基础工程B课程设计

土木工程专业

桥梁基础工程课程设计

指导老师：张俊云

姓名：王胜 学号：20100391 班级：10级土木03班

西南交通大学土木工程学院

目录

第1章 概述 ............................................................................................................................................................3

1.1工程概况和设计任务 .................................................................................................................................3 1.2工程地质和水文地质资料 .........................................................................................................................9 1.3设计依据 ...................................................................................................................................................10 第2章 方案设计（或初步设计） ...................................................................................................................... 11

2.1地基持力层的选择 ................................................................................................................................... 11 2.2荷载计算 ................................................................................................................................................... 11

2.2.1主力计算 ....................................................................................................................................... 11 2.2.2 附加力计算 ................................................................................................................................14 2.2.3荷载组合 .......................................................................................................................................15 2.3 基础类型的比选 ....................................................................................................................................16 2.4 基础尺寸的拟定 ....................................................................................................................................17

2.4.1选定桩基础的类型 .......................................................................................................................17 2.4.2 拟定桩长和桩径 ..........................................................................................................................17 2.4.3 估算桩数，拟定布桩形式 ..........................................................................................................17

第3章 技术设计 ..................................................................................................................................................19

3.1桩基础的平面分析 ...................................................................................................................................19

3.1.1 b0、m、α的确定 .........................................................................................................................19 3.1.2 单桩的刚度系数计算 ................................................................................................................19 3.1.3群桩的刚度系数计算 ...................................................................................................................20 3.1.4桩顶位移及桩基础内力计算 .......................................................................................................20 3.2横向荷载下单桩的内力和位移计算 .......................................................................................................21 3.3单桩轴向承载力检算 ...............................................................................................................................25 3.4 墩台顶的水平位移检算 ........................................................................................................................25 3.5群桩基础的承载力和位移检算 ...............................................................................................................26 3.6桩身截面配筋计算 ...................................................................................................................................28 第4章 初步的施工组织设计 ..............................................................................................................................31

4.1基础的施工工艺流程 ...............................................................................................................................31 4.2主要施工机具 ...........................................................................................................................................33 4.3 主要工程数量和材料用量 ......................................................................................................................34 4.4保证施工质量的措施 ...............................................................................................................................34

2

4.4.1成孔质量控制 ...............................................................................................................................34 4.4.2成桩质量控制 ...............................................................................................................................35

第1章 概述

1.1工程概况和设计任务

该桥梁系某I级铁路干线上的特大桥（单线），线路位于直线平坡地段。该地区地震设防烈度为VI度，不考虑地震设防问题。

桥梁及桥墩部分的设计已经完成，桥跨由38孔32m后张法预应力混凝土梁【图号：专桥（01）2051】组成，该梁全长32.6m，梁高2.65m，跨中腹板厚度0.18m，下翼缘梁端宽0.88m，上翼缘宽1.92m，为分片式T梁，两片梁腹板中心距为2.0m，桥梁跨中纵断面示意如图1－1所示。每孔梁的理论重量为2276 kN，梁上设双侧人行道，其重量与线路上部建筑重量为35.5kN/m。梁缝10cm，桥墩支承垫石顶面高程1178.12m，轨底高程1181.25m，全桥总布臵见图1－2。

3

图1－1 桥梁跨中纵断面示意图

4

21.87119121.87118121.87117121.87116121.87115121.87114121.87113121.87112121.87111121.87110121.8711921.8711821.8711721.8711621.8711521.8711421.8711321.8711221.8711121.87116161616161616161616161688776655443322110099887111111111111111111000001111111111111111111111138.321168.633+31KD48.421161.403+31KD19.521164.172+31KD91.031167.832+31KD63.331160.602+31KD49.331163.371+31KD87.631166.041+31KD28.431169.701+31KD14.931162.570+31KD23.241165.240+31KD16.441168.900+31KD86.741161.779+21KD22.251164.449+21KD99.351167.119+21KD12.651160.978+21KD01.061163.648+21KD61.161166.318+21KD57.161169.087+21KD04.661162.847+21KD65.517+21KD程程高 面 地里图1－2 8231.871121.87117321.87116321.87115321.87114321.87113321.87112321.87111321.87110321.87119221.87118221.87117221.87116221.87115221.87114221.87113221.87112221.87111221.871102161616161616161616161616988776655443322110099887111111111111111111100000111111111111111111111111全桥总布臵图

5

61.859+31KD39.661164.529+31KD29.361167.298+31KD80.161160.068+31KD39.651163.728+31KD24.251166.497+31KD99.741169.167+31KD73.541162.927+31KD66.141165.696+31KD20.631168.366+31KD34.331161.136+31KD94.721164.895+31KD40.321167.565+31KD40.221160.335+31KD04.121163.005+31KD16.121166.764+31KD51.221169.434+31KD14.021162.204+31KD20.421165.963+31KD程程高 面 地里

1191

正面60058550100120100508554035侧面280535100100355403520140240201402056020210/2240210/2II2101 : H24d/2240d/2基础平面6005855010012010050855082图1－3 C30混凝土1 : H24d基础I-I截面450105240105012

6

355200535

圆端形桥墩构造图

半正面Ⅱ半I-I截面6405351203510012010035120555056030550H1:10:854053-H=h5005003Ⅱ 半侧面I半Ⅱ-Ⅱ截面3605575200755355600530550ⅢⅢ11::0584053-H=h0505003 I1－4 空心桥墩构造图

7

平面6401802801800800603208160100120100160Ⅲ-Ⅲ截面

图

图1－5 10号桥墩钻孔柱状图

8

桥墩采用圆端形桥墩【图号：叁桥（2005）4203】和空心桥墩【图号：叁桥（2005）4205】2种，其中1#~6#、33#~37#采用圆端形桥墩，7#~32#采用空心桥墩。圆端形桥墩支承垫石采用C40钢筋混凝土，顶帽采用C30钢筋混凝土，墩身采用C30混凝土，圆端形桥墩构造图见图1－3。空心桥墩支承垫石采用C40钢筋混凝土，顶帽采用C30钢筋混凝土，墩身采用C30混凝土，空心桥墩构造图见图1－4。

桥梁支座采用SQMZ型铸钢支座【图号：通桥（2006）8057】，支座铰中心至支承垫石顶面的距离为40cm。

本设计对象为某铁路的特大型桥梁，该桥梁的上部结构和桥墩设计已经完成，本课程设计的任务是完成桥墩基础的设计与检算。要求同学选择（或由指导教师分配）一个基础，按给定的条件完成相关的设计和计算工作，具体要求如下：

（1）综合分析设计资料，对三种常用的桥梁基础类型（明挖基础、桩基础和沉井基础）的技术合理性进行比较（限于课时，本次课程设计不考虑造价因素），选择较为合理的基础方案。

