桥梁桩基础设计计算部分

公路桥涵结构设计应当考虑到结构上可能出现的多种作用，例如桥 涵结构构件上除构件永久作用（如自重等）夕卜，可能同时出现汽车荷载、 人群荷载等可变作用。《公路桥规》要求这时应该按承载力极限状态和 正常使用极限状态，结合相应的设计状况进行作用效应组合，并取其最 不利组合进行计算。

1、按承载能力极限状态设计时，可采用以下两种作用效应组合。 （1）基本作用效应组合。基本组合是承载能力极限状态设计时，永久

作用标准值效应及可变作用标准值效应的组合，基木组合表达式为

= /() + YQ\\^Q\\k + 串0 辭3

丿（1T）

了0&对二 ％ 工 SGid + S^d + 仇工 ft

丿(1-2) S©d 或

丫。一桥梁结构的重要性系数，按结构设计安全等级采用，对于公路桥梁,

安全等级一级、二级、三级，分别为1.1、1.0和0.9；

YGi—第i个永久荷载作用效应的分项系数。分项系数是指为保证所设 计

的结构具有结构的可靠度而在设计表达式中采用的系数，分为作 用分项系数和抗力分项系数两类。当永久作用效应（结构重力和预 应力作用）对结构承载力不利时，YGU1.2；对结构的承载能力有 利时，YGi二10；其他永久作用效应的分项系数详见《公路桥规》；

YQ1 —汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）的分项系数，取YQ1 =

1.4；当某个可变作用在效用组合中，其值超过汽车荷载效用时，则 该

作用取代汽车荷载，其分项系数应采用汽车荷载的分项系数；对 专门为承受某种作用而设置的结构或装置，设计时该作用的分项系 数取及汽车荷载同值；计算人行道板和人行道栏杆的局部荷载时， 其分项系数也及汽车荷载取同值。

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YQj-在作用效应组合中除汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）、 风荷

载以外的其他第j个可变作用效应的分项系数，取Y Ql = l. 4, 但风荷载的分项系数取YQ1 = 1. 1；

Sgik、Sgid —第i个永久作用效应的标准值和设计值；

SQjk-在作用效应组合中除汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）外 的

其他第j个可变作用效应的标准值；

Sud —承载能力极限状态下，作用基本组合的效应组合设计值，作用效 应

设计值等于作用效应标准值Sd及作用分项系数的乘积。

SQlk、SQld—汽车荷载效用含汽车冲击力、离心力）的标准值和设计值;

収一在作用效应组合中，除汽车荷载效应效应（含汽车冲击力、离心力）

以外其他可变作用效应的组合系数，当永久作用及汽车荷载和人群 荷载（或其他一种可变作用）组合时，人群荷载（或其他一种可变 作用）的组合系数取0.80；当除汽车荷载（含汽车冲击力、离心力） 以外尚有两种其他可变作用参及组合时，其组合系数取0.70；尚有 三种可变作用组合时，其组合系数取0.60；尚有四种及多于四种的 可变作用参及组合时取0. 50o

（2）偶然荷载。永久作用标准值效应及可变作用某种代表值效应、一 种

偶然作用标准值效应相组合。偶然作用的效应分项系数取1.0及偶然 作用同时出现的可变作用，可根据观测资料和工程经验取用适当的代表 值。地震作用标准值及其表达式按现行《公路工程抗震设计规范》中的 规定采用。

表1T永久作用效应的分项系数

序号 | 作用类型 |

永久作用效应的分项系数

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对结构的承载 能 对结构的承载 能力不利时 混凝土和垢工 结构重力（包括 结构附加重力） 钢结构重力（包 括结构附加重 力） 预加力 土的重力 混凝土的收缩 及徐变 土侧压力 水的浮力 混凝土 基础 变和垢土 位 作用 结构 钢结构 力有利时 1.2 1 1 1. 10或 1. 20 1.2 1.2 1 1. 1 1 0.5 1 1 1 1 1 1 1 0. 5 1 2 3 4 5 6 7 1.1上部荷载计算 1.1.1永久荷载

主要考虑桩基础上部结构的自重荷载，其他形式的永久作用如磴收缩作 用等可忽略。计算简式如下：

永久荷载二预应力T型梁重+盖梁重+系梁重+墩身重（1-3） 钢筋及混凝土的比例小于3%,不考虑钢筋的重量。

1 T梁自重——单位体积重26KN/m3

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G梁=205. 96X26二53. 96KX 2墩身重——单位体积重24KX/m3,贝旅

墩身体积金身二龙/4xd\\//

=3. 14X1.674X15. 14=30. 43 亦

墩身重量^=24X30. 43=730. 32 KN

3盖梁重——单位体积重24KX/m3

体积:£二 11. 95X0. 85X2=20. 32”

V2= (11. 95X2-1. 35X2)/2X0. 85X2=18. 02亦

V尸2X0. 35 X 0. 5 X 2=0. 75”

盖梁体积V改良体枳二 Vi +V2 +V3=20. 32+18. 02+0. 75=39. 09

G綁= 24X39. 09=938. 16KN 4系梁重——单位体积重24KX/m3

系梁体积沧梁体萨7. 25X1.8X1. 5=19. 58 m3 系梁重量G系梁=24X19. 58二469. 92 KN

5桥而铺装——单位体积重26KN/m3

桥而铺装体积九帀觥装=38. 27 m3.

