桩基托梁挡墙完整计算书.doc

结构计算书

纳黔高速公路K58+412.3-K58+465左侧
桩基托梁路肩墙结构计算书

1、 衡重式挡土墙土压力计算
本次考虑采用本项目提供的《衡重式一般挡墙标准图》中容许承载力500kpa，f=0.4，φ=35，γ=21的13m高挡墙对应尺寸（墙身自身倾覆稳定性不再计算），同时为了便于结构的设计取消原标准图中的基底坡度。土压力计算式行车荷载按照2004年《公路路基设计规范》规定采用10KN/m2，其他荷载分项系数均按照规范要求取用。土压力计算采用“理正挡土墙设计程序”完成，其结果如下：
=============================================
组合系数: 1.000
1. 挡土墙结构重力 分项系数 = 0.900 √
2. 填土重力 分项系数 = 1.000 √
3. 填土侧压力 分项系数 = 1.400 √
4. 车辆荷载引起的土侧压力 分项系数 = 1.400 √
=============================================
[土压力计算] 计算高度为 13.000(m)处的库仑主动土压力
计算上墙土压力
无荷载时的破裂角 = 27.500(度)
按假想墙背计算得到:
第1破裂角： 28.050(度)
Ea=248.401(kN) Ex=88.634(kN) Ey=232.049(kN) 作用点高度 Zy=1.867(m)
因为俯斜墙背，需判断第二破裂面是否存在，计算后发现第二破裂面存在：
第2破裂角=27.501(度) 第1破裂角=27.510(度)
Ea1=197.151(kN) Ex1=91.031(kN) Ey1=174.876(kN) 作用点高度 Zy1=1.867(m)
计算下墙土压力
无荷载时的破裂角 = 34.449(度)
按力多边形法计算得到:
破裂角： 34.780(度)
Ea2=246.668(kN) Ex2=246.218(kN) Ey2=14.903(kN) 作用点高度 Zy2=3.371(m)
墙身截面积 = 41.143(m2) 重量 = 946.289 kN
第二破裂面与墙背间填料重= 145.336(kN)
由此分析，采用第二破裂面法计算出挡墙所受的水平土压力合力为Eax=91.031+246.67=337.25(kN/m)。
2、 托梁外力计算
托梁计算时，考虑将其考虑为跨径为11m=2.5+6+2.5的支端悬出的简支梁结构，其尺寸采用1.5x4.1，桩基设置于托梁形心位置。其延米荷载情况如下：
（1）竖向荷载计算：
1） 第二破裂面与墙背间填料重: Wt=145.336 kN/m
2） 衡重式挡墙自重：W1 =946.289 kN/m
3) 托梁自重：W2 =154.50 kN/m
4） 上墙土压力的竖向分力：Ey1=174.876 kN/m，
5） 下墙土压力的竖向分力：Ey2=14.903(kN)
将各力简化到托梁地面中心位置（桩基础轴线位置）：
竖向力：N=145.34+946.29+154.50+174.88+14.90=1435.91 kN/m

（2）水平荷载计算：
1）上墙土压力的水平分力：Ex1=91.031(kN)
2）下墙土压力的水平分力：Ex2=246.218(kN)
将各力简化到托梁底面水平面位置（桩基础轴线位置）
水平力：F=91.03+246.22=337.25 kN/m
（3）弯矩计算：
将以上所有的力向托梁底面中心简化，求的弯矩如下（顺时针为正）
Mn=946.29*0.72+145.34*1.88+174.88*2.83+14.90*2.70-154.50*0.01-91.03*11.17-246.67*4.87=-729.93Kn.m/m。
3、 托梁内力计算
考虑到本项目梁底面覆盖层厚度较大（13m），且自身强度也比较小故在计算中不考虑梁底面土体对梁体的弹性地基梁支撑作用。模型采用2.5+6.0+2.5跨径分布的支端悬出的简支梁，计算采用“理正结构工具箱”，其计算结果如下;

