土木工程专业西南交大桥梁基础课程设计21号墩

土木工程专业西南交大桥梁基础课程设计21号墩内容摘要：

22 0 5 3 6. 8 132 21 11 .9 6 20 .7 4R 92 11 .9 6 20 .7 4 0. 35 80 20 .7 4 0. 3532 2 2                                 15 作用在承台底的竖向活载为 343 1 5 4 7 . 2 3 1 4 2 6 . 2 7 2 9 7 3 . 5N R R k N    活 R R4 对承台底 xx轴的力矩 M 活 3 为  3 0 . 3 5 1 5 4 7 . 2 3 1 4 2 6 . 2 7 4 2 . 3 4M k N   活 ④双孔空车荷载 支点反力56 1 32 .7 10 16 3. 52R R k N     作用在承台底的竖向活载为 ： 564 1 6 3 . 5 2 3 2 7N R R k N    活 R R4 对承台底 xx轴的力矩 ： 4 0M 活 （ 2）离心力 因该桥为直线桥所以离心力为 0。 （ 3）横向摇摆力 横向摇摆力取为 100kN，作为一个集中荷载取最不利位置，一水平方向垂直线路中心线作用于钢轨顶面。 （ 4）活载土压力 因桥墩两侧没有土体，所以活载土压力为 0。 附加力计算 （ 1）制动力（或牵引力） ①单孔重载与单孔轻载的制动力（或牵引力） 16 因单孔重载与单孔轻载作用在梁上的竖向静活载相同，故其制动力（或牵引力）也相等，为  1 1 0 % 2 2 0 5 9 2 3 2 .7 7 .5 3 4 1 .8 4H k N       H1 对承台底 xx轴的力矩 MH1 为  1 3 4 1 . 8 4 0 . 4 5 7 2 . 25 + 0 . 4 0 6 1 2 . 9 5HM k N m      ②双孔重载的制动力（或牵引力） 左孔梁为固定支座传递的制动力（或牵引力）  21 1 0 % 2 2 0 5 9 2 3 2 .3 5 7 .5 6 .8 1 1 0 0 % 2 7 5 .9 7H k N          右孔梁为滑动支座传递的制动力（或牵引力）  22 1 0 % 9 2 1 1 . 9 6 8 0 2 0 . 7 4 5 0 % 1 3 7 . 9 8H k N        传到桥墩的制动力（或牵引力） 212 7 5 . 9 7 1 3 7 . 9 8 4 1 3 . 9 5 3 4 1 . 8 4H k N H k N     故双孔重载采用的制动力（或牵引力）为 2 3 4 1 .8 4H kN H2 对承台底 xx轴的力矩 2HM 为 2 2 0 6 1 2 . 9 5HM k N m （ 2）纵向风力 ①风荷载强度 1 . 4 8 k P a8001 . 2 31 . 3 71 . 1WKKKW 0321  17 其中 1K 根据长边迎风的圆端形截面 l/b＞ ,由课本表 28 查得为 K ；2K 根据轨顶离地面的高度内插得 K ； 3K 根据桥址所处地形为构造剥蚀地中山区，河谷阶地、河流峡谷区取为 K。 ② 垫石 风力 31 1 . 4 8 0 . 3 5 1 . 0 2 1 . 0 3 6H W A k N        H31 对承台底 xx 轴的力矩 MH31 为  31 1 . 0 3 6 2 . 5 5 7 0 . 2 6 1 . 8 5HM k N m       注： 垫石 风力的合力作用点近似取为据承台底以上。 ④ 墩身风力 常水位时  32 1 . 4 8 0 . 5 6 . 4 8 . 9 5 6 . 2 2 6 3 6 . 5 2H k N       H32 对承台底 xx 轴的力矩 MH32 为 32 56 .2263 2 19 48 82HM k N m      设计频率水位时  33 1 . 4 8 0 . 5 6 . 4 8 . 8 5 5 5 . 1 2 6 2 2 . 0 3H k N       H33 对承台底 xx 轴的力矩 MH33 为 335 5 .1 26 2 2 .0 3 2 .5 1 8 6 9 8 .2 22HM k N m      ⑤ 纵向风力在承台底产生的荷载 18 常水位时 ： 3 3 1 3 2H H H 1 . 0 3 6 6 3 6 . 5 2 6 3 7 . 5 6 k N     H 3 H 3 1 H 3 2M M M 6 1 . 8 5 1 9 4 8 3 . 8 8 1 9 5 4 5 . 7 3 k N m      设计频率水位 ： 3 3 1 3 3H H H 1 .0 3 6 62 2 . 0 3 62 3 . 0 6 6k N     H 3 H 3 1 H 3 3M M M 6 1 . 8 5 1 8 6 9 8 . 2 2 1 8 7 6 0 . 0 7 k N m      （ 3）流水压力 常水位时： 桥墩的流水压力为 ： 22 1 0 1 . 20 . 6 [0 . 5 (6 . 1 6 . 1 3 ) 0 . 7 8 1 . 2 2 8 ] 6 . 