1、1桥台桩基础设计计算书路桥 073 张金辉一、 荷载计算（一） 上部构造恒载反力及桥台台身、基础土重的计算该部分的计算列于以下的恒载计算表中。（弯矩正负规定如下：逆时针方向取“+”，顺时针方向取“”）该桥台的侧立面图、平面图如图（一）、图（二）所示，在计算桥台混凝土自重时，将其分为 11 块分别进行计算，最后将其求和累加。上部构造恒载计算：上部构造恒载= 边梁重量+中梁重量+桥面铺装重量= 15*19.94*10.28+2*19.94*10.72+3.5*(12+5.5)*19.94= 4723.587 KN距离承台底形心轴的距离= 1.48 m对承台底形心轴的弯矩为：=- *4723.587
2、*1.48=-3495.454 KNmMx212图(二)恒载计算表序号 计算式 竖直力 对基底中心轴偏心 弯矩1 0.750.32.525 14.063 0.52.5+0.1+2=3.35 47.1112 0.52.51.370.30.5 12.844 2.5+0.1+2=2.9333137.6713 0.30.3（1.75+5.53+1.74）25 44.978 0.15+0.1+2=2.25 101.2014 0.50.30.3（1.75+5.53+1.74）25 22.489 0.3+0.1+2=2.2 49.4765 1.020.35（0.3+1.75+5.53+1.74）25 181
3、.088 2+0.1-0.50.35=1.925 348.5946 0.330.850.47225 6.592 2+0.1-0.35-0.850.5=1.325 8.7347 1.21.1（0.3+1.75+5.53+1.74）25 669.57 2+0.1-0.51.2=1.5 1004.3556.72110.825 134.425 2-0.5=1.5 201.6386.65110.825 133 2-0.5=1.5 199.56.56710.825 131.35 2-0.5=1.5 197.02586.48510.825 129.7 2-0.5=1.5 194.556.7210.530.8
4、25 201.625 2-1-3 =03106.6510.530.825 199.5 2-1-3 =0 06.5670.530.825 197 2-1-3 =0 096.4850.530.825 194.55 2-1-3 =031010 1.55.42.2425 1782 0 011 1.23.31.5625 891 0 03（二） 土压力计算根据公路桥涵设计通用规范，取台背与填土间的摩擦角 = 。土压力按台背竖直（=0），回填土为两层：01.5m 采用天然级配砂砾回填 =40，=0，= =20，=0， ；下部分采用原土碾压回填 =16 ， c=30 ， ；根据土压力相等的概念来计算 1.5m
5、 以下回填土的等效内摩擦角 ： DHc2)45tan(rc452H=6.606+1.5+1.37+0.75-1.5=8.726 m 其中 6.606=（ + + + ）/4 ， 则有1234 DHc)5tan(rc452 5.19726.830)14t(r46.3因为回填土分为两层，故将两层土的重度、内摩擦角的值按土层厚度进行加权平均， 即 imh726.851923301.mkNi76.45.40上部恒载4723.5870.5 4723.5870.5 1.48 -3495.454桥台土11947.481 11947.481 2844.472合计19255.049 1708.87341.台后填
6、土表面无活载时的土压力计算台后填土自重所引起的主动土压力按库伦土压力公式计算： BKHEamA21式中： 墙后填土重度的加权平均值（ ）；m 3kNH 土压力作用的高度；B 土压力作用的宽度；库伦主动土压力作用系数；aK其中 a 222 )cos()s(ini1)cos(cm 22 2 )0cos()2376.45cos(376.45in.in1)02376.45cos(0 )0(s 2193.081920.157故有 BKHEamA21kN635.07 )2.3.2.3.(157.0).37.150.(2 其水平方向的分力： )cos(AxE2833.948 )02/376.456.3071
7、kN水平方向的分力作用点距离承台底面的距离：5mey 409.3)75160.(31水平方向土压力对承台底形心轴的弯矩： kNeEMyaxe984.650.32在竖直方向的分力： )sin(AyE )02/376.456.30711184.769 kN竖直方向的分力作用点距离承台底面的距离： mex7.20竖直方向土压力对承台底形心轴的弯矩： kNEMxAye876.319.242.台后填土表面有车辆荷载时的土压力计算图（三） （a）.（b）车辆荷载的立面、平面尺寸6图（四） 车辆横向分布示意图当桥涵设计车道数大于 2 时，有汽车荷载产生的效应应按规定的多车道折减系数进行折减，查公路桥涵设计规
