桩基托梁挡墙完整计算书

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：

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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 √

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[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 = 946.2 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 =946.2 kN/m

3) 托梁自重：W2 =1.50 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+1.50+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*2.70-1.50*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=18.kN

c) 竖向力：N=1435.91*5.5=77.5Kn

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 粘土 强风化泥岩 桩全长桩宽桩高粘土层高度强风化泥岩层高弯矩度（m） （KN/m） 水平竖向力 力 C(kpa) φ（°） 25 18 8 17 γ（Kn/m3） 19 23 M(MN/m4) 7.5 50 Frb(kpa) 40 140 所设置的8跟桩受力及尺寸如下表：

号 （m） （m） （m） （m） (KN) (KN) 1# 10 2# 19 3# 19 4# 19 5# 19 6# 10 7# 6 8# 6 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.8 1.5 1.5 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2 2.0 2.0 4 11 12 12 11 4 3 3 6 8 7 7 8 6 3 3 4010 4010 4010 4010 4010 4010 4014 4014 940 8231 940 8231 940 8231 940 8231 940 8231 940 8231 1855 78 1855 78 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 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 弯矩 4810.92 5374.92 5924.936 48.997 6937.06 7380.916 7774.078 8111.667 剪力 -1128 -1114.015 -1074.076 -1012.124 -931.92 -837.017 -730.751 -616.219 位移 土反力 算点容许抗力 58.26 69.00 79.73 90.47 101.21 111.95 122.69 133.43 -16.02 0 -14.92 -55.939 -13.84 -103.819 -12.8 -143.987 -11.79 -176.831 -10.81 -202.778 -9.88 -8.98 -222.286 -235.842 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 12 12.5 13 13.5 14 14.5 15 15.5 16 16.5 8390.297 8607.938 8763.793 8858.159 82.297 8868.295 8788.935 8657.566 8477.984 82.304 7990.855 7692.073 7362.406 7006.223 6627.738 6230.938 5819.525 5396.863 4919.117 4403.468 38.268 3313.018 2758.453 2206.698 1661.508 1124.567 -496.27 -373.496 -250.221 -128.505 -10.136 103.363 210.728 310.95 403.263 487.129 562.231 628.449 685.85 734.668 775.285 808.213 834.075 900.409 993.395 10.849 1090.451 1105.815 1106.319 1096.944 1082.131 1065.4 -8.13 -7.32 -6.56 -5.84 -5.17 -4. -3.96 -3.43 -2.94 -2.5 -2.09 -1.73 -1.41 -1.13 -0. -0.68 -0.5 -0.35 -0.23 -0.14 -0.07 -0.02 0.01 0.03 0.04 0.04 -243.953 -247.145 -245.953 -240.913 -232.563 -221.43 -208.03 -192.859 -176.391 -159.076 -141.33 -123.2 -106.063 -.209 -73.259 -58.453 -44.996 -220.339 -151.606 -94.21 -48.198 -13.26 11.244 26.256 32.997 32.949 144.16 1.90 165. 176.38 187.12 197.86 208.60 219.33 230.07 240.81 251.55 262.29 273.03 283.76 294.50 305.24 315.98 606.14 632.18 658.23 684.28 710.32 736.37 762.42 788.46 814.51 17 17.5 18 18.5 19 595.8 74.121 -442.709 -956.1 -735.144 1050.446 1038.573 1031.012 1027.58 513.398 0.03 0.02 0.01 0 0 27.843 19.651 10.593 3.135 0 840.55 866.60 2.65 918.69 944.74 1、6#桩内力（1.5*2.0） 计算点深度 弯矩 0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 2 2.25 2.5 2.75 3 3.25 3.5 3.75 4 剪力 位移 土反力 算点容许抗力 土反力判定结果 58.26 通过 通过 通过 通过 不通过 不通过 不通过 不通过 不通过 不通过 不通过 不通过 不通过 不通过 不通过 不通过 不通过 3687. -719.05 -14.09 0.00 3867.65 -715.88 -13.50 -25.30 63.63 4045.83 -706.67 -12.91 -48.40 69.00 4220.99 -691.95 -12.33 -69.33 74.36 4391.81 -672.27 -11.75 -88.15 79.73 4557.12 -8.14 -11.19 -104.91 85.10 4715.88 -620.06 -10. -119.67 90.47 4867.15 -588. -10.09 -132.49 95.84 5010.15 -5.06 -9.56 -143.41 101.21 5144.18 -517.06 -9.04 -152.52 106.58 5268.68 -478.02 -8.53 -159.86 111.95 5383.19 -437.35 -8.02 -165.51 117.32 87.35 -395.47 -7.53 -169.53 122.69 5580.92 -352.77 -7.06 -172.00 128.06 5663.74 -309.65 -6.59 -172.97 133.43 5735.75 -266.47 -6.13 -172.52 138.80 5796.97 -223.56 -5.69 -170.73 144.16 4.25 4.5 4.75 5 5.25 5.5 5.75 6 6.25 6.5 6.75 7 7.25 7.5 7.75 8 5847.53 -62.50 -5.26 -1117.73 280.56 5828.23 213.37 -4.84 -10.22 293.58 5740.85 481.16 -4.43 -1053.11 