挡土墙微桩基础桥台.doc

《挡土墙微桩基础桥台.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《挡土墙微桩基础桥台.doc（21页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、挡土墙微桩基础桥台 第三章 挡土墙和微型桩基础组合桥台设计 3.1简介 钢筋混凝土轻型桥台，是利用钢筋混凝土结构的抗弯能力来减少圬工体积而使桥台轻型化。主要可分为薄壁轻型桥台和支撑梁轻型桥台。其优点是结构自重轻，施工方便。 轻型桥台是桥台的一种形式，还有重力式桥台、框架式桥台、组合式桥台等形式。 轻型桥台适用于小跨径桥梁，桥跨孔数与轻型桥墩配合使用时不宜超过3个，单孔跨径不大于13m，多孔全长不宜大于20m。 桩基挡墙的挡土部分为悬臂式挡墙， 基础部分采用钢筋混凝土钻孔灌注桩或打入桩等桩基础。以桩基作为挡墙结构的基础， 解决了一般悬臂式挡墙必须依靠增大基础尺寸来提供抗倾覆滑移反力和减小地基承载

2、力的问题， 进而能够减小挖方段的开挖量， 这可通过对桩基挡土墙案例的分析， 说明其计算过程和适用性。 一般悬臂式挡土墙是通过立壁承受土体侧压力， 通过底板提供抗倾覆滑移反力的墙式构造物。通常依靠改变底板尺寸来提供足够的支撑反力， 采用浅基础或复合地基处理， 提高天然地基承载力。我国大部分地区天然地基承载力或经过复合地基处理的地基承载力一般不超过150kPa200kPa，故我国公路、铁路路基等相关设计规范中均规定其墙高不宜超过6m。 与浅基础处理和复合地基处理相比， 桩基础等深基础处理能够提供较高的竖向地基承载力， 同时还能提供前者不具备的水平承载力， 因此采用支挡体系的挡土墙与桩基础结合， 将

3、能使挡土墙的适用范围扩大一步。本文将以钢筋混凝土悬臂式挡墙（结构体系如图1所示）为例， 阐述这种体系的计算分析。 一般结构的悬臂式挡墙其结构主要由立壁、墙踵、墙趾构成。体系的水平滑移倾覆稳定性主要依靠墙身自重和墙踵板上方填土的重力来保证， 而墙趾板主要用来减小基底应力. 倘若挡墙高， 土压力大， 就需要增加立壁、底板的厚度和钢筋数量来抵抗立壁上的弯矩， 增加墙踵、墙趾的长度来抵抗土压力产生的倾覆力矩， 并减小墙趾处的地基应力。而对于挖方段挡墙， 增加墙踵长度后将显著增大基础的开挖量， 增加墙趾长度后也有可能导致其伸入路下， 造成路面的纵向沉降裂缝。 以灌注桩或者打入桩作为挡墙的基础， 挡墙的基

4、底应力、抗倾覆稳定性及抗滑稳定性等结构特性不再由底板尺寸和基底土特性决定， 而是由桩基础来支撑挡墙并抵抗挡墙的倾覆及滑动。这种挡墙对于天然地基承载力较差或挖方段挡墙， 墙体需要开挖、无条件布置拉筋带并且墙身高度大于6m的情况， 较一般的悬臂式挡墙有明显优势。 这两种情况下， 一般悬臂式挡墙都需要增大底板尺寸用以抗倾覆和滑移、减小基底应力， 而增大底板尺寸， 尤其是墙踵， 将导致开挖土方工程量大幅度增加。选用桩基础与挡墙结合， 其构造简单、施工方便， 可以较好地发挥材料的强度性能， 实现较小的开挖量。 3.2挡土墙桥台尺寸设计及荷载计算 试设计桥台尺寸如下图所示 桥台尺寸图（单位：dm） 3.2

