[課程設計]鐵路橋墩樁基礎設計

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。課程設計鐵路橋墩樁基礎設計基礎工程設計鐵路橋墩樁基礎設計工程概況：該橋表層為的粘性土硬殼層， 其下為的淤泥、淤泥質粘土層，下面為粘土、亞粘土層，再下為花崗石片麻巖。其中軟土淤泥層呈流塑狀態(tài)，含水量大，壓縮性大，透水性差，力學強度低等特點。軟土地基上墩臺型式的正確選用非常重要。本文僅針對該橋軟基的輕型墩臺進行簡述：橋梁下部結構型式選用埋置式樁柱式橋臺該型式橋臺設于岸上 臺身埋入錐形護坡中，有單樁柱式與群樁框架式兩種。采用該型式橋臺，為保證路基穩(wěn)定性，不能過多地壓縮橋長，不少工程對此有深

2、刻的教訓。 柱式橋墩 該型式橋墩適應性廣、施工方便，為軟基中最好的選擇型式。分為蓋梁單排樁柱式橋墩，一般用于簡支梁橋；無蓋梁獨柱式橋墩或排柱式橋墩，用于連續(xù)現(xiàn)澆箱梁。 3選用墩臺應注意以下兩點3 為減少軟基位移對結構的影響，盡可能減少超靜定個數(shù)，適當加大樁距，減少樁根數(shù)。以上處理方法既可滿足設計規(guī)范要求還可降低工程造價。 3當樁底接近基巖表面時， 承載力接近設計要求，就沒有必要再伸入基巖以求更加保險； 若承載力不夠時，可把樁徑加大再算，盡可能用摩擦樁代替嵌巖柱樁。，當用樁徑時，樁需嵌入基巖，改用樁徑時，位于基巖表面即可滿足承載要求，降

3、低了施工難度。下部結構內(nèi)力計算為減少軟土地基位移對超靜定結構的影響，上部工程多采用標準梁的先簡支后連續(xù)構造，這樣整個工程的計算工作主要集中于下部結構，故下部結構內(nèi)力計算方法的選用是否正確，考慮因素是否全面，直接關系到工程的安危，為此作以下幾點分析： 蓋梁內(nèi)力計算墩臺設計手冊中算例對墩臺內(nèi)力按下列方式計算：當荷載對稱布置時， 按杠桿法計算，當荷載偏心布置，按偏心壓力法計算， 兩種布載狀況的內(nèi)力取大值控制設計。這種算法沒有真正體會規(guī)范用意，僅為兩種布載狀況下的內(nèi)力計算，不是各截面最不利狀態(tài)的內(nèi)力計算，所算內(nèi)力存在著不安全因素。正確做法 應該先畫出各截面內(nèi)力影

4、響線，再對應影響線用杠桿法及偏心法進行最不利橫向布載， 求出各截面內(nèi)力最大、最小值，然后根據(jù)內(nèi)力包絡圖進行結構配筋。近幾年，有的設計單位作了下簡化計算，對多支座的板、箱梁橋的墩臺帽計算，按活載直接作用于由墩臺簡化成的連續(xù)梁上進行計算， 不考慮活載及二期恒載的橫向分布作用。橋臺內(nèi)力計算除了橋墩內(nèi)力計算項目外，橋臺豎向荷載還要增加土壓力、負摩阻力、搭板自重等項；水平荷載要增加土壓力，其影響復雜，需注意以下幾點：（1）埋置式橋臺土壓力計算土壓力一般是以填土前原地面或沖刷線起算的，對較差土質，需根據(jù)實際土質驗算，確定是否考慮地面以下臺后深層土對樁水平壓力的影響。臺后一定要選用透水、