8、范表 4.3.1.1-4 可知，横向布置的车道数为 3 时，横向折减系数取 0.78。由汽车荷载换算的等代均布土层厚度为： BlGh式中： 破坏棱体长度， ；l )cot(tanHlH 桥台高度 ；破坏棱体滑动面与水平面之间的夹角；其中 = =cot )tan(co)tan()an( )2/376.45.tan(376.45cot2/38.4576.2/376.45. = )98.0(82=0.452 m破裂棱柱体长度： )cot(tanHl当台背为竖直时，=0 故 )t(tl7=（6.606+1.5+1.37+0.75）0.452=4.622 m在破坏棱体长度范围内不能完全放一辆重车，因此按
9、照不利的情况摆放车辆，只将汽车的两个后轴放置于破坏棱体长度范围内，如下图（5）所示：图（五）汽车荷载：3（140+140）840 kNG在破坏棱体范围内汽车荷载换算的等代均布土层厚度为：h78.0oBl 0.379m1.26.41台背在填土连同破坏接体上车辆荷载作用时引起的土压力： BKHhEamA)2(1kN971.3058 )75.03.160.379.2()5.037.16 在水平方向的分力： )cos(AxE8kN538.04)02/76.cos(9作用点与承台底面中心的距离： hHey2m56.3397.06.10水平方向土压力对承台底形心轴的弯矩： yAxeEMkN425.1073
10、968竖直方向的分力： )sin(AyE )02/376.45i91.303300.9710.386=1273.227 kN作用点与承台底面的距离： mex7.20竖直方向土压力对基底形心轴的弯矩： xAyeEMmkN712.34.3.台前溜坡填土自重对桥台前侧面上的主动土压力在计算时，以桥台前侧边缘垂线作为假想台背，土表面的倾斜度以溜坡坡度为1:1.5，算得=-33.69则承台底边缘至坡面的垂直距离为 :9mH8591/)704( 2/)75.083.52(0.6. 等代内摩擦角： DHc2)45tan(rc42 5.198.30)16t(r521.64)89.(52.074actn主动土压
11、力系数： =aK222 )cos()s(ini1)cos(cm22 2 )69.3(0cos)21.64cos(214in.in1)02.64cos(0 0. 047.)6.8./(19832.0479承台底边缘至坡面的垂直距离为 :mH8591/)704( 2/)75.083.52(0.6. 所以主动土压力为：10BKHEamA21kN65.94047.18.2水平方向的分力 )cos( AxEkN165.249)02/1.4作用点与承台底面中心的距离： mey953.18.水平方向土压力对基地形心轴的弯矩： yAxeEMkN619.4853.2竖直方向的分力： )sin( AyE )021
12、.6415.29156.365 kN竖直力与承台底面的距离： mex7.20竖直方向土压力对承台底形心轴的弯矩： xAyeEMmkN184.27.36511（三）支座活载反力计算1.桥上有活载，台后无汽车荷载（1）汽车及人群荷载反力在桥上的汽车荷载布置如下图（6）所示图（六）车道荷载支座反力： kNR612.79578.03)46.1950843(人群荷载支座反力： k1655.30支座反力作用点离承台底形心轴的距离： meR48.27.035.21对承台底形心轴的弯矩： xReM)(11= (795.612+165) 1.48 = 1421.705 mkN（2）汽车荷载制动力车道荷载的均布荷
13、载标准值应满布于是结构产生最不利效应的同号影响线上，而集中12荷载标准值只作用于相应影响线中一个最大影响线的峰值处。即图（六）所示跨径上布满均布的车道荷载，而集中荷载标准值只作用于在左侧的平板橡胶支座上，则由一个设计车道上由汽车产生的制动力标准值按公路桥涵设计通用规范规定的车道荷载标准值在加载长度上计算得总重力的 10%计算，但本设计中公路-1 级汽车荷载的制动力标准值不得小于 165KN，且同向行驶三车道为一个设计车道的 2.34 倍。则其单车道制动力：（10.519.46+237.84）10%=44.217 kN L1=2.0m ，1h一排中有四根桩，即 n=4，当 n 4 时，取 =0.
