1、基础工程（道桥专业）多排桩课程设计土木工程学院 - 1 -桥梁桩基础设计一、初步桩基础拟定尺寸1. 桩基础类型的选择因为基础位于湖中，考虑到冲刷及潮水，且最高水位差为 95.5-91.4=4.1m，施工时排水困难，应采用高桩承台式摩擦桩。本设计采用桥梁整体式墩台多排桩基础，墩台联结及承台板与群桩的连接均为刚性连接（见附图） 。2. 桩底标高经过初步计算，并考虑单桩承载力、局部冲刷线的影响，结合设计区域桩身穿过密实砂卵石层 4.5m，桩底标高拟采用 79.1m。3. 桩长、桩径拟定由公路桥涵地基与基础规范 ，钻孔灌注桩混凝土等级不应小于 C25。在满足规范要求的情况下，采用桩径为 1.2m 的钢
2、筋混凝土桩。桩身采用 C25 混凝土， 级钢筋，每桩 18 根主筋，主筋直径 20mm，钢筋保护层净距235R80mm，箍筋采用闭合式直径 8mm，箍筋间距 200mm，详见配筋图。4. 基桩根数及其平面布置经过初步试算 拟采用 6 根钻孔灌注桩，对称竖直双排桩基础（即Nnp23） 。查规范知：钻孔灌注桩的摩擦桩中心距不得小于 2.5 倍成孔直径，所以取钻孔桩中距为 3.0m。二、初拟承台尺寸1. 承台尺寸由规范 ，承台的厚度为桩径的一倍及以上，且不宜小于 1.5m，混凝土强度等级不应低于 C25。本例采用厚度为 2.0m，C25 混凝土。采用板式实体承台板，考虑到墩底尺寸为：3.5m 7m，
3、结合桩间中心距，所以拟定承台形状为矩形 4.5m（纵桥向）8m。2. 配筋构造要求根据板式刚性承台板的受力特性，于承台底部高出承台板地面约 15cm 处设置一层钢筋网，网孔为 100mm100mm，钢筋直径采用 12mm，钢筋网应基础工程（道桥专业）多排桩课程设计土木工程学院 - 2 -通过桩顶主筋且不应截断。承台的顶面和侧面应设置表层钢筋网，每个面在两个方向的截面面积均不宜小于 400mm /m，钢筋间距不应大于 400mm，本例按2250mm250mm 布置，钢筋为 12mm。3. 承台与桩基础的连接基桩与承台的连接用桩顶主筋伸入承台，桩身嵌入承台的深度为 100mm；伸入承台内的桩顶主筋
4、做成喇叭形（与竖直线倾斜 15） 。伸入承台主筋为带肋钢筋 22mm，伸入长度 650mm。箍筋间距采取 160mm， 10mm 钢筋。 4. 承台标高承台应位于一般冲刷线以上，本例为砂砾石层，有比较好的特性，所以将承台顶部与河床平齐，初拟承台底部标高为 88.9m。三、桩基础的设计计算与验算1单桩承载力采用钻孔灌注桩单桩承载力公式 10022(3)naikPrirRuqlAqqmfh 式中： 单桩轴向受压承载力容许值（kN） ，桩身自重标准值与置换土重a标准值的差值作为荷载考虑；U桩身周长（m） ；桩端截面面积；PAN土的层数；承台底部或局部冲刷线以下各土层厚度，扩孔部分不计；il各土层与桩
5、侧的摩阻力标准值；ikq桩端处土的承载力容许值；r桩端处土的承载力基本容许值；0fH桩端的埋置深度，对于有冲刷的桩基，埋深由一般冲刷线起算；基础工程（道桥专业）多排桩课程设计土木工程学院 - 3 -对无冲刷的桩基，埋深由天然地面线或实际开挖后的地面线起算；容许承载力随深度的修正系数；2k桩端以上各土层的加权平均重度，若持力层在水位以下且不透2水时，不论桩端以上土层的透水性如何，一律取饱和重度；当持力层透水时则水中部分取浮重度；修正系数，按表选用；清底系数，按表选用。0m各个参数的取值：1) 冲抓成孔直径应比桩径大 0.2m，故 d=1.4m2) ，4.0ud221.3pAm3) 砂砾石层 =0
6、.7，淤泥 =0.65； =10.0， =0.8 2k04) 液性指数 .5pLlwI5) 查 规范 砂砾石层 =400 ， =100 ；淤泥层 =90 ， 0fkPaikqPa0fkPa=25 ；密室砂卵层 =500 ， =300 ， =1450 。ikqPafikrk324.50.81756.210.7/Nm.4(.854.0).781.3(501.7(3)0295aRkN 即单桩容许承载力为 4029.95kN。2桩的计算宽度 1b10fbKdA查公路桥涵设计手册得 10.9()bdK从本设计中：; ; ; ; 。1.5Lm7.1h3()6.dm1.Lh2n查规范 ，得，基础工程（道桥专
7、业）多排桩课程设计土木工程学院 - 4 -，0.5b1b0.69.LKhA；1.9()3dm12.3.715.nB3. 桩-土变形系数 aC25 混凝土 EC=2.8 40674414230.8.281.065/0/dImMN A对于三层土的 m 系数换算方法采用教材中公式，所以211231232 4245.84.089.7458.6/7mhhhMNm 15596.130mbEI桩在最大冲刷线以下深度 h=7.1m，其计算长度为故按弹性桩计算。0.7.2.5ahA4桩顶刚度系数 、 、 、 的计算1234； ； ；02.lm.0.21.Am5308976.137/ChkNA000220484(