5、強度高、穩(wěn)定性好的材料，否則， 滲水后摩擦角及粘結力下降，自重增加，臺實際受土壓力遠大于設計值，使橋臺失穩(wěn)。（2）地震土壓力計算地震土壓力隨著橋梁等級的提高而加大；計算時不考慮活載作用；地震組合力對橋臺影響不如對橋墩的影響大。（3）搭板對土壓力影響設搭板橋臺還應考慮搭板作用后活載土壓力改變對橋臺有利的影響。（4）橋頭路基沉降、滑動驗算第一，路基沉降過大：臺背和梁端過早損壞；加大豎向土壓力及負摩阻力，橋臺蓋梁開裂及樁基不均勻下沉；鐵路路基滲水， 促使鐵路路基失穩(wěn)。第二，鐵路路基滑動：導致橋臺嚴重破壞，此時橋臺所承受水平土壓力已遠大于正常計算， 對于橋頭路基加寬、加高

6、或處于改河、填溝段或鐵路路基外不遠有溝、河的，更要注意深層滑動驗算。 上述兩項如不滿足要求，須采用切實可靠措施進行處理，尤以粉噴樁處理橋頭軟基效果為佳。下部結構配筋下部結構配筋首先涉及配筋方法的選用問題，故在該項中對配筋方法、蓋梁配筋、樁筋及樁長設計、橋臺配筋等注意事項分別進行討論： 極限法及容許應力法應用分析由于現(xiàn)行橋規(guī)將鋼筋混凝土橋原容許應力法的彈性狀態(tài)設計改按承載極限狀態(tài)設計，大家對容許應力法有淡漠趨勢。 事實上，極限法是在等截面簡支梁試驗基礎上獲得的， 其適用范圍有限，有些方面還必須用容許應力法，設計者需注意根據(jù)實際情況合理選用。樁筋及樁長設計注

7、意事項 （1）樁筋設計 目前均采用極限法進行樁體抗彎筋設計，這在規(guī)范中已有詳細公式。對樁體抗裂還沒有明確要求，目前說法不一，有待進一步研討。對于基樁各截面的配筋， 從理論上講，應根據(jù)樁內(nèi)彎矩包絡圖進行計算布置。 通常是根據(jù)最大彎矩處進行配筋，從樁頂一直伸到最大彎矩一半處下一定錨固長位置， 減少一半配筋再一直伸至彎矩為零下一定錨固長位置， 再下為素混凝土段，對于軟基，樁主筋最好穿過軟土層。 節(jié)省大量鋼筋；鋼筋籠少，受樁長的變更而變更； 減少底部斷樁處理的難度，減少扁擔樁發(fā)生機率。澆樁時，開始幾米發(fā)生卡管等事故機率高，

8、而采用第一種方式配筋，底部斷樁后，鋼筋籠拔出后，可原孔再鉆，因鋼筋籠一通到底，只能采用扁擔樁處理。 （2）樁長設計 樁長計算不同于樁基配筋，仍采用容許應力法，最大豎向力應按容許應力法要求計算， 不需考慮極限荷載組合系數(shù)。 橋臺配筋注意事項主要表現(xiàn)在樁基、臺身、臺帽、背墻、耳墻等開裂，尤以根部裂縫為多，該橋布設三孔（），處于軟土地質中，西幅采用框架式橋臺，東幅采用帶基樁型臺，橋頭填土高，又處于改河、臨河段，當時限于經(jīng)費，存在壓縮橋孔現(xiàn)象，橋臺前移使墩、臺縫全部頂死，背墻、耳墻、臺帽、臺身出現(xiàn)較大裂縫，橋頭路基出現(xiàn)很大范圍的不均勻沉降及滑動裂縫，后對該橋整治

9、加固。以往橋臺破壞多歸結為超載，事實上也與設計時忽略某些因素有關： （1）臺后順橋向水平土壓力對蓋梁的水平彎矩是造成蓋梁跨中附近側面豎向裂縫的主要原因，而側水平土壓力易造成耳墻根部彎裂。（2）橋臺前移使有縫橋變成無縫橋，大梁就會對橋臺背墻產(chǎn)生巨大推力去平衡臺后的土壓力，兩個力作用的結果導致背墻從根部剪裂； 蓋梁挑出部分從支撐根部斜下彎裂；臺身與蓋梁、樁基與臺身連接處彎裂。（3）橋臺在土壓力、恒載、活載、梁反推力作用下將有很大的扭矩，使蓋梁發(fā)生扭剪破壞。（4）橋頭路基下沉致使背墻受活載沖擊力而過早破壞。施工中下部結構技術問題的處理施工和設計是相互關聯(lián)的， 怎么設計，