G伽训萨38. 27X26二995. 02 KN

6防撞墙——单位体积重24KX/m3；

防撞墙体积V防时二21. 06m3

G咖沪21.06X24=505.44 KN

作用在墩身底而总的垂直永久荷载为：

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G二G梁/2+偽彷+6冷梁/2+氐讹/2+G桥而铀装/2+G防掀堆/2 =53. 96/2+730. 32+938. 16/2+469. 92/2+995. 02/2+505. 44/2 =4862. 07 KN

1.1.2可变荷载

为高速公路桥梁，可变荷载主要考虑汽车荷载、汽车冲击力、汽车制 动力(风荷载，流水荷载，温度荷载等均可忽略)几个方而。

(1) 汽车荷载

计中汽车荷载采用2车道荷载进行分析，由于汽车荷载等级为公路- I 级，据《公路桥涵设计通用规范》JTCD-60-2004,车道荷载计算图示如 下：

Pk—集中荷载标准值qk—均布荷载标准值

据《公路桥涵设计通用规范》JTCD-60-2004,公路-I级车道荷载的均布 荷载标准值为qF10. 5KN/m标准值按以下规定选取：桥梁计算跨径小于或 等于

5m时，Pk=180 KN；算跨径等于或大于50m时，Pk二360KN；桥梁计算 跨

径在5nT50ni之间时Pk值采用直线内插求得。计算剪力效应时，上述集 中荷载标准值Pk应乘以1. 2的系数。

Pk二180+180/45X (30-5) =280KN qk =10. 5 (KN / m )

计算剪力效应时集中荷载标准值Pk乘以1. 2；

汽车荷载Pk二280XI. 2+10. 5X30二651 KN

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(2) 汽车冲击力

据《公路桥涵设计通用规范》JTCD-60-2004,汽车荷载的冲击力标 准值为汽车荷载标准值乘以冲击系数U。 冲击系数U可按下式计算：

f表示结构基频(HZ)；

当f<1.5HZ时，u 二0.05；当f >14HZ时，卩二0.45； 当］.5HZWfW14 HZ时，U=0. 1761nf-0. 0157； 汽车冲击力二汽车荷载X U

此桥的频率f二4HZ,带入式中，故u=0.228； 则汽车冲击力N1 二651X0. 228=148. 43 KN

(3) 汽车制动力

一个设计车道上由汽车荷载产生的制动力标准值按规范规定的车道荷 载标准值在加载长度上计算以总重力的10%计算，但公路一I级汽车荷 载的制动力标准值不得小于165KN。

10%的总重力二322 KN>165KN；

取汽车制动力N2=322 KN；

由以上计算可变荷载可归纳列入下表：

表1-2可变荷载

汽车荷载(KN)

可变荷载

汽车冲击力

(KN) 148. 43

汽车制动力

(KX) 322

651

(4) 偶然荷载

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木合同段区内50年超越概率10%的地震动峰值加速度小于0. 05g,地 震动反应谱特征周期小于0. 35s,对应地震基本烈度小于VI度，故地震 力可不进行计算。

1. 1. 3上部荷载总算

据《公路桥涵设计通用规范》JTCD-60-2004； :氐=心（工％凡& +勺陶）

(1-4)

其中：Y o=l. 1; Y Qj-1. 2； SQ1-1. 4；

；=1

竖向荷载Pv=l. IX (1.2X4862. 07+1. 4X (651+148. 43+322))

=8144. 94KX

横向荷载P尸322X1. 4

=450. 80KN

弯矩=2690. 625 KN•加

表1-3桩顶上部荷载总算表

竖向荷载（KN） 水平荷载（KN） 450. 80 弯矩（KN・〃7） 2690. 625 8144. 94 2. 1方案一：单排墩柱式桩基础（1） 2. 1. 1工程地质介绍

总体上桥位区内地形变化较大，相差高度大，桥位覆盖层厚度小， 下伏基岩为花岗岩，岩石风化强烈，全风化层厚度大，最大厚度将近30 米，该层在水的作用下岗地边坡坡面抗冲刷能力差，洼地内上部承载力 偏低，桥位中风化基岩埋深大，且受地域地质影响，中风化花岗岩岩体 破碎，桥位洼地内地下水位埋深浅，中风化基岩虽破碎，但饱和单轴抗 压强度高，

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可作为桩基的持力层。

2.1.2基础类型的选择

选择桩基础是，根据设计要求和现场的条件,并考虑各种不同情况，包括 荷载的大小和性质、地质和水文地质条件、料具的用量价格（包括料具 的数量）、施工难易程度、物质供应和交通运输条件以及施工条件等等,

经过综合考虑后对以下四个可能的基础类

型，进行比较选择，采用最佳方案高承台桩基础。木设计桩基础，因为 有很好的承载力的持力层，按柱桩进行设计计算。

浅基础：建筑物的浅平基多用砖、石、混凝土或钢筋混凝土等材料组成, 因为材料的抗拉性能差，截面强度要求较高，埋深较小，用料省，无需 复杂的施工设备，因而工期短，造价低，但只适宜于上部荷载较小的建 筑物。 低承台：稳定性较好，但水中施工难度较大，故多用于季节性河流或冲 刷深度较小的河流，航运繁忙或有强烈流水的河流。位于旱地、浅水滩 或季节性河流的墩台，当冲刷不深，施工排水不太困难时，选用低承台 桩基有利于提高基础的稳定性。