5、.1恒载计算 恒载可以为桥台自重，桥台上土自重和上部恒载组成，桥台尺寸如下图所示。 1.桥台、承台及上部填土重力计算 桥台背墙：0.4?2.5?60?25?1500kN 台身重：1?7?60?25?10500kN 承台重：1?4?60?25?6000kN 承台上土的加权平均重度： ?m?h hiii17?2.5?17?0.9?18?1.3?18?3.9?0.9?2017.8kNm3 9.5 承台上土重：2?9.5?60?17.8?20292kN ?P?1500?10500?6000?20292?38292kN M?1500?(4/2?2?0.4/2)?10500?(4/2?2?1/2)?202

6、92?(4/2?2?1)?14742kN?m 2上部构造恒载计算 本飞机滑行道桥为22+28+28+22跨径预应力混凝土连续箱梁桥，桥厚2.5m，桥梁设计总宽度为60m。 P恒=（112?60?2.5?30）20=25200 kN ex?1?(4/2?2?1/2)?1.5m M恒?P恒?ex?25200?1.5?37800kN?m 3.2.2桥台后土压力计算： 1、台后填土表面无飞机时土压力计算 将两层土的重度内摩擦角按土层厚度进行加权平均，得： ?m?h?hiii17?2.5?17?0.9?18?1.3?18?3.9?0.9?2017.8kNm3 9.5 ?m?h hi ii22?2.5?1

7、4?0.9?18?1.3?30?3.9?0.9?34?25.1? 9.5 台后填土自重引起的主动土压力: EA?1?mH2KaB 2 式中： ?m墙后填土重度的加权平均值（kNm3）； H 土压力作用的高度； B 土压力作用的宽度； Ka主动土压力作用系数。 土压力作用系数如下： Kacos2(?m?) cos2?cos(?)?1?sin(?)?sin(?) cos(?)cos(?) cos2(25.1?0) cos20?cos(25.12?0)?1? ?2 sin(25.12?25.1?)?sin(25.1?0) cos(25.12?0)cos(0?0)?2 0.52 式中： ?m墙后填土内

8、摩擦角的加权平均值； ? 墙背与竖直线之间的夹角； ? 墙背与填土间的摩擦角； ? 填土面与水平面之间的倾角； Ka主动土压力作用系数。 台后填土自重引起的主动土压力: EA?11?mH2KaB?17.8?9.52?0.52?60?25060.62kN 22 水平分力： .62cos(25.1?0)22694.12 kN EAx?EAcos(?)?25060 作用点与基础底面的距离： 1ey?9.5?3.17m 3 水平方向土压力对基底形心轴的弯矩： Mex?EAxey?22694.12?(?3.17)?71940.36kN?m 竖向分力： .62sin(25.1?0)10630.7kN EA

9、y?EAsin(?)25060 与基础底面的距离： ex?6.84/3?2.28m 竖直方向土压力对基底形心轴的弯矩： Mey?EAyex?10630.7?2.28?24237.996kN?m 2、台后填土表面有飞机荷载时土压力计算 由飞机荷载换算成等代的均布土层厚度 h?G Bl? 式中： l?破坏棱体长度， l?Htan?； H 桥台高度； 破坏棱柱体滑动面与水平面之间的夹角。 tan=?atan+ =?tan37.65+ =0.72 破裂棱柱体长度： l?Htan?9.5?0.72?6.84m 在破坏棱体范围内布满均布荷载： ?G1500kN 将飞机荷载转换为等效土层，厚度为： G150

10、0h?0.21m 60?6.84?17.8Blo? 台背在填土连同破坏接体上飞机荷载作用下的引起的土压力： EA?1?mH(2h?H)KaB 2 ? 水平方向的分力 1?17.8?9.5?(2?0.21?9.5)?0.52?60?26168.56kN2 .56?cos(37.65?0)?20719.14kN EAx?EAcos(?)=26168 作用点与基础底面中心的距离： HH?3h?) 3H?2h 19.5?3?0.21?(?9.5?)?4.19m 39.5?2?0.21ey?( 水平方向土压力对基地形心轴的弯矩： .14?(?4.19)?86813.2kN?m Mex?EAxey?207