14、45，故b;728.06.2.451.1hbK则桩的计算宽度 1b=0.91.8330.7281.2=1.441 m且 n =41.441=5.765m2.5/ ，将地面以下 深度内的土层，根据换算前后地基系数图形面积在深度 内相等的原mh mh则，换算成为一个当量的 m 值，作为整个深度的 m 值。即 dm4.)1(2查基础工程教材表 4-1 得，在 00.5m 的范围内，取 m=17.2；在 0.53.9m 的范围内，取 m=12 422/067.123914. )5.04().5(.07mMN3.桩土变形系数 4441.206dI m 51EImb1573964.10故 2.5/ =6.
15、30722m ，属于弹性桩，按弹性桩计算.4. 计算桩顶刚度系数 1234、 、 、桩露出地面长 m；0l桩的埋置深度 ；h钻挖孔桩采用 ；.5桩的横截面积 ；22134dAm23桩底平面的地基土竖向地基系数 =hmC0 33 /28960)(1067.2mKN将地面以下各层土的重度，内摩擦角值按土层厚度进行加权平均，即 imh 175.46.0.91785. 34.ki 7.28 032桩底平面处地基沉降计算，假定外力界桩侧土的摩阻力和桩身作用，自地面以 /4 角扩散至桩底平面处的面积 上，则有0A=3.140 2213.547.28tan5.21m又以相邻桩底面中心距为直径所得到的面积 为
16、：0A=3.140A22038./.3m故取 =8.0384所以 1001holAECEI7.0368.1240384.291.57已知： 71.h0l查附表 17.18.19 得 .06423Q0.9854m1.8375m所以 EIEII 6.1932M23 IIEI 580437.604 245计算承台底面中心处的位移 、 、oabo01385.7468.20NbnEII.9.26 241nixEI04.16.870582IEIn56.22.134132221nioiHMaEI EIII09.42)(45878.50663.1222322413oniMHnEIEIII825.14)4.1(
17、0.9856.786,026计算各桩桩顶所受作用力 、 、iPiQiM竖向力 0()iiiPbxKN284.379.425.16.或 EIEI25水平力: = 203iQaKN107.294)825.1456EIEI弯矩 403iMmkII1.72)109.425.8.5校核： inQkNHkN856.23856.320.9481niiixpMmMm47.0.56)10()9.7(14(3492.292+3078.284)=26282.304 N=26282.302 KN1nii 7.计算桩顶处桩身弯矩 轴向力及， 水 平 力 00Q0P=-731.104KNm0iMQI=294.107KN=
18、3492.292KN0iP8.按土的支承力确定单桩轴向允许承载力（经验公式法）单桩轴向允许承载力： PGN2max其中：单桩最大承载力，取 3492.292KnaxG:为整个桩重，取 G=25 22 ， 则有kN42.132120hAmlUPini 采用旋挖钻进成孔，则 U= ；m71.4.126第一层土为粉性黄土 ；MPaml35,.141第二层土为中密砂砾 022第三层土为细实砂砾 l,633由于 ，且装底部不透水，则08.2.15dh 7.则取,4.0t .m22213A由于基底为密实砂砾，则查表有 MPa500.62k 3429.123.54.19mkNh=22m代入有： 3492.2
19、92+0.5 =3803.152kNmaxGN2).1(.5KNKNPh152.38049.75)(496130 52.0743.(. 即有该单桩的轴向承载力满足要求。9桩的内力及位移计算 （1）桩身最大弯矩位置及最大弯矩计算计算桩顶以下深度 Z 处桩截面上的弯矩 MZ00mQMZABa内力汇总表 =a hamAmB0mQAa0MB(kn.m)z0 0 8.712 0 1.00000 0 -732.104 -732.1041.01 0.4 8.712 0.37739 0.98617 280.285 -721.979 -441.6942.02 08 8.712 0.64561 0.91324 4