高承台：由于承台位置较高或设在施工水位以上，可减少墩台的坞工数 量，可避免或减少水下施工，施工较为方便，且经济。高桩承台基础刚 度较小，在水平力的作用下，由于承台及桩基露出地而的一段自由长度 周围无土来共同承担水平外力，桩基的受力情况较为不利，桩身的内力 和位移都将大于低承台桩基，在稳定性方面也不如低承台桩基。

沉井：沉井基础占地面积小，施工方便，对邻近建筑物影响小，沉井内 部空间还可得到充分利用。沉井法适用于地基深层土的承载力大，而上 部土层比较松软，易于开挖的地层。

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根据《公路桥涵地基及基础设计规范》（JTJ024-85）的规定，选钻孔 桩、钻（挖）孔桩适用于各类土层（包折碎石类土层和岩石层）。

一般情况下桩基础设计需经过以下步骤：（1）通过环境条件、结构 荷载条件、地质施工条件、经济条件等确定桩型；（2）确定基桩几何 尺寸；（3）确定桩数及平面布置；（4）验算桩身结构强度。本设计根 据实际情况做出以下计算。

2. 1. 3桩基础的设计 （1）桩身设计

1. 桩材选择：根据本工程的特点，选择钢筋混凝土钻孔灌注桩。 2. 桩径：初步选定桩径为1.80m。

3. 桩长：由于设计桩为端承桩，根据（JTJ024-85.《公路桥涵及基 础设

计规范》第4.3.5条）；当河床岩层有冲刷时，桩基须嵌入基岩， 按桩底嵌固设计，其应嵌入基岩的深度按下式计算；

圆形桩：VO.O660RQ （2-1）

——在基岩顶面处的弯矩（KN.m）.

〃一一桩嵌入基岩中（不计风化层）的有效深度不得小于0. 5m；

心——天然湿度的岩石单轴极限抗压强度（kpa）；

D——钻孔桩的设计直径（m）；

0——系数，0 = 0.6〜1.0根据岩层侧面构造而定，节理发达的取小 值，

节理发达的取大值；

h==l. 6m

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故设计嵌入深度h二1. 6m；

4. 验算单桩承载力；

根据（JTJ024-85.公路桥涵及基础设计规范第4. 3.4条）；支撐在基 岩上或嵌入基岩内的钻（挖）孔桩、沉桩、和管桩的单桩轴向受压容许 承载力可按下式计算；

[P] = （CM + CS）C（2_2）

[鬥一一单桩轴向受压允许承载力（KN）；

巴一一天然湿度的岩石单轴极限抗压强度（Kpa）；

h一一桩嵌入基岩深度（m）；

U——桩嵌入基岩部分的横截面周长（in）,对于钻孔桩和管桩按 设计

直径采用；

A——桩底横截面面积（m：）,对于钻孔桩和管桩按设计直径采用;

——根据清孔情况，岩石的破碎程度等因素而定的系数，按下 表

2-1取用；

表2-1系数G、C2值

条件 良好的 一般的 较差的

C\\ 0.6 0. 5 0. 1 0.05 0. 04 0.03 c2 注：1当h<0. 5m时，G采用表列数值的0.75倍，20；

2对于钻孔桩，系数G、C：值可降低20%采用;

取C产0. 4X0. 8=0. 32； C2=0. 03X0. 8=0. 024； 将各系数值统计到下表2-2；

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表2-2承载力公式系数表

C2 心(Kpa) A （沪） U(m) h (m) 11 / 32

0.32 0.024 35000 2. 2.65 | 1.6

[p] = （0. 32X2. +0. 024X5.65X1.6） X35000=35920. KN满足 上部

荷载的要求；

2.1. 4沉降计算

根据简化法计算单桩沉降量，即在竖向工作荷载作用下，单桩沉降S 由桩身压缩变形4C和桩端土的压缩变形组成，木设计为端承桩，故 计算公式为：

N S = ^C + \\K= — + EA CoA (2-3)

式中：N——作用于桩顶的竖向压力（KN），桩自重对AC没有影响,

所以不考虑桩身自重；

E——桩身材料的受压弹性模量（Mpa），取2 . 80X 104 Mpa； 1——桩的长度（m）,实际桩长为23. 06+1.6=24. 66m；

G——桩底处岩层的竖向抗力地基系数，根据（JTG-63-2007《公路桥涵

地基及基础设计规范》表P. 0. 2-2）取值，即在表2-3中取值；

A——桩的横截面面积；

表2-3岩石地基抗力系数C。

编号 1 2 3 « (Kpa) 1000 不小于25000 35000 Co (KN/m=) 300000 注：Ra为岩石的单轴饱和抗压强度标准值；对于无法进行饱和的试 样，可采用天然含水量单轴抗压强度标准值；当100012 / 32

时，可用直线内插法确定C。.