11、19 竖向分力： .56sin(37.65?0)15984.71kN EAy?EAsin(?)26168 与基础底面的距离： ex?6.84/3?2.28m 竖直方向土压力对基底形心轴的弯矩： Mey?EAy?ex?15984.71?2.28?36445.14kN?m 3.2.3支座活载反力计算 设计荷载为空客380F类荷载，重150吨。 R飞?1500kN 桥上飞机荷载反力对基础底面产生的弯矩为： M飞?1?(4/2?2?1/2)?1500?2250 kN.m 3.2.4支座摩阻力计算 滑动支座摩擦系数取 f=0.05 ，则支座摩阻力： F?P恒f=252000.05=1260kN 支座厚4

12、2mm，支座摩阻力与承台底面的竖直距离： ey?0.042?9.5?1?10.542m 支座摩阻力与承台底面形心轴的弯矩： M支?F?ey?1260?10.542?13282.92 kN.m 在一联内支座全部采用活动支座，即采用漂浮体系。如果制动力大于支座摩阻力，结构以位移抵消这部分力，因此只计算支座摩阻力，不需要与制动力比较。 3.2.5荷载组合 根据实际可能发生的组合，应按三种情形进行荷载组合，即：桥上有飞机，台后无飞机荷载；桥上有飞机，台后也有飞机荷载；桥上无飞机，台后有飞机荷载。 荷载组合基本公式： n?m?oSud?0?aiSaik?Q1SQ1k?c?QjSQjk? j?2?i?1?

13、 式中： sud承载能力极限状态下作用基本组合的效应组合设计值； ?o结构重要性系数，该桥为中桥，取?o=1； ?Gi第i个永久作用效应的分项系数，桥台自重、恒重、填土自重取1.2， 土的侧向压力取1.4 ?Q1汽车荷载效应的分项系数，取?Q1=1.4； ?Qj在作用效应组合中除飞机荷载效应外的其它可变作用效应的分项系 数，人群荷载分项系数取1.4， ?c在作用效应组合中除飞机荷载效应外的其它可变作用的组合系数。 1、桥上有飞机，台后无飞机荷载 )?1.4?10630.7?1.4?1500?93173.38kN ?oNud?1.2?(38292?25200 ?oHud?1.4?22694.12

14、?1.4?1260?30007.768kN )?1.4?24237.996?1.4?2250?1.4?13282.92 ?oMud?1.2?(14742?37800 =50863.293 kN.m 2、桥上有飞机，台后也有飞机荷载 )?1.4?15984.71?1.4?1500?100668.994kN ?oNud?1.2?(38292?25200 ?oHud?1.4?20719.14?1.4?1260?27242.796kN )?1.4?36445.14?1.4?2250?1.4?13282.92?oMud?1.2?(14742?37800 =33773.292 kN.m 3、桥上无飞机，台

15、后有飞机荷载 ?oNud?1.2?(38292?25200)?1.4?15984.71?98568.994kN ?oHud?1.4?20719.14?29006.796kN )?1.4?36445.14?1.4?13282.92?oMud?1.2?(14742?37800 =24137.87kN.m 荷载组合汇总表 三种荷载组合的汇总表如表所示，综上所述，最不利的荷载组合如下: Nud=100668.994 kN Hud=3007.768 kN Mud=50863.293 kN.m 3.3桩基础设计 3.3.1单桩承载力计算 试设计桩长20m，C30高强度水泥浆灌注桩基，1m在中密卵石土层中，

16、19m在密实卵石土层中，桩径去300mm。 根据地基基础规范经验公式 Quk?Qsk?Qpk?up?qsikli?qpkAP 桩侧土的极限侧阻力标准值如下： 中密卵石土层，取qs1k=85kPa. 密实卵石土层，取qs2k=90kPa。 桩的极限端阻力标准值如下： 密实卵石土层，取qpk=2200kPa Quk?Qsk?Qpk?up?qsikli?qpkAP ?3,14?0.3?(85?1?90?19)?3.14?0.152?2200?1846.32kN 单桩竖向承载力特征值： Ra=Quk/K?1846.32/2?923.16kN 根据上部荷载初步估计桩数为 N?Fk100668.?109.

