基础工程课程设计题目:铁路桥墩桩基础设计****:***姓名:专业:学号:2014年9月28日基础工程课程设计任务书——铁路桥墩桩基础设计一．设计资料1. 线路：双线、直线、坡度4‰、线间距5m，双块式无碴轨道及双侧1.7m 宽人行道，其重量为44.4kN/m。

2. 桥跨：等跨L=31.1m无碴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0.09m。

3. 建筑材料：支承垫石、顶帽、托盘采用C40钢筋混凝土，墩身采用C30混凝土，桩身采用C30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：＋30.5。

5. 标高：梁顶标高+53.483m，墩底＋35.81。

6. 风力：w＝800Pa (桥上有车)。

7. 桥墩尺寸：如图1。

二．设计荷载1. 承台底外力合计：双线、纵向、二孔重载：N=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=253.44 kN，M ＝893.16 kN·m。

三．设计要求1. 选定桩的类型和施工方法，确定桩的材料、桩长、桩数及桩的排列。

2. 检算下列项目(1) 单桩承载力检算（双线、纵向、二孔重载）；(2) 群桩承载力检算（双线、纵向、二孔重载）；(3) 墩顶水平位移检算（双线、纵向、一孔重载）；(4) 桩身截面配筋计算（双线、纵向、一孔重载）；(5) 桩在土面处位移检算（双线、纵向、一孔重载）。

3. 设计成果：(1) 设计说明书和计算书一份(2) 设计图(计算机绘图) 一张四．附加说明1. 如布桩需要，可变更图1中承台尺寸；2. 任务书中荷载系按图1尺寸进行计算的结果，如承台尺寸变更，应对其竖向荷载进行相应调整。

图1 桥墩及承台尺寸示意图基础工程课程设计计算说明书——铁路桥墩桩基础设计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一、拟定基桩尺寸及桩数1、承台及桩身采用C30混凝土。

2、设计桩径取m d 0.1=，钻孔灌注桩；钻孔机具为Φ100cm 旋转钻机。

3、考虑选择较硬土层作为桩端持力层（强度较高、压缩性较低的粘性土、粉土、中密或密实的砂土、砾石土以及中风化或微风化的岩层，是常用的桩端持力层），根据地质条件，将桩端定在粗砂层。

桩端全截面进入持力层的深度，对于砂土不宜小于1.5d ，所以选择桩长l=40m ，标高为-6.69m 处，桩端进入持力层深度为3.18m 。

4、确定桩数n ：∑=]/[P N n μ，其中μ为经验系数，桥梁桩基采用1.3～1.8。

计算单桩容许承载力[]P ：[][]σA m l f U i i 021=P +∑其中22785.04m d A ==π（A 按设计桩径计算），m U 299.3)05.00.1(=+⨯=π（U 按成孔桩径计算，旋转钻成孔桩径比设计桩径增大30～50mm ），i f 为钻孔灌注桩极限摩阻力。

查《基础工程》表6—21，得： 软 塑 砂粘土：m l 5.51= ， KPa f 451=； 粉 砂：m l 5.92= ， KPa f 402=； 淤泥质砂粘土：m l 4.13= ， KPa f 253=； 细砂（中 密）：m l 4.234=， KPa f 604=； 粗砂（中 密）：m l 18.35=， KPa f 805=；查《基础工程》表6—20，取4.00=m ；查《桥规》表4.1.2～4.1.2-9，中密粗砂[]KPa 4300=σ；查《桥规》表 4.1.3，52=k ，5.221'2==k k ；32/101020m KN =-=γ。

当l>10d 时，[]()d k d k 2'2220634γγσσ+-+=，则： []()()KPa d k d k 6301102.563-14105+430 6342'2220=⨯⨯⨯+⨯⨯⨯=+-+=γγσσ[]()630785.04.018.3804.23604.1255.9405.545299.321⨯⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯⨯⨯=p KN 145.4026= 取5.1=μ，则[]941.6145.402607.186295.15.1=⨯==P N n ，取n=8根。

二、确定桩在承台底面的布置1、承台尺寸采用图1中所示尺寸。

2、查《桥规》知，当m d 1≥时，最外一排柱至承台底板边缘的净距不得小于d 3.0且不得小于0.5m ，且钻孔灌注桩的桩中心距不应小于d 3，根据承台尺寸及以上布桩原则，桩的分布如下图所示：图2.桩的布置图三、承台底面形心处位移计算1、设计荷载 ⑴ 承台底外力合计 双线、纵向、二孔重载：N =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·m ⑵ 墩顶外力双线、纵向、一孔重载：H =253.44 kN ，M ＝893.16 kN·m 。

2、承台底面形心处位移a,b,β ⑴ 桩的计算宽度0b 和变形系数α由d k kk b f 00=，对于圆截面桩：9.0=f k ，dd k )1(0+=，取m d h 6)1(31=+=，与外力作用面相互平行的平面内桩间净距为：m h m L 6.36.0411=>=，取0.1=k 。