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表2-4沉降计算表

N(kX) E (Kpa) 1 (m) 8144.94 2.8x10’ 24. 66

5. 05 (mm)

G (kX〃『)

A\")

2. EA

由于SS2. 0=9. 9mm沉降满足规范要求。

2. 1.5单桩内力及变位计算;

H /桩柱轴线厶交位后 / 9 =nEI ； 地面或同 p部沖刷线 0 XXX XXX X7基岩 图1柱顶自由，桩底嵌固在基岩中的单排桩式桥墩

根据(《建筑桩基技术规范》JGJ-94-2008)第5. 7. 5：桩的水平变形和地基土水平抗力系数的比例系数m可按下列规定确定：

(1)决定桩测土抗力的计算宽度b。；

圆 形 单 桩：

bo=O.9(d+l)k ；

(2-4)

其中k为构件相互影响系数；

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系数 b。二0.9X (1.8+1) XI. 0=2. 52

（2）计算桩基变形系数;

a = / El （2-5）

式中m——桩侧土水平抗力系数的比例系数；

bo——桩身的计算宽度；

EI——桩身抗弯刚度，按该规范第5. 7. 2条的规定计算；对于钢筋混

凝土桩，E>0. 85EcIo；其中E为混凝土弹性模量，I。为桩身换 算截而惯性矩：圆形截而为Io=Wodo/2;

查规范《建筑桩基技术规范》JGJ.94-2008表5. 7. 5取m二100000 KN/m1,

Eh=2. 8X10’ Kpa；

rEI-0. 8^/=0.8X2. 8

j

in7

兀 xl.8°

XlO X ------------ 7

二1. 1X 10 KN•吩.

9

a = 乂叭 /EI =0 47.

桩在最大冲刷线以下深度h二14. 66m,其计算长度为 =0. 47X14. 66=6.

> 2. 5所以应该按弹性桩设计。

（3） 因为地而及最大冲刷线重合，桩（直径1.8m）每延米重q计算如下:

q=X （25-10） =38. 15KN （扣除浮力）；

墩柱桩顶上外力N“ Qi, Mi及最大冲刷处桩顶上外力No, Qo, M。•的关 系如下；

Ni= 8144. 94+8. 4X38. 15X1. 2=8529. 49KN；

QFQO二450. 80 KN二Ho；

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M= M二2690. 625KN —

T

（4） 最大冲刷线（即桩顶）处桩变位兄，处计算；

己知：二0. 47； EI=1. 1X 10‘KN•吧

16 / 32

当桩置于岩石类土且>3. 5时，取KFO； h计躲度=6.>4,按h计算长沪

4m 计算，查JTGD63-2007《公路桥涵地基及基础设计规范》表P. 0.8计算 桩

身作用效应无量纲系数用表得：

A产-5. 85333 ； B产-5. 94097 ； G二-0. 92667 ； A尸-6. 53316；

B：二-12. 15810； CF-10. 60840； D2=-3. 767； A3二-0. 80848；

B3=-ll. 73066

C3=-17. 91860； D3=-15. 07550； A产9. 24368； BL-O. 35762；

CF-15. 61050

DF-23. 14040；

必二4. 780 ；

H。二1作用时；

帶=+ x

鴛-籍

a EI 砧一砧2 （2-6）

=2. 01110'm

] x — AQ? a El 力2B1 - AB? (2-7)

=6. 29810'7rad

]江

a^EI BC?

- AyBz (2-8)

一

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18 / 32

二6・ 29810'7m

另(0)二 1 X 力2C] — /[C2

MM - aEI A2By - A}B2 (2—9)

二3. 20410'?rad

Xof 00的计算；

xo =

4-

(2-10)

=450. 802. 01110^+2690. 6256. 29810” =2. 60mm<6mm(符合m法要求)

妇-(//挪+必鍬)(2-11)

=-(450. 806. 29810_7+2690. 6253. 20410-7) =-11.4610_rad

(5) 最大冲刷线(即地面)以下深度Z处桩截面上的弯矩比及剪力 Q=

的计算；

M7 = a~EI(x^Ay + 0z = a'E!(X0A4 + 牛艮 +

(2-12)

D)

(2-13)

式中无量纲系数A3, B3, C3,, D3及A” B„ Ct, Do查JTGD63-2007《公 路桥涵地基及基础设计规范》表P. 0. 8计算桩身作用效应无量纲系数用 表得，及Q值计算列表如下表2-5及表2-6；弯矩图及剪力图如下图的 图2及

19 / 32

图3；

图2弯矩乩图

表2-5 Mz值计算列表

□

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表2-6 Qz值计算列表

(6) 桩柱顶水平位移的计算；

桩顶为自由端，其上作用有H及W,顶端位移可应用叠加原理计算。设桩 顶的水平位移为，它是由下列各项组成：桩在地面处的水平位移兀、地 而处转角处所引起的桩顶的水平位移矶1。、桩露出地而段作为悬臂梁桩 顶在水平力H以及在M作用下产生的水平位移。，即 △=兀0—佩力2+知+ △()( 2-13)

hi+h2=0+8. 4=8. 4 (m); n=IiEi/EI=(1.6/1.8)=0. 624;

n：桩式桥墩上段抗弯刚度E山及下段抗弯刚度El的比值，

20 /

32

E山二Eoh;EI二0.8E°I,其中E。为桩身混凝土抗压弹性模量，L为桩上段毛

截而惯性矩； 式中. Ao — 二[8. 43] +8. 42

+ \"‘)] + 2E\\I\\* \"\"I(2

〃2 + (桥墩)(2-14)

=32mm;

A = Xo —佩方2 + 力 J + Ao =1. 879-( -9. 65510_48. 4)+32 =33. mm;

