第一章桩基础设计一、设计资料 1、地址及水文河床土质：从地面（河床）至标高32.5m 为软塑粘土，以下为密实粗砂，深度达30m ；河床标高为40.5m ，一般冲刷线标高为38.5m ，最大冲刷线为35.2m ，常水位42.5m 。

2、土质指标承台尺寸：7.0m ×4.5m ×2.0m 。

拟定采用四根桩，设计直径1.0m 。

桩身混凝土用20号，其受压弹性模量h E =×104MPa4、荷载情况上部为等跨25m 的预应力梁桥，混凝土桥墩，承台顶面上纵桥向荷载为：恒载及一孔活载时：5659.4NKN =∑、298.8HKN =∑、3847.7MKN m =∑g恒载及二孔活载时：6498.2NKN =∑。

桩（直径1.0m ）自重每延米为：21.01511.78/4q KN m π⨯=⨯=故，作用在承台底面中心的荷载力为：5659.4(7.0 4.5 2.025)7234.4298.83847.7298.8 2.04445.3N KNH KN M KN=+⨯⨯⨯===+⨯=∑∑∑ 恒载及二孔活载时：6498.2(7.0 4.5 2.025)8073.4N KN =+⨯⨯⨯=∑桩基础采用冲抓锥钻孔灌注桩基础，为摩擦桩 二、单桩容许承载力的确定根据《公路桥涵地基与基础设计规范》中确定单桩容许承载力的经验公式，初步反算桩的长度，设该桩埋入最大冲刷线以下深度为h ，一般冲刷线以下深度为3h ，则：002221[]{[](3)}2h i i N p U l m A k h τλσγ==++-∑当两跨活载时：8073.213.311.7811.7842h N h =+⨯+⨯计算[P]时取以下数据：桩的设计桩径1.0m ，冲抓锥成孔直径为1.15m ，桩周长22202021211.15 3.6,0.485,0.740.9, 6.0,[]550,12/40,120,a a a u m A m m K Kp KN m Kp Kp ππλσγττ⨯=⨯==========1[] 3.16[2.740( 2.7)120]0.700.90.7852[550 6.012( 3.33)]2057.17 5.898.78k p h h N h m=⨯⨯+-⨯+⨯⨯⨯+⨯⨯+-==+∴= 现取h=9m ，桩底标高为26.2m 。

桩的轴向承载力符合要求。

具体见如图1所示。

纵桥向断面横桥向断面三、桩顶及最大冲刷线处荷载i P 、i Q 、i M 、0M 、0Q 、0P ＜一＞、参数计算 1、桩的计算宽度1b100.9(1)0.9(11) 1.8j b K K K d d K K K==⨯+=⨯+=g g g又：111.5:3(1)6:2:0.6L m h d m n b ==+===故：111110.6 1.50.60.7670.60.660.990.767 1.38L b K b h b '--'=+⨯=+⨯=∴=⨯= 2、桩的变形系数α：α=331121222233(2)810 2.72510(2 2.7 1.3) 1.3417.2510/m m h m h h h m h KN m ++⨯⨯+⨯⨯⨯+⨯===⨯324410.670.67 2.610/0.0491640.489k E E KN m dI m mπα-==⨯⨯==∴==桩在最大冲刷线以下深度h=9m ，其计算长度为：0.4899 4.401 2.5h h α==⨯=>故按弹性桩计算。

3、桩顶刚度系数1ρ、2ρ、3ρ、4ρ值计算22013.3;9;;0.78524d l m h m A m πξ=====3530010102510 2.510/C m KN m ==⨯⨯=⨯按桩中心距计算面积，2202.5 4.914A m π=⨯=1175000513.39112[]310.785 2.610 2.510 4.918.355100.977l h AE C A EIρ-+⨯==++⨯⨯⨯⨯+=⨯=已知：0.4899 4.4014hh α==⨯=>，取用4。

000.489 3.3 1.614l l α==⨯=由已知资料和查附表得：0.262564;0.448403; 1.063181Q m m x x φ===30.031Q Q EIx EI ρα==、20.107m m EIx EIρα==、0.520m m EI EI ραφ'==4、计算承台底面原点O 处位移000b αβ、、017234.41851.4240.977N b n EI EI ρ===⨯2241140.500.9774 1.258.185mi i n x EI EI EIρρ=+=⨯+⨯⨯=∑23222340.0310.12440.1070.429()(0.429)0.184()n EI EI n EI EI n EI EI ρρρ=⨯==⨯===所以：24131022241312()()()8.185298.80.4294445.352299.660.1248.1850.184()mi i mi i n x H n Mn n x n EI EI EI EI EI EIρρραρρρρ==++==+-⨯+⨯=⨯-∑∑23022241312()()0.1244445.30.429298.8820.800.1248.1850.184()mi i n M n H n n x n EI EI EI EI EI EIρρρρρρρ=+==+-⨯+⨯=⨯-∑<二>计算作用在每根桩顶上的作用力i p i Q i M 。