1). 几何信息: (单位: 除注明外,均为mm)
梁号 1: 跨长 = 2500 B×H = 4105 × 1500
梁号 2: 跨长 = 6000 B×H = 4105 × 1500
梁号 3: 跨长 = 2500 B×H = 4105 × 1500
2). 荷载条件:
均布恒载标准值=1435.91kN/m ； 活载准永久值系数=0.50
均布活载标准值=0.00kN/m ； 支座弯矩调幅系数=100.0%
梁容重=25.00kN/m3 ； 计算时不考虑梁自重:
恒载分项系数=1.20 ； 活载分项系数=1.40
3). 计算结果:

由此进行托梁结构配筋设计。
4、 桩顶外力计算
按照托梁计算模型，其支座处的竖向支反力即为桩竖向荷载。而且两桩对称布置，故两桩外力一致，同时考虑到每根托梁上布置了3跟650KN，20°倾角的锚索，故其外力计算如下：
a) 弯矩： M=Mn*L/2=-729.93*11/2=-4014.62（公路横断面方向逆时针）
b) 水平力：F=337.25*5.5=1854.89kN
c) 竖向力：N=1435.91*5.5=7897.5Kn
d) 锚索预应力;Fsx=650*3*Cos20°/2=916.2KN
Fsy=650*3*sin20°/2=333.5Kn
综合考虑计算后1-6号桩；
Mz=4009.65KN.m（公路横断面方向逆时针）
Fz=940kN
Nz=8231kN
5、 桩内力计算
根据立面布置情况，本段共有桩8根，穿越地层均为两层，其力学指标如下;

地层名称
C(kpa)
φ（°）
γ（Kn/m3）
M(MN/m4)
Frb(kpa)
粘土
25
8
19
7.5
40
强风化泥岩
18
17
23
50
140

所设置的8跟桩受力及尺寸如下表：

桩号
全长（m）
桩宽（m）
桩高（m）
粘土层高度（m）
强风化泥岩层高度（m）
弯矩（KN/m）
水平力
(KN)
竖向力
(KN)
1#
10
1.8
2.2
4
6
4010
940
8231
2#
19
1.8
2.2
11
8
4010
940
8231
3#
19
1.8
2.2
12
7
4010
940
8231
4#
19
1.8
2.2
12
7
4010
940
8231
5#
19
1.8
2.2
11
8
4010
940
8231
6#
10
1.8
2.2
4
6
4010
940
8231
7#
6
1.5
2.0
3
3
4014
1855
7898
8#
6
1.5
2.0
3
3
4014
1855
7898
同时考虑到本项目桩顶荷载较大且覆盖层指标较低较深，为了控制桩身变位考虑对1-6号桩基托梁实施预应力锚索，每根托梁单元中按照3m间距，均匀布置3根650KN级预应力锚索（倾角20°），由此进行桩的计算。
计算考虑采用m法进行，桩端铰支，其内力分析采用“理正岩土”进行计算，其结果如下(计算时考虑1.2的结构安全系数)：
2-5#桩内力
计算点深度
弯矩
剪力
位移
土反力
算点容许抗力
0
4810.92
-1128
-16.02
0
58.26
0.5
5374.92
-1114.015
-14.92
-55.939
69.00
1
5924.936
-1074.076
-13.84
-103.819
79.73
1.5
6448.997
-1012.124
-12.8
-143.987
90.47
2
6937.06
-931.92
-11.79
-176.831
101.21
2.5
7380.916
-837.017
-10.81
-202.778
111.95
3
7774.078
-730.751
-9.88
-222.286
122.69
3.5
8111.667
-616.219
-8.98
-235.842
133.43
4
8390.297
-496.27
-8.13
-243.953
144.16
4.5
8607.938
-373.496
-7.32
-247.145
154.90
5
8763.793
-250.221
-6.56
-245.953
165.64
5.5
8858.159
-128.505
-5.84
-240.913
176.38
6
8892.297
-10.136
-5.17
-232.563
187.12
6.5
8868.295
103.363
-4.54
-221.43
197.86
7
8788.935
210.728
-3.96
-208.03
208.60
7.5
8657.566
310.95
-3.43
-192.859
219.33
8
8477.984
403.263
-2.94
-176.391
230.07
8.5
8254.304
487.129
-2.5
-159.076
240.81
9
7990.855
562.231
-2.09
-141.33
251.55
9.5
7692.073
628.449
-1.73
-123.542
262.29
10
7362.406
685.85
-1.41
-106.063
273.03
10.5
7006.223
734.668
-1.13
-89.209
283.76
11
6627.738
775.285
-0.89
-73.259
294.50
11.5
6230.938
808.213
-0.68
-58.453
305.24
12
5819.525
834.075
-0.5
-44.996
315.98
12.5
5396.863
900.409
-0.35
-220.339
606.14
13
4919.117
993.395
-0.23
-151.606
632.18
13.5
4403.468
1054.849
-0.14
-94.21
658.23
14
3864.268
1090.451
-0.07
-48.198
684.28
14.5
3313.018
1105.815
-0.02
-13.26
710.32
15
2758.453
1106.319
0.01
11.244
736.37
15.5
2206.698
1096.944
0.03
26.256
762.42
16
1661.508
1082.131
0.04
32.997
788.46
16.5
1124.567
1065.644
0.04
32.949
814.51
17
595.864
1050.446
0.03
27.843
840.55
17.5
74.121
1038.573
0.02
19.651
866.60
18
-442.709
1031.012
0.01
10.593
892.65
18.5
-956.891
1027.58
0
3.135
918.69
19
-735.144
513.398
0
0
944.74

