某铁路桥桥墩地基和基础设计.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流某铁路桥桥墩地基和基础设计.精品文档.某铁路桥桥墩地基和基础设计 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） 目 录 1. 概 述 . - 1 - 1.1 设计的任务及建筑物的性质和用途 . - 1 - 1.2 基本资料. - 1 - 1.2.1建筑物的立面示意图 . - 1 - 1.2.2建筑物场地地形图及钻孔布置图 . - 2 - 1.2.3建筑物地区水文、地质情况（钻孔柱状剖面图） . - 3 - 1.2.4土的物理力学性质表 . - 5 - 1.2.5作用在桥墩上的荷载 . - 6 - 1.2.6墩帽尺寸简图及墩身坡度 . - 7 - 2.

2、 下部结构设计 . - 8 - 2.1 绘制设计资料总图 . - 8 - 2.2 复合各层土的名称、确定其允许承载力 . - 9 - 2.2.1土层名称的复核 . - 9 - 2.2.2确定土的状态 . - 10 - 2.2.3确定各土层的基本承载力0和地基承载力修正系数K . - 11 - 2.2.4各土层的地基的允许承载力的计算 . - 11 - 2.3 地基和基础的方案比较 . - 12 - 2.4 高承台桩基地基和基础的设计与计算 . - 12 - 2.4.1桩基设计 . - 12 - 2.4.2桩基内力及变位计算和桩基检算 . - 18 - 3. 施工方法及程序 . - 37 - 3

3、.1 施工方法及主要机具设备 . - 37 - 3.1.1施工方法 . - 37 - I 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） 3.1.2主要机具设备 . - 37 - 3.2 主要施工程序 . - 38 - 3.2.1施工程序 . - 38 - 3.2.2施工准备 . - 38 - 3.2.3钻孔机的安装与定位 . - 38 - 3.2.4埋设护筒 . - 38 - 3.2.5泥浆制备 . - 39 - 3.2.6钻孔 . - 39 - 3.2.7清孔 . - 39 - 3.2.8灌注水下混凝土 . - 40 - 3.3 质量的控制 . - 40 - 3.3.1成孔质量控制 . - 40 -

4、 3.3.2成桩质量控制 . - 41 - 结 论 . - 43 - 致 谢 . - 44 - 参考文献 . - 45 - 附录 附录 II 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） 1. 概 述 1.1 设计的任务及建筑物的性质和用途 设计任务：根据已有建筑物的图样，所受上部结构的荷载、地质和水文地质情况，遵照“中华人民共和国铁路桥涵地基和基础设计规范TB10002.52005”设计某铁路干线上跨越某河流的桥梁之R号桥墩的地基和基础。 建筑物的性质和用途：该桥梁为等跨度32M，上承板梁，桥面系为无渣桥面，并设双侧人行道，桥墩为混凝土实体桥墩，该桥位于直线平坡段上，与河流正交，该地区无流冰及地震，

5、该河道不通航。 该桥除了为铁路客货运服务外，亦为附近居民来往的通道。 设计依“中华人民共和国铁路桥涵地基和基础设计规范TB10002.52005”进行设计，活载按铁路标准活载，即“中活载”。 1.2 1.2.1建筑物的立面示意图 如图1-1： 基本资料 图1-1 - 1 - 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） 1.2.2建筑物场地地形图及钻孔布置图 如图1-2： 场地地形图及钻孔布置图（单位：m） 水平比例尺1： 1000 图1-2 - 2 - 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） 1.2.3建筑物地区水文、地质情况（钻孔柱状剖面图） 地质情况见表1-1、1-2、1-3： 第1号钻孔 第2号

6、钻孔 - 3 - 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） 第3号钻孔 水文情况： 高水位：242.0m 施工水位：232.0m 常水位：232.0m 一般冲刷深度：河底以下1.50m 局部冲刷深度：河底以下5.50m - 4 - 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） 1.2.4土的物理力学性质表 - 5 - 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） 1.2.5作用在桥墩上的荷载 - 6 - 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） 1.2.6墩帽尺寸简图及墩身坡度 墩帽宽=240cm 墩帽长b=546cm 墩帽厚d= 52cm 墩身坡1:m=1:10 如图3：单位cm 墩帽顶面在高水位以上3.92m。