竖向力：001851.42820.80()0.977[ 1.25]2810.87{806.33i i i p b x EI EI EIKN KNρβ=+=⨯±⨯= 水平力：2005299.66820.800.0310.10774.7i m Q EI EI EI EI KNραρρ=-=⨯-⨯=弯矩：400820.805299.660.5200.107141.50i m M EI EI EI EI KN mρβρα'=-=⨯-⨯=-g校核：474.7298.8298.8inQ KN H KN =⨯===∑12(2810.87806.33) 1.254(141.50)4445.34445.3ni iii x p nMKNm M KNm=+=⨯-⨯+⨯-===∑∑12(2810.87806.33)7234.47234.4nii npKN M KN ==⨯+===∑∑<三>计算最大冲刷线处桩身弯矩0M 水平力0Q 及轴向力0P 。

00141.5074.7 3.3105.00i i M M Q l KNm =+=-+⨯=074.7Q KN =、02810.870.785 3.3152849.73P KN =+⨯⨯=四、最大弯矩max M 及最大弯矩位置max Z 的计算0.4890.4899 4.401h αα==⨯=、0.489105.000.68774.7Q M C Q α⨯===由设计规范查表得：1.0431.0432.132 1.9720.489m Z Z K α====、、所以：max 0105.00 1.972207.06m M M K KNm ==⨯=五、桩顶纵向水平位移验算桩在最大冲刷线处水平位移0x 和转角0φ：2.44066, 1.62100, 1.62100, 1.75058x x A B A B φφ===-=-0003232374.71052.44066 1.621000.4890.4892.64410 2.6446x xQ M x A B EI EI EI EI m mm mmαα-=+=⨯+⨯=⨯=<符合规范要求。

00023274.7105( 1.62100)( 1.75058) 1.027100.4890.489Q M A B EI EIrad EI EIφφφαα-=+=⨯-+⨯-=-⨯33300574.7 3.3 1.04210 1.042338.58810Ql x m m EI -⨯===⨯=⨯⨯23405141.50 3.38.97100.897228.58810m Ml x m m EI --⨯===-⨯=-⨯⨯ 所以桩顶纵向水平位移313(2.644 1.02712.3 1.0420.897)1015.431015.43x mm--=+⨯+-⨯=⨯=水平位移容许值[] 2.5cm ==V，符合要求。

六、桩身截面配筋的计算<一>、配筋的计算最大弯矩截面在Z=处，次处设计最大弯矩为207.06jM KNm =，设计最大弯矩为：112849.73 2.13211.7840 3.61 2.132222708.36j N KN=+⨯⨯-⨯⨯⨯=由截面强度的计算公式：22h b j g c sN R Ar R C r αγγμγγ≤+330b b j j g c sN e M R Br R D gr αγγηημγγ⨯=≤+取以上两式的临界状态分析，整理得：()()00a g Br A e R R C e Dgr ημη-=⨯-现拟定采用20号钢筋，I 级钢筋，11240a g R MPa R MPa ==、1、计算偏心距增大系数0207.0676.5270.39jj M e mm N ===因 4.401 4.0h α=>，故桩的计算长度 4.00.5 3.3507400.489p l mm ⎛⎫=⨯+= ⎪⎝⎭，长细比57405.74071000pl d ==<，可不考虑纵向弯矩对偏心距的影响，取1η=。

2、计算受压区高度系数01000176.576.550022d e mm r mm η=⨯====、设g=则0.90500450gr gr mm ==⨯=。

()()001150076.524076.54505500841.518360108000a g Br A e R R C e DgrB ACD B A C Dημη-=⨯-⨯-=⨯⨯-⨯--、()()22220.950.95115002405001.25 1.25209000045600000b b u g c sN R Ar R C r A C A C αγγμγγμμ=+=⨯⨯⨯+⨯=+由计算表可见，当ζ=时，计算纵向力u N 与设计值j N 之比较为合理，故取ζ=，μ=为计算值。

3、计算所需纵向钢筋的截面积2220.002726(500)2141g A r mm μππ==⨯⨯=现选用10φ18，225.45g A cm =，布置如图2 所示。