（2）对选定的基础方案进行详细设计。 （3）初步确定修筑基础的施工方案。

（4）将以上全部成果整理成设计计算说明书和设计施工图。 设计计算说明书应制作成Word文档。整个说明书应满足计算过程完整、计算步骤清楚、文字简明、符号规范和版面美观的要求，图纸应用CAD绘制而且应表达正确、布局合理和尺寸齐全。

说明书用A4纸张打印，图纸用A3纸张打印，说明书和和图纸一起装订成册，交指导老师评阅。

我需要完成的是11号桥墩的基础设计任务，11号桥墩的位臵和钻孔柱状图如图1－５所示。

1.2工程地质和水文地质资料

本段线路通过构造剥蚀低中山区、河谷阶地、河流峡谷区等地貌单元，大部分穿行山前缓坡，地形起伏大，海拔在1000~1500m，地形起伏大，相对高差100~200m，山顶覆盖新黄土或风积砂，沟谷发育。

根据岩土工程勘察报告，大桥地层自上而下依次为新黄土、白垩系泥岩夹砂岩，河谷处主要为冲积砂及砾石土，各桥位的地层分布详见钻孔柱状图（图1－5~图1－12）。各地层的主要物理、力学参数见表1－1。场地勘察未发现滑坡、岩溶、断层、破碎带等不良地质现象。

表1－1 地层的主要物理、力学参数

9

名称天然颗粒天然含塑限重度重度水量kN/m3kN/m3%14.924.79.610.58.2／／／／%1113.5／／／／／／／液限%2428／／／／／／／压缩内摩单轴饱和黏聚力物理状态模量擦角抗压强度MPa7.49.2163452120200500800kPa15.416.8／／／／／／／o基本承桩周土的极载力限侧阻力kPakPa6050455580100120130150MPa／／／／／／／615硬塑软塑稍密稍密稍密中密中密节理较发育节理较发育新黄土15.526.526.026.326.326.3／／／／23252832404245／／1502101902403004006009001200W4泥岩18.7粉砂中砂圆砾土W3泥岩W3砂岩W2泥岩W2砂岩17.217.918.420222324 注：①W4泥岩为全风化泥岩，相关的参数按照黏性土取值，W3泥岩和W3砂岩为强

风化泥岩和强风化砂岩，相关的参数按照碎石土取值，W2泥岩和W2砂岩为微风化泥岩和微风化砂岩。

②新黄土不需要考虑湿陷性。

本区蒸发量远大于降水量，为贫水地区，地下水量一般不大且埋藏较深，局部地段有泉水出露。按其赋存条件可分基岩裂隙水、第四系孔隙潜水。地下水主要靠大气降水补给，局部受地表水补给。其排泄路径主要为蒸发。地下水及地表水对普通混凝土不具侵蚀性。

地表河流为常年流水，设计频率水位1122.60m，设计流速1.8m/s，常水位1121.50m，流速1.2m/s，一般冲刷线1119.50m，局部冲刷线1118.30m。

该桥所在地区的基本风压为800Pa。

1.3设计依据

设计依据除本指导书外，还包括相关的规范、设计手册及参考书。例如： （1）铁路桥涵地基和基础设计规范（TB10002.5-2005） （2）铁路桥涵设计基本规范（TB10002.1-2005）

（3）铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范（TB10002.3-2005） （4）铁道第三勘察设计院编．铁路工程设计技术手册－桥涵地基和基础 （5）西南交通大学岩土工程系编．桥梁基础工程

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第2章 方案设计（或初步设计）

2.1地基持力层的选择

地基持力层选择W3泥岩层。设计承台为长14m，宽6m，高2.5m的长方体，承台顶

面标高1142.32m。

2.2荷载计算

2.2.1主力计算 2.2.1.1恒载计算

（1）由桥跨传来的恒载压力

等跨梁的桥墩，桥跨通过桥墩传至基底的恒载压力N1为弹孔梁重及左右孔、梁跨中间的梁上线路设备，人行道的重量，即

N1227635.5(32.60.1)3436.85kN （2）顶帽重量

顶帽体积 V22120.351.4m

3顶帽重量 N2γ钢筋混凝土V2251.435kN

（3）墩身重量

墩身的高度 h1178.121139.410.3538.36m

墩身重量分3部分计算，分别是上下两实台柱体和中间的环状实体。 墩身重量分3部分计算，分别是上下两实台柱体和中间的环状实体。

1 V313.52.83.7562.83.62.83.7562.83.6

31223 π3.5 73.23m1.81.8781.81.87831 V3232.84.3212.84.3882.84.3212.84.388

31223 π32.5212.5882.521 98.08m2.58831 V33-外31.482.83.7562.85.0422.83.7562.85.042

3 11

182.52211.87282.5211.878867.973m π31.4

31 0.52.81.5562.82.5782.81.5562.82.57831 π0.5 0.77281.2270.7781.274.5433m31 V33-内20.5 2.83.2682.82.2752.82.2752.83.26831223 π0.5 6.746m1.5561.1451.5561.1453 V33-内1182.82.5782.83.2682.82.5782.83.268 V33-内331.4

31 π31.481.55621.2721.5561.27455.07m3

3 V33内V33内1V33内2V33内34.5436.746455.07466.359m3

V33V33外V33内867.97466.359401.61m13 V3V31V32V3373.2398.08401.611562.92m13

 墩身重量 N3γ混凝土V323562.92112947.18kN

（4）承台重量

承台体积：V41462.5210m3

承台重量：N4γ钢筋混凝土V4252105250kN

（5）承台上土重量

因为设计承台顶面与地面相平，故可不计承台上土的重量，即N50 （7）作用在承台底上的恒载

N恒N1N2N3N4N53436.853512947.18525021669.03kN 2.2.1.2 活载计算

（1）列车竖向静活载

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图2-1四种加载方式

①单孔重载

根据∑M=0.可得支点反力R1为

125.29225.20.350.3531896.42k N R1220532.7322 作用在承台底的竖向活载为

N活1R11896.4kN

令承台底横桥方向中心轴为x-x轴顺桥方向中心轴为y-y轴,则R1对承台底 x-x轴的力矩M活1为

M活10.351896.42663.75kNm

②单孔轻载 支点反力R2为 R2125.29225.27.50.35220530.351521.98k N322 作用在承台底的竖向活载为

N活2R21521.98kN R2对承台底x-x轴的力矩M活2为 M活20.351521.98532.69kNm

③双孔重载

根据G1/L1= G2/L2确定最不利荷载位臵x，本桥梁为等跨梁，故G1= G2，

13

G1和G2分别为左右两跨上活载重量，

G122059232.357.5x3386.292x 由G1= G2解得x=6.81m。则支点反力R3、 R4为

G2923032.357.5x8032.73032.357.5x2677.1812x119232.357.56.8132.3532.357.56.81220536.81322R31547.23kN111.9620.74R49211.9620.740.350.358020.743222

