(范本)高速公路大桥的桥墩基础设计

一、基本任务

1、在完成专业技术《基础工程》等课程学习的基础上，要求对歌类建筑物的浅基础设计、桩基设计、地基设计、软弱地基处理等方面的计算知识能融会贯通、灵活掌握合理的、正确地应用于具体工程的实际，的 完成基础方案选取及其所要求的设计、校核的计算内容 ，以达到培养解决工程实际问题核分析问题的能力。

2、对于所给的具体资料能够准确阅读、系统掌握、正确处理、灵活应变。

3、提供完整的计算资料处理、计算过程计算结果说明书核必要的制图。

二、目的

通过所给的某高速公路上的**大桥的桥墩和桥台的基础设计（计算与校核），巩固所学专业相关课程的基本知识，熟悉和完成设计的各个环节，通过合理的技术方案选取，施工设计准确的计算过程的训练，以提高实际工作的能力。

三、设计荷载 计算校核依据

基础地面以上的荷载计算按以下数据

1、设计荷载

汽车Ⅰ级，确定桥面荷载。

2、桥面结构

3、桥面采用双向行车分离结构。具体不支持存参照附图，详细尺寸结构可以简化，计算桥面自重参考尺寸：

桥长18孔×30米，包括桥台耳长546.96米。

桥面梁采用4孔一联、两个54孔一联。4孔一联的预应力混凝土简支梁。梁截面T型梁,横截面每半边布置5片梁，主梁间距2.6米；等高度梁，梁高1.9米，每个4.86米设横隔梁一道。具体尺寸可以拟定自重自由假定简化计算。

4、墩、台基础混凝土为25级。墩、台自重的计算可以考虑双柱式，整体式任选。混凝土容重

5、钢材Ⅰ、Ⅱ级。

四、工程地址情况

基本情况表述如下：

桥位处于河谷“U”字形地域，具有较强的侧向侵蚀作用，因水库的拦蓄作用，河漫滩出现谷坡一般高于河底2－4米，成细波沿桥轴线锯齿状分布。

路基土平均容重19.0，C＝0   KPa    ＝;

地基土层计算依据处理可选方案：

1、具体选定位置时可参考附图中地层示意图自选。

除表土外，典型土层可以分三层：

中（细、粗）7砂混卵石层，厚度0.7－6.1米，容重18.5,TK＝200Kpa;中密。

亚黏土层，厚度7.4－16.1米，容重19.0，fk=300Kpa,C=80Kpa, ＝

砂砾层，厚度6.0米以上，容重18.5，fk=350Kpa,C=0Kpa, ＝。中密。

2、简化可选地基参考土层见任务书

计算书

1、桥墩及上部荷载计算

沥青层取9cm面层，重度21；混凝土垫层取15cm，重度25

桥面自重： 0.09×13×30×21+0.15×13×25×30=2199.6 KN

截面T形梁自重(5片梁)： 5×（0.3×2.6＋（1.9－0.3）×0.4）×30×25=2199.6 KN

墩帽自重：1.5×13×2×25＝975 KN                       

桥墩自重（2根）：2×π×(0.7×0.7)×25×12＝923.6 KN                 

总自重： G=5325+2199.6+975+923.6=9423.2 KN

汽车荷载作用在地表的特征值为： 

竖向力：＝9423.2+8000=20446 KN

水平力：H=1200 KN

弯矩：M＝1000

2、桩基持力层、桩型和承台埋深选择  

第4层土——碎石土层是理想的持力层。桩尖进入持力层深度为一米，工程桩的入土深度为22.1米。考虑到承台深度，取为1.5米，承台埋深2.1米，故桩基的有效桩长为20米。选取打入桩，桩的截面尺寸为500mm×500mm。

3、确定单桩竖向承载力

单桩承载力特征值为：

=

=8700×0.5×0.5+4×0.5×(36×2.2×0.8+3×83+15.9×1.1×84)

=5738 KN

4、桩的数量及平面布置

考虑到承台与地表的距离为2.1-1.5=0.6m，则总的竖向力为：

=17423.2+0.6×π×0.7×0.7×25×2=17423.2+46.2=17469.4 KN

桩数：n=1.65/Ra=1.65×17469.4/5738=5.02，故暂取为6根。

5、初选承台尺寸

取承台长边：a=2×5+2×1=12m

承台短边：b=2×1.5+2×1=5m

暂取承台埋深为2.1m，承台高为1.5m，桩顶伸入承台50mm，钢筋保护层70mm，则承台有效高度为：=1.5-0.07=1.43m=1430mm。

6、计算桩顶荷载

   取作用于桩顶的水平力=1200 KN；

 弯矩为=1200×2.1+1000=2520+1200=3720。

取承台及以上土的平均重度为：。则承台自重为：

= AD=20×12×5×2.1=2520 KN

基础总重为：+=2520+17469.4=199.4 KN

（1）桩顶平均竖向力作用下：

  =199.4/6=3331.5 KN<=5738 KN

偏心竖向力作用下：

  ==3331.5 276=

 (2) 单桩水平承载力设计值：

         =1200/6=200 KN

用m值法求水平承载力特征值：

m＝

桩的计算宽度＝1.5b＋0.5＝1.5×0.5+0.5＝1.25m

EI＝0.85=0.85×

桩的变形系数=  =0.69

单桩水平承载力特征值

                           (配筋大于0.65％)

