基础工程课程设计——铁路桥墩桩基础设计指导老师：班级：姓名：学号：2010年6月目录第一篇设计说明书 (2)第二篇设计计算书 (3)一、收集资料 (3)二、拟定尺寸 (5)三、承台底面形心处的位移计算 (7)四、墩身弹性水平位移δ的计算 (11)五、桩基检算 (13)六、电算结果 (19)第一篇设计说明书1.铁路桥墩桩基础设计中所依据规范有《铁路桥涵地基和基础设计规范》TB1002.5《混凝土结构设计规范》GB50010-2002《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》TB1002.3-992．铁路桥墩桩基础设计内容及步骤①收集资料②拟定桩的尺寸及桩数③承台底面形心处的位移计算④墩身弹性水平位移计算⑤承载力、位移、稳定性、抗裂性检算及桩身截面配筋设计⑥绘制桩基础布置及桩身钢筋构造图3.设计方案线路为双线、直线、坡度4‰、线间距5m，双块式无碴轨道。
桥跨31.1m，采用桩基础，蹲下设八根桩，设计直径为1m，成孔直径为1.05m，钻孔灌注桩，用旋转式钻头，桩身采用C25混凝土，桩长40m，粗砂层为持力层，桩底标高为-6.69m。
地基容许承载力[σ]=644kPa，单桩轴向受压容许承载力[P]=3048.92KN，对于主力加附加力[P]乘以1.2的提高系数。
桩顶和承台连接为主筋伸入式，桩顶深入承台0.1m。
桩身对称布置16根Φ18的光圆钢筋，钢筋总长13m，深入承台0.9m。
箍筋用Φ8@200mm，且沿钢筋笼方向，每隔2m设一道骨架钢筋和定位钢筋，均为Φ18的一级钢。
第二篇设计计算书一、收集资料㈠设计资料1、线路：双线、直线、坡度4‰、线距5m，双块式2无石渣轨道及双侧1.7m人行道，其重量为44.4kN/m。
2、桥跨：等跨L=31.1m无渣桥面单箱单室预应力混凝土梁，梁全长32.6m，梁端缝0.1m。
梁高3m，梁宽13.4m，每孔梁重8530kN，简支箱梁支座中心距梁端距离0.75m，同一桥墩相邻梁支座间距1.6m。
轨底至梁底高度为3.7m，采用盆式橡胶支座，支座高0.173m，梁底至支座铰中心0.09。
3、建筑材料：支撑垫石、顶帽、托盘采用C40钢筋混凝土，墩身采用C30混凝土，桩身采用C25混凝土。
4、地质及地下水位情况：土层平均重度γ=20KN/m3，土层平均内摩擦角Φ=28°，地下水位标高：+30.5m5、标高：梁顶标高+53.483m，墩底+35.81m。
6、风力：W=800Pa（桥上有车）。
7、桥墩尺寸：如图1所示(单位：cm，标高：m)。
图1 桥墩及承台尺寸示意图㈡ 设计荷载： 1、承台底外力合计：双线、纵向、二孔重载：ñN=18629.07kN,H=341.5KN,M=4671.75kN.m; 双线、纵向、一孔重载：N=17534.94kN,H=341.5kn,M=4762.57kN.m2、墩顶外力：双线、纵向、一孔重载：H=253.44KN,M=893.16KN.m二、拟定尺寸1、桩身采用C25混凝土。
2、设计桩径采用d=1m ，成孔桩径为1.05m,钻孔灌注桩，采用旋转式钻头。
3、画出土层分布图，选用粗砂层为持力层，桩端进入持力层的临界深度为1.5d=1.5m ，即桩端进入持力层要大于 1.5m ，从承台底面到细沙层底部深度为36.82m ，则取桩长l=40m 。
桩底标高-6.69m ，进入持力层3.18m 。
4、估算桩数：（按双孔重载估算）估算公式：][p Nμn ∑⋅= ][21][0σA m l f U P i i ∑+⨯=()m d U 299.305.01=+⋅=⋅=ππ220.7854dA m π==d k d k dl 2'22206)34(][10γγσσ+-+=∴>Θ土层平均天然重度3/20m kN =γ，由于桩侧土为不同土层，应采用各土层容重加权平均，在地下水位以上采用天然重度，在地下水位以下采用浮重度，3/101020m kN =-=γ∴32/7.104010)5.3031.3340(20)5.3031.33(m kN =⨯+-+⨯-=γ查《铁路桥规》得，地基的基本承载力KPa 4300=σ，深度修正系数,5.2,5'22==k