7、图1-3 - 7 - 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） 2. 下部结构设计 2.1 绘制设计资料总图 设计资料总示意图如图2-1： （单位cm ） 图2-1 - 8 - 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） 2.2 复合各层土的名称、确定其允许承载力 2.2.1土层名称的复核 - 9 - 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） 2.2.2 确定土的状态 - 10 - 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） 2.2.3确定各土层的基本承载力0和地基承载力修正系数K 2.2.4各土层的地基的允许承载力的计算 由于地基的尺寸和埋深还没有确定，无法确定地基的容许承载力，此处不做计算。后续地基的尺寸和埋

8、深确定后，再进行计算。 - 11 - 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） 2.3 地基和基础的方案比较 根据荷载的大小和性质、地质和水文地质条件、料具的用量价格（包括料具的数量）、施工难易程度、物质供应和交通运输条件以及施工条件等等，经过综合考虑后决定以下三个可能的基础类型，进行比较选择，采用最佳方案。 方案比较表 表2-4 根据设计资料可知，河流常年有水，水位较高，河床冲刷较深，施工不易排水，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。 2.4 高承台桩基地基和基础的设计与计算 2.4.1桩基设计 承台尺寸的决定： - 12 - 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文

9、） 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232m。 2、承台高度决定 按经验承台采用C30混凝土，厚度定为2m。 3、承台平面尺寸的决定 由以上资料可得：墩身高11.4m，墩身坡1:10 计算墩身底面的平面尺寸： 底面长为： 5.46?0.2?2?11.4/10?7.54m 底面宽为： 2.40.22?11.4/10=4.48 m 初步选定承台尺寸为：8m?6m?2m 验算： (6?4.48)/2?0.38?1?tan450 2 (8?7.54)/2?0.115?1?tan450 2 满足材料刚性角的要求。 作

10、用在承台底面重心处的荷载计算： 1、主力：主力应包括恒载（包括浮力）、活载、冲击力和离心力，因桥墩为实体故不计冲击力，同时因为线路为直线也不计离心力。 a) 垂直静载（钢梁重+墩帽重+墩身重+承台重） （1） 钢梁自重 G钢梁= 870 KN （2） 墩帽重单位体积重 25 KN/m3 A墩帽2.4?3.06?1.2211.87m2 V墩帽?11.87?0.52?6.17m3 G墩帽6.17?25154.25KN (3) 墩身重单位体积重23KN/m3，则： 墩身顶部面积 A1=2.2?3.06?1.12=10.53 m2 墩身底部面积 A2=4.48?3.06?2.242=29.47 m2

11、墩身体积 V?H (A1?A2?3 （2-1） - 13 - 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） ?11.4(10.53?29.47?218.94m3 3 墩身重量 G墩身=218.94?23=5035.63 KN (4) 承台重单位体积重 25 KN/m3 G承台=8?6?2?25=2400 KN 作用在承台底面总的垂直静载为： G=G钢梁+G墩帽+G墩身+G承台 =870154.255035.632400 8459.88KN （2-2） b) 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： 桥墩所受浮力：N浮=0 高水位浮力： 承台体积：V1=8?6?2?=96 m3 墩身

12、体积： 高水位墩身截面面积 A3?3.06?2.88?1.442?15.33m2 墩身底面面积 A2?29.47m2 高水位墩身排水体积 V墩身?H (A3?A23 （2-3） 8 ?(15.33?29.47?176.15m3 3 高水位桥墩所受浮力：N浮=N浮墩身+N浮承台 （2-4） =9.8?(96+176.15)=2667.07KN c) 车辆活载：包括一孔活载（重载、轻载）；两孔活载（满载） 一孔重载 N1=1900 KN M1=1900?0.35=665 KN?m 一孔轻载 N2=1520 KN M2=1520?0.35=532 KN?m 两孔重载 N3=2900 KN 2、附加力

13、： 、 制动力 H制=340 KN M制=340?(0.93+13.4)=4872.2 KN?m - 14 - 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） 、风力 取风压强度为：1250 Pa 纵向风力： 墩帽上风力：P1=3.5 KN M1=3.5?(13.4+0.26)=47.81 KN?m 墩身上风力： 常水位时：A=11.4(5.26?7.54)?72.96m2 2 P2=72.96?1.25=91.2KN M2=91.2?(2+11.4/2)=702.24 KN?m 高水位时：A?3.4(5.26?5.94)?19.04m2 2 3.4P3=(5.26?5.94)?1.25=23.8 KN