10、就怎么施工”，反過來對設計者而言， 應該“怎么施工，就怎么設計”，設計者應保證設計方案的合理性、可實施性，對其提供的施工方案安全性應進行驗算，有些施工方案的工藝、工序在設計文件中必須明確，否則對質量、安全有不良影響。施工中出現(xiàn)的問題也要通過設計來解決，以下針對施工中常遇到的幾個大問題進行分析，并從設計上提出解決問題的方法及其預防措施。 樁長變更地質鉆探資料僅反映局部地質情況，加之鉆探描述與實際樁孔地質有所出入。 因此，樁底碰到巖面難以鉆進，地質較好時，應允許對樁長進行變更， 但必須要求設計人員、監(jiān)理人員根據(jù)巖層實際強度，設計者既不能輕易變更樁長，又要避免

11、過于保守，在滿足承載力情況下進行樁長調(diào)整。沉淀層厚度指標選用分析不要對沉淀層要求的太小，施工中難以控制。清底系數(shù)值對樁長影響較大，以 為宜，個別樁底沉淀層厚度超標的，澆筑前可用反循環(huán)清孔法進行清孔。斷樁處理樁底設素混凝土段對底層斷樁處理有很大幫助， 對于上層斷樁，可用挖孔接樁法處理，對于中層斷樁，應重點控制；如出現(xiàn)斷干樁可以接樁，水下澆筑可以采取扁擔樁法進行處理，兩樁挑一樁，三樁挑兩樁。前期科學規(guī)劃、合理方案對建橋的影響 橋梁前期方案設計，對節(jié)省工程費用，保證工程質量很重要。但很多時候，大家趕工期，前期工作不細，方案沒有深度，等施工圖搞好了，再重新完善方案，結果整

12、個設計又從頭開始，設計效率較低；若方案做得全面細致，科學合理，可以影響主管部門采納而且較少變動。做好總體規(guī)劃，初步正確框定下部結構的位置及型式做好橋寬規(guī)劃，提高下部結構的設計質量及設計單位的設計效率規(guī)劃部門希望橋寬一步到位，而主管部門因資金所限常常不能一步實施到位。勘測是下部結構設計合理的前提和基礎 現(xiàn)場地形、地質影響下部結構型式的選擇及方案的合理性、可行性，對下部工程設計質量至關重要，如果前期調(diào)查不細，就會給工程實施造成設計變更、工期延長、費用增加等問題。5、總結：總之，設計者要善于結合工程實際分析問題、 解決問題，并堅持在工程設計中推陳出新，以不斷提高下部工程的設計質量

13、及其使用效果。一、 設計資料1、 線路：雙線、直線、坡度4、線距4.0m，雙線線路中心至人行道欄桿3.0m。2、 橋跨：無渣無枕混凝土箱形梁，計算跨度L0=40.0m，梁全長L=40.6m,梁端縫0.1m。軌底至梁底3.36 m，梁底至墊石頂0.5m，梁底至支座中心0.09m，一孔梁總重3100KN。3、 地質幾地下水位情況：標高（m）地質情況厚度（m）標高（m）地質情況厚度（m）16.516.2耕地0.3-24.4-30.9粗砂（中密）6.516.211.3軟塑粘土4.9-30.9-40.5中砂（中密）9.611.33.2粉砂8.1-40.5-45.6礫砂（中密）5.13.22.4淤泥質砂粘