———桩顶允许水平位移（配筋大于0.65％的的灌注桩且位移敏感取6mm）

———桩身抗湾刚度，对于混凝土桩EI=0.85,对于圆形截面

———桩顶水平位移系数（桩的换算埋深>取＝0.940）

=3061.4 KN

相应于荷载效应基本组合时作用于桩底的荷载设计值为：

 =1.35×17469.4=23583.7 KN

   M=1.35=1.35×3720=5022 

   H=1.35=1.35×1200=1620 KN

扣除承台和其填土自重后单桩的桩顶竖向力设计值：

N= =3930.6 KN

7、承台受冲切承载力计算

（1）柱边冲切

      冲切力：=F －=  KN

 受冲切承载力截面高度影响系数＝0.958

冲垮比和冲切系数计算：

①＝1.783

＝

＝0.385

＝

=2×=21902>

＝0.385

＝

＝0.385

＝

=2×=18873.6>

(2)角桩向上冲切：

=1.25 m，=1.25 m，=0.8-0.25=0.55 m，=0.8-0.25=0.55 m.

＝0.385，＝0.385.

＝，

＝.

＝

＝4918.3>

以上验算满足要求

8、承台受弯承载力计算

   =3×3930.6×（0.8-0.25）=85.5 KN.m

    ＝=16797.5 

选用   沿平行与Y轴方向均匀布置

 ＝2×3930.6×（0.8-0.25）＝4323.7 KN.m

==11198.4 

选用        沿平行与X轴方向均匀布置

 ＝2 ×3930.6×（4.2-1.4-0.25）=20046 KN.m

==51919.2 

选用        沿平行与X轴方向均匀布置

按照构造配置钢筋网，详见基础平面和桩身设计图。

9、桩身结构设计：

   采用二点吊，吊点位置在距桩顶、桩尖0.207L处，起吊时最大正负弯矩=0.0214q，其中q=×1×25=6.25 ，为每延米的自重，所以=56.21 KN.m，桩身截面设计值为：==1.2×56.21=67.45 KN.m。

桩身混凝土采用C25，桩身受拉主筋面积配筋量：

   ==537.2 

配置222，=760 ，则全面积为422，=1520 ，

配筋率 ==0.608%<0.8%，

采用锤击法时应使>0.8%,所以取622，=2281 

配筋率==0.9%>0.8%，满足要求.

10、混凝土预制桩施工工艺

（1）制作、起吊、运输、堆放

为节省场地，现场预制桩多采用叠浇法制作，重叠层数一般不宜超过4层，场地应平整、坚实，不得产生不均匀沉降。桩与桩间应做好隔离层，桩与邻桩、底模间的接触面不得发生粘结；

上层桩或邻层桩的浇筑，必须在下层桩或邻桩的混凝土达到设计强度的30%以后方可进行；

 钢筋骨架主筋宜用对焊，同一根钢筋两个接头的距离应大于30%并且不小于500mm；

 预制桩的混凝土浇筑，应由桩顶向桩尖连续进行，严禁中断。当桩的混凝土强度达到设计强度的70%方可起吊，达到100%方可运输和打桩；

 堆放桩的地面必须平整坚实，垫木间距应与吊点位置相同，各层吊木应位于同一垂直线上，堆放层数不应超过四层，不同规格桩应分别堆放。

（2）锤击法沉桩

  锤击法是利用桩锤的冲击克服土对桩的阻力，使桩达到预定深度或者达到持力层。

  桩锤法选用1.0吨的落锤，采用装在履带底盘上的打桩架，用卷扬机拉升施打，打桩顺序采用从中间向两个方向对称进行，以免土壤受到严重挤压，使桩难以打入或使先打入的桩受挤压而倾斜；

  打桩机就位后，将桩往下送入土中，垂直偏差不得超过0.5％，然后固定桩帽和桩锤，使桩、桩帽、桩锤在同一铅垂线上，确保桩能垂直下沉，打桩开始时，锤的落距应较小，以后慢慢增大，但最大落距不宜大于1m，打桩过程中，应做好沉桩记录，以便工程验收；

  打桩的质量控制：桩的垂直偏差应控制在1％以内。对于桩尖位于坚硬土层的端承桩，以贯入度控制为主，桩尖进入持力层，桩端标高仅做参考；如贯入度已达到而桩尖标高未达到时，应继续锤击3阵，每阵10击的 平均贯入度不应大于规定之数值。

   由于土的固结作用，打桩过程中断，会使桩难以打入，因此应保证施打的连续进行。

   采用重锤低击和较软的桩垫可以减少锤直拉应力。