则()m b 8.1119.00.10=+⨯⨯=，4440491.064164m d I =⨯=⋅=ππ桩截面的受挠刚度为：C30混凝土Pa E c 71000.3⨯=467/101781.10491.01000.38.08.0m KN I E EI h ⨯=⨯⨯⨯==假定为弹性桩，承台底面下深度为()m d h m 1.4105.12)1(2=+⨯=+=，为软塑砂粘土和粉砂，查《基础工程》表6-7，取41/7000m KN m =，42/8000m KN m =；m h 52.279.3031.331=-=，m h 58.152.21.42=-=；等效面积法换算地基系数：()42222212211/2.76221.458.1)58.152.22(800052.270002m KN h h h h m h m m m =⨯+⨯⨯+⨯=⋅++=则基础变形系数：41043.0101781.18.12.76225650=⨯⨯==EI mb α 桩的换算入土深度：m m l 5.2417.164041043.0>=⨯=α，假设成立，按弹性桩计算。

⑵ 单桩桩顶刚度设计桩为钻孔灌注桩，所以5.0=ξ，且00=l ，m l 40=KN A E EA h 747103562.2411000.3⨯=⋅⨯⨯==π查《基础工程》表6-7，粗砂层取440105.2m KN m ⨯=36400100.104105.2m KN l m c ⨯=⨯⨯==m m l d d 4823.10428tan 0421428tan 20>=⨯⨯+=+=，取m d 40=22200566.12444m d A =⋅==ππm KN A c EA l l 667000110077.1566.12100.11103562.2405.00111⨯=⨯⨯+⨯⨯+=++=ξρ00=l α，m l 0.4417.164041043.0>=⨯=α查《基础工程》表6-15得：484.1985.0064.1===M M H Y Y φ，， 则：m KN EIY H 46332103563.7064.1100.141043.0⨯=⨯⨯⨯==αρm KN EIY M 56223106593.1985.0100.141043.0⨯=⨯⨯⨯==αρm KN EI M 56410091.6484.1100.141043.0⨯=⨯⨯⨯==φαρ ⑶ 承台刚度系数 桩对称布置：m KN n bb /10616.810077.18661⨯=⨯⨯==ργ m KN n aa /10885.5103563.78542⨯=⨯⨯==ργm KN n a a /102744.13106593.18553⨯-=⨯⨯-=-==ργγββ()radm KN n x n i i ⋅⨯=⨯⨯⨯+⨯⨯=⋅⋅+=∑6265214107228.585.2810077.110091.68ρργββ⑷ 计算',,,'''ββββγγγγa a aa承台计算宽度m b B 2.1212.1110=+=+=承台处于耕地软塑砂粘土中，43/107m KN m ⨯=，m KN h m C h /1075.15.270004⨯=⨯=⋅=mKN h C B mKN h C B mKN h C B h h a a a h aa aa/10008.590125.21075.12.1210228.58712/1005.1165.21075.12.12102744.136/1055375.825.21075.12.1210885.52534530'524520''5450'⨯=⨯⨯⨯+⨯=⋅⋅+=⨯-=⨯⨯⨯+⨯-=⋅+==⨯=⨯⨯⨯+⨯=⋅⨯+=βββββββγγγγγγγ⑸ 承台底面形心处位移计算（单重、双重分别计算）双线、纵向、二孔重载下：N=18629.07KN, H=341.5KN, M=4671.75KN •m ()()radH M m MH a m N b a aa a aa a aa a bb42555552'''''32555552'''''36108881.01005.1110008.5901055375.85.3411005.1175.46711055375.810514.01005.1110008.5901055375.875.46711005.115.34110008.59010162.210616.807.18629---⨯=⨯--⨯⨯⨯⨯⨯+⨯⨯=--=⨯=⨯--⨯⨯⨯⨯⨯+⨯⨯=--=⨯=⨯==∑∑∑∑∑ββββββββββγγγγγβγγγγγγ双线、纵向、一孔重载下：N=17534.94KN, H=341.5KN, M=4762.57kN •m()()radH M m M H a m N b a aa a aa a aa a bb42555552'''''32555552'''''36109038.01005.1110008.5901055375.85.3411005.1157.47621055375.810516.01005.1110008.5901055375.857.47621005.115.34110008.59010035.210616.894.17534---⨯=⨯--⨯⨯⨯⨯⨯+⨯⨯=--=⨯=⨯--⨯⨯⨯⨯⨯+⨯⨯=--=⨯=⨯==∑∑∑∑∑ββββββββββγγγγγβγγγγγγ四、托盘底面水平位移'd δ 及转角'β计算假定：墩帽、托盘和基础部分仅产生刚性转动，将墩身分为四部分，每部分高度相同，基本风荷载强度KPa 800=ω，桥上有车时风荷载强度采用ω8.0，纵向水平风力等于风荷载强度乘以受风面积。