17、04 取n=120根 .16Ra 3.3.2计算桩顶Pi、Qi、Mi 1桩的计算宽度b1计算 b1?KfK0Kd Kf形状换算系数，圆形截面取0.9 K0受力换算系数，圆形截面取1? L1?0.6h1?K?1.0 K11?1?4.33 d0.3L1?0.6h1?1?b?L?K?b?' '1 0.6h1 L1沿水平力H作用方向上的桩间净距L1?2m h1桩在地下的计算深度h1?3?d?1?3?0.3?1?3.9m?h?24m? b'-与一排中的桩数n有关的系数n?2.b'?0.6 ?L1?0.6h1?2.34m?. ?1?b?LK?b?' '1 0

18、.6h1?0.6? 1?0.62?0.940.63.9 故桩的计算宽度b1?0.9?4.33?0.94?0.3?1.099m 2. 换算多层土的m值 2.5弹性桩h>，为地面以下hm范围内的系数。 ? hm?2?d?1?2?0.3?1?2.6m 在局部冲刷线以下土层范围内有两层土，但因m1=m2 ，均为60000kPa/m2，则m不需要换算，=m1=60000kPa/m2。 则 m=k?=0.9460000=56400kPa/m2 3. 桩-土的变形系数? EI=0.67EhI=0.673107640.34=7.99104 1 ?mb1?EI56400?1.099?0.95 79900

19、桩在最大冲刷线以下深度20m，则其计算长度： h?h?0.9520=19m?2.5m 属于弹性桩，按弹性桩计算. 4. 计算桩顶刚度系数?1、?2、?3、?4 ?1?1 0?AEhCoA0 式中：该承台为低桩承台l0?0 h?20m 钻孔灌注桩?0.5 持力层为密实的砾类土，查表可知m0?56400kNm4 C0?m0h?56400?20?1.128?106m3 持力层为密实卵石土土其等代内摩擦角为： htan=20tan9=3.2 3.22?8.04m2 故取A0?4 A=0.152=0.07 1?1?2.05?105?2.57EI 0?0.5?201?0.07?3?1071.128?106

20、?8.04 桩的换算深度：h?h?0.95?20?19m（>4m） 取h?4m， 低桩承台l0?0， 查基础工程附表17.18.19得?Q?1.06423 ?m?0.98545 ?m?1.48375 ?2?3EIxQ?0.953?1.06423EI?0.912EI EI?0.889EI ?3?2EIxM?0.952?0.98545 ?4?EI?M?0.95?1.48375EI?1.41EI 5计算承台底面中心处的位移ao、bo、?o b0?N ? i?1n?1N100668.994326.42 ?120?1120?2.57EIEI 2 2n?4?1?xi?120?1.41EI?2.57E

21、I?120?1?477.6EIi?1n n?2?120?0.912EI?109.44EI n?3?120?0.889EI?106.68EI n?2?n?4?1?xi?H?n?3M i?1?0? n?2?2n?2?n?4?1?xi?n2?3 i?1? 477.6EI?3007.768?106.68EI?50863.293 ?222109.44EI?477.6EI?106.68EI167.84?EI n?2M?n?3H n?2?2n?2?n?4?1?xi?n2?3 i?1?109.44?50863.293?106.68?3007.768?EI? 222109.44EI?477.6EI?106.68

22、EI 143.99?EI?0? 6计算各桩桩顶所受作用力Pi、Qi、Mi 143.99?326.42Pi?1bi?1?b0?xi?0?2.57EI?1?EI?EI .95kN?1208?468.85kN 167.84143.99?0.889EI?25.06kN EIEI 143.99167.84Mi?4?0?3?0?1.41EI?0.889EI?53.82kN?m EIEI 校核: Qi?2?0?3?0?0.912EI? nQi?120?25.06?3007.2kN?H?3007.768kN?xP?nMii i?1 nni?60?1208.95?468.85?1?120?53.82 ?5086