代入数据解=3. 4cm<[ ]=0. 5=27. 4cm；符合设计要求。

(7) 桩的配筋及桩截面抗压承载力计算；

桩身最大弯矩位置及最大弯矩计算； 桩地而处的剪力和弯矩：H°=H=450. 8KX；

Mo=M+Holo=269O. 625+450. 88. 4=77. 345 KN •加；

地面以下桩身最大弯矩；

M^-Ho/a mH+Mont (2-15)

确定最大弯矩位置； 由Q==0得；i■计==7. 75；

据二4. Om,查《公路桥梁钻孔桩计算手册》附表m-5，；当ay二0. 5时，i〒6. 931 ~11.667, h计在其之间，故为最大弯矩位置，再据=4.0m, ay二0.4；查附 表m-3, , m-4'得到；

IDH—0. 86 ； nin—0. 378 ；

21 /

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Mg二450. 8/0. 0. 86+77. 3450. 378=3166. 3旳・皿；

地而至最大弯矩断面距离；

y==ay/a=O. 5/0. 47=1. 06m；

桩侧土壤最大应力计算：

Q_=a7b0 (Ho/a+MoQJ (2-16)

确定最大应力位置；

lQit=iBit=7. 75；

据0m,查《公路桥梁钻孔桩计算手册》附表in-&；当ay二0.7时， i-=l.

557*20. 538,人计在其之间，故为最大应力位置，再据=4. 0m, ay=0. 7； 查附

表m-6' , m-7'得到；

QH~O. 935 ； QH二0. 441 ；

Qs二0. 4772. 52 (0. 9350. 8/0. 47+77. 3450. 441)

二210. 43KN

地而至最大应力断面距离；

ytt=ay/a=O. 7/0. =1. 30m；

配筋计算及桩身材料截而强度验算；

根据《公路桥梁钻孔桩计算手册》；桩的计算长度；

lp=k1+l0 (2-17)

其中：kx==5. 37m； 10：桩的悬出长度取8.4m；

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lp=ki+l0=5. 37+8. 4=13. 77m；

因为1P/D=13. 77/1. 8=7. 65) 7；固应考虑偏心距增大系数〃；

结构重要性系数儿T;采用混凝土C25, fcd=ll. 5Mpa； HRB335级钢 筋抗压强度设计值= 280;^;混凝土保护层厚度取60mm,拟采用4)25 钢筋(外径28.

4m)；

23 / 32

则:「二1800/2-(60+28.4/2) =825. 8mm； g=rs/r=825. 8/900=0. 918；

e0=M/N=3166. 38/8144. 94=0. 3m；

EI=1. 1X 10? KN•加;

\"1+—- % ^(//」府乳 2 1400』

(2-16)

式中： eo=O. 3mm；

h0=r+r==825. 8+900=1725. 8mm；

$ =0. 2+2. 7eo/ho=O. 2+2. 7X3/1725. 8=0. 81<1；

§ =1. 15-0. 011p/h=l. 15-0. 01X13. 77/14. 66=1. 14>1,取冬二 1；

将数据代入式(2-16)得；

止(13. 77/1.8)2

x 0. 81 x 1

1400 1. 7258

-=1. 15；

计算偏心距：% = Wo =1. 150. 3=0. 447 m

采用查表法计算(参考《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计(JTG D62-2004)附录C-表C. 0.2 )；

假设=0. 39；查表可得各系数分别如下：

A=0. 8369, B二0.5304,

C=—0.5227, D二 1.8711；

代入下式计算配筋率：

11.5 0. 5304 x 900 - 0. 8369 x 447

280 --------------------------- X

- 0. 5227 x 447 - L8711 x 0. 918 x 900

=-o. 0238 按构造配筋

24 / 32

规范》

计算轴向力设计值；

N血十九+C•刃兀（2-17）

将数据代入式（2-17）得；

叽=0. 8369 x 9002 x 11.5 + （-0. 5227） x （-0. 0238） x 9002 x 280

=8078. 26KN

及实际作用轴向力设计值8144. 94KN偏差在2%以内，符合设计规范； 所以桩基只需按构造配筋，根据规范要求，选配28*25,钢筋截而而积 A==13745.

2mm2o

2. 1.5桩基础工程概算；

相对于陆上钻孔来说，水中钻孔灌注桩主要在围堰筑岛、工作平台 等辅助工程方而有所差别，另外水中钢护筒的设置、泥浆船的使用、水 上拌和站、施工栈桥等也是需要考虑的问题。在条件允许的情况下首先 考虑围堰筑岛的方案是较经迸的，当水深Wl. 5m、流速WO. 5m/s的浅滩、 且河床渗水性较小时，可采用土围堰;水深W3.0ni、流速W1.5m/s、且 河床渗水性较小或淤泥较浅时，可采用土袋（草袋、麻袋等）围堰;若水 深在3〜7.0m、流速W2.0m/s也可采用竹笼、木笼铁丝围堰，否则应考 虑采用桩基工作平台。

文件说明：结合本工程的实际情况，采用4X4X6. 5m竹笼铁丝围堰; 磴强度等级水下C25,钢筋保护层为60mm；钻孔设备按6台套记，工程采 用正循环方法成孔,钻机为GPS15型钻机3台，泥浆泵为流量108”\"的 离心泵4个，挖泥浆池