14、土（松軟）0.8-45.6-58.7硬塑粘土13.12.424.4細砂（中密）26.8土層平均重度=20KN/m3，土層平均內(nèi)摩擦角=27。，地下水位標高：+15.00m4、 成孔機具：100cm、125cm，150cm旋轉轉機。5、 標高：軌底+29.88米，墩底+16.80米。6、 風力：w=800Pa（橋上有車）。7、 橋墩尺寸：如圖1所示。二、 設計荷載：1、 承臺底外力合計：雙線、縱向、二孔重載：N=20442.5kN,H=936KN,M=12610.7kN.m;雙線、縱向、一孔重載：N=18061.8kN,H=936kn,M=14674.37kN.m2、 墩頂外力： 雙線、縱向、一

15、孔重載： H=911.7KN,M=5410KN.m說明：如因布樁需要加大承臺尺寸時，增加部分自重應計入。三、 設計要求：1、 確定樁的材料、樁長、樁數(shù)及樁的排列。2、 檢算下列項目1) 單樁承載力檢算 （雙線、縱向、雙孔重載）；2) 群樁承載力檢算 （雙線、縱向、雙孔重載）；3) 墩頂位移檢算 （雙線、縱向、一孔重載）；4) 樁身截面配筋計算 （雙線、縱向、一孔重載）；5) 樁在土面處位移檢算（雙線、縱向、一孔重載）。一、擬訂尺寸承臺：C20混凝土樁長：取樁長42米樁數(shù)：按雙孔重載估算樁數(shù)：按照公式：其中：µ=1.31.8 圖1所示二、 臺底面形心處的位移計算(1)、樁的計算寬度：（

16、2）、（3）、地基系數(shù)（4）、下面求（5）、承臺位移a,b,B承臺的計算寬度：則由公式得：樁基是豎自樁，樁群為對稱布置由式（6-78）得：由上式可得承臺位移：利用上式公式即可算出兩種外荷載作用下的位移：荷載情況1（雙孔重載）：N=20442.5 H=936 M=12610.7荷載情況2（一孔重載）N=18061.8kN,H=936kn,M=14674.37kN.m三、 墩身彈性變形引起的托盤底面水平位移 轉角 假定墩帽，托盤和基礎部分產(chǎn)生剛性轉動1、和縱向風力引起的力矩 利用幾何關系分別求出五部分的邊長及中線將橋墩墩身部分分成四部分，分別計算它們所受的風荷載：分別計算出四部分的上下底邊長及中線

17、長，然后既可計算出各個截面的彎矩，再求和即可得到托盤底面所受的總彎矩，列表如下：算例：墩帽風力H=101.20.8=9.6KN托盤風力H=0.5(9.4+6.7) 1.50.8=9.66KNH1-2=1.633.20.8=4.1728KN托盤頂面0處的彎矩: 911.71.2=1094.04KN*m 9.61.2/2=5.76 KN*m 對各截面彎矩 M水平力(KN)托盤頂0托盤底1234墩底5墩頂水平力1094.042461.593947.6615433.7326919.8038405.871墩帽風力H=9.65.7620.1635.80851.45667.10482.752托盤風力H=9.

18、667.65123.39739.14254.88870.634墩身H1-2=4.17283.40110.20217.00423.806H2-3=4.17283.40110.20217.004H3-4=4.17283.40110.202H4-5=4.17283.401墩頂彎矩5410KNm541054105410541054105410總計6509.87899.4019420.26710947.93312482.40214023.6732. 計算托盤底面水平位移 轉角MihhiIi=2bh3/12EIi=Mih/EIi=hi單位KN*mmmm4KN/mradm1-2段8659.81.633.92

19、53.8398.291071.70210-46.8010-42-3段10184.11.635.5554.1568.981071.85010-410.27710-43-4段11715.21.637.1854.4909.701071.96910-414.14710-44-5段13253.01.638.8154.48110.461072.06610-418.21210-4總計7.58710-449.31610-4 式中：1 單樁承載力檢算（按雙孔重載計算）N=20442.5 p1=695000 x=1.5 =0.76710-3則樁頂內(nèi)力：2、群樁承載力檢算：4、樁在土面處的位移檢算：5、墩頂位移檢算：6、樁身截面配筋設計：利用最不利荷載組合：雙線，縱向，單孔，重載A、計算列表如下：azzAmBm-61.37Am271.224BmMz00010271.224271.2240