23、4.4kN?m?M?50863.293kN?m kN?N?100668.994kN?P?60?1208.95?468.85?100668i i?1 符合规范要求。 3.4桩基础强度验算 3.4.1验算单桩轴向承载力 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： NG max?2?P? 其中： Nmax：单桩最大承载力，取1208.95kN G:为整个桩重，取G=30?20?0.32 4?42.41kN ?P?1n 2U?i?li?m0A?0?k2?2?h?3? i?1 采用旋挖钻进成孔，则U=?0.3?0.3?1.88m； 第一层土为中密卵石土 l1?1m,?1?20

24、0mPa ； 第二层土为密实卵石土 l2?19m,?2?300mPa 由于?.3?66.67，且装底部不透水，则?0.72 t?0.3?1.67,则取m0?0.6 A?d2?0.32 4?4?0.07m2 由于基底为密实砂砾，则查表有?0?1000mPa k2?6.0 则有， ?2? 1?20?19?22 ?21.9kN3 m20 G1 ?1208.95+0.5?30?20?3.14?(0.3)2=1230.155kN 24 h=20m 代入有：Nmax? ?P?0.5?1.88?(1?200?19?300)?0.72?0.6? 0.07?1000?6?21.9?(20?3)? ?2316.1

25、9kN?Nh?1230.55kN 即有该单桩的轴向承载力满足要求。 3.4.2桩内力及位移计算 M0?Mi?0=53.82kN.m Q0?QI=25.06kN ' P0?Pi=1208.95kN 3.4.3计算最大冲刷线以下深度Z处桩截面上的弯矩MZ Mz? QO ? Am?MOBm GZX aQ0a2M0?ZAx?ZBX b1b1 内力汇总表 内力汇总图 最大弯矩为66.18109 kN.m,最大弯矩所在位置是0.84m 3.4.4桩顶纵向水平位移验算 桩顶的水平位移和水平位移转角： 查表，得AX=2.044066，BX =1.62100 Q0M0A?Bx xa3EIa2EI 25.

26、0653.82?2.044066?1.62100?1.96mm <6mm 0.953?7.99?1040.952?7.99?104 QM?0?20A?0B? aEIaEIX0? 查表，得A?= -1.62100，B?= -1.75058 ?0?25.0653.82?(?1.62100)?(?1.75058) 0.952?7.99?1040.95?7.99?104 ?1.8?10?3rad 3Qlo25.06?0xQ?0 3EI3EI Qlo225.06?0xm?0 2EI2EI 桩顶纵向水平位移： x1?xo?folo?xQ?xm?(1.96?0.59?2)?10?3?3.14mm 水平

27、位移容许值： ?0.52?70mm 由于3.14mm?70mm，所以桩顶纵向水平位移符合要求。 3.4.5桩身截面配筋的验算 1、配筋的计算 最大弯矩截面在Z=0.8m处，此处设计的最大弯矩为 Mj?66.18kN?m 恒载安全系数1.2，活载安全系数1.4，最大承载力： 11.22 Nj?(4427.157?3.14?2.4?25)?1.2?5093.1kN 24 由截面强度计算公式得 Ni?RaAr2?RgCur2 Nj?eo?Mj?RaBr3?RgDugr3 取以上两式的临界状态分析，整理得 ?RaBr?A(?eo) ?RgC(?eo)?Dgr 现拟定采用C20混凝土，HRB钢筋，Ra?

28、11MPa，Rg?340MPa。 （1）、计算偏心距增大系数 eo?MjNj?1627.52?309mm 因?h?4m，故桩的计算长度 lp?0.5?0.417?4.8mm 长细比lpd?4800?4?7，可不考虑纵向弯曲对偏心距的影响，取?1。 （2）、计算受压区高度系数 ?eo?1?309?309mm r?d2?2?600mm 设g=0.9，则rg?gr?0.9?600?540mm ? ? RaBr?A(?eo) ? RgC(?eo)?Dgr 11600B?320A6600B?1520A? 340320C?540D108800C?183600D Nu?RaAr2?RgCur2 ?11?A?

