3.桥梁桩基计算书

1.工程地质资料及设计资料

某桥位于直线上，冲刷线以下的河床上部为厚度很大的中密孵石层，其容重γ=20kN/m3，内摩擦角φ=38°，地基的基本承载力σ0=800kPa。冲刷线标高为所给支挡结构原地面标高150m下2m即148m，承台底设计标高与水位线平齐，为路堤墙顶标高155m下3m即152m。采用钻孔桩基础，作用于承台底面的竖向力N=18000kN、水平力H=550kN，力矩M=9000kN·m。

设计时，桩侧土极限摩阻力f=120kPa，横向地基系数的比例系数m=60MN·m-4。基桩混凝土采用C20，其受压弹性模量 Eh=2.6×107kPa。

1.设计计算

2.1桩的计算宽度b0

式中  d--桩径，为1.60m；

      K--各桩之间的纵向相互影响系数，当L0<0.6hp时，K值按下式计算

其中  C--随位于外力作用平面内的桩数n而异的系数，当n=2时，C=0.6；

      hp--桩埋入地面或局部冲刷线以下的计算深度，按hp=3（d+1）计算，故hp=3（1.60+1）=7.8m；

      L0--外力作用平面方向上的桩间净距，L0=3.5-1.6=1.9m。

至此可知L0=1.9m<0.6hp=4.68m。

故 

则桩的计算宽度b0为

2.2变形系数α

已知， 

故

2.3桩长估算

可根据总的桩数n和竖向荷载N=18000kN，按下式粗略估算桩顶轴向力Ni：

再按[P]=5850kN估算桩长。

式中    U--桩的周长，按成孔桩径计算，故

        fi--桩侧土层之极限摩阻力，已知fi=120kPa

       m0--考虑清孔程度优劣的折减系数，今采用m=0.8;

        A--桩底面积，应按设计桩径计算

[σ]--桩底持力层的容许承载力，按下列计算

已知，

所以  

则

今取，则自承台底面至桩底总长度为18m。

（根据以上计算结构l=13m，即10d>l>4d，故上面所用计算[σ]公式与使用条件相符）

再根据下式判断是否属于弹性桩

故属弹性桩，应按弹性基础计算。

2.4计算桩顶刚度系数ρ1、ρ2、ρ3、ρ4、

ρ1----当承台底面沿桩轴线方向作单位位移时所引起的桩顶处的轴向力；（如图所以….未画）

ρ2、ρ3----当承台底面沿桩轴线垂直方向作单位位移时所引起的桩顶处的横向力（剪力）和弯矩；（如图所以….未画）

ρ3、ρ4----当承台底面顺图示方向作单位转角时，所引起的桩顶处的横向力（剪力）和弯矩。（如图所以….未画）

2.4.1求ρ1

已知： 

故

2.4.2求ρ2

由及查表得YH=0.185

则 

2.4.3求ρ3

由及查表得YM=0.359

则 

2.4.4求ρ4

由及查表得φM=0.958

则

2.5计算承台座板底面处之竖向位移b、水平位移α及转角β

2.5.1计算

2.5.2计算给定荷载下承台座板的变位b、a和β

又

则 

2.6计算桩顶内力

2.6.1桩顶轴向力Ni

所以   

2.6.2桩顶弯矩Mi

2.6.3桩顶剪力Hi

2.7计算局部冲刷线处桩截面上的弯矩M0和剪力H0

2.8局部冲刷线处桩身水平位移X0和转角φ0

系数Ax、Bx、Aφ和Bφ可根据αy=0（地面处y=0）及查表得

则  

2.9计算桩身弯矩

系数AM、BM值可根据αy值及从AM、BM系数表查得。今将局部冲刷线以下任意深度y处之My值列表进行计算，详细见下表，并将整根桩上弯矩变化图绘于下图。

My计算表

2.10.1检算基桩的容许承载力

已知：作用于桩顶Nimax=6000kN

桩自重                                  （考虑了水的浮力作用）

而桩的轴向容许承载力

而

故，

所以

取m0=0.8

则 

主力加附加力时候尚可提高20%

2.10.2桩身配筋设计

桩径d=1600mm，桩长l0=18m；混凝土强度的等级为C20，纵向钢筋采用R235级钢筋，箍筋采用R235级钢筋。

Ⅰ类环境条件，安全等级为一级。

混凝土抗压强度设计值fsd=9.2MPa，R235级钢筋抗压强度设计值

，轴心压力计算值N=γ0Nd=1.1×18000=19800kN。

1）截面设计

由于长细比，故可以按螺旋箍筋柱设计。

（1）计算所需的纵向钢筋截面面积

取纵向钢筋的混凝土保护层厚度为c=60mm，则可得到

核心面积直径

柱截面面积

核心面积  

假定纵向钢筋配筋率，则可得到

现选用29φ25，。

（2）确定箍筋的直径和间距S

由式子                                       且取Nu=N=19800kN，可得到螺旋箍筋换算截面面积As0为

现选φ12单肢箍筋的截面积            。   这时，螺旋箍筋所需的间距为

由构造要求，间距S应满足                   和        ，故取

S=60mm>40mm。

截面设计布置如图所示（…….未画）

2）截面复核

经检查，如图（未画）所示截面构造布置符合构造要求。

实际设计截面的

则可得

检查混凝土保护层是否会剥落？

故混凝土保护层不会剥落。