1、6#桩内力（1.5*2.0）
计算点深度
弯矩
剪力
位移
土反力
算点容许抗力
土反力判定结果
0
3687.89
-719.05
-14.09
0.00
58.26
通过
0.25
3867.65
-715.88
-13.50
-25.30
63.63
通过
0.5
4045.83
-706.67
-12.91
-48.40
69.00
通过
0.75
4220.99
-691.95
-12.33
-69.33
74.36
通过
1
4391.81
-672.27
-11.75
-88.15
79.73
不通过
1.25
4557.12
-648.14
-11.19
-104.91
85.10
不通过
1.5
4715.88
-620.06
-10.64
-119.67
90.47
不通过
1.75
4867.15
-588.54
-10.09
-132.49
95.84
不通过
2
5010.15
-554.06
-9.56
-143.41
101.21
不通过
2.25
5144.18
-517.06
-9.04
-152.52
106.58
不通过
2.5
5268.68
-478.02
-8.53
-159.86
111.95
不通过
2.75
5383.19
-437.35
-8.02
-165.51
117.32
不通过
3
5487.35
-395.47
-7.53
-169.53
122.69
不通过
3.25
5580.92
-352.77
-7.06
-172.00
128.06
不通过
3.5
5663.74
-309.65
-6.59
-172.97
133.43
不通过
3.75
5735.75
-266.47
-6.13
-172.52
138.80
不通过
4
5796.97
-223.56
-5.69
-170.73
144.16
不通过
4.25
5847.53
-62.50
-5.26
-1117.73
280.56
不通过
4.5
5828.23
213.37
-4.84
-1089.22
293.58
不通过
4.75
5740.85
481.16
-4.43
-1053.11
306.61
不通过
5
5587.65
739.03
-4.04
-1009.82
319.63
不通过
5.25
5371.33
985.22
-3.66
-959.70
332.65
不通过
5.5
5095.04
1218.07
-3.28
-903.08
345.68
不通过
5.75
4762.30
1435.97
-2.92
-840.20
358.70
不通过
6
4377.05
1637.41
-2.57
-771.25
371.72
不通过
6.25
3943.60
1820.86
-2.23
-696.35
384.75
不通过
6.5
3466.62
1984.85
-1.89
-615.56
397.77
不通过
6.75
2951.17
2127.90
-1.57
-528.85
410.79
不通过
7
2402.67
2248.52
-1.25
-436.10
423.81
不通过
7.25
1826.92
2345.17
-0.93
-337.15
436.84
通过
7.5
1230.09
2416.28
-0.62
-231.71
449.86
通过
7.75
618.78
2460.18
-0.31
-119.47
462.88
通过
8
0.00
1237.56
0.00
0.00
475.91
通过

