桥墩桩长计算(新规范)
(整理)桩长计算算例
桩长计算基本情况：省道327线在穿越大河时，桥位处于改线段，拟修建一座7-16米桥梁。
桥面宽净-11米，路线中心线与流水中心线成90度夹角。
上部结构采用预应力空心板，下部为双柱式灌注桩。
载重标准公路--Ⅰ级。
一、恒载计算：1-16米 1、上部构造（一孔）（1）空心板自重：12×6.72×25=2016KN（2）桥面铺装自重：砼：0.1×11×16×25=440KN 沥青砼：0.05×11×16×23=202.4KN （3）护栏：6.39×25=160KN 上部构造总重2818.4KN 2、下部构造：（1）盖梁自重：21.8×26=566.8KN（2）立柱自重：π／4×1.2×4×25=113KN （3）灌注桩（直径1.5米）自重每延米q=π／4×1.5×1.5×（25-10）=26.5KN （扣除浮力），假设桩的长度为H ，一根立柱承受的恒载之和为： （2818.4+566.8）/2+113+26.5H=1825+26.5H 二、活载计算： 1、车道荷载一列车一个排架受力作RB （桥墩处）的影响线，根据规范，对车道荷载布载，如图（1）：y=1(R )图（1）p kRBmax =pK+∑qK ωi =222+15.5×10.5=385KN 桥墩梁按二列车布载：绘制单桩荷载横向影响线，最不利荷载布置如右 图（2）所示：2.1 6.8 2.10.9711.2350.77910.515图（2）poq=1/2∑piyi=1/2×385=192.5KN单桩受力=192.5×（1.235+0.971+0.779+0.515）=674KN冲击系数u=0.3-0.3×11/40=0.218计入冲击力受力=674×(1+u)=674×1.218=821KN即单桩承载为P=1825+26.5H+821=2646+26.5H三、桩长计算钻孔灌注桩容许承载力[P]=1/2(ULτp+AσR)U─桩的周长(m),按成孔直径计算D=1.5+0.05=1.55mU=1.55×π=4.87L─桩的局部冲刷线以下的有效长度(m)A─桩底横截面积 (m ) A=0.75×π=1.77τp─桩壁土的平均极限摩阻力(KPa) τp=1/L∑τiliσR─桩尖处土的极限承载力(KPa),可按下列公式计算:σR=2moλ{[σo ]+k2γ2(h-3)}[σo ]─桩尖处土的容许承载力(KPa)h─桩尖的埋置深度。
桥梁桩基础设计计算部分要点
一方案比选优化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）外，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与可变作用标准值效应的组合，基本组合表达式为(1-1)或(1-2)γ－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0一级、二级、三级，分别为1.1、1.0和0.9；γGi－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，γGi=1.2；对结构的承载能力有利时，γGi=10；其他永久作用效应的分项系数详见《公路桥规》；γQ1－汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）的分项系数,取γQ1＝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与汽车荷载同值；计算人行道板和人行道栏杆的局部荷载时，其分项系数也与汽车荷载取同值。
γQj－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γQ1＝1.4,但风荷载的分项系数取γQ1＝1.1；S gik、S gid－第i个永久作用效应的标准值和设计值；S Qjk－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；S ud－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S d与作用分项系数的乘积。
桩长计算(摩擦桩)(新规范
1 70.00 10.10 3997.99 10
2
3
4
0.00 11 12
0.00 13
