桥梁基础设计.docx
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桥梁基础设计.docx
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桥梁基础设计
桥梁基础设计
一、设计资料
1、地址及水文
河床土质:
从地面(河床)至标高32.5m为软塑粘土,以下为密实粗砂,深度达30m河床标高为40.5m,—般冲刷线标高为38.5m,最大冲刷线为35.2m,常水位42.5m。
2、土质指标
表1土质指标
类型
地基系数m(KN/m)
极限摩阻力t(KPa)
内摩擦角©
容重丫
(KN/m)
软塑粘土
8X103
40
20°
12
密实粗砂
25X103
120
38°
12
3、桩、承台尺寸与材料
承台尺寸:
7.0mX4.5mx2.0m。
拟定采用四根桩,设计直径1.0m。
桩身混凝土用20号,
其受压弹性模量Eh=2.6104MPa。
4、荷载情况
上部为等跨25m的预应力梁桥,混凝土桥墩,承台顶面上纵桥向荷载为:
恒载及一孔活载时:
恒载及二孔活载时:
ZN0=6498.2KN
桩(直径1.0m)自重每延米为:
兀疋102
q15=:
11.78KN/m(已扣除浮力)
4
故,作用在承台底面中心的荷载力为:
ZN=5659.4(7.04.52.025)=7234.4KN
ZH=298.8KN
iM=3847.7298.82.0=4445.3KNm
恒载及二孔活载时:
EN=64982+(7.0汉4.5汇2.0汉25=8073.2KN。
桩基础采用冲抓锥钻孔灌注桩基础,为摩
擦桩。
二、单桩容许承载力的确定
根据《公路桥涵地基与基础设计规范》中确定单桩容许承载力的经验公式,初步反算桩的长度,设该桩埋入最大冲刷线以下深度为h,—般冲刷线以下深度为h3。
贝
1
Nh=[P]=丄山1宀m°A{[6]k22也-3)}
2
当两跨活载时:
Nh=8073.23.311.78-11.78h(KN)
42
计算[P]时取以下数据:
桩的设计桩径1.0m,冲抓锥成孔直径为1.15m,桩周兀X12
U=二1.15=3.61m,A0.485m,■=0.70,m°=0.9,K2=6.0,
4
[匚0]=550KPa,2=12KN/m2(已扣除浮力),-40KPa,.2=120KPa。
1
[P]3.61[2.740(h-2.7)120]0.700.90.785[5506.012(h3.3-3)]
二Nh=2057.175.89
二h=8.78m
现取h=9m桩底标高为26.2m。
桩的轴向承载力符合要求。
具体见如图所示。
桩顶及最大冲刷线处荷载R、Qi、Mi及P。
、Q。
、Mo的计算
>、参数计算
、桩的计算宽度b1
K0Kd=0.9(d1)K=0.911K=1.8K
mb1
=5
_.EI;
m1h1m22h1h2h2
33
8102.7251022.71.31.3
-0.67Eh
4
0.0491m4
64
hm
33
=17.2510KN/m
=0.672.6107KN/m2
42
17.251031.38
",0.67汇2.6"0790491
二0.489m'
桩在最大冲刷线以下深度h=9m其计算长度则为:
h==0.4899=4.4012.5
故按弹性桩计算
3、桩顶刚度系数匚'2、J、6值计算
疋1nd22
lo=3.3m;h=9m;;A0.785m
24
353
C0=10m0=102510=2.510KN/m
按桩中心距计算面积,故取A。
2.5^4.91m2
4
1
I3—9d
「1=
103h1
2+1
0.785x2.6x1072.5x105x4.91
AEh
5
=8.35510=0.977EI
已知:
h-:
h=0.4899=4.4014,取用4
l0--l0=0.4893.3=1.614
查附表17、18、19得:
Xq=0.262564;xm=0.448403;m=1.063181r2二:
3EIxq=0.031EI
2
kElxm=0.107El
t4fEIm7520EI
4、计算承台底面原点O处位移a0、b0、一:
0
「N7234.41851.42
0一n二1一40.977EI一EI
m
nJJ'X:
=40.50EI0.977EI41.252=8.185EI
n—40.031EI=0.124EI
n—40.107EI7.429EI
2.22
Z2=(0.429EI)=0.184(EI)
校核
nQj
=474.7=298.8KN»H=298.8KN
'XiRnMi=22810.87-806.331.254-141.50
i4
=4445.3KNm八M=4445.3KNm
ZnP=2工(2810.87+806.33)=7234.4KN=》P=7234.4KN
i4
:
:
:
三•计算最大冲刷线处桩身弯矩M0,水平力Q0及轴向力'P0
M°二MiQil。
--141.5074.73.3=105.00KNm
Qo=74.7KN
Po=2810.870.7853.315=2849.73KN
四、最大弯矩Mmax及最大弯矩位置Zmax的计算
.桩顶纵向水平位移
X1=2.6441.02712.31.042-0.89710’
=15.4310—15.43mm
水平位移容许值[•:
]=0.5.25=2.5cm,符合要求。
六、桩身截面配筋的计算
〈一〉配筋的计算
最大弯矩截面在Z=2.132处,次处设计最大弯矩为Mj=207.06KNm
11
设计最大弯矩为Nj=2849.73—2.13211.78-403.612.1322708.36KN
j22
由截面强度的计算公式
Nj
y
b"2
-一RaAr
c
Nj