4个，尺寸为5X4X2in；材料运输及其加工，所 有材料考虑汽车运输，泥浆运输

距离5km。

25 / 32

编制依据：《公路工程预算定额》；《公路基木建设工程概算预算 编制办法》。

表2-7桥桩基础费用计算表

序号 1 2 3 4 5 6 7

8 项目名称 成孔和灌注桩 人工挖孔方 人工挖沟槽 钢筋笼 泥浆运送 钢筋笼吊焊 大型机械安拆 大型机械场外运输 单位 3m 3m 3m t 工程量 2605. 80 139. 20 307. 20 92. 25 3052. 2 90.2 4 4 m t 3台次 台次 定额标号 11 114 238 240 247 2115 表2-8灌注桩工程量表

计量单 位 项目名称 工程量 人工挖孔桩 人工挖孔槽 钢筋笼 成孔和灌注桩 泥浆运送 钢筋笼吊焊 大型机械安拆 大型机械场外 运输 基价（元） 单价 金额 352 4. 98 661. 5 20321.28 3375. 311371.43 3 1592560. 7 6111. 3 6 811. 7 247747. 07 3.4 31966. 88 2728. 10913. 2 3 2775. 11103. 2 8 22273.77 100W3 1% t low3 10 w3 t 1. 392 30. 72 92. 25 260. 58 305. 22 90. 2 序22 序25

台次 台次 4 4 合计 序号 表2-9灌注桩费用计算表 项目名称 取费标准 金额 26 /

32

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 定额直接费 雨季施工增费 生产工具增费 检查试验费 工程定位，场地清理费 材料二次搬运费 夜间使用费 施工图预算 价差 施工管理费 临时设备费 劳动保险费 直接费及间接费之和 计划利润 税金 含税金额造价 分项工程X定额基价 定额直接费的0. 7% 定额直接费的1% 定额直接费的0. 2% 定额直接费的0. 3% 不计 定额直接费的0. 2% 定额直接费的4% 22273.77 15585. 32 2227. 38 6361. 35 92. 03 6361. 35 190840. 61 定额直接费的16% 定额直接费的2. 5% 定额直接费的4. 8% 1~12的总和 (直接费+间接费)X 9% 763362. 44 119275. 38 229008. 73 37422. 36 341048. 01 72874. 23 4203344.6 不含税工程造价3. 14% (13) + (14) + (15) 16 3. 1方案二：单排墩柱式桩基础(2) 3. 1. 1桩基础设计 (1) 桩身设计；

根据木工程的特点，选择钢筋混凝土钻孔灌注桩。 墩的尺寸不变，桩型仍为端承桩，桩尺寸拟定如下：

直径d=l. 9m,桩长24. 06m,嵌入基岩深度h=lm,桩身混凝土强度C25, 受压弹性模量

Ec=2.8X10'MPa；

(2) 验算单桩承载力；

根据(JTJ024-85.公路桥涵及基础设计规范第4. 3. 4条)；将数据代入 式(2-2)；

[P] = (C/ + C2必朮

=(0. 32X2.83+0. 024X5. 97X1) X30000=31446. 4KN满足上

27 / 32

部荷载的要求；

其中：系数G，G在表2-1中分别取0.4, 0.03降低20%釆用,即C】=0.32,

C:=0. 024 o 3.1. 2沉降计算

根据简化法计算单桩沉降量；将数据代入式(2-3)中，计算结果如下 表 3-1：

表3-1沉降计算表

8144.94 N(kN) E (Kpa) 1 (m) G(kN/\") 2. 8xl07 24. 06 c Nl S =——+ N 2. 66 (mm) EA C()A

A(w3) 2. 83 由于SS2. 0=9. 8mm沉降满足规范要求。

3. 1.4单桩内力及变位计算；

根据(《建筑桩基技术规范》JGJ-94-2008)第5. 7. 5：桩的水平变形系数 和地基土水平抗力系数的比例系数m可按下列规定确定：

(1) 决定桩测土抗力的计算宽度b。；

圆形单桩：bo=O.9(d+l)k；

代入数据得：b°二0.9 X (1.9+1) XI. 0=2. 61

(2) 计算桩基变形系数；

a = % 〃仍0 / EI

==0. 47

桩在最大冲刷线以下深度h二15. 66m,其计算长度为 =0. 47X15. 66=7. 36) 2.

28 /

32

5所以应该按弹性桩设计。

(3) 桩(直径1.8m)每延米重q计算如下：

q=X (25-10 ) =42. 51KN (扣除浮力)；

墩柱桩顶上外力N“ Q“ M：及最大冲刷处桩顶上外力N。，Qo, Mo.的关 系如下；

Ni= 8144. 94+8.4X42. 51X1. 2=8573. 44KN； Q^Qo=45O. 80 KN二H。； M,= M二2690. 625 KN •刃-

f

(4) 最大冲刷线(即桩顶)处桩变位足，血计算；

己知:=0. 47； EI=0. 8 EJ = 0.8X2.8X107X3. 14X1. 3/=1. 432 X 107川

当桩置于岩石类土且>3. 5时，取KFO； h计躲好二7.36>4,按h计算长奸4m 计算，查JTGD63-2007《公路桥涵地基及基础设计规范》表P. 0.8计算 桩身作用效应无量纲系数用表得：