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单桩桩底所受全部竖向荷载V计算 1.65 0.15 400.00 0.80 0.70 11.80 3.00 4.68 10.10 14.78 5.65 2.14 915.05 单根柱（桩）顶竖向力（kN） 柱径（m） 柱高（m） 最低水位以上桩长（m） 最低水位至局部冲刷线的桩长（m） 局部冲刷线以下的桩长（m） 单根柱的自重（kN） 最低水位以上单根桩的自重（kN） 最低水位至局部冲刷线单根桩的自重（kN） 局部冲刷线以下单根桩的自重（kN） 单桩桩底所受全部竖向荷载V（kN）
柱（桩）顶竖向力（kN） 柱径（m） 柱高（m）
最低水位以上桩长（m）
局部冲刷线的桩长（m）
TURE
18.44
冲刷线以下的桩长（m） 单根柱的自重（kN）
以上单根桩的自重（kN）
刷线单根桩的自重（kN）
以下单根桩的自重（kN）
部竖向荷载V（kN）
2975.13
m0
修正系数 λ 桩尖以上土的容重 r2（KN/m ） 地面土容许承载力随深度的修正系数 k2 一般冲刷线至局部冲刷线的深度(m) 桩在局部冲刷线以下的有效长度 l (m) 桩尖的埋置深度h（m） 桩的周长 U（m） 桩底横截面积 A（m2） 桩尖处土的极限承载力σ
R（kPa）
单桩轴向受压容许承载力［P］（kN）
［P］=0.5*（Ulτ p+Aσ R）（摩擦桩）
土层数 各土层与桩壁的极限摩阻力τ i（kPa） 承台底面或局部冲刷线以下各土层厚度li（m） 各土层摩阻力U*τ i*li（kN） 土层数 各土层与桩壁的极限摩阻力τ i（kPa） 承台底面或局部冲刷线以下各土层厚度li（m） 各土层摩阻力U*τ i*li（kN） 单桩轴向受压容许承载力［P］计算 桩径d（m） 桩成孔直径增大值 桩尖处土的容许承载力［σ 0］（kPa） 清底系数
桥梁墩身计算长度算法探究
桥梁墩身计算长度算法探究桥梁设计过程中需要利用桥墩计算长度系数来考虑结构的二阶效应，而规范暂时没有提供一个可供工程设计人员方便使用的方法，文章介绍一种能够较为准确计算长度系数而且具有可操作性的方法，即有限元法。
标签：桥墩；计算长度；有限元法1 前言目前，桥梁设计过程中，对结构进行桥墩承载力及稳定分析时，均需要计算墩身的计算长度lo，进而也就需要计算长度系数μ（lo=μ*l）。
根据材料力学或按照《公路钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）（下面简称《桥规》）5.3.1给出的部分特殊约束情况下计算长度系数：两端固定时μ=0.5，一端固定一端为不移动的铰时μ=0.7，两端均为不移动的铰时μ=1，一端固定一端自由时μ=2，其他情况根据工程经验选取。
实际计算中μ选取的偏差对计算结果会产生较大的影响，这就给设计者带来了一个麻烦——如何能够较为准确的选取μ。
文章将介绍一种能够较为准确的计算长度系数μ的方法：有限单元法。
2 算法介绍本算法计算推导过程中需要用到轴压杆件第Ⅰ类稳定的欧拉公式，即结构力学中虽然有计及轴向力影响下的杆端力与杆端位移的精确关系式，但是本方法所得稳定方程阶数较高，并且属于超越方程，难以手算或编程通过计算机解决。
有限单元法利用统一而简单的近似位移函数来描述单元的变形，然后利用虚工原理导出杆端力与杆端位移之间的关系。
由材料力学可知，本法对不计轴向力影响的杆件是精确的，但是对于考虑轴向力影响的杆件，本方法是近似。
但是通过划分单元仍可以达到工程需要的精度。
由虚功原理法，可得k？滓（具体推到过程见结构力学，文章不再赘述）由公式（7）可知：单元的几何刚度矩阵是对称矩阵，其各项元素的值与单元轴向力FP成正比。
由公式（6）（7）可得Fp的高阶方程，取出解中的最小根即为结构临界荷载。
本过程可通过有限元软件屈曲分析模块完成，如Midas、ansys等。
取得所需方向的一阶失稳临界荷载Fp，即上述Pcr，继而求得长度系数μ。
桥梁桩基础计算