y
-RgClr2
s
V
/bfr3
-一RaBr
c
丄RgD®3
s
取以上两式的临界状态分析,整理得:
l上Br-Ae。
RgCe°-Dgr
=240MPa
现拟定采用20号混凝土,I级钢筋,Ra=11MPa,Rg
1计算偏心距增大系数
Mj207.06
e076.5mm
Nj2708.39
因ah=4.401>4.0,故桩的计算长度Ip=0.5」3.3+上1〕=5.740mmp<0.489丿
长细比11=5740=5.740:
:
.7,可不考虑纵向弯曲对偏心矩的影响,取r=1
d1000
2、计算受压区咼度系数
q=176.5=76.5mmd1000
r二一二=500mm
22
设g=0.9,贝Vrg=gr=0.90500=450mm
—匹Br-Ae。
RgCe0-Dgr11B500-A76.5
=■■■-.
240C76.5-D450
5500B-841.5A
-18360C-108000D
Y1
Nu=」RaAr2—RgClr2
cs
0.9520.95,2
11A500240500
1.251.25
=2090000A45600000CJ
现采用试算法列表计算(见表2):
表2受压区高度系数E计算表
E
A
B
C
D
Nu(N)
Nj(N)
Nu/Nj
0.96
2.5890
0.40112
33590.6
>847-0.0
0088
5317X10
3
2708疋10
r1.963:
0.97
2.6158
0.38652
36900.6
>5900.0(
2726
5761"03
2708"03
2.127
0.98
2.6424
0.37172
40120.6
>3390.0(
7353
3
6328汉10
3
2708汉10
2.336
0.99:
2.6685
0.35662
43240.6
i0940.01
3435
7067"03
2708"0‘
2.6091
1.00:
>.69430.
34132.4
6270.58
560.021
637
3
8061"0
3
2708江10
2.976
由计算表可见,当E=0.97时,计算纵向力Nu与设计值Nj之比较为合理,故取E=0.97,
卩=0.002726为计算值。
3
、计算所需纵向钢筋的截面积
Ag-■'■:
r2=0.002726二5002=2141mm:
现选用10©18,Ag=25.45cm2,布置如图2
土净保护层
20
c=6050mm-25mm,纵向钢筋间净
2
256mm>80mm
馳倒筋布賈示意和尺寸单位;cm)
<二>对截面进行强度复核
长细比b=5.740:
:
:
7,故纵向弯曲系数=1。
d
—d2
混凝土截面积为Ah-785398mm2,实际纵向钢筋面积Ag=2545mm2,,
4g
则在垂直于弯矩作用平面内的承载力为
.^-RaAhRg"Ag
cS
(11、
=10.95117853982402545
V1.251.25丿
-7030.137KNNj=2708KN
2、在弯矩作用平面内
B^gRgr
ARaCiRg
B11D0.012960.9240
500
A11C0.01296240
5500B1327.95D-11A3.110C
同样采用试算法可得,当上=0.98时,e°A78.99mm,与设计的e。
=76.5mm很接近,故取上=0.98为计算值。
在弯矩作用平面内的承载力为
肌二丄RaAr2」RgC」r2
cs
工095112.642450020952402.36900.0073535002
1.251.25
=6327.73KNNj=2708KN
yy
Mu=』RaBr3」D切2Rg
cs
二095110.371750030952400.63390.0073535002七、承台结
1.251.25
=484.07KNmMj=207.06KNm
桩截面符合强度要求。
构设计计算
⑻-Liool:
^」筠QLiQQ-
图
承台(见图3)的有效高度为:
3桩承台计算图(尺寸单位:
cm)
h°二200-20-3二177cm
1、承台受冲切验算
桩边冲切,计算冲跨比:
计算冲切系数:
取:
hp=1.0,则:
满足要求
aox
ho
a0y
ho
=100=0.565
177
25
0.14V:
:
0.2,取0.2
177
0841.098
局x0.20.5650.2
0.840.84
0.84
心0.2二0.20.2=2.100
25xbe'aoy®he+a°x阳hpftho
=20.56510.252.10021.5丨1.011001.77
=32371.04KN2810.87KN
a1x=100cm;a“=25cm,所以,■仪=0.565;
桩向上冲切,g=c2=150cm;
■1y-0.2,计算冲切系数:
0.56
0.56
0.732入x0.20.5650.2
0.560.56d
==1.400心0.20.20.2
取■:
hp=1.0,所以:
-
’Jy”
■z丄a1x'
[Xx
-
c2+——
<2丿
+^1y
G+——1
<2丿」
hpfth0
0.7321.500.1251.4001.500.5丨1.011001.77
=7767.56KN2810.87KN
满足要求。
3、抗剪承载力计算
1.75:
:
~Phsftb0h0
■1.0
175
1.0110071.77
0.21.0
=19875.63KN'H=298.8KN
所以抗剪承载力满足要求。
4、承台受弯承载力计算
Mmax=My=為NjXj=22810.871.50=8432.61KNm
Mx*Niyi=22810.870.75=4216.31KNm
6
8432.6110622
19327.34mm=193.27cm20.55"770'!