2 82 2 1 0w vP K A k Ng           P 对基底 yy轴的力矩 PM 为 26 .2 8 [ 1 .2 8 ( 1 .2 2 0 .7 8 ) ] 1 6 .4 23PM k N m       设计频率水位 ： 桥墩的流水压力为 ： 22 1 0 1 . 80 . 6 [0 . 5 (6 . 0 5 6 . 1 3 ) 1 . 8 8 1 . 2 2 8 ] 2 0 . 6 22 2 1 0w vP K A k Ng           19 P 对基底 yy轴的力矩 PM 为 22 0 .6 2 [ 1 .2 8 ( 1 .2 2 1 .8 8 ) ] 6 93PM k N m       荷载组合 （ 1）地基强度检算 最不利荷载组合为纵向主＋附 ，单孔重载或双孔重载。 （ 2）基地偏心距检算 最不利荷载组合为纵向主＋附 ，单孔轻载。 （ 3）基地稳定性检算 最不利荷载组合为纵向主＋附 ，单孔轻载。 荷载组合 （ 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）桩身截面配筋计算 最不利荷载组合为纵向主＋附 ，单孔重载。 （ 4）群桩基础的承载力检算 最不利荷载组合为纵向主＋附 ，双孔重载。 综上，荷载组合数据如下表所示： 表 21 荷载组合 荷载 组合 单孔轻载 单孔重载 N H M N H M 主力 恒载 常水位 0 0 0 0 设计频率水位 0 0 0 0 活载 0 0 附加力 制动力 0 0 纵向风力 常水位 0 0 设计频率水位 0 0 荷载组合 双孔重载 双孔轻载 20 N H M N H M 主力 恒载 常水位 0 0 0 0 设计频率水位 0 0 0 0 活载 0 327 0 0 附加力 制动力 0 0 纵向风力 常水位 0 0 设计频率水位 0 0 2. 4 基础类型 及尺寸拟定 选定桩基类型 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。 表 22 方案比较 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。 由设计资料中的场地平面布置图可知，所要设计的墩台基础位于 W3 泥岩中，持力层即为 W3 泥岩， W3 泥岩为强风化泥岩，天然重度为 20 3/mkN ，压缩模量 21 为 120MPa ，基本承载力为 400kPa ，桩周土的极限侧阻力 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。 综合以上原因，选用低承台桩基。 桩基类型分析：打入桩适用于稍松至中密的沙类土、粉土和流塑、软塑的黏性土；震动下沉桩适用于沙类土、粉土、黏性土和碎石类土；桩尖爆扩桩可用于硬塑黏性土以及中密、密实的沙类土和粉土；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下水的土层。 根据地质条件和各种类型桩基础具有的不同特点，综合分析后选用钻孔灌注桩。 桩端持力层 W3 泥岩为强风化泥岩，再初步结合桩的埋置深度这里选用摩擦桩。 拟定桩长和桩径 钻孔灌注桩的设计桩径（即钻头直径）一般采用 ， ， ,不宜小于 米。 初步选择桩径为。 初步选择桩端持力层在 3W 泥岩层内， 则 桩长的范围为 1 1 2 0 . 4 1 + 1 0 . 6 1 1 1 8 . 2 2 8 . 4 1 1 1 2 0 . 4 1 + 2 3 . 2 1 1 1 8 . 2 2 2 1 . 0 1ml        初步拟定桩长为 20m。 估算桩数及 拟定布桩形式 ： 由《铁路桥涵地基和基础设计规范》 得该摩擦型钻孔灌注桩的容许承载力为    σAmlfU21P 0ii   22 选择冲击锤，成孔桩径 d=+=，则 mdU 。 各土层极限摩阻力：粉砂 114 5 , 4 .2 1f kPa l m， W 泥岩 225 0 , 4 .2f kPa l m，3W 泥岩 331 0 0 , 1 1 .5 9f kP a l m。 钻孔灌注桩桩底支撑力折减系数 0m ， 10 25d h d ， 土质较好， 经查表，取。 又 h﹥ 10d，   ( 6 d )γk3)( 4 dγkσσ 239。 2220  其中 400kPaσ0  ， 2k 为地基容许承载力深度修正系数，该设计桩底持力层为 W3 泥岩，按照碎石土中密状态取 2k =5,故 39。 2k 取 2k 的一般为。 2γ 桩底以上土的天然重度的平均值 32 kN / .1 9 .. 4γ  故   k P .      21 πP 5 .0 3 4 .2 1 4 5 4 .2 5 0 1 1 .5 9 1 0 0 0 .6 1 .5 1 1 1 1 5 0 9 7 .48kN24             ： 由荷载组合得到的总荷载值可知，常水位时的总荷载大于设计频率水位时的总荷载，故在设计中只考虑常水位时的荷载情况。 作用于承台底面的最大竖向荷载 (双孔重载 ) 3N N N 2 4 1 8 7 . 2 4 2 9 7 3 . 5 2 7 1 6 0 . 7 4 k N    活恒 估算所需桩数 23。