1、基础工程课程设计低桩承台群桩基础设计长安大学公路学院桥梁工程2013.12低桩承台基础设计1、基本资料1.1 某跨线桥主桥上部结构为预应力混凝土连续梁，跨径组成为（60+100+60）m ，桥面净宽 11m，设计荷载标准为公路级。采用盆式橡胶支座、等截面单箱双室薄壁桥墩（如下图示）。图 1 桩基础纵桥向及横桥向断面图1.2 主墩高度 18m，箱壁厚度 0.75m，纵隔板厚度 0.8m，墩身顶部 1.5m 及底部 2m 均为实心段，矩形墩底截面尺寸为(414)m 2 ，采用 30 号混凝土(C30)。作用于墩身底截面中心处的设计荷载为：竖直力 Nz=74958kN水平力 Hx=2895kN纵桥向
2、弯矩 M y=38209 kNm（坐标规定：纵桥向 x 轴、横桥向 y 轴、竖向 z 轴）1.3 主墩基础拟采用 12 根钻孔灌注桩群桩基础，混凝土标号 25(C25)。承台顶面与地面平齐，厚度为 3.5m。1.4 地质资料 自地面向下 16m 深度范围内为中密细砂加砾石（土层 ），往下为密实中粗砂加砾石（土层）。地基土的物理力学性质指标为:土层： =55kpa ， =19.8kN/m3 ， m=10000kN/m 4,kq土层： =70kpa, =500kpa, =21.8KN/m3 m=20000kN/m40f1.5 设计参数承台及基桩材料重度 =25kN/m3，基桩设计有关参数为：E c
3、=2.8107kN/m2,=0.85, m0=0.8, K2=6桩径 d=1.8m，纵桥向 3 排，横桥向 4 排, 如图 1 所示2、主墩群桩基础设计（以纵桥向控制设计）2.1、承台平面尺寸的拟定根据上面的地质资料、上部结构形式、荷载大小以及基桩材料性质，并且根据 07 规范中桩基础桩径要求：钻（挖）孔灌注桩中心距不应小于 2.5 倍的桩径等要求，初步确定承台的尺寸为 。承台如下图 2 所示。m5.318图 2 承台即桩基础布置图（单位尺寸 m）2.2、基桩的平面布置由于规范中有要求，钻孔灌注桩（摩擦桩）中心距不应小于桩径的 2.5 倍（即小于）取桩中心距为 5m。为了避免承台边缘距离桩身过
4、近而发生破裂，并考m5.481.2虑桩顶位置允许的偏差，边桩外侧到承台边缘的距离，对于桩径大于 1m 的装不应小于0.3 倍的桩径并不小于 0.5m。基桩平面的布置如上图 2 所示。2.3、拟定桩长并验算单桩轴向受压容许承载力采用公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63 2007）确定单桩轴向受压承载力容许值经验公式初步反算桩长，由上面基本资料可知，承台顶面与地面平齐，而承台高3.5m，即基桩的顶面在地面以下 3.5m 处。根据地质情况，拟将桩基础打入土层以下 L2处，基桩在土层的高度则为 12.5m。则 )35.12(210LkfmAlquRNapniikah 桩径为 1.8m，桩周长 ，
5、 ，65.8mp4.8.kPaqk70,521 )8.20.18.9,50,6,8.0 22 重 就 （ 即近 似 取 两 层 土 的 平 均 容kPafm所以得： 222 46)L5.80658.04.)7.15(.21 LLRa （承台底面中心处的荷载为： m48325.9943.1KNHMKNGNxyz承 台桩底所受的竖向荷载为： 222 7.108)5.1()8.05(48.12 LLGNzh 承 台由 得：ahR22467.0L解得 那么mL82 mh5.01现拟定桩长为 21m，即 。mL5.82由上式计算可知当 h=21m 时， ，桩的轴向受力承载力符KNKNRha 1.8730
6、合要求。2.4、弹性桩的判断2.4.1 桩的计算宽度 b1 )1(1dkbf已知， ，d=1.8m， ， ，n=3，9.0fkmL2.31 mh4.8231b5.0217.06.5.06.122bk所以 .289.7.2.4.2 桩的变形系数 451/0,mkNEImb443751.06,/8.208. dIEc 所以 15728.51.0.1m桩的长度 h 为 21m，那么 ，故应按弹性桩计算。9280h2.5、桩顶荷载分配并校核2.5.1 桩顶刚度系数 值计算MHP、 00P1ACEhl 30240 /42012,5.,21, mkNmdAmhl 取 22206.194S0.284EI=3
7、.756.1942018.054.27P 已知： 。,9.5. 取 用h8800l查附表 17、附表 18、附表 19 得： , , ，6423.1Qx9854.0Mx8375.1M那么： EIIEIH .0.28.33xM021.954.III 83712.5.2 计算承台底面中心的 、 、0ac0由于承台埋入地面以下较浅，相比活载效应承台侧面土的水平抗力较小，在设计时可以偏安全的不考虑承台侧面土的水平抗力与桩和桩侧土共同作用抵抗和平衡水平外荷载作用。= =0cpnNEI284.0195364.02=0aniMHPMHixn122_)(其中： EIEIIxnniPM 82.615284.01
8、.221 = =0.2868HEI039.I=12 0.0221 =0.2652Mn2222 )(073.)(01. EIIH=所 以 0a IIIEI 9.1086.8.6. 4592EIIEIInxnMMHipH 57.82)(021.2.12.053)(210 2.5.3 计算作用在每根桩上作用力 、 、iPiQi第一排和第三排桩的 = （ + ）=0.284iP0cix kNEIIE2.67391)5.8264.280(中间一排桩的竖向荷载 kNi .7951243水平力 =iQ KEIEIaHM 25.417.8021.860.0 弯矩 =i MNII .3.069.57.41.0校
9、核：kNHkNnQi 28952895.41kNMMpxinii 483243.106).673.92(41 PkNnPii 952.958.4).1(12.5.4 计算桩顶处的 00PQ、M= 、 = =241.250KNi3.160QiKN、 、 =7952.8P.92maxP2.76miniP2.6、确定桩长并验算单桩轴向受压容许承载力在确定桩长时，需采用最大的竖向荷载进行控制设计，即竖向荷载应该采用： kNP3.912max由 及2486LR 222 7.10396)5.1()8.05(4.13.9 LLh 可得： L9.102那么 ，确定桩的长度为 24m，实际的mh4.35 m5.