1.0汇1770—声340
选用3228钢筋,
间距为17+29X14+17cm则实际钢筋=197.02cm2,混凝土保护层为5cm
沿X轴方向布置。
选用31」28钢筋,间距为23cm则实际钢筋=190.86cm2,混凝土保护层为5cm沿X轴方向布置。
沉井设计
+4.20米,施工期间实际标高为+2.90米,
某工程采用沉井方案,由于井位处因地势低洼,设计地面标高为地下水位也为+2.90米。
一、设计条件
1.工程概况
根据使用要求,本沉井结构尺寸如图所示,沉井平面为矩形,剖面为阶梯形,井顶标高为+5.20米,刃脚
踏面标高为-4.90米,制作高度为10.10米,施工时采用二次施作,一次下沉,第一节制作高度为5.00米。
标高+1.70米以上,井壁厚度为0.3米,标高+1.70米以下,井壁厚度为0.6米。
沉井封底水下混凝土厚度
为1.3米。
2•沉井材料
混凝土采用C20,其轴心抗压,轴心抗拉强度标准值fck=13.4(N/mm2),ftk=1.54(N/mm2)
轴心抗压,轴心抗拉强度设计值fc=9.6(N/mm2),ft=1.10(N/mm2)
钢筋采用热轧钢筋HRB335,强度标准值fyk=335,(N/mm2)强度设计值fy=300(N/mm2)
沉井剖面、平面图
3.地质资料
根据地质钻探资料分析,本沉井工程范围内的地层,分为五层,其物理力学指标如表1所示。
沉井井位以
下主要是表1所列第五层灰色淤泥质粘土夹砂层。
序
号
土层名称
埋藏深度
(标高:
米)
孔隙
比
e
含水
量
w
(%)
天然
容重
Y
KN/m3
干容
重
Y
KN/m3
塑性
指数
Ip
内摩
擦角
①0
内聚力
C
(kPa)
允许承载力
R
(kPa)
备
注
1
黄色亚粘土
+3.60~0.0
0.93
33.0
18.7
14.1
12.7
18
5
110
淤泥质土
2
灰色亚粘土
+0.00~-2.50
1.03
37.2
18.3
13.4
9.9
18
3
100
3
灰色粘土夹砂
-2.5〜13.50
1.42
30.2
17.1
10.8
18.1
8
8
80
4
灰色粘
-135〜15.5
1.11
39.0
18.1
13.0
17.7
12
10
110
5
灰色亚粘土
-15.5以下
0.97
34.0
18.6
13.9
13.2
16
8
130
井壁与土体之间的摩阻力(kPa)
15~20
沉井井壁与土体之间的摩阻力土的种类粘性土
、水、土压力的计算
试中:
l为水土混合液的容重,取L=l3kN/m3。
当HL=0时,PwE=0
Hl
=1.9m时,
Pwe=13X1.9=24.7
kPa
Hl
=5.9m时,
FWe=13X5.9=76.7
kPa
Hl
=6.3m时,
PWE=13X6.3=81.9
kPa
Hl
=7.2m时,
Pwe=13X1.9=93.6
kPa
Hl
=7.8m时,
FWE=13X7.8=101.4
kPa
三、下沉计算
3
25kN/m计,沉井重量为
1.沉井自重
井壁钢筋混凝土容重按
Gk二V
=【(8.2X6.3—7.0X5.1)X10.1—(3.5+4.2)X0.3-2X2X(7.9+6.0)】X25=3227.2kN
2.摩阻力
井壁的侧面摩阻力分布如下图所示,单位摩阻力取f=17.5kN/m2进行计算。
A=H十一2.5f=丄7.85.9-2.517.5=98.0kN/m
一2一2
井壁总摩阻力:
Ffk二U二8.26.3298.0=2842.0kN
下沉系数k=Gk_Fk=竺空0=1.131.05,满足下沉要求。
Ffk2842.0
四、沉井竖向计算
1.抽垫木时井壁竖向计算
沉井在开始下沉特别是在抽垫木时,井壁会产生较大的弯曲应力。
该沉井采用四个支撑点,支撑点布置见下图:
川川川川川
儿川川川」川川川1
41q
0.71,-■/
度标准值:
井壁单位宽
|;|-|
1
0.3-0.40.20.30.6125=118.38kN/m
2
井壁单位宽度设计值:
qs=1.27118.38=142.05kN/m
支座弯矩:
1j21j
