下部结构设计计算

某桩柱式桥墩钻孔灌注桩摩擦桩的设计

一、设计资料

1. 设计标准以及上部构造 设计荷载：公路—Ⅰ级； 桥面净宽：净—11+2×1.5m；

标准跨径：lb13m，梁长9.96m，计算跨径9.7m； 上部构造：钢筋混凝土实心板梁桥。 2．水文地质条件

各土层地质情况及有关钻孔灌注桩桩基设计参数见附表一。 3．材料

钢筋：盖梁主筋用HRB335钢筋，其他均用R235钢筋； 混凝土盖梁、墩柱用C30，系梁及钻孔灌注桩用C25。 4．桥墩尺寸

二、盖梁计算 （一）恒荷载 1. 一孔主梁恒载

集度（kN/M） 1~18号 12.77 2. 其他恒载计算

盖梁自重：N1V1c37.8625946.5(kN) 墩身自重：N2V2c19.2225480.42(kN) 细粮自重：N3V3c12.625315(kN)

12.6 2252.63 梁长（m） 自重（kN） !-

3. 单根桩顶承受的恒载

N恒N1N3N主946.53152198.21N2480.421633.66(kN)23（二）活载计算 1. 顺桥向活载计算 a. 单孔单列汽车

B10 B2qkl/2Pk10.59.7/2198.8249.73(kN)

BB1B20249.73249.73(kN) b. 双孔单列汽车

B110.59.7/250.93(kN) B210.59.7/2198.8249.73(kN) BB1B250.93249.73300.66(kN)

c. 单孔单侧人群

B10 B2qrbl/23.529.7/233.95(kN) BB1B2033.9533.95(kN) d. 双孔单侧人群

B1B23.529.7/233.95(kN) BB1B233.9533.9567.9(kN) 2. 三柱支反力横向分布计算 汽车非对称布载： a.汽车单列非对称布载

10.746,20.254,30 b. 汽车双列非对称布载 10.54,20.46,30 c. 汽车三列非对称布载

10.334,20.666,30 d. 汽车四列非对称布载

10.126,20.874,30 汽车对称布载：

10,21,30

!-

e. 人群单侧布载

11.066,20.066,30 d. 人群双侧布载

11.066,20.132,31.066 3. 活载计算

a. 汽车及人群双孔布载产生的最大支反力，即产生最大墩柱垂直力。（11.3221） 布载情况 B 1号柱垂直反力 2号柱垂直反力 3号柱垂直反力 1 双孔单列 300.66 0.746/0 双孔双列 601.32 0.540/0 双孔三列 901.98 0.334/0 双孔四列 1202.64 0.126/0 单侧人群 双侧人群

67.9 135.8 1.066 1.066 (1)B1 296.54/0 429.30/0 398.30/0 398.29/0 72.38 144.76 2 0.254/1 0.460/1 (1)B2 100.97/397.50 365.70/795.01 3 0/0 0/0 0/0 0/0 0 1.066 (1)B3 0/0 0/0 0/0 0/0 0 144.76 0.666/1 794.21/1192.52 0.874/1 1389.67/1590.02 -0.066 -0.132 -4.48 -17.93 b. 汽车及人群单孔布载产生的最大偏弯矩，即产生最大墩柱弯矩。（见附表）

三、钻孔桩计算

钻孔灌注桩直径为1.40m，用C25混凝土，HRB335级钢筋。灌注桩按m法计算，m值为。桩身混凝土受

4压弹性模量Eh2.810Mpa。

（一）荷载计算

每根桩承受的荷载为：

1.作用于桩顶的恒载反力：N恒1633.66(kN) 2. 灌注桩每延米自重： 3. 可变荷载反力：

q1.41520.08(kN/m)（已扣除浮力） 4 a. 双孔可变荷载反力：N11590.02(kN)（公路—Ⅰ级） N1144.76(kN)（人群荷载、双侧） b. 单孔可变荷载反力：N21320.67(kN)（公路—Ⅰ级） N295.7(kN)（人群荷载、双侧） 4. 作用于地面处桩顶上的外力：