29、6002?340?C?6002?3960000A?122400000Cu 由计算表可知，当=0.64时，计算纵向力Nu与设计值Nj之比较为合理，故取=0.64， ?=0.00572为计算值。 （3）、计算所需纵向钢筋的截面积 Ag?r2?0.00572?3.14?6002?6465.89mm2 现选用8?32，Ag?6434mm2，钢筋布置如图1.7所示： 混凝土保护层厚度c?60?31.6?2?44.2mm?30mm,纵向钢筋间净距为350mm>251.14mm?80mm 2、对截面进行强度复核 由前面的计算结果可知： ?eo?300mm，a?60mm，rg?540mm，g=0.9 实

30、际配筋率： ?4Agd2?(4?64.34)(3.14?1202)?0.569% （1）、在垂直于弯矩作用平面内 混凝土截面面积 Ab?d2?1.13?106mm2 实际纵向钢筋截面面积 Ag?6434mm2 则垂直于弯矩作用平面内的承载力 Nu?b(RaAho?Rg'Ags) ?1?0.95?(11?1.25?340?.25?11109kN?5093.1kN （2）、在弯矩作用平面内 ?eo?BRa?D?gRg ARa?C?Rgr?B?11?D?0.00569?0.9?3406600B?1044.684D? 11?A?1.9346C11A?1.9346C 采用图表法列表计算 由计算表

31、可知，当=0.64时，计算得到的偏心距?eo'与设计值?eo之比较为合理，故取=0.64作为计算值。 在弯矩作用平面内的承载力 Nu?RaAr2?RgC?r2 ?11?1.6188?340?0.7373?0.00569?6002 ?5262.2kN?Nj?5093.1kN Mu?RaBr3?RgD?r3 ?11?0.6661?6003?340?0.00569?340?6003 ?1735.2kN?m?1627.74kN?m 综上所述，桩截面符合强度要求。 3.5承台和挡土墙桥台设计及强度验算 3.5.1桩顶处的局部受压验算 Pj?AcRajm 式中： Pj承台内一根承受的最大计算轴向力

32、kN， Pj?so?siPi 其中结构重要性系数rs0=1.0；荷载组合系数取?=0.8；结构安全系数?si?1.2 ；则有 Pj?so?siPi?1.0?0.8?1.2?1208.95KN?1160.592KN ?m材料安全系数，对于混凝土取?m=1.54； ?局部承压时提高系数，?Ab； Al Ab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）的最小距离c=1m >d=0.3m，所以沿Al各边向外扩大的有效距离为1m，所以 Ab?(0.15?0.5)2?0.152?1.17m2 1Ac承台内基桩桩顶横截面的面积，Ac?0.152?0.07m2； 4 所以， Pj?

33、1?0.8?1.2?1208.95?1160.592kN ?Ab Al = 则有 1.17?4.09； 0.07 ?AcRajm ?4.09?0.07?20.1?.54 ?3736.77kN?Pj 所以桩顶处的局部受压验算满足要求。 3.5.2桩对承台的冲剪验算 t0?P uRj m'jj?m ?m? 式中 ： ?1?22 ?m承台受压冲剪，破裂椎体平均周长； ?1承台内桩顶周长，?1?d?3.14?1.2?3.768m ?2承台顶面受桩冲剪后预计破裂面周长（m）,桩顶承台冲剪破裂线按35?向上扩张。 桩伸入承台890mm，伸出钢筋部分69mm，则to?1.5?0.2?0.69?0.61 m，故 ?2?3.14?1.2?0.61?2?tan35?6.45m Rjj混凝土抗剪极限强度，Rjj?0.RaRl?2836.151KPa； 所以 ?m?1?2 2?3.768?6.45?5.109m 2 P uRj m'?jmj3352.6?1.54?0.365m?t0?0.61m 5.109?2836.151 满足要求，故可以不验算桩对承台的冲剪强度。 3.5.3承台的抗弯验算 3.5.4挡土墙桥台配筋计算 挡土墙桥台只要承受受压力，由于此桥台为钢筋混凝土桥台，钢筋混凝土是高强受压构件，故对桥台采用构造配筋。配筋详图见附图。