M支=――X142.05U8.2X0.152—一江5.1勺42.05"8.2><0.15—0.3)=-444.33kN*m
22
跨中弯矩:
M中=1H42.05>^(8.2>^0.152—444.33=140.69kN*m
8
(2)假设抽垫木时,先抽空的回填部位已经压实变成支点,此时,沉井的井壁支承在三点上,如下图
所示:
川I川II川川川川川1|皿丽川
0.51
支座弯矩:
1p
M支142.050.58.2=-298.48kN*m
8
跨中弯矩:
2
M中二0.07142.050.58.2i;=167.15
(3)配筋计算
L/H=8.2/10.1:
:
:
2,按深梁进行计算,根据《钢筋混凝土结构构件设计规范》计算如下:
L 刃脚底部: M中=176.15kN/m 井壁顶部: M支=444.33kN/m 五、刃脚计算 1.刃脚外侧竖向配筋计算 本沉井采用排水法施工,井内无水,按刃脚下的土已被掏空的情况计算,如图: (1)刃脚跟部C-C截面弯矩计算及配筋 计算时,刃脚自重及井壁摩阻力不计。 121’22 Mc1.2793.60.61.27101.4-93.60.622.6kN*m 223 h0=555mm,b=1000mm 二0.00764 22.6"06 1.09.610005552 i22 匕=d-J-2cts=0.00767As=Cbho%fc/fy=136.2mmv代时=0.2%x1000x600=1200mm 按构造配筋,选用8M4,As=1231mm2 (2)凹槽下口D-D截面弯矩计算及配筋 112 Md1.2781.91.521.27101.4-81.91.52163.45kN・m 223 h二355mm,b二1000mm =0.1351 M163.45106 : 1fcbhb_1.09.610003552 =1-.1-2: s=0.1457 22 As=-bhb«1fc/fy=1655.2mm>As,min=0.2%汇1000汇400=800mm 选用10^16,As=2011mm2 2.刃脚内侧竖向钢筋计算 600mm进行计算,计算简图如下 按沉井已部分入土的情况进行计算,刃脚内侧切入土中 P-K-I : i 取^仝-30(砂垫层内摩擦角)进行计算 a=600mm,b二300mm,c=300mm 600o : 二arctan63 300 (1)水平作用力计算 井壁单位宽度重量设计值: gs=142.05kN/m 土的反力: R=gs二乂V2=204.15kN/m 1「 2R R -;cb,;二= 2 b2c 112R Rb 142.050.3 V? b= b工 47kN/m 22b2c b2c 0.320.3 H=V2tan: --47.35tan63-30=30.75kN/m (2)内力计算及配筋 1)刃脚跟部C-C截面的弯矩计算及配筋计算时,略去刃脚自重和井壁摩阻力 22 McaH0.630.75=12.3kN/m 33 h°=555mm,b=1000mm =0.00416 M12.3106 : ^fcbh2_1.09.610005552 「=1-1-2: s=0.00417 22 As二bhbrfc/fy=74.1mm: : A,min=0.2%1000600=1200mm 按构造配筋,选用8: : 」14,As=1231mm2 2)凹槽下口D-D截面弯矩计算及配筋 2,2 MDa0.9H0.60.930.75=39.98kN/m 33 h0=355mm,b=1000mm 39.98"06 2 1.09.61000355 =1-1匚2「s=0-0336 代=6^务fc/fy=381.7mm2£代口山=0.2%汉1000汇400=800mm2 按构造配筋,选用6"14,As=923mm2 六、井壁水平框架的内力计算及配筋 采用公式法计算沉井平面框架的内力,本设计为一单孔矩形沉井,荷载及弯矩分布见下图 三三二三三三三三三三 —mm 121+P2a Ma=Mb=Mc=Mdql 121+g 12
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