8、.5tan.tan.ta)8.按桩中心距计算面积时， 0.5.91Am所以 11 750062.1386.30493.84ClhAEI ；25ham02.1.lm查手册得： ； ； 。所以.69Qx.45Mx.068M基础工程（道桥专业）多排桩课程设计土木工程学院 - 5 -3240.46519.QMaEIxI5.单孔活载+恒载 +制动力的计算由于承台和桩身均采用 C25 混凝土，作用在承台底面中心的荷载如下。恒载加一孔活载（控制桩截面强度荷载）时： 9024.58.01628674NkNHkMmm AA二孔活载时 1024.5812NkN6. 计算承台底面原点 O 处位移 0,ab查手册标准
9、公式得： 2 241322360.594.861.5.70.7()nixEIIEIIIn 413022212012322413().5670.8546051.97()()0.7960.8niinixHMaEIEIINbnIMHxEI256709.8524()EII 7. 计算作用在每根桩顶上作用力 ， ，iPiQM查手册标准公式得：单位都为（kN）10 289.0285.390.5().4(1)31iiPbxEIEI 203.64.67iQa kNI基础工程（道桥专业）多排桩课程设计土木工程学院 - 6 -40390.85134487.06iMaEIEIkNmA校核： 61.767inQkNH
10、k3(289.1).25(8.06)39.04iixP kMm AA1()612nii kPN8. 计算最大冲刷线处桩身弯矩 M 、水平力 Q 、轴向力 P0000087.1.274.5iQl kmA1.6kN0293.4935.6PkN9. 桩身最大弯矩位置及最大弯矩计算由 得：ZQ0.714.0.5716QaMC由 及 ，查 手册得： 。0.571_2.9h_.98z故 8.5.zm由 ，查手册得：_0.9_及 2.13MKmax02.134.53.6MKkNmA即最大弯矩在最大冲刷线以下 1.75m 处。10. 配筋计算最大弯矩在最大冲刷线以下 1.75m 处，该处 。max243.6M
11、kNA查结构设计原理：已知一跨活荷载为 3100kN21.2(935.610).50.14.751.0.75.40784jNkN .(.)7(.).3jMkNmA；01.230.5784jem0.125.04ed基础工程（道桥专业）多排桩课程设计土木工程学院 - 7 -；0.1.43.91ead02.719.8plhm；72.8hEkPa4.6hdI而 9.1pld故应考虑偏心距增大系数，根据公路桥规； ；210()14pleh01.2054.6sr21.hr；01.7.502 2.lh取所以 20.51.7140.89（ ）.27.4em由已知条件得： ； 。计算受压区高度系数cdfMPa1
12、95sdfPa0()1.50.6.26.91.74894053cdsfBrAeBABACDgCDCD 查结构设计原理得 222 2(.6)1.50(.6)194107ucdsdNrfrfA采用试算法列表计算，各系数查规范A B C D uN0.38 0.8074 0.5191 -0.5707 1.8609 -0.01 3743计算得当 ； 时 接近 ，故只需配置构造钢筋，构造钢筋如0.38uN本说明书第二章桩的构造所述（桩身采用 C25 混凝土， 级钢筋，每桩 18 根235R主筋，主筋直径 20mm，钢筋保护层净距 80mm，箍筋采用闭合式直径 8mm，箍筋间距 200mm，见配筋图） 。1
13、1. 桩的容许承载力验算 2935.607.1854297.6hNkN根据前面所算 ,所以单桩承载力满足要求。429hPkN12. 桩身强度验算基础工程（道桥专业）多排桩课程设计土木工程学院 - 8 -（1）桩身稳定性验算屈曲临界荷载为： 27200.15(.6).810.2/ 539.3758.4.8crcpcrNaEIl kNPkkN 故桩身稳定性满足要求。（2）桩身材料强度的验算由初拟方案得 ； ；014em90sa540;.9srmg配筋率 min683.25.sdA按偏心受压构件计算，查手册得公式22033dcdsdNrfCrfeBDg在弯矩作用平面内 01.50.5.9160695
14、2.1.7cdsdfferACACBD仍然采用试算法 A B C D 0e0.87 2.3342 0.5191 1.9149 0.9397 141.9由计算表可见，当 时， ，与设计的 接近，故取0.87014.9em014em之计算。22 2 20.36.5.5691035.77584ucdsdNArfCrfkkN 3 30.190.97001546.ucdsdMBfDgfmem A故桩身强度满足规范要求。13. 群桩基础承载力验算基础底部无软弱下卧层，故不需考虑软弱下卧层强度验算。在本例中桩间中心距 ，故按照规范要求需要进行桩底持力层承载力验算。2.56.0ld查手册知：摩擦型群桩基础当桩