k∴kPa d k d k 64417.105.26)314(7.1054306)34(22220=⨯⨯⨯+-⨯⨯⨯+='+-+=γγσσ钻孔灌注桩桩底支撑力折减系数：4.00=m 各土层的极限承载摩阻力：软塑砂粘土：m l kPa f 52.24511==， 粉砂：m l kPa f 5.94022==，淤泥质砂粘土：m l kPa f 4.13033==，细砂：m l kPa f 4.234044==，粗砂：m l kPa f 18.38055==，∴单桩的轴向受压容许承载力：kPaA m l f U P i i 92.3048644785.04.0)18.3804.23404.1305.94025.245(229.321][21][0=⨯⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯⨯⨯=+⨯=∑σ 取3.1=μ，则估算桩数：9.792.304807.186293.1][=⨯==∑P Nn μ，暂取=n 8，验算后作必要调整。
5、桩在承台底面的布置查《铁路桥规》，当m d 1≤时，最外一排桩至承台底板边缘的净距不得小于0.5d （设计桩径）且不得小于0.25m ，且钻孔灌注桩中心距不应小于2.5成孔桩径，满足桩间距和和承台边到桩净距的前提下得到桩在承台底面的布置情况，如下图（单位：cm ）：6、桩与承台连接方式采用主筋伸入式，桩伸入承台板内10cm ，具体配筋见后面详述。
三、承台底面形心处的位移计算 1、设计荷载：双线、纵向、二孔重载：18629.07,341.5,4671.75NK N H K N M K N m ===⋅ 双线、纵向、一孔重载：17534.94,341.5,4762.57NK N H K N M K N m ===⋅2、计算0,b α（1）桩的计算宽度0b ：kb k k b f 00= 其中，()00.9,1/2f k k d d ==+=6.3)1(36.06.05.311=+⋅⨯=<=d h L Θ∴989.065.36.06.016.06.0111=⋅-+=⋅'-+'=h L b b k ，其中6.02='=b n 时，因此，m b 78.11989.029.00=⨯⨯⨯=（2）计算基础变形系数αα50EI mb =α440491.064m d I ==π，kPaE h 7108.2⨯=查《铁路桥规》∴kPa E E h 771024.2108.28.08.0⨯=⨯⨯==467/1010.10491.01024.2m kPa EI ⨯=⨯⨯=假定桩为弹性桩，则其计算深度：()()2121.0514.1mh d m =+=+= m h 深度内存在两层不同的土，则m 的换算公式为：2212211)2(mh h h h m h m m ++= 其中， m h m kN m m h m kN m 6.3/80005.0/5000242141====，，，，则42222212211/384.79551.46.3)6.35.02(80005.05000)2(m kN h h h h m h m m m =⨯+⨯⨯+⨯=++=∴ 15650419.01010.178.1384.7955-=⨯⨯==m EI mb α 而5.276.1640419.0>=⨯=l α，则桩为弹性桩，假设成立。
3、计算单桩桩顶刚度4321ρρρρ、、、00111A C AE l l ++=ξρ其中，5.0785.04108.24002270===⨯===ξπ，，，，m d A kPa E m l lm m m l d D 3D 382.10428tan 40214tan 2=>⨯+=+=，所以取οϕ2220069.7434m D A =⨯==ππm m l 1040>=Θ ∴300/36.31821540384.7955m kN ml l m C =⨯===∴mkN A AE l l /10383.7069.736.3182151108.2785.0405.01C 11570001⨯=⨯+⨯⨯⨯=++=ξρ又0.476.1640419.0>=⨯=l α，查表有48.1,985.0,064.1===MM