2Nmax1633.661590.02144.763368.44(kN)（双孔）

Nmin1633.661320.6795.73050.03(kN)（单孔） M41311.366.6911.96443.01(kNm) （二）桩长计算

17 假设桩长底到达⑦层土，灌注桩最大冲刷线以下的桩长为h，则： Ra2uqikliApqri1qrm0fa0k22(h3)桩身周长：u1.454.55(m)

!-

桩端截面面积： Ap0.71.54(m) 冲刷线以下土层厚度：li28.27m 清底系数：m00.80 修正系数：0.7

桩端土的承载力基本容须值： 随深度的修正系数：k22.5

桩端以上土层的加权平均值：219.54109.54(kN/m)

22fa0160kPaRa14.551357.371.540.80.72002.59.54(h3)2Ra19.09h3190.88

N3368.441.54h159.548.41h3368.44需要RN

a则： h16.63m 故取h28m，即地面以下桩长32.68m。 Ra19.09283190.883725.65(kN)N8.4132.683368.443643.28(kN) RN，故桩的轴向承载力能满足要求。

a

四、桩的内力计算 1. 桩的计算宽度b

b1kf(d1)0.9(1.41)2.16(m)

2. 桩的变形系数

hm2(d1)2(1.41)4.8(m)

11.25(1h1/hm)211.25(13.10/4.8)20.84 mm1(1)m20.844.5(10.84)156.18

Ec2.8107kPa

I0.4911.440.189m4

3mb16.18102.16550.3277 0.67EcI0.672.8100.189ah0.32732.6810.692.5

故为弹性桩。

3. 作用在局部冲刷线处的基本组合值： M01.4M汽0.6(1.4M制动1.1M风1.4M人) 1.4413.540.61.4256.051.111.366.691.411.96

816.00(kNm)H00.7(1.4H制动1.1H风）

0.7(1.4451.15.4)

48.26(kN)

!-

4. 单位“力”作用在局部冲刷线处的，桩柱在该处产生的变位计算

ah10.694，取ah4。 0BDB4D312.441HH334 EIA3B4A4B30.32730.42336107 0.164104

5. 局部冲刷线处变位计算：

XH0M048.260.1641048160.03610400HH0HM 3.76

000H0MHM0MM48.260.0361048160.0131040MH0HMA3D4A4D311.6252EIA3B4A4B30.32720.42336107 0.0361040MMACA4C311.75134EIA3B4A4B30.3270.42336107 0.0131040.1231026. 局部冲刷线以下深度各截面内力计算：

MH1MZ2EIX0A30B320C330D32EIX0A3EI0B3M0C3H0D3EIEI

EI00.3270.423361070.1231020.170104

12EIX00.32720.423361070.371020.167104 H0148.26147.580.327

M0.167104A30.170104B3816C3147.58D3

由表可知：最大弯矩设计值Md860.2137(kNm)，Z1.223241m

!-

桩身弯矩计算表

h 0.2 0.4 0.8 1.0 1.2 1.6 1.8 2.0 2.4 3.0 3.6 4.0 Z 0.611620 1.223241 2.446483 3.058104 3.669825 4.892966 5.504587 6.116208 7.339450 9.174312 11.00917 12.23242 A3 -0.00133 -0.01067 -0.08532 -0.16652 -0.28737 -0.67629 -0.95564 -1.69334 -2.62126 -3.54058 -3.91921 -1.61428 B3 -0.00013 -0.00213 -0.03412 -0.08532 -0.17260 -0.54348 -0.86715 -1.90567 -3.59987 -5.99979 -9.54367 -11.7307 C3 0.99999 0.99974 0.99181 0.97501 0.93783 0.73859 0.52997 -0.27087 -1.87734 -4.68788 -10.3404 -17.9186 D3 0.2 0.39998 0.79854 0.99445 1.18342 1.50695 1.61162 1.57538 0.91679 -0.89126 -5.85402 -15.0755 MZ 843.5077 860.619 842.6851 809.3247 753.4305 619.5968 548.5346 423.2259 345.6652 330.0322 377.4556 399.9225 7. 轴向力组合计算