桩长计算一、计算参数根据XXX桥《岩土工程勘察报告》取如下参数：（1）桩长埋入黄土地基容许承载力[б0]黄土：[б0]=164KPa（2）钻孔桩桩周的摩阻力标准值τi黄土：τi =80KPa桩长验算例：1号桥墩二、上部和下部荷载（1）上部荷载支点最大反力：中梁：949 kN；边梁：893 kN每个桥墩上部荷载为2*949+2*893=3684kN（2）单个桥墩下部结构自重盖梁N1=26*22.1=574.6kN墩柱N2=26*2*16.78*3.1416*0.75*0.75=1541.9kN系梁N3=26*7.49=194.7kN承台N3=26*88.2=2293.2kN桩基N5=26*4*L*3.1416*0.75*0.75=183.8LkN 桩基取自重的一半计算91.9LkN每个桩基承受的荷载为1/4* 51N N+3684/4=1/4*(574.6+1541.9+194.7+2293.2+91.9L)+3684/4= 1151.1+23L+921=2072.1+23L（kN）二、桩基轴向受压承载力容许值[Ra]按照《公路桥涵地基与基础设计规范》 JTG D63-2007中5.3.3条 摩擦桩单桩轴向受压承载力容许值：[][][])3(21a 22001-+=+=∑=h k f m q q A l q u R a r n i r p i ik γλ 其中r q =0.7*0.7*（164+1.5*18*（L-3）=13.23L+40.67则单桩轴向受压承载力容许值[Ra]=1/2*4.71*（80*L ）+3.1416*0.75*0.75*（13.23L+40.67）=211.8L+71.9三、结论当N<[Ra]，桩长满足设计要求。
即2072.1+23L <211.8L+71.9L>10.6桩顶至冲刷线5m根据甘肃地区地震区带划分，本桥址地处青藏北部地震区南北地震带兰州—通渭地震亚带，桥址地震动峰值加速度为0.2g ，为8度区，加之桥址处为饱和黄土地质，地质情况较差，建议采用钻孔灌注桩群桩基础，桩径1.5m,桩长30m 。
桥墩课程设计计算
桥墩课程设计计算桥墩课程设计计算设计资料上部结构为5孔20m 装配式混凝土简支梁,桥面净宽11m.下部结构采用双柱式圆柱墩。
墩柱及桩身尺寸构造见图，墩柱直径130cm,混凝土C30,f cd =13.8MPa,主筋RB335，f sd =280 MPa,灌注桩直径150cm, 混凝土C20, f cd =13.8MPa,主筋HRB335，f sd =280 Mpa 。
墩顶每片梁梁端设400⨯400mm 板式橡胶支座一个，台顶每片梁梁端设四氟版活动支座一个，板式橡胶支座摩阻系数f=0.05,滑板支座最小摩阻系数f=0.03,一般情况取0.05。
桥台上设橡胶伸缩缝。
盖梁、墩身构造均采用C30混凝土，4c 3.010MPa E =⨯，系梁采用C25混凝土，MPa 102.84C⨯=E ，主筋采用HRB335级钢筋，4C2.110MPa E =⨯，箍筋采用R235级钢筋，MPa 102.04C⨯=E 。
每片边梁自重 每片中梁自重 一孔上部结构每个支座支反力(kN)（kN ） (kN) 总重(kN)1、5号梁2、3、4号梁2706.18 边梁支座中梁支座26.6 27.46 265.47 270.05 一、荷载计算 （一）、恒载计算：墩柱上部恒载值由上知：(1)上部构造恒载，一孔重：2706.18kN; (2)盖梁自重（半根自重）：5304.29kN;(3)横系梁重:kN 8425.6250.12.1=⨯⨯⨯; (4)墩柱自重:墩柱自重：21.31225398kN 4π⨯⨯⨯=; （二）、活载计算荷载布置及行驶情况参考前面计算，数值直接取用。
1、汽车荷载(1)单孔单车时120255.28kN 0255.28255.28kN B ,B ,B ===+=相应得制动力为：[]2010.50.752380.751033.6kN T %=⨯⨯+⨯⨯=<90kN所以单孔单车时得制动力取为：T=90kN(2)双孔单车时1276.28kN 255.28kN 76.28255.28332.06kNB ,B ,B ===+= 相应得制动力为：[]22010.50.752380.751049.35kN 90kNT %=⨯⨯⨯+⨯⨯=<取双孔单车制动力为：T=90kN 。
摩擦桩桩长的计算(新规范)