计算后，1、6号桩土反力超过容许值，不能满足要求，故考虑调整为2.2*1.8桩，锚固桩长调整为10m，且由于锚固段加长，桩端考虑为固定，计算结果如下：

1、6#桩内力（1.8*2.2）
计算点深度
弯矩
剪力
位移
土反力
算点容许抗力
土反力判定结果
0
4014.056
-1152.198
-8.37
0
58.26
通过
0.286
4343.255
-1149.773
-7.92
-16.977
64.40
通过
0.571
4671.069
-1142.764
-7.49
-32.086
70.52
通过
0.857
4996.263
-1131.697
-7.06
-45.38
76.66
通过
1.143
5317.753
-1117.084
-6.64
-56.913
82.80
通过
1.429
5634.597
-1099.418
-6.23
-66.747
88.95
通过
1.714
5945.992
-1079.176
-5.83
-74.947
95.07
通过
2
6251.269
-1056.814
-5.44
-81.582
101.21
通过
2.286
6549.886
-1032.77
-5.06
-86.727
107.35
通过
2.571
6841.423
-1007.458
-4.69
-90.459
113.47
通过
2.857
7125.576
-981.269
-4.33
-92.861
119.62
通过
3.143
7402.148
-954.572
-3.99
-94.02
125.76
通过
3.429
7671.046
-927.708
-3.66
-94.025
131.90
通过
3.714
7932.268
-900.995
-3.34
-92.97
138.02
通过
4
8185.9
-874.72
-3.03
-90.953
144.16
通过
4.286
8432.107
-777.846
-2.74
-587.165
282.44
不通过
4.571
8630.383
-613.548
-2.46
-562.922
297.28
不通过
4.857
8782.706
-456.798
-2.2
-534.322
312.18
不通过
5.143
8891.411
-308.743
-1.95
-502.063
327.08
不通过
5.429
8959.131
-170.329
-1.72
-466.835
341.98
不通过
5.714
8988.742
-42.307
-1.5
-429.322
356.82
不通过
6
8983.307
74.766
-1.3
-390.191
371.72
不通过
6.286
8946.019
180.521
-1.11
-350.096
386.62
通过
6.571
8880.151
274.774
-0.94
-309.672
401.47
通过
6.857
8789.004
357.518
-0.79
-269.533
416.37
通过
7.143
8675.855
428.919
-0.64
-230.274
431.26
通过
7.429
8543.908
489.31
-0.52
-192.463
446.16
通过
7.714
8396.25
539.182
-0.41
-156.647
461.01
通过
8
8235.804
579.182
-0.31
-123.351
475.91
通过
8.286
8065.288
610.1
-0.22
-93.073
490.81
通过
8.571
7887.175
632.866
-0.15
-66.292
505.65
通过
8.857
7703.65
648.545
-0.1
-43.461
520.55
通过
9.143
7516.578
658.328
-0.05
-25.014
535.45
通过
9.429
7327.463
663.524
-0.02
-11.363
550.35
通过
9.714
7137.421
665.562
-0.01
-2.901
565.19
通过
10
3473.571
332.988
0
0
580.09
通过

