墩台基础课程设计计算书.docx
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墩台基础课程设计计算书
第一章概述
1.1基本资料
本设计资料是江阴市某大桥低桩承台基础设计,该桥上部结构型式采用变截面连续箱梁
双幅桥,荷载标准公路一一I级,桥面双幅并立,中央空间9m,单幅横向布置为0.35m(栏
杆)+5m(非机动车道)+0.4m(隔离栅)+12.25m(车行道)+0.5m(防撞护栏)=18.5m,总宽46m.桩的型式采用钻孔灌注桩,桩身采用C25混凝土,承台采用C30混凝土。
本设计是针对15#墩(左幅),对应的地质钻孔是ZKB4,其设计控制荷载分别为:
N=60000kN(J)、H=600kN(~)、M=6204kN・m(\)。
1.2施工方法
1.2.1施工方法简介及机具设备
本设计工程桩基础采用钻孔灌注桩。
施工时直接在桩位上就地成孔,然后在孔内安放钢筋笼、灌注混凝土而成。
钻孔的方法主要根据地质条件,本设计采用的正循环回转钻机。
正循环旋转钻进是泥浆由泥浆泵压进泥浆笼头,通过钻杆从底端钻头射出而输入孔底,
泥浆挟钻渣上升,从护筒顶溢流口不断流出排至沉淀池内,钻渣沉淀,泥浆流入泥浆池循环
使用。
由于是在粘土中钻孔,采用自造泥浆护壁。
钻孔达到要求的深度后,测量沉碴厚度,进行清孔。
清孔采用射水法,此时钻具只转不进,待泥浆比重降到1.1左右即认为清孔合格。
钻孔灌注桩的桩孔钻成并清孔后,应尽快吊放钢筋骨架并灌注混凝土。
用垂直导管灌注法水
下施工。
水下灌注混凝土至桩顶处,应适当超过桩顶设计标高,以保证在凿除含有泥浆的桩
段后,桩顶标高和质量能符合设计要求。
施工后的灌注桩的平面位置和垂直度都需要满足
规范的规定。
1.2.2主要的施工程序
(一)、施工工艺
钻孔灌注桩是用动力驱使钻头在土中钻进成孔。
主要的工序是钻孔、清孔、下钢筋笼和灌注
混凝土。
具体施工工艺流程图见图一。
(二)、主要工艺的技术要求
1、埋设护筒
埋设护筒是钻孔灌注桩准备工作中的一个最主要环节。
混同为圆形,可用木、钢板。
钢筋混
凝土制作,要求坚实耐用、不变形不漏水,并应能重复使用。
埋设护筒要满足以下要求:
1护筒直径应比钻头直径大100~40Omm,依据成孔方式来确定。
2护筒顶标高奥高出地面或岛面300~500mm,高于地表水面或地下水面1.5~2.0m;
3护筒底应用粘土夯填,不得漏水跑浆。
2、泥浆制备
泥浆是用作护壁用,由水、粘土(或膨胀土)和添加齐U组成。
泥浆的作用:
增大孔内向外的静水压力,并在孔壁形成一层泥皮,隔断孔内外水流起着护壁的作用;用作悬浮钻渣,润滑
钻头,减少钻进阻力。
第二次济孔・
图一钻孔灌注桩施工工艺图
3、钻孔
本设计中采用的是旋转钻孔法,用动力驱动钻头旋转切削地层,利用泥浆循环排渣成孔的旋转钻机钻孔。
在钻孔过程中,要注意以下几个问题:
1钻进过程中要随时检查进尺和土层和土质情况,并做好记录;
2在转进过程中要随时检查孔径和垂直度,当发生严重的斜孔、弯孔、缩孔时要进行必要的
修孔;
3在钻进过程中,要注意护筒内水头高度的稳定性,以防坍孔;
4经常检查钻具、钻杆、钢丝绳和联结装置,对卡钻、掉钻要及时处理;
4、清孔
以达到设计
钻孔达到设计标高后,应立即进行清孔。
清孔的目的是减小孔底沉淀土层厚度,要求,保证桩尖土的承载力;为灌注水下混凝土创造良好条件,保证水下混凝土灌注质量。
采用抽浆清孔法,直接用反循环钻机、空气吸泥机、水力吸泥机或离心吸泥泵等将孔底含钻渣泥浆吸出达到清孔的目的。
此法清孔较彻底,适用于各种方法钻孔的桩柱和摩擦桩。
5、钢筋骨架组装和吊安
钻孔灌注桩的钢筋笼要提前制作组装,长桩情况下钢筋笼长度很长应分节制作,每节长度以
8~9m为宜。
在加工制作和组装时,要注意其施工精度,并应有较高的刚度。
6、灌注水下混凝土
水下混凝土一般采用刚性导管法灌注。
刚性导管用钢管制作,导管内径一般为200~350mm,
导管使用前应进行必要的水密、承压和接头抗拉等试验。
开始灌注混凝土时,应在漏斗底口
处设置可靠的隔水设施。
第二章桩径、桩长的确定
2.1桩径、桩长的初拟
根据相关设计材料的数据,初步确定桩长45米,桩径D=2米。
承台尺寸初拟及地面标高见
图二。
0寸
图二移尺寸诩眩帧标駆单优稣
2.2桩数的确定
摩擦桩单桩轴向力受压容许承载力:
(桩孔灌注桩)
n