Nd1.2N恒1.4N汽0.81.4N人 1.21633.661.41590.020.81.4144.76 4348.55(kN)五、桩顶水平位移计算

X00h1h20

0H1M外332nhhnh•hhhh1221122nh12h2h1 E1I132E1I1式中 ： h14.25m,h20 H452.2547.25kN 则有：

E1I12.81070.0491.240.284107E1I11.24n40.54EI1.4M外413.5411.96256.0511.36692.91kNm47.251330.544.2500.544.2504.2500.2841073692.91020.544.25204.2570.0012620.284100 Xhh00120 22

0.37100.1231010.991029.9mm4.2500.126102水平位移容许值5.01015.8>9.9,符合要求。

!-

六、桩身配筋计算

1. 按偏心受压构件进行配筋计算 截面设计： 偏心矩： e0

lp0.7(l0

Md860.21370.198mNd4348.55e00.1980.22.70.62h00.70.880.7偏心矩增大系数： 10.22.7 11.150.01l0281.150.010.95h1.44)28.16(m)0.3274lp211()121400e0/h0h128.1621()0.620.9514000.198/(0.70.880.7)1.42.13)0.7(28 e02.130.1980.422(m)

主筋采用HRB335级钢筋。 配筋率：

承载力：

fcdBrA(e0)fsdC(e0)Dgr11.5700B422A280422C616D28.75B17.33A422C616DNuAr2fcdCr2fsd700211.5A7002280C5635000A137200000Cξ 0.4 A 0.8667 B 0.5414 C 0.4749 D 1.8801 ρ 0.0004 Nu 4910009 当0.4，计算纵向力Nu略大于设计值N。 0.0004<0.005，故取0.005。

222所需钢筋面积：Asr0.0057007696.90(mm)

钢筋配筋如图所示。

主筋选用16根公称直径为25的HRB335钢筋，实际的配筋率

As/r2785470020.0051箍筋采用螺旋箍筋R235级，直径8mm,螺旋筋的间距S200mm。

!-

某桩柱式桥墩钻孔灌注桩端承桩的设计

一、设计资料

1. 设计标准以及上部构造 设计荷载：公路—Ⅰ级； 桥面净宽：净—14+2×2m；

标准跨径：lb20m，梁长9.96m，计算跨径9.7m； 上部构造：钢筋混凝土实心板梁桥。 2．水文地质条件

各土层地质情况及有关钻孔灌注桩桩基设计参数见附表一。 3．材料

钢筋：盖梁主筋用HRB335钢筋，其他均用R235钢筋； 混凝土盖梁、墩柱用C30，系梁及钻孔灌注桩用C25。 4．桥墩尺寸

二、盖梁计算 （一）恒荷载 1. 一孔主梁恒载

集度（kN/M） 1~18号 12.59 2. 其他恒载计算

盖梁自重：N1V1c37.8625946.5(kN) 墩身自重：N2V2c28.5325713.28(kN) 细粮自重：N3V3c12.625315(kN)

9.7 2198.21 梁长（m） 自重（kN） !-

3. 单根桩顶承受的恒载

N恒N1N3N主946.53152198.21N2713.281866.52(kN)23（二）活载计算 1. 顺桥向活载计算 a. 单孔单列汽车

B10 B2qkl/2Pk10.59.7/2198.8249.73(kN)

BB1B20249.73249.73(kN) b. 双孔单列汽车

B110.59.7/250.93(kN) B210.59.7/2198.8249.73(kN) BB1B250.93249.73300.66(kN)

c. 单孔单侧人群

B10 B2qrbl/23.529.7/233.95(kN) BB1B2033.9533.95(kN) d. 双孔单侧人群

B1B23.529.7/233.95(kN) BB1B233.9533.9567.9(kN) 2. 三柱支反力横向分布计算 汽车非对称布载： a.汽车单列非对称布载