10、12由上式计算可知当 h=24m 时， ，桩的轴向受力承载力符合KNRha9386962要求。2.7、单桩内力及位移计算与验算2.7.1 承台底面以下深度 z 处桩的弯矩 及桩身最大弯矩 计算zMmaxMZ AAQ3.10628.5400 无量纲系数 由附表 3、附表 7 分别查得， 计算列表如下表 1 计算，其结果图MBA、 z以图 3 表示。表 1 计算表zMzZz ABMAQ0MB0z0 0.00 0 1 0.00 106.33 106.330.2 0.71 0.19696 0.99806 168.50 106.12 274.620.4 1.42 0.37739 0.98617 322.
11、86 104.86 427.720.6 2.13 0.52938 0.95861 452.88 101.93 554.810.8 2.84 0.64561 0.91324 552.32 97.10 649.421 3.55 0.72305 0.85089 618.57 90.48 709.041.2 4.26 0.76183 0.77415 651.74 82.32 734.061.4 4.96 0.76498 0.68694 654.44 73.04 727.481.6 5.67 0.73734 0.59373 630.79 63.13 693.921.8 6.38 0.68488 0.49
12、889 585.91 53.05 638.962 7.09 0.61413 0.40658 525.39 43.23 568.622.2 7.80 0.5316 0.32025 454.78 34.05 488.832.4 8.51 0.44334 0.24262 379.28 25.80 405.072.6 9.22 0.35458 0.17546 303.34 18.66 322.002.8 9.93 0.26996 0.11979 230.95 12.74 243.693 10.64 0.19305 0.07595 165.15 8.08 173.233.5 12.41 0.05081
13、0.01354 43.47 1.44 44.914 14.18 0.00005 0.00009 0.04 0.01 0.050_ 200_ 400_ 600_ 800_0_2_4_6_8_10_12_14_16_Mz(kNm）Z(m)-20_ 0_ 20_ 40_0_2_4_6_8_10_12_14_16_p（kPa)z(m）图 3 图 4由 得：0zQ124.05.243680MCQ由 查附表 13 得： ，）取及 (7.124. mh mzM26.1max故：mKM7，z4.28.06max kNMK1.563.107.40max2.7.2 承台底面以下深度 z 处桩的横向土抗力 计算zx
14、pxxxxzx BZAZBZbAQp 06.231806.2541810210 无量纲系数 由附表 1、附表 5 分别查得， 计算列表如下表 2 计算，其结果图以xB、 zxp图 4 表示。表 2 计算表zxzZz xAxBxAZbQ10xBZbM102xzp0 0.00 2.44066 1.621 0.00 0.00 0.00 0.2 0.71 2.11779 1.29088 13.99 1.06 15.05 0.4 1.42 1.80273 1.00064 23.81 1.64 25.46 0.6 2.13 1.50268 0.74981 29.78 1.85 31.62 0.8 2.84
15、 1.2237 0.53727 32.33 1.76 34.09 1 3.55 0.97041 0.36119 32.05 1.48 33.53 1.2 4.26 0.74588 0.21908 29.56 1.08 30.64 1.4 4.96 0.55175 0.10793 25.51 0.62 26.13 1.6 5.67 0.3881 0.02422 20.51 0.16 20.67 1.8 6.38 0.25386 -0.03572 15.09 -0.26 14.83 2 7.09 0.14696 -0.07572 9.71 -0.62 9.09 2.2 7.80 0.06461 -0.0994 4.69 -0.90 3.80 2.4 8.51 0.00348 -0.1103 0.28 -1.09 -0.81 2.6 9.22 -0.03986 -0.11136 -3.42 -1.19 -4.61 2.8 9.93 -0.06902 -0.10544 -6.38 -1.21 -7.59 3 10.64 -0.08741 -0.09471 -8.66 -1.17 -9.83 3.5 12.41 -0.10495 -0.05698 -12.13 -0.82 -12.95 4 14.18 -0.10788 -0.01487 -14.25 -0.24 -14.50