1426.27kN 作用在承台底的竖向活载为 N活3R3R41547.23 1426.272973.5kN R3、R4对承台底x-x轴的力矩M活3为 M活30.35 42.34kN1547.231426.27 ④双孔空车荷载

132.710163.5kN 2 作用在承台底的竖向活载为N活4R5R6163.52327kN R3、R4对承台底x-x轴的力矩M活40

支点反力R5R6（2）离心力

因该桥为直线桥所以离心力为0。 （3）横向摇摆力

横向摇摆力取为100KN，作为一个集中荷载取最不利位臵，一水平方向垂 直线路中心线作用于钢轨顶面。 （4）活载土压力

因桥墩两侧没有土体，所以活载土压力为0。

2.2.2 附加力计算

（1）制动力（或牵引力）

①单孔重载与单孔轻载的制动力（或牵引力）

因单孔重载与单孔轻载作用在梁上的竖向静活载相同，故其制动力（或牵 引力）也相等，为

H110%22059232.7 341.84kN7.5 H1对承台底x-x轴的力矩MH1为

0.414223.96 MH1341.8 438.360.352.5mkN ②双孔重载的制动力（或牵引力）

14

左孔梁为固定支座传递的制动力（或牵引力） H2110%22059232.35 100%7.56.81275.97kN 右孔梁为滑动支座传递的制动力（或牵引力）

H2210%9211.968020.7450%137.98kN 传到桥墩的制动力（或牵引力） H2275.97 137.98413.95kNH1341.84kN 故双孔重载采用的制动力（或牵引力）为 H2341.84kN

H2对承台底x-x轴的力矩MH2为 MH214223.96kNm （2）纵向风力 ①风荷载强度

WK1K2K3W01.11.211.238001.31kPa

其中K1根据长边迎风的圆端形截面l/b＞1.5由课本表2-8查得为1.1；K2 根据轨顶离地面的高度内插得K2=1.21；K3根据桥址所处地形为构造剥蚀地 中山区，河谷阶地、河流峡谷区取为K3=1.23。 ②顶帽风力

H31WA1.31 0.351.020.917kN H3-1对承台底x-x轴的力矩MH3-1为

MH310.9172.535.860.350.1837.95kNm

注：顶帽风力的合力作用点近似取为据承台底以上38.89m处。 ③墩身风力

H321.310.56.48.1038.36364.32kN H3-2对承台底x-x轴的力矩MH3-2为

38.36 MH32364.322.57898.46kNm

2 ④纵向风力在承台底产生的荷载

H3H31H320.917364.32365.24kN MH3MH31MH3235.667898.467934.12kNm （3）流水压力

因该桥墩不处于水流中所以流水压力为0

2.2.3荷载组合

（1）单桩轴向承载力检算

最不利荷载组合为纵向主＋附，双孔重载。 （2）墩台顶的水平位移检算

最不利荷载组合为纵向主＋附，单孔重载。

15

（3）桩身截面配筋计算

最不利荷载组合为纵向主＋附，单孔重载。 （4）群桩基础的承载力检算

最不利荷载组合为纵向主＋附，双孔重载。

因为该设计墩台不处于水流中，故常水位和设计水位的组合一样。 单孔重载：NN恒N活121669.031896.4223538.45kN

MM活1MH1MH3663.7514223.967934.122821.83mk N HH1H3341.84365.24707.08kN 双孔重载：NN恒N活321669.032973.5026511.95kN

MM活3MH2MH342.3414223.967934.1222200.44kNm

HH1H3341.84365.24707.08kN

2.3 基础类型的比选

根据荷载的大小和性质、地质和水文地质条件、施工难易程度以及施工条件等等，经过综合考虑后决定以下三个可能的基础类型，进行比较选择，采用最佳方案。 基 础 类 型 浅基础 方 案 比 较 一般指基础埋深小于基础宽度或深度不超过5m的基础。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。 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。 当常年有水，且水位较高，施工不易排水或河床冲刷较 深，在没有和不通航河流上，可采用高承台桩基。有时 为了节省圬工和便于施工，也可采用高承台桩基。然而 在水平力的作用下，由于承台及部分桩身露出地面或局 部冲刷线，减少了及自由段桩身侧面的土抗力，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。 16

低承台桩基 高承台桩基 沉井

由设计资料中的桥墩钻孔柱状图可知，所要设计的11#墩台基础位于粉砂层中，持力层初步设定在W3泥层。

本区蒸发量远大于降水量，为贫水地区，地下水量一般不大且埋藏较深，地下水及地表水对普通混凝土不具侵蚀性。

11#桥墩所处位臵无流水，施工较容易，上部荷载较大。并结合自己所掌握的知识选择低承台桩基。

2.4 基础尺寸的拟定

2.4.1选定桩基础的类型

承台底面的标高为1139.12－2.5=1136.91m。

因为打入桩适用于稍松至中密的沙类土、粉土和流塑、软塑的黏性土；震动下沉桩适用于沙类土、粉土、黏性土和碎石类土；桩尖爆扩桩可用于硬塑黏性土以及中密、密实的沙类土和粉土；钻孔灌注桩可用于各类土层、岩层；挖孔灌注桩可用于无地下水或少量地下水的土层。根据地质条件和各种类型桩基础具有的不同特点，综合分析后选用钻孔灌注桩。 桩端持力层W3泥岩为强风化泥岩，再初步结合桩的埋臵深度这里选用摩擦桩

2.4.2 拟定桩长和桩径

钻孔灌注桩的设计桩径（即钻头直径）一般采用0.8m，1.0m，1.25m,1.5m不宜小于0.8米；初步选择桩径为1.0m。

初步选择桩端持力层在W3泥岩层内，取摩擦桩26m,则该桩在粉砂层中深度为4.3m,在新黄土中深度为13.5m,在W3泥岩中深度为8.2m。

2.4.3 估算桩数，拟定布桩形式

单桩轴向容许承载力的确定：，由《铁路桥涵地基和基础设计规范》6.2.2得该摩擦型钻

1孔灌注桩的容许承载力为 PUfilim0Aσ

2取成孔桩径d=1.1m

所以U=1.1π A=π/4 (m2); f145kPa h11.4m(粉砂)

f260kPa h220.6m(新黄土) f3100kPa h34.0m(W3泥岩)

桩底支撑力折减系数m0取0.45；

因为h﹥10d 所以 σσ0k2γ2(4d3)k'2γ2(6d)

17

其中σ0400kPa，k2为地基容许承载力深度修正系数，该设计桩底持力层为W3泥岩，按照碎石土中密状态取k2=5,故k'2取k2的一般为2.5.

