课程名称：基础工程设计题目：铁路桥墩桩基础设计院系：土木工程系专业：詹天佑班年级：2009级姓名：白越学号：20097025指导教师：西南交通大学峨眉校区2012 年12 月课程设计任务书专业詹天佑班姓名白越学号20097025开题日期：2012年12月1日完成日期：2012 年12月23日题目铁路桥墩桩基础设计一、设计的目的通过本次课程设计应全面掌握铁路墩台桩基础设计内容与步骤及主要验算内容与方法，了解现行《铁路桥涵地基和基础设计规范》（TB 10002.5-2005）的有关规定，并初步具备独立进行桩基础设计的能力二、设计的内容及要求1、选定桩的类型、施工方法、桩与承台的连接方式，设计满足工程要求的桩基础2、检算项目（1）单桩承载力（双线、纵向、二孔重载）；（2）群桩承载力（双线、纵向、二孔重载）；（3）单桩桩身内力（双线、纵向、一孔重载）；（4）承台抗弯（双线、纵向、二孔重载）；（5）桩对承台冲切（双线、纵向、二孔重载）；（6）承台抗剪（双线、纵向、二孔重载）。

3、设计成果（1）设计说明书；（2）设计计算书；（3）桩的平面及横断面布置图三、指导教师评语四、成绩指导教师(签章)年月日一、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、地质与水文资料墩柱下地层情况及主要物理力学指标如下：地层号 岩层名称 标 高()m厚度 ()m承载力 （kPa ） 容重 （kN/m 3） 内摩擦角（°）1-1 耕地36.79～36.29 0.5 60 18 10 1-2 粉砂（中密） 36.29～23.31 12.98 200 19.5 18 1-3粗砂（中密）23.31～ 未揭穿40020.522地下水位高程为-50m 。

5、标高：承台底+33.31m 。

6、桥墩尺寸：如下图（单位：cm)7、8、承台底外力合计：1、双线、纵向、二孔重载：N=17800.07kN ，H=341.5KN ，M=4671.75kN.m; 2、双线、纵向、一孔重载：N=17334.94kN ，H=341.5kn ，M=4762.57kN.m二、拟定尺寸1、桩身采用C25混凝土。

2、设计桩径采用d=1.25m ，选用钻孔灌注桩，采用旋转式钻头。

3、由设计资料，选用粗砂层为持力层，从承台底面到粉砂层底部深度为33.31m ，取桩长l=20m 。

桩底标高为3.31m ，进入持力层10m 。

4、估算桩数：（按双线、纵向、二孔重载估算）][p Nμn ∑⋅=][21][0σA m l f U P i i ∑+⨯=m d U 927.325.1=⋅=⋅=ππ222227.1425.14m d A =⨯=⨯=ππ因为 d h 10>， 桩侧土为不同土层，应采用各土层容重加权平均 32/20205.20105.1910m kN =⨯+⨯=γ查《铁路桥规》得，地基的基本承载力，kPa 4000=σ52=k 5.22='k[]kPad k d k 97525.16205.2)325.14(205400)6()34(22220=⨯⨯⨯+-⨯⨯⨯+='+-+=γγσσ 查《铁路桥规》得、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：粉砂：kPa f 401= m l 101= 粗砂：kPa f 802= m l 152=取1.1=μ，则估算桩数：[]9.673.283407.178001.1=⨯=•=P P n 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0.3d （设计桩径）且不得小于0.5m ，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 ）：平面图 （单位：cm ）：断面图 （单位：m ）：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：N=17800.07kN ，H=341.5KN ，M=4671.75kN.m;双线、纵向、一孔重载：N=17334.94kN ，H=341.5kn ，M=4762.57kN.m2、计算α,1b（1）桩的计算宽度：d K K K b f •••=01其中，9.0=f K ， 8.125.111110=+=+=d K m h m L 05.4)125.1(36.06.075.111=+⨯⨯=⨯<=∴ 773.075.675.16.0)6.01(6.06.0)1(11=⨯-+=•'-+'=h L b b K 其中6.02='=b n 时，因此，m b 565.125.1773.08.19.01=⨯⨯⨯=（2）计算基础变形系数α5EImb =α 441198.064m d I ==πkPaE h 7108.2⨯=查《铁路桥规》kPa E E h 771024.2108.28.08.0⨯=⨯⨯==467/1068.21198.01024.2m kPa EI ⨯=⨯⨯=假定桩为弹性桩，则其计算深度：m d h m 5.4)125.1(2)1(2=+⨯=+=对于弹性桩，m h m 5.4=范围内只有粉砂，查表则m 的取值4/100005000mkN m -=。

本设计中取4/8000m kN m =∴ 15651342.01068.2565.18000-=⨯⨯==m EI mb α 而5.284.620342.0>=⨯=h α，则桩为弹性桩，假设成立。