10.746,20.254,30 b. 汽车双列非对称布载 10.54,20.46,30 c. 汽车三列非对称布载

10.334,20.666,30 d. 汽车四列非对称布载

10.126,20.874,30 汽车对称布载：

10,21,30

!-

e. 人群单侧布载

11.066,20.066,30 d. 人群双侧布载

11.066,20.132,31.066 3. 活载计算

a. 汽车及人群双孔布载产生的最大支反力，即产生最大墩柱垂直力。（11.3221） 布载情况 B 1号柱垂直反力 2号柱垂直反力 3号柱垂直反力 1 双孔单列 300.66 0.746/0 双孔双列 601.32 0.540/0 双孔三列 901.98 0.334/0 双孔四列 1202.64 0.126/0 单侧人群 双侧人群

67.9 135.8 1.066 1.066 (1)B1 296.54/0 429.30/0 398.30/0 398.29/0 72.38 144.76 2 0.254/1 0.460/1 (1)B2 100.97/397.50 365.70/795.01 3 0/0 0/0 0/0 0/0 0 1.066 (1)B3 0/0 0/0 0/0 0/0 0 144.76 0.666/1 794.21/1192.52 0.874/1 1389.67/1590.02 -0.066 -0.132 -4.48 -17.93 b. 汽车及人群单孔布载产生的最大偏弯矩，即产生最大墩柱弯矩。（见附表）

三、钻孔桩计算

钻孔灌注桩直径为1.40m，用C25混凝土，HRB335级钢筋。灌注桩按m法计算，m值为。桩身混凝土受

4压弹性模量Eh2.810Mpa。

（一）荷载计算

每根桩承受的荷载为：

1.作用于桩顶的恒载反力：N恒1866.52(kN) 2. 灌注桩每延米自重： 3. 可变荷载反力：

q1.41520.08(kN/m)（已扣除浮力） 4 a. 双孔可变荷载反力：N11590.02(kN)（公路—Ⅰ级） N1144.76(kN)（人群荷载、双侧） b. 单孔可变荷载反力：N21320.67(kN)（公路—Ⅰ级） N295.7(kN)（人群荷载、双侧） 4. 作用于地面处桩顶上的外力：

2Nmax1633.661590.02144.763368.44(kN)（双孔）

Nmin1633.661320.6795.73050.03(kN)（单孔） M41311.366.6911.96443.01(kNm) （二）桩长计算

由于端承桩必须打在持力层上，所以拟定桩长为14.40m，h14.43.6610.74m，则：

1NNNlqqh50恒211866.521590.02144.7620.0810.7423709.12(kN)!-

n1[Ra]c1Apfrkuc2ihifrkisuliqik2i1i1mc1Apfrk0.6120%1.542610619.2103uc2ihifrki4.550.05120%0.48261062.27103i1n11suliqik0.54.55[1.51600.281653.61750.881800.521701.718522i12.081901.082100.42001.12280]m2835.9(kN)[Ra]19.21032.71032835.924735.9(kN)N

符合承载力要求。 四、桩的内力计算 1. 桩的计算宽度b

b1kf(d1)0.9(1.41)2.16(m)

2. 桩的变形系数

由于在局部冲刷线以下hm2(d1)2(1.41)4.8深度内有4层土，物性很相近，根据规范选取 m70000kMm

Ec2.8107kPa

I0.4911.440.189m4

3mb170102.16550.5327 0.67EcI0.672.8100.189ah0.53214.47.662.5

故为弹性桩。

3. 作用在局部冲刷线处的基本组合值： M01.4M汽0.6(1.4M制动1.1M风1.4M人) 1.4413.540.61.4256.051.111.366.691.411.96

816.00(kNm)H00.7(1.4H制动1.1H风）

0.7(1.4451.15.4)

48.26(kN)