H Y Y φ， ∴m kN EIY H ⋅⨯=⨯⨯⨯==4633210609.8064.1101.1419.0αρkN EIY M 5622310902.1985.0101.1419.0⨯=⨯⨯⨯==αρrad m kN EI M /1084.6484.1101.1419.0564⋅⨯=⨯⨯⨯==φαρ4、计算承台刚性系数mkN n n i bb /10906.510383.786511⨯=⨯⨯===∑ρργ mkN n n i aa ⋅⨯=⨯⨯===∑542210887.610609.88ρργkN n n i a a 653310522.110902.18⨯-=⨯⨯-=-=-==∑ρργγββradm kN x n n ii i /10537.3)25.4(10383.781084.687255214⋅⨯=⨯⨯⨯+⨯⨯=+=∑∑ρργββ 对于低承台桩基，承台完全处于软塑砂粘土中，因此，承台的计算宽度为：m b B 2.1212.1110=+=+=，34/1025.28000m kN mh C h ⨯=⨯== ∴m kN h C B h aaaa ⋅⨯=⨯⨯⨯+⨯=+='545010937.925.21022.1210887.62γγkN h C B h a a a 62462010268.165.21022.1210522.16⨯-=⨯⨯⨯+⨯-=+='='βββγγγrad m kN h C B h /10569.3125.21022.1210537.312734730⋅⨯=⨯⨯⨯+⨯=+='ββββγγ5、计算承台底面形心处的位移a ，b ，β桩基为竖直桩基，桩群对称布置，0====a ab b ba ββγγγγ，则有：⎪⎩⎪⎨⎧∑=+=∑=+M a N b H a a bb a aa ''''βββββγγγβγγ由上式得承台形心位移：'''''2'''''2b b a a a a a a a a a a Nb H M a M H ββββββββββγγγγγγγγβγγγ⎧=⎪⎪⎪-⎪=⎨-⎪⎪-⎪=⎪-⎩∑∑∑∑∑ ① 荷载情况1—双线、纵向、二孔重载：18629.07,341.5,4671.75NK N H K N M K N m ===⋅ m N b bb3610154.310906.507.18629-⨯=⨯==∑γm M H a a aa a 426756721035.5)10268.1(10569.310937.975.4671)10268.1(5.34110569.3-⨯=⨯--⨯⨯⨯⨯⨯--⨯⨯='-'''-'=∑∑ββββββγγγγγrad H M a aa a aa 4267565210499.1)10268.1(10569.310937.95.341)10268.1(75.467110397.9-⨯=⨯--⨯⨯⨯⨯⨯--⨯⨯='-'''-'=∑∑ββββγγγγγβ② 荷载情况2—双线、纵向、单孔重载：17534.94,341.5,4762.57NKN H K N M K N m ===⋅m N b bb3610969.210906.594.17534-⨯=⨯==∑γm M H a a aa a 4267567210383.5)10268.1(10569.310937.957.4762)10268.1(5.34110569.3-⨯=⨯--⨯⨯⨯⨯⨯--⨯⨯='-'''-'=∑∑ββββββγγγγγradH M a aa a aa 4267565210526.1)10268.1(10569.310937.95.341)10268.1(57.476210397.9-⨯=⨯--⨯⨯⨯⨯⨯--⨯⨯='-'''-'=∑∑ββββγγγγγβ 四、墩身弹性水平位移δ的计算假定墩帽、托盘和基础部分产生刚性转动，将墩身分为四个部分，（由于墩身4-5段下部分在土中，故将其分为两段，只计算土上部分风力），分别计算它们所受的风荷载,桥上有车时的风压强度W=800Pa ，纵向水平风力等于风荷载强度乘以迎风面积,分别计算出四部分的上下底边长及中线长，然后计算出各个截面的弯矩，再求和即可得到托盘底面所受的总弯矩。