7、8#桩内力计算（1.5*2.0）（桩端固定）
计算点深度
弯矩
剪力
位移
土反力
算点容许抗力
土反力判定结果
0
4822.629
-2226
-7.87
0
58.26
通过
0.207
5283.182
-2224.811
-7.41
-11.498
62.70
通过
0.414
5743.241
-2221.386
-6.96
-21.603
67.15
通过
0.621
6202.376
-2216.012
-6.52
-30.352
71.59
通过
0.828
6660.211
-2208.963
-6.09
-37.789
76.04
通过
1.034
7116.429
-2200.506
-5.67
-43.958
80.46
通过
1.241
7570.765
-2190.899
-5.25
-48.912
84.91
通过
1.448
8023.008
-2180.387
-4.85
-52.703
89.36
通过
1.655
8472.994
-2169.205
-4.46
-55.391
93.80
通过
1.862
8920.61
-2157.574
-4.08
-57.037
98.25
通过
2.069
9365.783
-2145.704
-3.72
-57.708
102.69
通过
2.276
9808.488
-2133.789
-3.37
-57.473
107.14
通过
2.483
10248.73
-2122.008
-3.03
-56.407
111.58
通过
2.69
10686.561
-2110.526
-2.71
-54.588
116.03
通过
2.897
11122.052
-2099.49
-2.4
-52.097
120.48
通过
3.103
11555.314
-2060.293
-2.11
-326.799
233.83
不通过
3.31
11974.587
-1995.145
-1.83
-302.969
244.62
不通过
3.517
12380.892
-1935.206
-1.57
-276.44
255.40
不通过
3.724
12775.363
-1880.969
-1.33
-247.852
266.18
通过
3.931
13159.225
-1832.791
-1.11
-217.864
276.97
通过
4.138
13533.759
-1790.893
-0.9
-187.153
287.75
通过
4.345
13900.282
-1755.351
-0.72
-156.42
298.53
通过
4.552
14260.111
-1726.096
-0.56
-126.381
309.32
通过
4.759
14614.53
-1702.907
-0.41
-97.776
320.10
通过
4.966
14964.762
-1685.41
-0.29
-71.361
330.88
通过
5.172
15311.94
-1673.072
-0.19
-47.913
341.61
通过
5.379
15657.067
-1665.195
-0.1
-28.227
352.40
通过
5.586
16000.987
-1660.918
-0.05
-13.119
363.18
通过
5.793
16344.344
-1659.206
-0.01
-3.425
373.96
通过
6
8343.777
-829.426
0
0
384.75
通过

6、 锚索设计计算
本次考虑在托梁中心设置间距3.0m，650KN级锚索，计算按照《公路路基设计规范》（JTG D30-2004）要求进行，过程如下：
1）锚索材料设计
锚索考虑采用1X7，，强度标准值1860（设计强度1320Mpa）的钢绞线，
截面面积为：A=2.0*650*1000/1860=698.9mm2
所以考虑采用5φs15.2，钢绞线作为锚索材料。
2）锚固段长度设计
本项目自由端较长，不考虑钢绞线与砂浆间的粘结破坏，仅考虑砂浆于岩体间的破坏情况,锚固段考虑全部设置于强风化泥（中风化）上，采用130锚孔，frb=140kpa（240）：
强风化内有7.5m长，其粘结力为428.82KN，考虑规范要求安全系数2.0，应用力为214.4KN
中风化内长度为：L=2.0*（650-214.4）/(1*3.1415*0.13*240)=8.9m,
故，锚固段长度考虑保证7.5+8.9=16.4m。
本段锚索自由段长度约为20m，故单根锚索长36.4m，设计考虑采用40m。
7、 结论
通过计算，本段挡墙确定采用桩基托梁结构，托梁采用4.1*1.5的2.5+6.0+2.5的两端自由的简支梁结构；桩基础采用人工挖孔方桩，间距6m，其中1-6号桩采用2.2*1.8尺寸，7、8号采用1.5*2.0尺寸。并在1-6号桩对应的每根托梁上对称布置3跟650KN级预应力锚索，锚索采用130孔，5φs15.2，1860MPa钢绞线，单根全长40m。

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