[P]=2(UIpAJ)Tu'ihAmo{X】K22(h-3)}
i3
其中,桩的周长U=2.05二;(桩径D=2m,采用旋转钻,则直径增大5cm)
7
'ih=401.4248.6661.75714.4704.8456.00558.1=2246.9
i1
(.j、li具体数据参见表一)
面积:
A二二d2/4二二
修正系数:
二0.83,m°二0.7^=1.2,K2二1.5;
深度h=45m40m,故取h=40m米;
桩底土的容许承载力[匚0]=220MPa;
桩侧土的平均容重
2=(18.717.7319.619.5619.8518.5519.20)“7=19.03kN/m3
故[P]詔2.05二2246.9二0.70.83[2201.519.03(40_3)]=9564.66
估算桩数:
n八1■普二129S二7.52
n取整数,即n-8;桩的具体分布及承台尺寸见图
表一桩埋置深度范围内土的相关数据
土层
深度
重度7
(平均值)
地基系数
叫.
内摩擦角
①
业容许承载力
桩周土极限摩阻力帝城
①
1.40
18.70
15
7.10
120
40
②
8.60
17.73
4
15.60
90
24
③
1.70
19.60
15
13.80
200
66
④
14.40
19.56
15
16.58
230
57
⑤
4.80
19.85
15
16.10
240
70
⑥
6.00
18.55
55
27.00
160
45
⑦
5.10
19.20
4
20.40
220
55
2.3桩长的确定
假设桩基插入最底层的高度为h,,则
n
[P]=二“N=9000;'ih=1801.455h/;
i£
假设埋置深度小于等于40,则h=36.9十『;
[p]打2.05二(1801.455h)二0.70.83[2201.519.03(36.9f-3)]=5800.75177.11『401.5652.1h/1726.66=9000
解之,可得h'=4.51m;
则桩长L=4.516.004.8014.401.708.601.40=41.41m
取整,可得桩长L=42米;又因为42>40,故假设不成立。
所以取h=40米;
则[p]#2.05二(1801.455h)二0.70.83[2201.519.03(40-3)]-5800.75177.11h/2329.34=9000
解之,可得h/=4.91m.故桩长L=36.9•4.91=41.81米。
取整,得出确定的桩长为L=42m。
卑位:
厘术
第三章桩基内力及位移计算
3.1桩的计算宽度的计算
桩的计算宽度b,=K:
『K0Kd
其中,形状换算系数K:
.:
』=0.9;
受力换算系数K。
1=1•右=1.625
因为桩间净距L1=4.2m,g=3(d+1)=3汉(1.6+1)=7.8m,贝y
K=b储*=0.6七f8=0.959(b查表,可得b/=0.6)
所以,桩的计算宽度:
$=K:
.:
」K0Kd=0.91.6250.9591.6=2.2441m;
3.2地基系数的确定
此桩总长42米,共经过七层不同的土层,具体数据见表-地基系数的确定采用等效面积换算法,其计算图示见图四。
等效面积计算m值:
A=舟口和壬[口20m2(hih2)]h2^[m3(h1h2)m3(hih2h3)]
二乡mih22[2m2him2h2]h2f[2m3hi2m3h2m3h3]h3?
[2m4hi2m4h22muh3
m4h4]h4!
[2m7h12m7h22m7h32m7h42m7h52m7h6m7h7]h7
=2151.422(241.448.6)8.6申(2151.42158.6151.7)1.712(2151.42158.62151.721514.41514.4)14.4……
i(2151.42158.62151.721514.4153.9)3.9
=24843.12
又因为=A;所以m0=2A/h;=218613.635/42^13.8017kN/m3
地基系数Co=m0h=13.801730=414.051MN/m'=4.14105kN/m3
3.3桩的变形系数a的确定
变形系数的计算公式:
〉=5豐
其中,m=13.8017,b,=2.2441;
746
基础计算刚度EI=0.67Enln=0.673.4510’应1.6=7.436106
5mb1_5J10.55X2.592El_I1.47310710-
3.4桩的刚度系数讣?