一、计算过程及说明5.3.3 摩擦桩的单桩轴向受压承载力容许值【Ra】，可按下式计算：u-桩身周长（m）；本桥u=4.7124A p -桩端截面面积（m 2),对于扩底桩，取扩底截面面积本桥A P =3.1415926X D 2/4 = 1.7671桩径=1.5n-土层的层数，l i -承台底面或局部冲刷线一下各层土的厚度（m），扩孔部分不计q ik -与l i 对应的各层土与桩侧的摩阻力标准值（KPa），宜采用单桩摩阻力试验值， 当无试验条件时，按本规范5.3.3-1选用本桥所采用值的表格岩层数l iq ik 1 1.780802 4.350319120400500600700800900 =6199.15(KN)-桩端处土的承载力基本容许值（KPa），按本规范3.3.3条确定本桥500m 0-清底系数，按本规范5.3.3-3条确定0.7λ-修正系数0.70.65h-桩端的埋置深度（m），对于有冲刷的的桩基，埋深由一般冲刷线起算，对无冲刷的桩基埋置深度由天然地面线或实际开挖后的地面线起算，大于40米，按40米计算本桥m 0=桩端为透水性土时，本桥λ=桩端为不透水性土时，本桥λ=[][][])3(0(22121-+=+=∑=h fa u Ra rk m q q A l q rrP i ni rk λl q ini rku ∑=121[]0fa []=0fa本桥冲刷深度=0（从现地面冲刷掉的深度）本桥埋置深度h=25（冲刷线至桩低深度)本桥K 2深度=5本桥r 2深度=20q r -桩端处土的承载力容许值（KPa），当持力层为砂土，碎石土时，若计算值超过下列值1228.50本桥采用的q r =1228.50【Ra】-单桩轴向受压承载力容许值（KN)，【Ra】=8370.1（KN)二、桩长的计算及结果6000（KN）25（米）k 2-容许承载力随深度的修正系数，根据桩端持力层土类按按本规范3.3.4条确定桩长的采用单桩顶垂直轴力【N】=25初步拟定桩长L=r 2-桩端以上各土层的加权平均重度（KN/m 3）宜采用：粉砂1000KPa，细砂1150KPa，中砂，粗砂，砾砂1450KPa，碎石土2750KPa[][]=-+=)3(0(22h fa rk m q rλ。
新规范下的钻孔灌注桩桩长计算
新规范下的钻孔灌注桩桩长计算摘要运用新桥规进行静定结构的桩基础长度计算，采用公路—Ⅰ级荷载标准，以标准跨径16m、桥面全宽10m、桥面铺装12cm防水混凝土+5cm沥青混凝土、盖梁长度10.5m的预应力空心板桥为例说明钻孔灌注桩的桩长计算与老桥规的不同。
关键词钻孔灌注桩、自重、车辆荷载、车道荷载、桩长、冲刷深度钻孔灌注桩基础由于施工技术较成熟、工期短、检测方法较完善等优点被广泛应用于大中桥梁的基础设计中。
自《公路桥涵设计通用规范JTG D60-2004》、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTG D62-2004》和《公路桥涵地基与基础设计规范 JTG D63-2007》发布以来，在桥涵结构计算上，新旧规范交替使用，计算方法比较混乱，故撰此文以推进新规范的应用。
对比新老规范的主要不同之处有以下几点：1明确了公路桥涵结构应进行承载能力极限状态和正常使用极限状态设计；2引入了公路桥涵设计的安全等级及其重要性系数；3适当调整了公路桥涵分类标准；4新规范取消了原标准汽车荷载等级，改为采用公路-Ⅰ级和公路-Ⅱ级标准汽车荷载；取消了挂车和履带车验算荷载，将验算荷载的影响间接反映在汽车荷载中；5将汽车冲击系数以跨径为主要影响因素的计算方法，改为以结构基频为主要影响因素的计算方法。
本文仅以双柱式钻孔灌注桩的桩长计算为例，说明新规范下桩长的计算过程。
该桥是河南省商丘市境内王引河上的一座桥梁，上部为预应力空心板结构，下部为柱式结构，钻孔灌注桩基础；桥面全宽10m；跨径3-16m；桥面铺装为12cm防水混凝土+5cm沥青混凝土；桥位地质情况经钻探后得到岩土勘察报告，可提供有关数据。
一、永久作用桩长计算时，永久作用主要表现为结构重力，下图为桥梁结构横断面图。
1、上部构造（一孔）（1）空心板：10×6.72×25=1680kN（2）桥面铺装：防水砼：0.12×9×16×25=432kN沥青砼：0.05×9×16×23=165.6kN （3）防撞护栏：8.78×25+4.7=224kN。
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L/d 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.8 20.364 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4.81 -0.19 -10.89 -13.29 -20.49 -27.19 -0.03 -0.03 -0.03 -0.03 -0.03 -0.03 -0.03