γ2桩底以上土的天然重度的平均值

γ2 故σ400517.0312.517.036740.60kPa

1π P1.1π1.44516.4608.21000.45740.63485.93kPa

24作用于承台底面的最大竖向荷载(双孔重载)

NN恒N活321669.032973.5026511.95kN 估算所需桩数

nμN26511.951.158.93 故在超限不到百分之3内可初取n=10根

3.917.216.415.5208.217.03kN/m3

28.5P3377.81由《铁路桥涵地基和基础设计规范》：钻孔灌注摩擦桩的中心距不应小于2.5倍成孔直径，各类桩的承台板边缘至最外一排桩的净距当桩径d≦1m时，不得小于0.5d，且不得小于0.25m。对于钻孔灌注桩，d为设计桩径。

根据上述原则做出桩和承台的平面布臵图如下图(单位:m):本设计采用行列式：

桩和承台的平面布臵图

18

第3章 技术设计

3.1桩基础的平面分析

3.1.1 b0、m、α的确定

（1）查规范：求计算宽度b0=0.9（d+1）=0.9×(1.1+1)=1.89m （2）地基系数Cy的比例系数m

桩侧有多层土，应将地面或局部冲刷线以下主要影响深度hm内各层土换算

成一个m值。假设按弹性桩设计，hm=2（d+1）=2(1.1+1)=4.2m.该影响深度范围内只有一层土，即粉砂。故无需换算，查规范可得m1=7500kPa/m2 （3）由《铁路桥涵地基和基础设计规范》：当桩基由位于横向力所在竖直平面内的数根桩组成，且由承台板连接时，应对求出的换算比例系数进行折减因为

h0=3(d+1)=6.3m L0=3-1.1=1.9m<0.6 h0=0.6×6.3=3.78m

1CL0构件数n=2,故C=0.6，代入kC得

0.6h010.61.9k0.60.801

0.66.3折减后 mkm17500 0.8016007.5kPa（4）求桩的横向变形系数

桩的横向变形系数α 50

EI

C30混凝土受压弹性模量Eh=3.2×104MPa

4πd桩的I0.049m4 64桩截面受挠刚度EI0.8EhI0.8321060.0491.2544106kNm2

代入公式有桩的横向变形系数 α0.390

桩位于地面以下的长度为26m，αl0.3902610.14﹥4，所以应该按弹性桩设计,假设正确。

bm3.1.2 单桩的刚度系数计算

单桩的轴向刚度系数ρ1可按下式求得

ρ1

1

l0ξl1EAA0C0πd412 其中： l00 l26m ξ A Eh32106kPa 0.785m24

19

桩侧土的平均内摩擦角应按桩侧土层加权平均的内摩擦角：

φ1h1φ2h2φ2h3281.42320.6424φm26.19

h26φm29.26Dd2ltan1226tan7.78m3.0m

44πD2π32故D=3m，A07.069m2

443l26m10m C0m0lml50000261.3106kN/m

11ρ115.97105kN/ml0δl100.5261EhAC0A0321060.7851.31067.069 由αl4.0查表有YQ1.064,YM0.985,φM1.484

ρ2α3EIYQ0.38631.25441061.0640.768105kN/mρ3α2EIYM0.38621.25441060.9851.841105kNm/mρ4αEIφM0.3861.25441061.4847.186105kNm/rad

3.1.3群桩的刚度系数计算

γbbΣniρ11015.97105159.7105kN/m γaaΣniρ2100.7681057.68105kN/m

γaβγβaΣniρ3101.84110518.41105kN/rad 3 γββΣniρ4Σniρ1xi2107.1861051015.97105()2431.185105kNm/rad

2 对于低承台桩基，承台完全处于粉砂中，因此，承台的计算宽度为： B0b114115m

承台地面处的地基系数Ch=mh,h可近似取承台高度2.5m,故

Chmh75002.50.1875105kN/m

5Ch0.1875102.5所以γ'aaγaaB0h7.681051511.196105kN/m

22252Ch0.1875102.55h γγγaβB0-18.411015-15.48105kN/rad66 353Ch0.1875102.5' γββ γββB0h431.18510515434.847105kNm/rad1212'aβ'βa3.1.4桩顶位移及桩基础内力计算 计算承台地面原点O处的位移α、b、β

（1）对于双孔重载：N=30378.25kN M=22200.44kN.m H=707.08kN 承台位移为：

20

bN26511.95166.01105m 5γbb159.710'γββHγ'aβM'γ'aaγββγ'aβ2 aβ434.847707.08(15.48)22200.44140.67105m 25(11.196434.847(15.48))10γ'aaMγ'aβH'γ'aaγββγ'aβ211.19622200.44(15.48)707.08556.0610rad

(11.196434.847(15.48)2)105故作用在任一根桩顶处的轴向力Ni、横向力Qi和力矩Mi为： 竖向力：NiNxiβρ126511.951.556.0615.973994.11kN

n10水平力：Qiaρ2βρ3140.670.76856.061.8414.83kN 弯矩： Miβρ4aρ356.067.186140.671.841143.87kNm

（2）对于单孔重载：N=23538.45kN M=22821.83kN.m H=707.08kN 承台位移为：

bN23538.45147.39105m 5γbb159.710'γββHγ'aβM'γ'aaγββγ'aβ2 aβ434.847707.08(15.48)22821.83142.74105m 25(11.196434.847(15.48))1011.196222821.83(15.48)707.0857.56105rad 25(11.196434.847(15.48))10γ'aaMγ'aβH'γ'aaγββγ'aβ2故作用在任一根桩顶处的轴向力Ni、横向力Qi和力矩Mi为： 竖向力：NiNxiβρ123538.451.557.5615.973732.69kN

n10水平力：Qiaρ2βρ3142.740.76857.561.8413.66kN 弯矩： Miβρ4aρ357.567.186142.741.841150.84kNm