14、 2 M3=23.8?(10+3.4/2)=278.46 KN?m 承台风力：P=2?8?1.25=20 KN M=20?1=20 KN?m 3、绘力系表(考虑主力和纵向的附加力) 承台底面重心处荷载组合计算见表2-5： - 15 - 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） - 16 - 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） 桩的设计： 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。 2、桩径：初步选定桩径为1.0m，成孔桩径1.05m。 3、桩长和桩数的估算： 根据构造措施，桩中心距不小于2.5?1.05?2.625m,承台座板边缘至最小一排桩的净距，不小于50cm，故设置6根桩，

15、行列式排列，布置图如图2-2： 图2-2 将桩底设置在良好的土层中，设桩长h>10d，计算单桩允许承载力P： 1P?U?fili?m0A?2 （2-5） 然后根据 n?N 计算桩长。 P 已知： 0=370 KPa， 查表m0取0.6，=1.3，f#7=45KPa，f#2=60Ka， f#5=40KPa，f#3=50KPa，则： 9.028?4?18.382?4.5?9.913?2?9.86?4 ?2?12.33 4?4.5?2?4 ?2d?0?k2?2(4d?3)?6k2 （2-6） ?370?2.5?12.33?(4?1?3)?6?1.0?12.33?1 ?474.8KPa - 17

16、 - 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） 1P?U?fili?m0A?2 112 ?1.05?45?4?60?4.5?40?2?(h?10.5)?50?0.6?474.824?306.2?82.47h P?N11359.88?1.3?2461.3?306.2?82.47h n6 h=26.13m 桩总长l=26.13+7.5=33.63m,取l=35m 9.028?4?18.382?4.5?9.913?2?9.86?17?2?11.14 4?4.5?2?17 ?2d?0?k2?2(4d?3)?6k2 （2-7） ?370?2.5?11.14?(4?1?3)?6?1.0?11.14?1 ?46

17、4.7KPa 1 P?U?fili?m0A? 2 （2-5）112 ?1.05?45?4?60?4.5?40?2?17?50?0.6?464.724?2495?2461.3 故桩总长取35m 2.4.2桩基内力及变位计算和桩基检算 桩的内力和变位计算： 1、决定桩的计算宽度b0 群桩：b0=0.9(d+1)k 其中k为构件相互影响系数 桩间净距L0=41=3m （3d）16m 构件局部冲刷线以下的计算深度 h0 n=2，故c=0.6 由于L0=3m<0.6h0=3.6m， - 18 - 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） 所以k?c?1?cL01?0.63?0.6?0.933 0.6h

18、00.66 故 b0=0.9(d+1)k=1.68 m 2、计算桩基变形系数?mb0/EI （2-8） 查表取m=20000 KN/m4，Eh=32?106KPa 计算 I=?d4?14 64=64=0.049m4， EI=0.8EhI=0.8?32?106?0.049=1.25?106 KN?m2 则：?1?0.485m 又?h=0.485?27.5=13.34>2.5，应该按弹性桩设计。 3、计算桩基中桩头处的刚度系数 1 2 2 4 、 计算1 钻孔桩=0.5，l0=7.5m，h=27.5m，Eh=3.2?107KPa， EA=Ec?A?3.2?10?7?124?2.512?107

19、KN l0?h7.5?0.5?27.5?8.45?10?7m/KN 7EA2.512?10 C0=m0h=20000?27.5=550000KN/m3 ?4?30?4.5?20?2?42?17?45?38.50 27.5 38.50 =10.33> 4m，取4m D0=d+2htan(/4)=1+2?27.5?tan4 A0=?(4/2)2=12.566m2 11?C0A05.5?105?12.556 ?1.447?10?7m/KN - 19 - 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） ?1? 1 l0?h1 ?EAC0A0 （2-9） 16 ?1.010?10KN?m?7?7 8.45?

20、10?1.447?10、 计算2 2 4 ?l0=0.485?7.5=3.638，?h=0.485?27.5=13.34>4.0 查表得：YQ= 0.0725 YM= 0.1956 M= 0.7157 故：?2?3EIYQ?0.4853?1.25?106?0.0725?1.034?104KN/m ?3?2EIYM?0.4852?1.25?106?0.1956?5.75?104KN ?4?EI?M?0.485?1.25?106?0.7157?4.34?105KN?m/rad 4、计算桩基总刚度系数 ij ?bb?n?1?6?1.010?106?6.060?106KN/m ?aa?n?2?6

21、?1.034?104?6.2?104KN/m ?a?a?n?3?6?5.75?104?3.45?105KN/rad ?n?4?nx2?1?6?4.34?105?6?22?1.010?106?2.6844?107KN?m/rad - 20 - 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） 5、计算承台座板竖直位移b、水平位移a、转角(须配合承台重心处各种荷载组合计算)如表2-6： 表2-6 - 21 - 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） 6、计算桩顶内力(须计算各种荷载组合)如表2-7： 取承台脱离体验算在误差范围内，因此满足平衡条件?N?0,?H?0,?M?0 - 22 - 兰州交通大学博文学院毕