4. 单位“力”作用在局部冲刷线处的，桩柱在该处产生的变位计算

ah7.664，取ah4。

B3D4B4D3 012.441HH3EIA3B4A4B30.53230.42336107

0.038104

00MHHMA3D4A4D311.6252EIA3B4A4B30.53220.42336107 0.014104!-

0MMACA4C311.75134EIA3B4A4B30.5320.42336107 0.0081045. 局部冲刷线处变位计算：

XH0M048.260.0381048160.01410400HH0HM 1.36

000H0MHM0MM48.260.0141048160.0081040.0721026. 局部冲刷线以下深度各截面内力计算：

MH1MZ2EIX0A30B320C330D32EIX0A3EI0B3M0C3H0D3EIEI

EI00.5320.423361070.0721020.162104

12EIX00.53220.423361070.131020.156104 H0148.2690.710.532

M0.156104A30.162104B3816C390.71D3

由表可知：最大弯矩设计值Md838.88(kNm)，Z0.75188m

桩身弯矩计算表

h 0.2 0.4 0.8 1.0 1.2 1.6 1.8 2.0 2.4 3.0 3.6 4.0

Z 0.375940 0.751880 1.503759 1.879699 2.255639 3.007519 3.383459 3.759398 4.511278 5.639098 6.766917 7.518797 A3 -0.00133 -0.01067 -0.08532 -0.16652 -0.28737 -0.67629 -0.95564 -1.69334 -2.62126 -3.54058 -3.91921 -1.61428 B3 -0.00013 -0.00213 -0.03412 -0.08532 -0.17260 -0.54348 -0.86715 -1.90567 -3.59987 -5.99979 -9.54367 -11.7307 C3 0.99999 0.99974 0.99181 0.97501 0.93783 0.73859 0.52997 -0.27087 -1.87734 -4.68788 -10.3404 -17.9186 D3 0.2 0.39998 0.79854 0.99445 1.18342 1.50695 1.61162 1.57538 0.91679 -0.89126 -5.85402 -15.0755 MZ 832.27 838.88 803.93 764.26 703.93 564.81 492.63 367.45 293.88 290.20 377.99 496.38 !-

7. 轴向力组合计算

Nd1.2N恒1.4N汽0.81.4N人 1.21866.521.41590.020.81.4144.76 4627.98(kN)五、嵌固深度计算

取4.0时的弯矩496.38kNm计算

h

MH496.380.520.50.0655frkd0.06551261031.4六、桩顶水平位移计算

X00h1h20

H1M外330nh1h2nh2•h1h1h2h22nh12h2h1 E1I132EI11式中 ： h16.31m,h20 H452.2547.25kN

E1I12.81070.0491.240.284107E1I11.24n0.54E2I21.44M外413.5411.96256.0511.36692.91(kN)则有： 47.2513300.546.3100.546.3106.3107 0.284103 692.91020.546.31206.3170.00338 20.28410 Xhh00120 22

0.13100.072100.921029.2mm6.3100.338102水平位移容许值5.01015.8>9.2,符合要求。 七、桩身配筋计算

1. 按偏心受压构件进行配筋计算 截面设计： 偏心矩： e0

偏心矩增大系数： 10.22.7 取11

Md838.880.181mNd4627.98e00.1810.22.70.57h00.70.880.7l010.741.150.011.071h1.444l0.7(l)0.7(10.74)12.78(m) p00.532 11.150.01!-

11l1(p)2121400e0/h0h112.782()0.571 14000.181/(0.70.880.7)1.4 1.25 e01.250.1810.226(m)

主筋采用HRB335级钢筋。 配筋率：

fcdBrA(e0)fsdC(e0)Dgr11.5700B226A 280226C616D28.75B9.28A 226C616D

承载力： NuAr2fcdCr2fsd 700211.5A7002280C

ξ 0.4

当0.4，计算纵向力Nu略大于设计值N。 0.00594>0.005，故取0.00594。

222所需钢筋面积：Asr0.005947009143.91(mm)

5635000A137200000CA 0.8667 B 0.5414 C 0.4749 D 1.8801 ρ 0.00594 Nu 5271160 钢筋配筋如图所示。

主筋选用16根公称直径为28的HRB335钢筋，实际的配筋率

参考文献：

[1] 交通部.公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）.北京：人民交通出版社，2004

[2] 交通部.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）.北京：人民交通出版社，2004

[3] 交通部. 公路桥涵地基基础设计规范（JTJ D63—2007）.北京：人民交通出版社，2004 [4] 盛洪飞.桥梁墩台与基础工程，哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2005 [5] 易建国.混凝土简支梁（板）桥. 北京：人民交通出版社，2006．

As/r2985270020.0064箍筋采用螺旋箍筋R235级，直径8mm,螺旋筋的间距S200mm。