3.2横向荷载下单桩的内力和位移计算

对于低承台桩基础的基桩，分析其在横向力作用下的内力和位移时，近似地把承台底面视为

地面。如右图所示：

由上面的计算可知在最不利横向荷载（单孔重载）下，

单桩桩顶横向位移X0=a=142.74×10-5m，对应的横向水平力Q0=3.65KN

单桩桩顶转角β0=-57.56×10-5rad，对应的弯矩M0=150.84KN 根据简化算法求任意深度y处的单桩内力和位移：

Q弯矩:My0AMM0BM

α剪力:QyQ0AQαM0BQ

αQ0α2M0桩侧土横向压应力:σxyAσBσ

b0b0

21

XQ0yα3EIAM0xα2EIBx 带入相应的数据，且α0.390。

上述计算公式并将随深度变化的各系数值在excel里列出，并计算和绘图αy y Am Bm AQ BQ Ax Bx Aσ Bσ 0.0 0.00 0.000 1.000 1.000 0.000 2.441 1.621 0.000 0.000 0.1 0.26 0.100 1.000 0.988 -0.008 2.279 1.451 0.228 0.145 0.2 0.52 0.197 0.998 0.956 -0.028 2.118 1.291 0.424 0.258 0.3 0.78 0.290 0.994 0.905 -0.058 1.959 1.141 0.588 0.342 0.4 1.04 0.377 0.986 0.839 -0.096 1.803 1.001 0.721 0.400 0.5 1.30 0.458 0.975 0.761 -0.137 1.650 0.870 0.825 0.435 0.6 1.55 0.529 0.959 0.675 -0.182 1.503 0.750 0.902 0.450 0.7 1.81 0.592 0.938 0.582 -0.227 1.360 0.639 0.952 0.447 0.8 2.07 0.646 0.913 0.458 -0.271 1.224 0.537 0.979 0.430 0.9 2.33 0.689 0.884 0.387 -0.312 1.094 0.445 0.984 0.400 1.0 2.59 0.723 0.851 0.289 -0.351 0.970 0.361 0.970 0.361 1.1 2.85 0.747 0.814 0.193 -0.384 0.854 0.286 0.940 0.315 1.2 3.11 0.762 0.774 0.102 -0.413 0.746 0.219 0.895 0.263 1.3 3.37 0.768 0.732 0.015 -0.437 0.645 0.160 0.838 0.208 1.4 3.63 0.765 0.687 -0.066 -0.455 0.552 0.108 0.772 0.151 1.5 3.89 0.755 0.641 -0.140 -0.467 0.446 0.063 0.699 0.094 1.6 4.15 0.737 0.594 -0.206 -0.474 0.388 0.024 0.621 0.039 1.7

4.40

0.714

0.546

-0.264

-0.475

0.317

-0.008

0.540

-0.014 22

My Qy 132.93 5.02 134.23 4.55 135.23 3.36 135.90 1.57 135.97 -0.71 135.56 -3.21 134.36 -5.95 132.39 -8.73 129.77 -11.61 126.47 -14.07 122.53 -16.56 117.92 -18.73 112.80 -20.68 107.29 -22.35 101.27 -23.68 95.03 -24.67 88.55 -25.36 81.87

-25.70

1.8 1.9 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0

4.66 4.92 5.18 5.70 6.22 6.74 7.25 7.77

0.685 0.651 0.614 0.532 0.443 0.355 0.270 0.193 0.051 0.499 0.452 0.407 0.320 0.243 0.175 0.120 0.076 0.014 -0.313 -0.355 -0.388 -0.432 -0.446 -0.437 -0.406 -0.361 -0.200 -0.471 -0.462 -0.449 -0.412 -0.363 -0.307 -0.249 -0.191 -0.067 0.254 0.197 0.147 0.065 0.003 -0.040 -0.069 -0.087 -0.105 -0.036 -0.058 -0.076 -0.099 -0.110 -0.111 -0.105 -0.095 -0.057 0.457 0.375 0.294 0.142 0.008 -0.104 -0.193 -0.262 -0.367 -0.064 -0.110 -0.151 -0.219 -0.265 -0.290 -0.295 -0.284 -0.199 75.24 68.55 62.09 49.46 38.06 27.88 19.46 12.61 2.52 -25.74 -25.49 -24.99 -23.31 -20.86 -17.95 -14.81 -11.61 -4.44 3.5 9.07 4.0 10.36

0.000

0.000

-0.001

0.000

-0.108

-0.015

-0.432

αy y Am Bm AQ BQ Ax Bx Aσ 0.0 0.00 0.000 1.000 1.000 0.000 2.441 1.621 0.000 0.1 0.26 0.100 1.000 0.988 -0.008 2.279 1.451 0.228 0.2 0.52 0.197 0.998 0.956 -0.028 2.118 1.291 0.424 0.3 0.78 0.290 0.994 0.905 -0.058 1.959 1.141 0.588 0.4 1.04 0.377 0.986 0.839 -0.096 1.803 1.001 0.721 0.5 1.30 0.458 0.975 0.761 -0.137 1.650 0.870 0.825 0.6 1.55 0.529 0.959 0.675 -0.182 1.503 0.750 0.902 0.7 1.81 0.592 0.938 0.582 -0.227 1.360 0.639 0.952 0.8 2.07 0.646 0.913 0.458 -0.271 1.224 0.537 0.979 0.9 2.33 0.689 0.884 0.387 -0.312 1.094 0.445 0.984 1.0 2.59 0.723 0.851 0.289 -0.351 0.970 0.361 0.970 1.1 2.85 0.747 0.814 0.193 -0.384 0.854 0.286 0.940 1.2 3.11 0.762 0.774 0.102 -0.413 0.746 0.219 0.895 1.3 3.37 0.768 0.732 0.015 -0.437 0.645 0.160 0.838 1.4 3.63 0.765 0.687 -0.066 -0.455 0.552 0.108 0.772 1.5 3.89 0.755 0.641 -0.140 -0.467 0.446 0.063 0.699 1.6 4.15 0.737 0.594 -0.206 -0.474 0.388 0.024 0.621 1.7 4.40 0.714 0.546 -0.264 -0.475 0.317 -0.008 0.540 1.8 4.66 0.685 0.499 -0.313 -0.471 0.254 -0.036 0.457 1.9 4.92 0.651 0.452 -0.355 -0.462 0.197 -0.058 0.375 2.0 5.18 0.614 0.407 -0.388 -0.449 0.147 -0.076 0.294 2.2 5.70 0.532 0.320 -0.432 -0.412 0.065 -0.099 0.142 2.4 6.22 0.443 0.243 -0.446 -0.363 0.003 -0.110 0.008 2.6 6.74 0.355 0.175 -0.437 -0.307 -0.040 -0.111 -0.104 2.8 7.25 0.270 0.120 -0.406 -0.249 -0.069 -0.105 -0.193 3.0 7.77 0.193 0.076 -0.361 -0.191 -0.087 -0.095 -0.262 3.5 9.07 0.051 0.014 -0.200 -0.067 -0.105 -0.057 -0.367 4.0 10.36 0.000 0.000 -0.001 0.000 -0.108 -0.015 -0.432

将上表的计算结果绘图：

①单桩在横向力作用下剪力随桩换算入土深度变化图：（单位：kN）

23

-0.059

0.00 Bσ σ

xy 0.000 0.00

0.145 1.84 0.258 3.30 0.342 4.40 0.400 5.18 0.435 5.67 0.450 5.92 0.447 5.94 0.430 5.79 0.400 5.46 0.361 5.02 0.315 4.48 0.263 3.86 0.208 3.19 0.151 2.49 0.094 1.79 0.039 1.10 -0.014 0.43 -0.064 -0.21 -0.110 -0.81 -0.151 -1.35 -0.219 -2.26 -0.265 -2.91 -0.290 -3.30 -0.295 -3.45 -0.284 -3.41 -0.199 -2.58 -0.059

-1.11

-0.01

Xy 132.28 119.06 106.56 94.78 83.74 73.36 63.80 54.91 46.71 39.26 32.43 26.28 20.77 15.87 11.52 7.58 4.41 1.64 -0.79 -2.75 -4.38 -6.59 -7.80 -8.17 -7.95 -7.36 -4.78 -1.82

可见当y=0.95m时，剪力为0

②单桩在横向力作用下桩身My随ay变化图(单位:kN•m)

当剪力为-0.71kN时，有最大弯矩135.97KN〃m ③桩侧土横向压应力σxy随ay的变化(单位：kPa)

可见，当y=1.81m时，有最大应力x=5.94kpa.