22、业设计（论文） 7、计算局部冲刷线处截面上的弯矩M0和剪力H0，须计算各种荷载组合，如表2-8： 8、计算局部冲刷线处桩身水平位移X?和转角?，并做X?的检算。 选择最不利荷载组合：一孔重载常水位进行计算 M0=187.54 KNm H0=75.84 KN 由?z?0及?h?4.0,查表5-4得：Ax=2.441，Bx=1.621，A=-1.621， B=-1.751 X? H?M?75.84?2.441187.54?1.621?3 A?B?2.33?10m xx323626 ?EI?EI0.485?1.25?100.485?1.25?10 H?M?75.84?(?1.621)187.54?(

23、?1.751)?4 A?B?9.6?10rad ?2266 ?EI?EI?0.485?1.25?100.485?1.25?10 9、计算桩身任意截面处的弯矩My 目的是为了桩的材料强度核算，故选择最不利荷载组合：产生最大M一孔重载常水位和最大N的两孔满载常水位和产生最大偏心距的一孔轻载高水位两种情况进行计算。 （1）一孔重载常水位 其中M0=187.54KNm，H0=75.84KN。公式如下： H75.84My?AM?M?BM?AM?187.54BM?156.37AM?187.54BM ?0.485系数AM、BM值可根据?z值及?h?13.34?4.0从AM、BM系数表查得。 计算结果见下表2

24、-9： - 23 - 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） 图2-3 - 24 - 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） （2）两孔满载常水位 其中M0=184.49m，H0=75.84KN。公式如下： H75.84My?AM?M?BM?AM?184.49BM?156.37AM?184.49BM ?0.485 系数AM和BM值可根据?z值及?h?10.43?4.0从系数表查得，结果见下表2-10: 表2-10 （3）一孔轻载高水位 其中M0=186.93KNm，H0=75.84KN。公式如下： H75.84My?AM?M?BM?AM?186.93BM?156.37AM?186.93BM ?0.

25、485 系数AM和BM值可根据?z值及?h?10.43?4.0从系数表查得，计算结果见表2-11： - 25 - 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） 图2-4 - 26 - 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） 单桩允许承载力的检算： 单桩的轴向允许承载力分别按桩身材料强度和土的阻力进行计算： 1、按土的阻力计算单桩允许承载力 P 上面已经计算出?464.7Kpa 1 P?U?fili?m0A?2 （2-5）112 ?1.05?45?4?60?4.5?40?2?17?50?0.6?464.7 24 ?2495KPa 2、检算Nmax+G是否小于P 该桩桩底置于透水土中，所以在计算单桩自重和与

26、桩入土部分同体积的土重时应考虑水的浮力（注：主加附P可提20, 即单桩允许承载力满足要求。） ?桩身自重G?(25?10)(1.052?27.5?12?7.5)?445.54KN 4 ?与桩同体积土重G?1.052?27.5?9.86?234.79KN 4 在两孔满载常水位时，轴向力最大，为最不利荷载组合，Nmax=2555.06KN 则： Nmax+G=2555.06+445.54-234.79=2765.81KN <1.2P=2994 KN 群桩承载力的检算： 1、桩基承载力的检算： 将桩视为群桩实体基础： NM基底应力应满足右式：? ?AW （式2-10） ?1L1?2L2?nLn

27、 L?4?30?4.5?20?2?42?17?45?38.50 27.5 计算群桩实体的边长 b、a b?b?2htan4 （2-11） 38.50 ?14.33m ?6?1?2?27.5?tan4 a?a?2htan? 4 （2-12） - 27 - 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） 38.50 ?8?1?2?27.5?tan?16.33m 4 群桩实体的基底面积为 A=16.33?14.33=234 m2 16.33?14.332 群桩实体基底纵向截面模量为 W=558.9 m3 6 桩底处地基容许承载力为： ?0?k1r1(b?2)?k2r2(H?3) （2-13） 桩尖平面处0=370KPa, K1=2, K2=4 9.028?4?8.582?4.5?9.913?2?9.86?17?2?9.53KN/m3 4?4.5?2?17 ?2?9.86KN/m3 ?0?k1r1(b?2)?k2r2(H?3) ?370?2?9.86?(14.33?2)?4?9.53?(31.5?