3、计算单桩桩顶刚度4321ρρρρ、、、001C 11A AE h l ++=ξρ其中，5.0227.14108.22002270===⨯===ξπ，，，，m d A kPa E m h l202010221018=⨯+⨯=ϕ mm m h d D 3D 375.4420tan 20225.14tan 2=>=⨯⨯+=+=，所以取ϕ2220069.7434m D A =⨯==ππm m l 1020>= ∴3500/106.1208000m kN mh h m C ⨯=⨯===m kN A AE l l /10509.8069.71600001108.2227.1205.01C 11570001⨯=⨯+⨯⨯⨯=++=ξρ又0.484.620342.0>=⨯=h α，取用4查表有484.1,985.0,064.1===m m Q x x ϕ，∴m kN EIx Q /10335.3064.11068.2342.056332⨯=⨯⨯⨯==αρkN EIx m 5622310088.3985.01068.2342.0⨯=⨯⨯⨯==αρ m kN EI m ⋅⨯=⨯⨯⨯==56410652.4484.11068.2342.0ϕαρ4、计算承台底面形心处的位移a ，b ，β（一孔重载）m n P b 351106.210509.889.17334-⨯=⨯⨯==ρ∑∑==-+++=ni i ni i n x n n Mn H x n a 1232214231214)()(ρρρρρρρ3818305025.2810509.810652.482551214=⨯⨯⨯+⨯⨯=+∑=ni i x n ρρ266800010335.3852=⨯⨯=ρn 247040010088.3853=⨯⨯=ρn122310103.6)(⨯=ρn4121059.210103.638183050266800057.476224704005.34138183050-⨯=⨯-⨯⨯+⨯=a 4123221423210415.1)(-=⨯=-++=∑ni i n x n n Hn M n ρρρρρρβ5、计算作用在每根桩顶上的作用力i i i M Q N 、、 竖向力:kNkN i i x b N 245.2483435.19414351{)10415.125.2106.2(10509.8)(=⨯⨯±⨯⨯⨯=+=--βρ水平力:kN a Q i 68.4210415.110088.31059.210335.3474532=⨯⨯⨯-⨯⨯⨯=-=--βρρ弯矩：mkN a M i •-=⨯⨯⨯-⨯⨯⨯=-=--153.141059.210088.310415.110652.4454534ρβρ 校核：kN H kN nQ i 5.34144.34168.428=≈=⨯=∑mkN M m kN nM Nx i ni ii •=≈•=⨯-⨯-⨯=+∑∑=57.4762066.4763153.14825.2)435.1941245.2483(41kN N kN nNni i94.1733472.17698)435.1941245.2483(41=≈=+⨯=∑∑=6、计算局部桩身顶弯矩0M 、水平力0Q 及轴向力0Nm kN l Q M M i i •-=⨯+-=+=153.14068.42153.1400kN Q 68.420=，kN N 245.2483=7、计算桩身任意深度y 处截面的弯矩y M 及水平抗力y σm m y B M A Q M 00+•=α无量纲系数m A 及m B 可查表得，y M 值计算列表如下，0 00 1 0 -14.153 -14.153 0.2 0.584795322 0.197 0.998 25.950416 -14.124694 11.825722 0.4 1.169590643 0.377 0.986 49.661456 -13.954858 35.706598 0.6 1.754385965 0.529 0.959 69.684112 -13.572727 56.111385 0.8 2.339181287 0.646 0.913 85.096288 -12.921689 72.174599 1 2.923976608 0.723 0.851 95.239344 -12.044203 83.195141 1.2 3.50877193 0.762 0.774 100.376736 -10.954422 89.422314 1.4 4.093567251 0.765 0.687 100.77192 -9.723111 91.048809 1.6 4.678362573 0.737 0.594 97.083536 -8.406882 88.676654 1.8 5.263157895 0.685 0.499 90.23368 -7.062347 83.171333 2 5.847953216 0.614 0.407 80.880992 -5.760271 75.120721 2.2 6.432748538 0.532 0.32 70.079296 -4.52896 65.550336 2.4 7.01754386 0.443 0.243 58.355504 -3.439179 54.916325 2.6 7.602339181 0.355 0.175 46.76344 -2.476775 44.286665 2.8 8.187134503 0.27 0.12 35.56656 -1.69836 33.8682 3 8.771929825 0.193 0.076 25.423504 -1.075628 24.347876 3.5 10.23391813 0.051 0.014 6.718128-0.1981426.519986 411.695906430 0x x y yB b M A y b Q 121αασ+•=无量纲系数x A 及x B 可查表得，y σ值计算列表如下，水平抗力图也如下0 02.441 1.621 00 0 0.2 0.584795322 2.118 1.291 10.04377895 -0.694573099.349205840.4 1.169590643 1.803 1.001 17.10003158 -1.0770994116.02293210.6 1.754385965 1.507 0.75 21.43905789 -1.2105263120.22853150.8 2.339181287 1.224 0.537 23.21734737 -1.1556491222.06169821 2.923976608 0.97 0.361 22.99921053 -0.9711111122.02809941.2 3.50877193 0.746 0.219 21.22566316 -0.7069473620.51871571.4 4.093567251 0.552 0.108 18.32349474 -0.4067368417.91675781.64.6783625730.3880.02414.71949474-0.1032982414.6161964)(k Pa y σm A m B)(m kN M y •四、桩基检算1、单桩承载力检算（按双孔重载计算）m kN rad m x kN N /10089.210382.725.2,07.17800615⨯=⨯===-ρβ，，则桩顶内力：kNx nP x b N 914.249510415.125.210509.8807.17800)(4511max =⨯⨯⨯⨯+=+=+=-∑βρβρ桩身C25混凝土容重325/K Nm γ=土平均重度32/2020105.20105.19m kN =⨯+⨯=γkN h d G 592.613)2520(25.14)(422=⨯⨯⨯=='πγπ桩入土部分同体积土重：kN d G 874.490)5.20105.1910(25.14)1010(422=⨯+⨯⨯=+=''πγγπ粗砂粉砂kNP 73.2834][=则kNP kN G G N 676.3401][2.1632.2618874.490592.613914.2495max =<=-+=''-'+其中，，故单桩轴向受压承载力满足要求。