④ 桩身截面的横向位移Xy(×105)随桩换算入土深度y变化图：（单位:m）

24

3.3单桩轴向承载力检算

根据上面的计算可知单桩的轴向容许承载力为：[P]=3413.73N； 最不利时为双孔重载时的桩顶内力：有N= 3618.67kN； 对于摩擦桩轴向承载力的检算：

N(GγApl)[p]

式中 [N]—桩顶轴向压力；

G，γ—桩的自重和桩长以内土的平均重度。

(GγApl)-表示因桩的设臵而附加于地基的重力，γApl为与桩同体积的土的重量； [P]-按岩石阻力的计算确定的单桩受压容许承载力

π其中 G(1.1226)25617.72kN

4γAplπ1.12(1.417.220.615.5420)402.15kN 4有 3660.67+（617.72－402.15）=3876.24kN

≤1.2×3413.73=4096.48kN(主力+附加力组合[p]可提高20%),通过验算。

3.4 墩台顶的水平位移检算

取此时的最不利荷载荷载组合是单孔重载的情况。 墩顶弯矩 MM活1MH1'663.75341.840.4800.49kNm 墩顶水平力 HH1H31341.84 0.92342.76kN墩身风力 H风H32364.32kN 对于弹性桩有 δx00h'δ0

其中x0为地面处即承台的水平位移，x0143.6910m 0为桩在地面处的转角，0-57.56105rad

h'为承台底到支撑垫石顶的高度，有h'2.538.3640.86m

25

5

δ0为地面墩台身变形引起的墩台顶水平位移

位于地面上的墩台可以看做弹性悬臂梁来处理，l38.36m,E3.210Pa

10 I28m（取墩身中的截面的惯性值）由材料力学可知

Ml2Hl35H风l3100038.362δ02EI3EI48EI3.2101028

15138.36364.3238.360.010m2800.49342.763482 δ143.6910557.5610538.360.010228.28mm53228.3mm 可见墩台顶的水平位移满足要求。

43.5群桩基础的承载力和位移检算

群桩基础承载力检算：

将桩视为上图所示的 群桩实体基础：

则由《铁路桥涵地基基础规范》，基地应力应满足下式：土层的加权平均内摩擦角，前面已计算。即

1h12h22h3281.42320.6424.0

h2626.19NMσ。图中为桩基所穿过AW计算群桩实体的边长b、a

26

26.19b62226tan()9.97m

426.19a141226tan()18.97m错误！未找到引用源。

4柱底处地基容许应力前面已经算出：[σ] =744kPa；

用最不利荷载（双孔重载）时，有 N=26511.95kN M=22200.44kN〃m H=707.08kN; 式中：

πN26511.9518.979.9728.5101.12261462.517.24

π101.122625117538.21kN4故 NM117538.2122200.44692.11kpa744kP aAW18.979.97118.979.9726满足要求

3.6群桩基础沉降检算

群桩基础沉降量可按分层总和法进行计算，计算时同样将桩基础简化为如前所述的实体

深基础，计算荷载仅考虑恒载，即：N恒=21471.26KN；作用于实体深基础底面的自重应力

仅考虑土层的重力.且每根桩的成孔桩底面积A01.120.950m2有附加应力：

4Nh21669.03250.9502610-1462.5100.9504.317.2 -100.95013.515.5-100.9508.22019983.54kN

σz(0)Nh19983.54105.66kPa A18.979.97桩下有W3泥岩2.9m和W2泥岩5.1m.由规定每层土不能超过0.4b=0.4×9.97=3.99m,将土层分为5层。 且由a18.971.90

b9.97可见 第一层 z12.920.58，查表内插有C10.9821

b9.97 第二层 z25.421.08，查表内插有C20.9336

b9.97第三层 z3821.60，查表内插有C30.8356

b9.97因为第一层处于W3泥岩中， Esi=120Mpa,第二、三层处于W2泥岩中， Esi=500Mpa.

nnσ(0)代入基础沉降计算公式：SmsΔSimsz(ziCizi1Ci1)

Esii1i1因为五层土Esi均大于20Mpa，故偏安全取ms=1.0来计算，有： 第一层： S11.0105.662.90.982125.07104m

120000第二层： S21.0105.665.40.93362.90.98214.63104m

500000 27

第三层： S31.0105.6680.83565.40.93363.47104m

500000故群桩基础的总沉降：

SS1S2S3(25.074.633.47)1041034.1136mm40mm 可见群桩基础沉降通过检算。

3.7 桩身截面配筋计算

（1）最不利荷载组合为纵向主+附，单孔重载，此时桩顶最大竖向力N=3589.14kN，

M=132.93kN〃m 计算偏心距

M132.93e0max0.0375m38mm

N3547.14桩的半径r=1000/2=500mm，对于C30混凝土，保护层取ag80mm，

则 rs50080420mm

r420gs0.84

r500h0hag100080920mm

取桩的计算长度为L00.7h0.72618.2m

故桩的长细比：L018.218.2＞7，所以，应考虑偏心距增大系数ε

d1e380.312 其中 δ10.22.700.22.7h0920L18.2 δ11.15 0.0101.150.010.968h1.011 ε1 (L0h)2δ1δ21(18.21)20.3120.9682.731400e0h0140038920故考虑偏心距增大系数后的偏心距为：

e'εe02.7338103.74mm

（2）计算配筋率

采用C30混凝土，钢筋拟采用HRB335钢筋，即：fcd13.8Mpa；fsd280Mpa 计算受压区高度系数，根据经验公式得：

fcdAe'0Br22ργNNArfCrfsd 0jucd'fsdDgrCe0采用试算法列表计算，根据规范，系数A、B、C、D查附表所得：

 A B C D  Nu(kN) Nj(kN) Nu/Nj 0.48 1.1110 0 .6136 -0.0954 1 .9075 -0.0116 3910.68 3547.14 1.10 28

0.49 1.1422 0 .6206 -0.0478 1 .9053 -0.0117 3979.87 3547.14 1.12 0.50 1.1735 0 .6271 0.0000 1.9018 -0.0118 4048.58 3547.14 1.14 0.51 1.2049 0 .6331 0.4800 1.8971 -0.0126 3732.25 3547.14 1.05 0.52 1.2364 0 .6386 0.0963 1.8909 -0.0120 4184.64 3547.14 1.18 由表中计算可见，当ξ0.51时，计算纵向力Nu与设计值Nj相近，且大于设计值。 且强度不要求配筋.现按构造要求取：ρ0.5%

