假设设值=0.45

270369.60.0398

3.14657.75e'0(ji)BfcdDgf'sdr2118.97AfcdCgf'sd(2118.972132.76)0.6%2%2132.76

(e'0(ji)e'0(shi))/e'0(shi)所以=0.45即为所求。

NduAr2fcdCpr2f'sd(10182750211.50.23770.003987502280)/10005069.5KN0Nd4975.1KN截面抗压承载力满足所求，结构安全！