Ai=-5. 85333 ； B讦-5. 94097 ； G二-0. 92667 ； A尸-6. 53316；

B：二-12. 15810； CF-10. 60840； D2=-3. 767； A3二-0. 80848；

B3=-ll. 73066

C3=-17. 91860； D3=-15. 07550； A产9. 24368； BL-0. 35762；

CF-15. 61050

DF-23. 14040；

D二4. 780 ；

29 / 32

H。二1作用时；

30 / 32

=

] % 3D - B、D]

a EI 佔-4® （2-6）

=1. 36110'm

4 一 MQ? a El &2〃i

1 北人

（2—7）

=5. 05810\"rad

M°=l作用时;

B£\\ — BC? ct EI AzB\\ — （2-8）

A\\Bz ]江

二5. 05810'7m

R（o）二 1 江

MM - aEI 48-如艮（2—9）

=2. 57410_?rad

Xof 0o的计算；

xo =

+

so）

=450. 801. 36U0_6+2690. 6255. 05810'7 =1. 974mm<6mm（符合m法要求）

31 / 32

妇如跚+ M（勰）（2-11）

=-(450. 805. 05810_：+2690. 6252. 57410-7) =-9. 20610_，rad

(5) 最大冲刷线(即桩顶)以下深度Z处桩截面上的弯矩此及剪力Q的 计算；

将数据分别代入下式；

M7 = a EI(x()〃3 + 牛厲 + •炸 C3 + ¥占 D3)

a a ~E1 a El Qz = CC 'E/(X()A4 + — B4 + 昨皆 C* + ¥；丁 6)

a a^EI a'El

式中无量纲系数A3, B3, C3., D3及A” B„ Co Do查JTGD63-2007《公 路桥涵地基及基础设计规范》表P. 0. 8计算桩身作用效应无量纲系数用 表得，比及Q值计算列表如下表3-2及表3-3；弯矩Mz图和剪力Qz图如图4 及图5所示；

2(6) 桩柱顶水平位移的计算；

桩顶为自由端，其上作用有H及W,顶端位移可应用叠加原理计算。设桩 顶的水平位移为，它是由下列各项组成：桩在地面处的水平位移兀、地 而处转角处所引起的桩顶的水平位移几1。、桩露出地而段作为悬臂梁桩 顶在水平力H以及在M作用下产生的水平位移。，即

A = JC()— + h\\) + A() (2-13)

hi+h2=0+& 4二& 4 (m); n=I】Ei/EI=(l. 6/1. 9)J0. 503;

n：桩式桥墩上段抗弯刚度E山及下段抗弯刚度El的比值，

32 /

32

EJ^EoLiEI^O. 8E0I,其中E。为桩身混凝土抗压弹性模量，I】为桩上段毛 截而惯

性矩；

式中:Ao =件住(硏+斶+ nh\\h© +力2)] +謬F[居+必⑵S + Ai)]

(桥墩) (2-14)

t^\\l\\ 3 = [8. 43]+8. 42

LLL\\L\\

=23・ 7mm;

A = Xo —处)(方2 + 力 J + Ao =1. 974-( -9. 20610_，8. 4)+23. 7 =25. 68mm;

代入数据解=25.68mm〈[ ]=0. 5；符合设计要求。

(7) 桩的配筋及桩截而抗压承载力计算；

桩身最大弯矩位置及最大弯矩计算； 桩地面处的剪力和弯矩：

Ho=H=45O. 8KN；

Mo=M+Holo=2690. 625+450. 88. 4=77. 345 KN •加；

地而以下桩身最大弯矩；

Mg二Ho/a IHH+MOIII. (2-15 )

确定最大弯矩位置；

由QFO得；ittil-=aMo/Ho—6. 75；

据=4.0m,查《公路桥梁钻孔桩计算手册》附表m-5f ；当ay二0. 5时，

33 / 32

i=6. 931T1. 667, 计在其之间，故为最大弯矩位置，再据=4. 0m, ay=0. 4； 查附表m-3, , m-4r得到；

IDH=O. 86 ； nin—0. 378 ；

Mg二450. 8/0. 47X0. 86+77. 345X0. 378=3273. 30KN・m；

地而至最大弯矩断面距离；

y=-ay/a=O. 5/0. 47=1. 06m；

桩侧土壤最大应力计算：

Q^=a7b0 (Ho/a+MoQB)

(2-16)

确定最大应力位置；

1(｝计=5|=7. 76；

据M. 0m,查《公路桥梁钻孔桩计算手册》附表m-8f ；当ay=O. 7时， i.=l.