（3）配筋并绘制基桩构造及钢筋布臵图

根据灌注桩构造要求，桥梁桩基主筋宜采用光圆钢筋，主筋直径不宜小于16mm，净距不宜小于120mm，且任一情况下不得小于80mm，主筋净保护层不应小于60mm。在满足最小间距的情况下，尽可能采用单筋、小直径的钢筋，以提高桩的抗裂性，所以主筋采用I级钢筋。桩身混凝土为C30，根据《桥规》规定，取μmin=0.5%,则 钢筋的面积为：

πAs100020.5%3927.00mm2

42现选用16根18的HRB335钢筋，钢筋的面积为：As4071.50mm；

采用对称配筋，则主筋净距为： 2ππ2π(500809)d18143.40mm120mm，符合要求。 1616实际配筋率为：

绘制图形

4071.503 5.1810210004

29

桩基础圆截面配筋图 桩基础正截面配筋图

（4）在垂直于弯矩作用平面内

长细比L018.218.2，故稳定系数查表内插为0.72；

d122混凝土截面积为Ac785398.16mm，实际纵向钢筋面积As4071.50mm，则在垂直于弯矩作用平面的承载力为：

'Nu0.9fcdAcfsdAs0.90.7213.8785398.162804071.57764.76kN

N1.1N1.13589.143948.05k N 7764.76k在弯矩作用平面内

εe0BfcdDρgfsdr

AfcdCρfsdC 以下采用试算法列表计算，各系数查规范得：

 A B D (e0)(mm) e0(mm) (e0)/e0 0.89 0.90 0.91 0.92 0.93 2.3927 0.4952 1.9846 0.893 2.4215 0.4828 2.0181 0.8704 2.4501 0.4699 2.0507 0.8483 2.4785 0.4568 2.0824 0.8266 2.5065 0.4433 2.1133 0.8055 110.34 103.74 106.25 103.74 102.19 103.74 98.20 103.74 94.26 103.74 1.06 1.02 0.99 0.95 0.91 有计算表可见，当ξ0.91时，εe102.19，与设计的εe103.74很接近，故取ξ0.91为计算值

（5）在弯矩作用平面内的承载力为：

NuArfcdCρrfsd

22在弯矩作用平面内的弯矩为：

332.4501500213.82.08240.005185002280 9207.58kN1.1N1.13589.143948.05kN33 BrfcdDρgrfsd0.4699 50013.80.84830.005180.84500280m1.1132.932.73399.19kNm 939.77kN可见在弯矩平面内承载力和弯矩都满足要求。 综上计算，均满足要求

（6）桩与承台的联结方式为主筋伸入式，桩身伸入承台板0.1m，主筋伸入承台的长度（算弯钩切点）对于光圆钢筋不得不小于45倍主筋直径（即810mm），取1000mm,斜角度为13,箍筋采用Φ8@200mm，为增加钢筋笼刚度，顺钢筋笼长度每隔2m加一道φ18的骨

30

架钢筋。承台板底部布臵一层钢筋网，

第4章 初步的施工组织设计

4.1基础的施工工艺流程

施工方法：泥浆护壁钻孔灌注桩。

直接在桩位上就地成孔，然后在孔内安放钢筋笼、灌注混凝土而成 （1）施工准备:

施工准备包括：选择钻机、钻具、场地布臵等。

31

钻机是钻孔灌注桩施工的主要设备，可根据地质情况和各种钻孔机的应用条件来选择。 （2）桩位放线:

①桩位放线依据：建设单位提供的放线依据和设计图纸要求。

②.桩位放线：依据放线依据采用经纬仪、钢尺，以通视测量法放出轴线、桩位，确保轴线、桩位的位臵准确。

③.桩位检测：放出桩位后，填写放线记录与技术复核，报请总包、监理验收，验收通过后，准备开始施工。

④．桩位复测：施工期间对桩位定期复测，如发现问题会同有关人员及时处理解决。 （3）开挖泥浆池、排浆沟 （4）护筒埋设

钻孔成败的关键是防止孔壁坍塌。当钻孔较深时，在地下水位以下的孔壁土在静水压力下会向孔内坍塌、甚至发生流砂现象。钻孔内若能保持壁地下水位高的水头，增加孔内静水压力，能为孔壁、防止坍孔。护筒除起到这个作用外，同时好有隔离地表水、保护孔口地面、固定桩孔位臵和钻头导向作用等。制作护筒的材料有木、钢、钢筋混凝土三种。护筒要求坚固耐用，不漏水，其内径应比钻孔直径大（旋转钻约大 20cm，潜水钻、冲击或冲抓锥约大 40cm），每节长度约2~3m。一般常用钢护筒。 （5）钻机就位，孔位校正

安装钻孔机的基础如果不稳定，施工中易产生钻孔机倾斜、桩倾斜和桩偏心等不良影响，因此要求安装地基稳固。对地层较软和有坡度的地基，可用推土机推平，在垫上钢板或枕木加固。为防止桩位不准，施工中很重要的是定好中心位臵和正确的安装钻孔机，对有钻塔的钻孔机，先利用钻机的动力与附近的地笼配合，将钻杆移动大致定位，再用千斤顶将机架顶起，准确定位，使起重滑轮、钻头或固定钻杆的卡孔与护筒中心在一垂线上，以保证钻机的垂直度。钻机位臵的偏差不大于 2cm。对准桩位后，用枕木垫平钻机横梁，并在塔顶对称于钻机轴线上拉上缆风绳。 （6）泥浆制备

钻孔泥浆由水、粘土(膨润土)和添加剂组成。具有浮悬钻渣、冷却钻头、润滑钻具，增大静水压力，并在孔壁形成泥皮，隔断孔内外渗流，防止坍孔的作用。调制的钻孔泥浆及经过循环净化的泥浆，应根据钻孔方法和地层情况来确定泥浆稠度，泥浆稠度应视地层变化或操作要求机动掌握，泥浆太稀，排渣能力小、护壁效果差；泥浆太稠会削弱钻头冲击功能，降低钻进速度。 （7）成孔

钻孔是一道关键工序，在施工中必须严格按照操作要求进行，才能保证成孔质量，首先要注意开孔质量，为此必须对好中线及垂直度，并压好护筒。在施工中要注意不断添加泥浆和抽渣(冲击式用)，还要随时检查成孔是否有偏斜现象。采用冲击式或冲抓式钻机施工时，附近土层因受到震动而影响邻孔的稳固。所以钻好的孔应及时清孔，下放钢筋笼和灌注水下混凝土。钻孔的顺序也应实事先规划好，既要保证下一个桩孔的施工不影响上一个桩孔，又要使钻机的移动距离不要过远和相互干扰。 （8）清孔