20、79.491 -668.587 -189.09627图（八）由图（八）可知， mKNM/104.732.max（2）配筋计算及桩身材料截面强度验算最大弯矩 /.104.732max3.03 1.2 8.712 0.76183 0.77415 565.807 -566.758 -0.9514.04 1.6 8.712 0.73734 0.59373 547.618 -434.673 112.9465.05 2.0 8.712 0.61413 0.40658 456.111 -297.659 158.4526.06 2.4 8.712 0.44334 0.24262 329.266 -177.62
21、3 151.6427.07 2.8 8.712 0.26996 0.11979 200.498 -87.699 112.7998.08 3.2 8.712 0.13615 0.05099 101.121 -37.33 63.7919.09 3.6 8.712 0.040658 0.00009 30.196 -0.066 30.1310.01 4.0 8.712 0.00005 0.00009 0.037 -0.066 -0.02928最大弯矩所在位置是桩顶。桩在受到外荷载的作用下，可将其视为一偏心受压构件，认为杆件两端均为不移动铰。取计算长度 。采用 C20 混凝土，HRB335 钢筋， ，m
22、ll20.1 MPafcd2.9， 。MPaftd6.Pafsd8计算偏心距增大系数： Ne2109.3410720 长细比 ，应考虑纵向弯曲对偏心距的影响；4.8/dl截面的有效高度 mgrhs14069.0.17.27.01 096052则偏心距增大系数为2100)(/14hle87.1 967.0.)()/2(2故 ；meo38.940计算受压高度系数： DgreCABRoga)(54032640182922rCRArNugsbacbuCuA1083260860.92 受压区高度系数 计算表 表 1.5 A B C D uNj0.47 1.0799 0.6061 -0.1429 1.90
23、84 0.0018 3550.701 3492.2920.48 1.111 0.6136 -0.0954 1.9075 0.0021 3659.437 3492.2920.49 1.1422 0.6206 -0.0478 1.9053 0.0024 3771.402 3492.292由计算表可知，当 =0.48 时，计算纵向力 与设计值 之比较为合理，故取uj=0.48，以 =0.0021 为计算值。计算所需纵向钢筋的截面积： 222 84.376014.30. mrAg 现选用 8 根 32，实际 ，钢筋布置如图 1.7 所示：25m图（八） 钢筋布置示意图（单位 mm）混凝土保护层厚度 ,
24、纵向钢筋间净距为mc 3065.427.5460471 m80（3）桩顶的水平位移验算：查附表 1，得 =2.044066XA30查附表 5，得 =1.62100XB0032xxQMXAaEIIm63.20 621010742.69.0834.1.74.19.8 773 10.承台的计算（1）桩顶处的局部受压验算 mjacjRAP式中： 承台内一根承受的最大计算轴向力 kN，j isoj其中结构重要性系数 =1.0；只有人群荷载参与组合时，荷载组合系数取 =0.8；结构安0r 全系数 ；则有2.1si KNPisoj 6.35229.34.180. 材料安全系数，对于混凝土取 =1.54；m m局部承压时提高系数， ；lbA局部受压时计算面积，局部受压面积边缘至靠近的构件边缘（又称临空面）的最小bA距离 c=0.5m d=1.2m，所以沿 各边向外扩大的有效距离为 0.5m，所以 l22794.3)1.(4mb承台内基桩桩顶横截面的面积， ；cA 2213044mAc所以， kNPj 6.3529.4.180