15、间距小于 6 倍桩径时，将桩基础视为基础工程（道桥专业）多排桩课程设计土木工程学院 - 9 -实体基础，认为桩侧外力以 角向下扩散，按下列公式计算：/4桩底实体矩形基础的尺寸 0 012_ 344.9.8tan7.6.29.8tan1.64761;.1.3.3.305421./8.69baAaKAkNm ；由 _max (1)hlBLhNel W（相关系数查规范）012()3hlKb5427.601.51642.8kPa（ ）_max ()4.82.70.5.21.398.7(1)068.6724513.5hlBLhNeAlkPkPa故桩底平面处最大压应力满足要求。14桩基沉降量验算 当桩的中
16、心距大于 6 倍桩径的摩擦型群桩基础，可以认为其沉降量等于同样土层中静载试验的单桩沉降量。本例将桩基看做实体基础考虑，采用分层总和法计算沉降量。 规范规定墩台基础沉降量应满足2.0SL墩台基础的均匀沉降值；相邻墩台间的最小跨径长度，本例取 30m。 L由于桩基底部为密实夹卵石层，按一般工程查规范可以不计算基地沉降量，现暂时取压缩模量 。70siEMPa分布在基地为梯形荷载 max_in457.(1)290kPaBLhNeAl kPaW将它看成 290kPa 的均布荷载及最大值为 167.4kPa 的三角形荷载，分层厚度，取 h=2m。0.4.3ihb基础工程（道桥专业）多排桩课程设计土木工程学
17、院 - 10 -（1）均布荷载下 计算中心点下各层面处的自重应力在基底 8m 处54.8013.22zcnZm所以将土层分为 4 层，0-2，2-4，4-6，6-8 ，024682466891.71207.5.,93.54.kPakPakaPkPa ， ， ， ，计算最终沉降量 1.9170.854.20.14zisSh mE（2）三角形荷载下在 4m 处，34.60.1.27zcnZm， 为均差系数表。120()/zttCKp12ttCK、 、0 422483.7,6,3.69.PakPa 计算最终沉降量 3273.8.5100Sm综合 1，2 12.0.0.19SL即桩底沉降量满足规范要求
18、。四、承台的验算与设计前面已述及承台的构造验算，为方便起见，这里引用第二篇初拟方案中的尺寸。根据板式刚性承台板的受力特性，于承台底部高出承台板地面约 15cm处设置一层钢筋网，网孔为 100mm100mm，钢筋直径采用 12mm。承台的顶面和侧面应设置表层钢筋网，每个面在两个方向的截面面积均不宜小于400mm /m，钢筋间距不应大于 400mm，本例按 250mm250mm 布置，钢筋2基础工程（道桥专业）多排桩课程设计土木工程学院 - 11 -为 12mm。基桩与承台的连接用桩顶主筋伸入承台，桩身嵌入承台的深度为 100mm；伸入承台内的桩顶主筋做成喇叭形（与竖直线倾斜 15） 。伸入承台主
19、筋为带肋钢筋 18mm，伸入长度 650mm。箍筋间距采取 160mm， 10mm 钢筋。 1. 桩顶处的局部受压验算桩顶作用于承台混凝土的压力，如不考虑桩身与承台混凝土间的粘着力，局部承压时按下式计算 2 031.250321.8 4306 .81.9.73;5;.54jCajm jCab ml jsijCamARPARkNP kMP 故桩顶处的局部受压验算满足要求。2. 桩对承台的冲剪验算桩顶到承台顶面的厚度 ，应根据桩顶对承台的冲剪强度，按下式近似计算确0t定0jmPtuR由于基桩伸入承台较短，在承台的布置范围不超过墩台边缘以刚性角向外扩散范围，可不验算桩基对承台的冲剪强度。3. 承台抗
20、弯及抗剪强度验算承台应有足够的厚度及受力钢筋以保证其抗弯及抗剪切强度。承台在桩反力作用下，作为双向受弯构件尚无统一验算方法，本例采用的承台内力在两个方向上分别进行单向受力的近似计算方法。（1）承台抗弯验算承台最大弯矩将发生在桩底边缘截面按单向受弯计算，该截面弯矩计算公式为12ABMmSP基础工程（道桥专业）多排桩课程设计土木工程学院 - 12 - 0011()()2aGggcsxMRbhRAha由于本例中群桩的投影面均在墩身投影面内，所以最大弯矩很小，在构造钢筋下自然满足抗弯要求。（2）承台抗剪切强度验算跟上面验算同样的道理，群桩的投影面均在墩身投影面内（几乎重合） ，所以不会产生较大的剪力，只需在承台顶面配置构造钢筋网，见构造图及第二章中的文字描述。4. 承台悬臂“撑杆-系杆”模式计算配筋承台短悬臂下面没有基桩，基桩全在墩身的投影面内，所以短悬臂只受自身重力。本例只配置构造钢筋网，见构造图及第二章配筋描述。