306.61 5587.65 739.03 -4.04 -1009.82 319.63 5371.33 985.22 -3.66 -959.70 332.65 5095.04 1218.07 -3.28 -903.08 345.68 4762.30 1435.97 -2.92 -840.20 358.70 4377.05 1637.41 -2.57 -771.25 371.72 3943.60 1820.86 -2.23 -696.35 384.75 3466.62 1984.85 -1. -615.56 397.77 2951.17 2127.90 -1.57 -528.85 410.79 2402.67 2248.52 -1.25 -436.10 423.81 1826.92 2345.17 -0.93 -337.15 436.84 1230.09 2416.28 -0.62 -231.71 449.86 618.78 2460.18 -0.31 -119.47 462.88 0.00 1237.56 0.00 0.00 475.91 不通过 不通过 不通过 不通过 不通过 不通过 不通过 不通过 不通过 不通过 不通过 不通过 通过 通过 通过 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 0 0.286 剪力 位移 土反力 算点容许抗力 土反力判定结果 58.26 通过 通过 4014.056 -1152.198 -8.37 0 4343.255 -1149.773 -7.92 -16.977 .40 0.571 0.857 1.143 1.429 1.714 2 2.286 2.571 2.857 3.143 3.429 3.714 4 4.286 4.571 4.857 5.143 5.429 5.714 6 6.286 6.571 6.857 7.143 7.429 7.714 4671.069 -1142.7 -7.49 -32.086 70.52 4996.263 -1131.697 -7.06 -45.38 76.66 通过 通过 通过 通过 通过 通过 通过 通过 通过 通过 通过 通过 通过 不通过 不通过 不通过 不通过 不通过 不通过 不通过 通过 通过 通过 通过 通过 通过 5317.753 -1117.084 -6. -56.913 82.80 5634.597 -1099.418 -6.23 -66.747 88.95 5945.992 -1079.176 -5.83 -74.947 95.07 6251.269 -1056.814 -5.44 -81.582 101.21 69.886 -1032.77 -5.06 -86.727 107.35 6841.423 -1007.458 -4.69 -90.459 113.47 7125.576 -981.269 -4.33 -92.861 119.62 7402.148 -9.572 -3.99 -94.02 125.76 7671.046 -927.708 -3.66 -94.025 131.90 7932.268 -900.995 -3.34 -92.97 8185.9 -874.72 138.02 -3.03 -90.953 144.16 8432.107 -777.846 -2.74 -587.165 282.44 8630.383 -613.8 -2.46 -562.922 297.28 8782.706 -456.798 -2.2 -534.322 312.18 81.411 -308.743 -1.95 -502.063 327.08 59.131 -170.329 -1.72 -466.835 341.98 88.742 -42.307 83.307 74.766 46.019 180.521 8880.151 274.774 87.004 357.518 8675.855 428.919 83.908 4.31 8396.25 539.182 -1.5 -429.322 356.82 -1.3 -390.191 371.72 -1.11 -350.096 386.62 -0.94 -309.672 401.47 -0.79 -269.533 416.37 -0. -230.274 431.26 -0.52 -192.463 446.16 -0.41 -156.7 461.01 8 8.286 8.571 8.857 9.143 9.429 9.714 10 8235.804 579.182 8065.288 610.1 7887.175 632.866 7703.65 8.5 7516.578 658.328 7327.463 663.524 7137.421 665.562 3473.571 332.988 -0.31 -123.351 475.91 -0.22 -93.073 490.81 -0.15 -66.292 505.65 -0.1 -43.461 520.55 -0.05 -25.014 535.45 -0.02 -11.363 550.35 -0.01 -2.901 0 0 565.19 580.09 通过 通过 通过 通过 通过 通过 通过 通过 7、8#桩内力计算（1.5*2.0）（桩端固定） 计算点深度 弯矩 0 0.207 0.414 0.621 0.828 1.034 1.241 1.448 1.655 1.862 2.069 2.276 2.483 2.69 剪力 位移 土反力 算点容许抗力 土反力判定结果 -7.87 0 58.26 通过 通过 通过 通过 通过 通过 通过 通过 通过 通过 通过 通过 通过 通过 4822.629 -2226 5283.182 -2224.811 -7.41 -11.498 62.70 5743.241 -2221.386 -6.96 -21.603 67.15 6202.376 -2216.012 -6.52 -30.352 71.59 6660.211 -2208.963 -6.09 -37.7 76.04 7116.429 -2200.506 -5.67 -43.958 80.46 7570.765 -2190.9 -5.25 -48.912 84.91 8023.008 -2180.387 -4.85 -52.703 .36 8472.994 -2169.205 -4.46 -55.391 93.80 20.61 -2157.574 -4.08 -57.037 98.25 9365.783 -2145.704 -3.72 -57.708 102.69 9808.488 -2133.7 -3.37 -57.473 107.14 10248.73 -2122.008 -3.03 -56.407 111.58 10686.561 -2110.526 -2.71 -.588 116.03 2.7 3.103 3.31 3.517 3.724 3.931 4.138 4.345 4.552 4.759 4.966 5.172 5.379 5.586 5.793 6

11122.052 -2099.49 -2.4 -52.097 120.48 11555.314 -2060.293 -2.11 -326.799 233.83 11974.587 -1995.145 -1.83 -302.969 244.62 12380.2 -1935.206 -1.57 -276.44 255.40 12775.363 -1880.969 -1.33 -247.852 266.18 13159.225 -1832.791 -1.11 -217.8 276.97 13533.759 -1790.3 -0.9 -187.153 287.75 13900.282 -1755.351 -0.72 -156.42 298.53 14260.111 -1726.096 -0.56 -126.381 309.32 14614.53 -1702.907 -0.41 -97.776 320.10 149.762 -1685.41 -0.29 -71.361 330.88 15311.94 -1673.072 -0.19 -47.913 341.61 15657.067 -1665.195 -0.1 -28.227 352.40 16000.987 -1660.918 -0.05 -13.119 363.18 16344.344 -1659.206 -0.01 -3.425 373.96 8343.777 -829.426 0 0 384.75 通过 不通过 不通过 不通过 通过 通过 通过 通过 通过 通过 通过 通过 通过 通过 通过 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。