557~20. 538,人计在其之间，故为最大应力位置，再据=4. Om, ay=O. 7； 查附表m-6' , m-7*得到；

QH~0. 935 ； QH二0. 441 ；

Qs二0. 47?2. 61 (0. 9350. 8/0. 47+77. 3450. 441) =317. 67KN

地而至最大应力断面距离；

y=-ay/a=O. 7/0. 47=1. 49m；

配筋计算及桩身材料截而强度验算；

34 / 32

根据《公路桥梁钻孔桩计算手册》；桩的计算长度；

lP=ki+lo (2-17)

其中：kx==5. 84m； 10：桩的悬出长度取8. 4m；

lp=ki+l0=5. 84+8. 4=14. 24m；

因为1P/D=14. 24/1. 9=7. 49) 7；固应考虑偏心距增大系数〃;

结构重要性系数儿T;采用混凝土C25, fcd=ll. 5Mpa； HRB335级钢 筋抗压强度设计值= ^;混凝土保护层厚度取60mm,拟采用4)25 钢筋(外径28. 4m)；

280;

则:rs=1900/2- (60+28.4/2) =875. 8mm； g=rs/r=875. 8/950=0. 922；

35 / 32

e0=M/N=3273. 3/8144. 94=0. 402m； El二 1. 432 X 10‘KN •加;

l+—^(/丿研能2 1400 勺

L 九 」(2-16)

式中： eo-0.402mm；

h0=r+r==875. 8+950=1825. 8mm；

$ =0. 2+2. 7eo/ho=O. 2+2. 7X402/1825. 8=0. 79<1；

冬=1. 15-0. 011p/h=l. 15-0. 01X14. 24/15. 66=1. 14>1,取冬二1；

将数据代入式(2-16)得；

1 + -------- 1 ------- (14. 24 /I. 9)x 0. 79 x 1

1400 土竺0 402 ' '

1.8258

■二 1. 14；

计算偏心距：% = g =1. 140. 402=0. 458 m

采用查表法计算(参考《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计(JTG D62-2004)附录C-表C. 0.2 )；

假设$=0.36；查表可得各系数分别如下：

A二0.74, B二0.4952, C=-0.6676, D二 1. 8366；

代入下式计算配筋率：

11.5 0. 4952 x 950 - 0. 74 x 458

-280 ------------------------X - 0. 6676 x 458 - 1. 8366 x 0. 922 x 950

二 -0・

36 /

32

规范》

按构造配筋 计算轴向力设计值；

N

(U

/= A7九+C•刃九(2-17)

将数据代入式(2-17)得；

叽=0. 74 x 9502 x 11.5 + (-0. 6676) x (-0. 00273) x 9502 x 280

=8233. 90KN

及实际作用轴向力设计值8144. 94KN偏差在2%以内，符合设计规范； 所以桩基只需按构造配筋，根据规范要求，选配30 4)25,钢筋截而而积 A:—

14727mm' °

2. 1.5桩基础工程概算；

相对于陆上钻孔来说，水中钻孔灌注桩主要在围堰筑岛、工作平台 等辅助工程方而有所差别，另外水中钢护筒的设置、泥浆船的使用、水 上拌和站、施工栈桥等也是需要考虑的问题。本工程水深在3〜7.0m、 流速W2.0m/s,可采用竹笼、木笼铁丝围堰施工。

文件说明：结合本工程的实际情况，采用4. 5X4. 5X6. 5m竹笼铁丝 围堰；碗强度等级为水下C25,钢筋保护层为60mm；钻孔设备按6台套记, 工程采用正循环方法成孔，钻机为GPS15型钻机3台，泥浆泵为流量 118龙\"的离心泵4个，挖泥浆池4个，尺寸为5X5X2m；材料运输及其 加工，所有材料考虑汽车运输，泥浆运输距离5km。

编制依据：《公路工程预算定额》;《公路基本建设工程概算预算 编制办法》。

表2-7桥桩基础费用计算表

37 /

32

序号

1 项目名称 成孔和灌注桩 单位 工程量 2903. 38 38 / 32

2 3 4 5 6 7

8 人工挖孔方 人工挖沟槽 钢筋笼 泥浆运送 钢筋笼吊焊 大型机械安拆 大型机械场外运输 155. 43 573. 50 t tn t 3台次 台次 94. 56 3400. 75 90. 95 4 4 定额标号 11 114 238 240 247 2115 表2-8灌注桩工程量表

计量单 位 项目名称 工程量 人工挖孔桩 人工挖孔槽 钢筋笼 成孔和灌注桩 泥浆运送 钢筋笼吊焊 大型机械安拆 大型机械场外 运输 100W3 10 W3 t 10w3 10w3 t 1. 53 57. 35 94. 56 290. 338 340. 075 90. 95 基价（元） 单价 金额 352 7. 11 661. 5 37937. 03 3375. 319168.37 3 6111. 1774429. 7 2 6 811. 7 276038. 88 3.4 2728. 3 2775. 8 32232. 68 10913. 2 11103. 2 序22 序25

台次 台次 4 4 合计 2362370.19 序号 1 2 3 4 5 6 表2-9灌注桩费用计算表 项目名称 取费标准 金额 定额直接费 分项工程X定额基价 2362370.19 16536. 59 雨季施工增费 定额直接费的0. 7% 23623. 7 生产工具增费 定额直接费的1% 4724. 74 检查试验费 定额直接费的0. 2% 7087. 11 工程定位，场地清理费 定额直接费的0. 3% 材料二次搬运费 不计 39 /

32

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 夜间使用费 施工图预算 价差 施工管理费 临时设备费 劳动保险费 直接费及间接费之和 计划利润 税金 含税金额造价 定额直接费的0. 2% 定额直接费的4% 4724. 74 94494.81 377979. 23 定额直接费的16% 59059. 25 定额直接费的2. 5% 113393. 77 定额直接费的4. 8% 2513561.88 1~12的总和 （直接费+间接费）X 9% (13) + (14) + (15) 2960805. 80 5550470. 47 不含税工程造价3. 14% 76102. 79 40 / 32