钻孔的深度、直径、位臵和孔形直接关系到成桩质量与桩身曲直。为此，除了钻孔过程

32

中密切观测监督外，在钻孔达到设计要求深度后，应对孔深、孔位、孔形、孔径等进行检查。在终孔检查完全符合设计要求时，应立即进行孔底清理，避免隔时过长以致泥浆沉淀，引起钻孔坍塌。对于摩擦桩当孔壁容易坍塌时，要求在灌注水下混凝土前沉渣厚度不大于 30cm；当孔壁不易坍塌时，不大于 20cm。对于柱桩，要求在射水或射风前，沉渣厚度不大于 5cm。清孔方法是使用的钻机不同而灵活应用。通常可采用正循环旋转钻机、反循环旋转机真空吸泥机以及抽渣筒等清孔。其中用吸泥机清孔，所需设备不多，操作方便，清孔也较彻底，但在不稳定土层中应慎重使用。其原理就是用压缩机产生的高压空气吹入吸泥机管道将泥渣吹出。

（9）下钢笼和混凝土导管 （10）灌注水下混凝土

清完孔之后，就可将预制的钢筋笼垂直吊放到孔内，定位后要加以固定，然后用导管灌注混凝土，灌注时混凝土不要中断，否则易出现断桩现象。 （11）成桩

综合上面详细施工工艺，得出工艺流程如下： 场地准备 桩位放样 埋设护筒 钻机就位 泥浆制备，钻进 成孔检测 基桩检测，完 桩头处理 混凝土施工 安放导管 安放钢筋笼 清孔 4.2主要施工机具 主要机具设备：回转钻机。

回转钻机是由动力装臵带动钻机的回转装臵转动，并带动带有钻头的钻杆转动，由钻头切削土壤。切削形成的土碴，通过泥浆循环排出桩孔。根据桩型、钻孔深度、土层情况、泥浆排放条件、允许沉碴厚度等条件，泥浆循环方式选择使用正循环方式。

正循环回转钻进是以钻机的回转装臵带动钻具旋转切削岩土，同时利用泥浆泵向钻杆输送泥（或清水）冲洗孔底，携带岩屑的冲洗液沿钻杆与孔壁之间的环状空间上升，从孔口流向沉淀池，净化后再供使用，反复运行，由此形成正循环排渣系统；随着钻渣的不断排出，钻孔不断地向下延伸，直至达到预定的孔深。由于这种排渣方式与地质勘探钻孔的排渣方式相同，故称之为正循环，以区别于后来出现的反循环排渣方式。

33

正循环和反循环示意图

4.3 主要工程数量和材料用量

4.4保证施工质量的措施

4.4.1成孔质量控制

成孔是混凝土灌注桩施工中的一个重要部分，其质量如控制得不好，则可能会发生塌孔、

缩径、桩孔偏斜及桩端达不到设计持力层要求等，还将直接影响桩身质量和造成桩承载力下

34

降。因此，在成孔的施工技术和施工质量控制方面应着 重做好以下几项工作。 1.1 采取隔孔施工程序。

钻孔混凝土灌注桩和打入桩不同，打人桩是将周围土体挤开，桩身具有很高的强度，土体对桩产生被动土压力。钻孔混凝土灌注桩则是先成孔，然后在孔内成桩，周围土移向桩身土体对桩产生动压力。尤其是在成桩初始，桩身混凝土的强度很低，且混凝土灌注桩的成孔是依靠泥浆来平衡的，故采取较适应的桩距对防止坍孔和缩径是一项稳妥的技术措施。 1.2 确保桩身成孔垂直精度

这是灌注桩顺利施工的一个重要条件，否则钢筋笼和导管将无法沉放。为了保证成孔垂直精度满足设计要求，应采取扩大桩机支承面积使桩机稳固，经常校核钻架及钻杆的垂直度等措施，并于成孔后下放钢筋前作井径、井斜超声波测试。 1.3 确保桩位、桩顶标高和成孔深度。

在护筒定位后及时复核护筒的位臵，严格控制护筒中心与桩位中心线偏差不大于 50mm，并认真检查回填土是否密实，以防钻孔过程中发生漏浆的现象。在施工过程中自然地坪的标高会发生一些变化，为准确地控制钻孔深度，在桩架就位后及时复核底梁的水平和桩具的总长度并作好记录，以便在成孔后根据钻杆在钻机上的留出长度来校验成孔达到深度。为有效地防止塌孔、缩径及桩孔偏斜等现象，除了在复核钻具长度时注意检查钻杆是否弯曲外，还根据不同土层情况对比地质资料，随时调整钻进速度，并描绘出钻进成孔时间曲线。当钻进粉砂层进尺明显下降，在软粘土钻进最快 0.2m／min 左右，在细粉砂层钻进都是 O．015m／min 左右，两者进尺速度相差很大。钻头直径的大小将直接影响孔径的大小，在施工过程中要经常复核钻头直径，如发现其磨损超过 10mm 就要及时调换钻头。

4.4.2成桩质量控制

2.1 为确保成桩质量，要严格检查验收进场原材料的质保书(水泥出厂合格证、化验报告、砂石化验报告)，如发现实样与质保书不符，应立即取样进行复查，对不合格的材料(如水泥、砂、石、水质)，严禁用于混凝土灌注桩。

2.2 钻孔灌注水下混凝土的施工主要是采用导管灌注，混凝土的离析现象还会存在，但良好的配合比可减少离析程度，因此，现场的配合比要随水泥品种、砂、石料规格及含水率的变化进行调整，为使每根桩的配合比都能正确无误，在混凝土搅拌前都要复核配合比并校验计量的准确性，严格计量和测试管理，并及时填入原始记录和制作试件。

2.3 为防止发生断桩、夹泥、堵管等现象，在混凝土灌注时应加强对混凝土搅拌时间和混凝土坍落度的控制。因为混凝土搅拌时间不足会直接影响混凝土的强

度，混凝土坍落采用 18cm—20cm，并随时了解混凝土面的标高和导管的埋人深度。导管在混凝土面的埋臵深度一般宜保持在 2m—4m，不宜大于 5m 和小于 1m，严禁把导管底端提出混凝土面。当灌注至距桩顶标高 8m—10m 时，应及时将坍落度调小至 12cm—16cm，以提高桩身上部混凝土的抗压强度。在施工过程中，要控

制好灌注工艺和操作，抽动导管使混凝土面上升的力度要适中，保证有程序的拔管和连续灌注，升降的幅度不能过大，如大幅度抽拔导管则容易造成混凝土体冲刷孔壁，导致孔壁下坠

35

或坍落，桩身夹泥，这种现象尤其在砂层厚的地方比较容易发生。在灌注过程中必须每灌注 2m3 左右测一次混凝土面上升的高度，确定每段桩体的充盈系数， 建筑施工操作规程》规定桩身混凝土的充盈系数必须大于 l。同时要认真进行记录，这对日后发现有问题的桩或评价桩的质量有很大作用。

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