一、基础方案比较
为粘土,且河道不通航,上部荷载较大,河流常年有水,综合以上原因选用高承台桩基。
二、承台尺寸确定
1.承台底面的标高
河流常年有水,且水位较高,无流冰和通航要求,且河流冲刷深度较大,故选择承台底面标高在施工水位处,即132。
2.承台厚度
按经验承台采用C30混凝土,厚度定为2。
3.承台平面尺寸确定
由以上资料可得:墩身高10.8,墩身坡度为1:20
计算墩身底面的平面尺寸:
底面长为:
底面宽为:
初拟承台尺寸为:
三、荷载和荷载效应情况
作用在承台底面重心处的所有荷载
1.永久荷载
结构重力:1800
墩帽重:
墩身重:墩身顶部面积
墩身底部面积
墩身体积
墩身重:
承台重:
作用在承台底面总的垂直静载为:
浮力——从不利荷载考虑,包括常水位和高水位时的浮力:常水位浮力:
高水位浮力:
承台体积:
墩身体积:
高水位墩身截面面积:
该截面长为:
该截面宽为:
墩身底部面积:
高水位墩身排水体积:
高水位桥墩所受浮力:
2.可变荷载
表2 可变荷载
风压强度为:1.25
墩帽风荷载:
墩身风荷载:
常水位时:
高水位时:
承台风荷载:
3.承台底面重心处荷载组合计算表(见附表一)。
四、桩基础参数的确定
1.桩材选择:
根据本工程的特点,选择钢筋混凝土钻孔灌注桩。
采用混凝土标号为C30,钢筋主筋采用二级钢筋,箍筋采用一级钢筋。
2.桩径拟定:
初步选定桩径为1.3。
3.桩长和桩数:
(1)根据规范和承台尺寸确定桩数:
设置6根桩,行列式排列,布置图如下:
图1 承台底部桩布置图
(2)桩长估算:
该地基土层由三层组成,根据《公桥基规》中确定单桩轴向受压承载力容许值的经验公式初步反算桩长。
设该灌注桩局部冲刷线以下的桩长为h,则由轴向受压承载力要求得:
为一根桩受到的全部竖向荷载,桩身自重与置换土重(当自重计入浮力时,
置换土重也计入浮力)的差值作为荷载考虑。
采用正常使用极限状态的短期效应组合,各系数均取1.0。
桩身混凝土重度:
每m桩重(考虑浮力):
粘砂土的有效重度:
中层粘土有效重度:
底层粘土有效重度:
桩身截面积:
桩的自由长度:
桩数:
当两跨布载,常水位时
当单跨布载,常水位时
为单桩轴向受压容许承载力的抗力系数,按《公桥基规》中表5.3.7选用。
因计算使用阶段、短期效应组合,荷载仅包括结构自重、汽车和人群荷载,所以,。
为摩擦桩—钻孔灌注桩的单桩轴向受压承载力容许值
桩的设计直径,采用旋转钻施工,,则
桩周长
桩端面积
清底系数
修正系数,按,桩端为透水性土情况选用,
为桩端土的承载力基本容许值,第二层土
为承载力容许值随深度的修正系数,中密中砂取
桩端至一般冲刷线各土层的加权平均重度,当吃力层为透水性土时,水
中部分土层取浮重度,近似取
桩端的埋置深度,对有冲刷的桩基,埋深由一般冲刷线起算
(kN)
当双跨,常水位时,由
得(m)
当单跨,常水位时,由
得(m)
则桩总长:,取,即局部冲刷线以下桩长为,桩底标高107m。
此时,桩端处的承载力容许值为
由上式验算,可知桩的轴向承载力满足要求。
五、单桩桩顶所受外荷载计算(各种活载布载、荷载效应组合)
1.桩的各参数确定
(1)地基系数的比例系数m
假设为弹性桩,局部冲刷线以下选取m值的计算深度为为:
由图可知在深度内有两层土时,应将两层土的比例系数换算成一个m值,作为整个深度的m值。
(2)桩的计算宽度
当时:
圆端截面,;
——平行于水平力作用方向的桩间净距
满足要求。
(3)桩的抗弯刚度,受弯构件
2.桩的变形系数
因为,按弹性桩计算。
3. 单位“力”作用局部冲刷线处,桩在该处变位
(1) 式中系数:当桩底置于非岩石类土上,且,令。
(2) 式中系数A i 、B i 、C i 、D i 值,根据h h α=查表确定,当 4.0h α>时,按 4.0h h α==查表确定。
4. 单位“力”作用桩顶时,桩顶变位计算
5. 桩顶发生单位变位时,桩顶产生内力计算。
旋转钻施工,摩阻力假定为均匀分布,因此系数
因
所以
桩身截面面积
局部冲刷线以下范围内土的平均内摩擦角
桩底受压面积
所以
6.承台发生单位变位时,所有桩顶对承台作用反力之和
7.承台变位计算
内力按承载力极限状态下作用效应基本组合计算,除汽车荷载效应外,还考率人群荷载、汽车制动力、风荷载的可变效应。
将汽车荷载作为最大的可变作用,即:
重要性系数
永久荷载分项系数
汽车荷载分项系数
人群荷载、制动力分项系数
风荷载分项系数
除汽车荷载外,还考虑人群、制动力、风荷载三项可变荷载,因此组合系数。
则承台底面中心处的轴力、水平力和弯矩为:
则承台底部中心的变位为:
8.任一桩顶分配的作用效应组合设计值
9.校核
10.计算局部冲刷线处内力和变位
基本组合
短期效应组合
11.局部冲刷线以下深度Z处桩身各截面内力计算(基本组合)
计算结果见附表四。
12.桩身实际最大弯矩
由附表四可知,桩身最大弯矩发生在(单跨,常水位)处,为
由于范围内有两层土,桩身实际最大弯矩可按下式进行修正:
处对应的轴力设计值为:
已知按偏心受压构件进行配筋设计:
采用C30混凝土,二级钢筋
计算偏心增大系数为
长细比,应考虑纵向弯曲对偏心距的影响。
取=0.9,则截面有效高度。
则,
计算受压区高度系数
经过试算,当时,计算纵向力与设计值相近。
这时得到的为负值。
由于规定的最小配筋率,故采用计算。
现选用24根公称直径为20的二级钢筋,钢筋布置图如下,;纵向钢筋的净距为165mm,满足规定的净距不应小于50mm且不应
大于350mm的要求。
13.单桩轴向承载力验算
单桩承载力满足要求。
14.墩台顶水平位移
应满足关系
墩台水平位移见附表五,
15. 桩端最大压应力验算
桩端土为非岩石类土,且,根据《公桥基规》,可不验算桩端土压应力。
16. 群桩基础承载力
(1)桩底持力层验算
本设计中采用6根基桩组成的群桩基础,因此可不验算群桩桩端平面处的承载力。
(2)软弱下卧层验算
持力层下无软弱下卧层,可不进行此项验算。