嘉、°的确定
3.4.1单位“力”作用,桩在该处变位碟,碟=臨,嘛
因桩底是非岩石类土,且:
巾=0.28442=11.9282.5,所以Kn=0,按:
4.0查表,则
3.4.2单位“力”作用在桩顶时桩顶变位IH、-:
HM-:
MH、计算
其中l0=5m.
3.4.3桩顶发生单位变位时桩顶发生内力1「2、‘3、‘4的计算
其中,
侧摩阻力以4扩散角至桩地面得的半径为:
3.5每桩的桩顶作用R、Qi、Mi的计算
3.5.1承台发生单位变位时,所有桩顶对承台作用反力之和
bb、:
:
•、、I用的计算
每排的桩数,Xi为各桩至承台中心处的距离。
3.5.2承台变位b。
、a。
、':
o的计算
3.5.3任一桩顶分配作用效应组合设计值R、Hi、Mi计算
R/kN=(b0二%XJC=1.58410*1.91510^3033.36;
校核:
'nP/kN=43033.36=12133.4412129.823kN;
3.6桩身弯矩最大值计算
3.6.1局部冲刷线处桩柱变位计算
此设计中,桩顶即为承台底面,Q0=H=600kN;M0=M=6204kNm;
X0/mm=Q06QQ+M06QM=600x7.234x10_6+6204S.368x10_6=0.0128g/rad—diMQM0'MM)h-(6OO1.36810”62044.18610^^-3.41810」;
3.6.2局部冲刷线以下深度Z处桩身各截面内力计算
弯矩
其中,:
2EIX0=0.28421.4731070.0128=15207.205;
:
EI「0=0.2841.473107(-3.41810冷--14298.588;
11
Ho600=2112676;
0.284
则有MZ-15207.205A3(-14298.588)B36204C32112.676D3;
桩身截面配筋只需要弯矩,不会发生剪力破坏,在此只计弯矩。
A、B3、C3、D3可从书附录II中按:
z查取,其计算列于表二,绘制的桩身弯矩图见图5。
表二桩身弯矩计算表
aZ
Z
A|
込
0.2
0.704
-0.00133
-0.00013
0.99999
0.20000
6608.106
0.4
1.408
-0.01067
-0.00213
0.99974
0.39998
6915.610
0.6
2.113
-0.03600
-0.01080
0.98806
0.59974
7003.946
0.8
2.817
-0.08532
-0.03412
0.99181
0.79854
7030.635
1
3.521
-0.16652
-0.08329
0.97501
0.99445
6808.538
1.4
4.930
-0.45515
-0.31933
0.86573
1.35821
5884.855
1.8
6.338
-0.95564
-0.86715
0.52997
1.61162
4559.172
2.2
7.746
-1.69334
-1.90567
-0.27087
1.57538
3145.212
2.6
9.155
-2.62126
-3.59987
-1.87734
0.91679
1900.883
3
10.563
-3.54058
-5.99979
-4.68788
-0.89126
979.648
3.5
12.324
-3.91921
-9.54367
-10.34040
-5.85402
341.286
4
14.085
-1.61428
-11.73066
-17.91860
-15.07550
166.546
图五桩身弯矩图
8000.000
7000,000
6000,000
5000.000
4000.000
3000.000
2000.000
1000.000
0,000
-1000.000
从表中可以看出:
最大的弯矩设计值为Md=7030.635kNm;Z=2.817m;
其轴向设计值为:
Nd二R(225—2.817-*2.05二222.817)1.2=7759.537kN;
第四章竖向承载力验算
4.1假想平面的计算
由于内摩擦角的影响,假想平面按4扩散,其计算图示见图六。
图六假想平面长度计算原理图
按此原理,则假想平面的计算长度:
L=l°242tan刁=(18.2-0.62)242ta门呼=23.1佃;
计算宽度:
B=B0242tan扌=(8.2-0.62)242tan16^^13.11m;
由此计算所得出的假想平面见图七;
群桩实体基底面积:
2
A=LB=23.1113.11=302.9721m2
群桩实体基底纵向截面模量:
£=42tan刁-0.6
图七说明,其中阴影部分为由于内摩擦角而延伸的宽度,其值:
4.2群桩竖向承载力计算
群桩桩底平面最大压应力-max二巾-旦严■普(「鈴)一k[二]
其中,桩的埋置深度I=42m;承台底面至地面的高度h=2.1m;承台底面以上土的重度;/-14kN/m3(按一般土质取值);承载力修正系数K=1.25;承台底面中心处竖向力
N=60000kN,弯矩M=6204kNm;
承台底面至桩底平面土的平均密度,包括桩的重力在内(kN):
=(G土G桩)/V总
式中:
G桩二2542手8=2542乎8=26389.378kN;
G土二土V土=19.03(8.218.2-8乎)42=99193.968kN;
可得出:
■'-(G土G桩)/V总(26389.37899193.968)/(8.218.242)=20.035kN/m3
桩底平面处地基土的容许承载力:
[二]二[6]k22(h-3)=2201.519.03(44.1-3)
=2201.519.0341.1=1393.20kPa
由上计算,可得jax:
:
:
K上]=1.251393.20=1741.50kPa
所以,群桩承载力满足要求。
第五章桩身配筋计算
5.1主筋的配置
5.1.1主筋配置的规定
钻孔灌注桩,直径D不小于800mm桩内的纵向钢筋的直径不小于14mm根数不宜少于8
根,其净距不宜小于80mm保护层厚度不宜小于60s75mm
5.1.2主筋配置设计
配筋资料:
最大弯矩设计值Md=7030.635kNm;Z=2.817m;Nd=7759.537kN;
结构重要性系数0=1.O;桩孔灌注桩D=2.0m;桩两端支座固定,计算长度
l0=0.5L=0.542=21m;桩身采用C25混凝土,fcd=11.5MPa;拟采用HRB400钢筋,
fs:
=330MPa
配筋计算:
桩的半径r=D=1.0m=1000mm;混凝土保护层厚度取70mm;
2
/2
拟采用:
•:
」40(外径44.5)钢筋,单根钢筋供给面积A=1256.6mm;
445
则rs=1000-(70)=907.75mm;
g二rs/r=907.55/1000=0.90775;
桩的长细比l0/D=21/2=10.55
1
1400e0/h0
(l0/h)212
其中,e0=Md/Nd=7030.635/7759.537=0.90606m=906.06mm;
对于圆形,h=2r=21=2m=2000mm;h0二h-as二2000-70二1930mm;
]=0.22.7e0/h0=0.22.7906.06“1930=1.46761/•—1
“l021000-
2=1.15-0.01上=1.15-0.011.045>1•••2=1
h2000
12
•v=1(21000/2000)211=1.168;
1400x906.06/1930
计算偏心距:
e0=e0=1.168906.06=1058.0475;
假设•值,直到求的较吻合的Ndu值,其计算结果见表三。
表三■假设严值,E
验算轴向力设计值
<1
A
B
C
D
0.3「
0.5798
0.4155
[-0.96751
1.7313
[0.003133
5667.483
\0.7303891
0.35
0.7201
0.4828
-0.7165
1.8225
0.004752
7157.661
0.922434
0.36:
0.7489
0.4952
-0.6676
1.8366
[0.005142
7479.471
[0.963907
0.37
0.778
0.5073
-0.619
1.8494
0.005559
7811.490
1.006695
由表三,可以看出,配筋率「=0.0055589即为所求。
则所需钢筋面积为:
A-:
、r2=0.0055589"感》、10002=17463.7994mm2;
钢筋根数nJ7:
;;];94=13.897;
所以选取14根钢筋,绕圆周平均分配,供给面积As=1256.614=17592.4mm2;
实际配筋率亍二A,/二r2“7592.4/二10002=0.0055998;
钢筋净距s=2二rs/n=2>、恵>'907.75/14=407.4mm.80mm;
5.1.3承载力复核
因为实际配筋率略高于计算值,假设=0.375,则查表得出:
则
A=0.7927,B=0.5132;C=0.59485,D=1.85515;
BQ切内fSdy「_0.5132X11.5+1.85515^0.0055998X0.90775X330才1000=114682mm
AfcdCfSd「0.792711.5(-0.59485)0.005599833010001146.82mm
因为e)(计)/e°(实)=1146.82/1058.0475=1.0839,计算偏心距与实际偏心距基本相等,所
以二=0.375即为所求。
截面所能承受的轴向力设计值:
Ndu=Ar2fcdCTr2fs:
=0.79271000211.5(-0.59485)100020.0055998330=8016.81kN0Nd-1.07759.53^7759.537kN
截面所能承受的弯矩设计值:
Mdu=Br3fcdD:
gr3fsd=0.51321311.51.855150.0055990.90775330-9.01374MNm=9013.74kNm0Md=7030.635kNm
故承载力满足要求。
5.2普通箍筋的配置
箍筋做成封闭的时候,其直径不宜小于纵向钢筋直径的1/4,且不宜小于8mm构件的纵向
钢筋应设置离角筋中距不大于150mm的范围内,如超出此范围设置纵向钢筋,应设复合箍
筋。
箍筋的间距不应大于纵向受力钢筋直径的15倍或圆形截面采用0.8倍直径,并不大于
400mm纵向钢筋的配筋率大于3%寸,箍筋间距不应大于纵向受力钢筋直径的10倍,且不
大于200mm
综上所述,箍筋的直径d_8mm或号=250mm;间距s空min[400,15d,0.8D]=400mm
所以箍筋选用>8,且间距为400mm
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