桩基砼方量： 桩长 桩底标高： 允许承载力[P]： 沉淀层厚度：
土类别
系数
老粘性 土 2.5
粘性土 一般粘性土
IL≥ 0.5 IL＜0.5
黄土
新近沉积 粘性土
砂土 粉砂 老黄土 1.5 中密 2.0 密实 2.5 细砂 中密 3.0 4.0 中砂 4.0 5.5 λ 值 砾砂粗砂 中密 5.0 密实 6.0 密实 中密 密实
残积粘性 新近堆积 一般新 黄土 土 黄土 1.5 1.0 1.5
115ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ λ γ 2
桩顶标高 h h-3
8.063 摩阻力 0.00 150.19 645.41 361.91 2714.34 1120.57 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
[σ 0] 桩尖力qr m 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 500 1105.301 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
3号墩
设计桩径 1.2 直径扩大 0 成孔直径 1.2 桩周长 3.7699112 截面积 1.13097 地面或冲刷线处标高 1.500 冲刷线处外荷载： 1338.6 桩顶反力 底层编号 层号 土层 τ 值(qik) σ 值 层底标高 层厚 深度L k2 m0 1-1/1-2 3-1 3-2 4-2 6-1 6-2 1 2 3 4 5 6 杂填土 粉土 淤泥质粘土 粉质粘土 圆砾 卵石 0 24 16 40 100 120 0 110 80 160 400 500 4.84 -0.16 -10.86 -13.26 -20.46 -27.16 0 1.66 10.7 2.4 7.2 6.7 -27.2 0 0 0 0 0 0 0 1.66 12.36 14.76 21.96 28.66 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 5 5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 5 2 0.7 0.7 0.7 0.7 0.8 0.8 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.7 浮容重γ
35.06 31 -22.937 安全度(单变量求解): 2200 3746.3 至桩底外荷载P: 1545.846 0.28 OK
0.72 16.5 0 0 0.72 18.73 0 0 0.72 18.23 0 0 0.72 19.63 0 0 0.85 10 0 0 0.85 10.5 24.44 21.44 0.72 19.13 0 0 0.72 18.75 0 0 0.72 19.14 0 0 0.72 18.42 0 0 0.7 0 0 0.7 0 0 0.85 0 0 2=（γ 0-10）/（1+e） γ 0=27~28 合计
改为嵌岩桩
4992.42 qr最大值
1105.301 1250.066 1450
0.8
程 序 说 明 1、该程序根据《公路桥涵地基与基础设计规范》5.3.3条编写，基本公式为：[p]=0.5u∑qikli+Apqr，其中qr=m0λ {[fa0]+k2γ 2(h-3)}。 2、程序中粉色和淡兰色单元格为输入区，其余均为计算结果显示区，使用时不得改动。 3、表中参数可在规范或地质报告中查得。 k2值
碎石土 碎石/圆砾/角砾 中密 5.0 密实 6.0 中密 6.0
卵石 密实 10.0
k2
1.5
2.5
1.0
m0值 t/d 0.6~0.3 0.3~0.1 m0 0.25~0.70 0.70~1.0 d≤1.5m时，t≤300mm；d＞1.5m时，t≤500mm，且0.1<t/d<0.3。
0.25
h/d 桩底土情况 透水性 不透水性
4~20 0.7 0.65
20~25 0.7~0.85 0.65~0.72
>25 0.85 0.72