沉降计算

关于大庆新技术产业开发区铁路专用线新建工程CK4+404.40位置新建桥与

哈齐客专立交处基础沉降的计算

一．项目概况：

大庆高新技术产业开发区铁路专用线位于大庆市、安达市境内，接轨于滨洲线的卧里屯、安达车站，下钻滨洲线和在建哈齐客专后，向北下钻哈大高速公路（哈尔滨至大庆）、国道G10和安萨路后，设电厂站，再向北设铝业站，线路全长43.12km。

联络线起自卧里屯站货运车场既有1道，与哈齐客专DK131+986处交叉，此处哈齐客专与滨洲线间距为49.56m，曲线半径为400m，以2-32mT梁下钻客专，在哈齐客专安达跨牵出线特大桥82-83号墩之间穿过，交叉角度24°。如图所示：

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二．地质资料：

根据ZA-1钻孔提供的地质资料，主要岩土力学指标如下表：

工地描述 取样深度 取样每层深 内摩擦角 密度 比重 压缩模量 压缩系数 孔隙比 粉质黏土 1.00 1.00 13.3 1.93 2.72 4.45 0.370 0.719 粉质黏土 2.20 1.20 15.6 1.99 2.72 4.77 0.340 0.696 粉质黏土 3.40 1.20 6.3 1.91 2.72 3.50 0.490 0.845 粉质黏土 4.40 1.00 6.4 1.92 2.74 5.26 0.340 0.854 粉质黏土 6.10 1.70 15.2 1.95 2.73 3.60 0.480 0.797 粉质黏土 8.70 2.60 13.4 1.91 2.74 0.815 粉质黏土 10.30 1.60 6.4 1.91 2.73 3.55 0.510 0.860 粉质黏土 13.00 2.70 1.85 2.74 5.39 0.340 0.900 细砂 14.40 1.40 细砂 16.30 1.90 细砂 17.40 1.10 中砂 19.40 2.00 粗砂 21.30 1.90 粗砂 23.20 1.90 泥岩 25.60 2.40 17.4 1.95 2.73 8.09 0.210 0.734 泥岩 28.40 2.80 12.5 1.98 2.74 7.93 0.210 0.692 泥岩 30.30 1.90 13.3 1.93 2.72 4.24 0.400 0.758 泥岩 32.00 1.70 1.90 2.75 10.04 0.180 0.852 泥岩 34.40 2.40 1.90 2.75 5.17 0.350 0.858 泥岩 35.80 1.40 16.5 1.87 2.74 5.77 0.300 0.811 泥岩 38.30 2.50 1.84 2.75 8.82 0.200 0.793 泥岩 41.10 2.80 2.73 泥岩 42.50 1.40 1.84 2.73 9.71 0.180 0.783 泥岩 44.00 1.50 2.75 泥岩 45.90 1.90 17.4 1.83 2.75 8.37 0.220 0.878 泥岩 48.70 2.80 1.94 2.73 6.09 0.280 0.731 泥岩 51.50 2.80 2.73 泥岩 54.30 2.80 1.96 2.74 8.45 0.200 0.732 泥岩 57.20 2.90 1.90 2.75 8.89 0.200 0.799 泥岩 59.70 2.50 1.80 2.75 10.90 0.170 0.880 2

三．基础沉降检算：

新建桥拟采用2-32m孔跨与哈齐客专立交，由于基础相离较近，新建桥基础可能对哈齐客专基础产生附加力作用，造成哈齐客专基础沉降偏大，现主要对哈齐客专基础沉降进行检算。由于公路规范和铁路规范在基础沉降部分的理论与计算模型相同，只是经验系数的取值略有不同，因此，将公路和铁路的计算合在一起，以确定新建桥孔跨及基础布置是否合理。

（一）、哈齐客专原基础沉降计算 1、计算基本数据：

本沉降计算方法主要采用角点法，桩尖所在持力层泥岩作为桩尖持力层，由于地质所提供数据不全，按地质表中数据和相关资料文件，查得相应数据：

内摩擦角：ψ=25°

桩尖持力层及以下土层弹性模量：Ec=20000KPa 哈齐客专承台底外力为：N=19200KN 土层平均浮容重：09.9KN/m3 桩长：h042m 承台底埋深：h'3.5m

用角点法对桩基进行沉降检算，桩基当做实体基础，其桩尖底面形成的受压面积，按如下图所示：

模型底面积：A=（4.6×2+4）×（4.6×2+9.4）=245.5m2。 2、计算过程及结果： ①、桩底以下竖向自重应力σc

3

桩尖以下土层均为泥岩层，平均取d=1.0m计算，桩尖处为0号点，以下依次顺延，按下式计算：

c0h0h'd

式中：

h0——桩长。

h'——地面至承台底距离。

计算得桩尖以下各层的自重应力结果下表：

点号 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 厚度 （m） 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 竖向自重应力σc （KN/m2） 452.54 462.49 472.44 482.38 492.33 502.27 512.22 522.17 532.11 542.06 552.00

点号 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 厚度 （m） 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 竖向自重应力σc （KN/m2） 561.95 571.90 581.84 591.79 601.73 611.68 521.63 631.57 641.52 651.46 ②、桩底以下附加应力计算： 桩尖以上天然土及桩基总重：

2G245.545.59.9(12)428(25109.9)(10.4523.87.60.51223.81)9.9111150KN基底平均压力：

ppNGF,其中N19200kN 11115019200530.95kpa245.5

桩底平均附加应力：

p0530.95452.5478.41kpa

基底以下各点的附加应力的计算参考《地基及基础》，利用公式：z4Kcp0进行计算。其

4

中，平均附加应力系数：

KciKi1Ki2。

具体计算结果详见下表：

点 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 a/2 b/21.41 1.41 1.41 1.41 1.41 1.41 1.41 1.41 1.41 1.41 1.41 1.41 1.41 1.41 1.41 1.41 1.41 1.41 1.41 1.41 1.41 桩尖以下深度 z（m） 0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 11.0 12.0 13.0 14.0 15.0 16.0 17.0 18.0 19.0 20.0 z b/20.00 0.15 0.30 0.45 0.61 0.76 0.91 1.06 1.21 1.36 1.52 1.67 1.82 1.97 2.12 2.27 2.42 2.58 2.73 2.88 3.03 附加应力系数 K 0.25 0.25 0.25 0.24 0.23 0.22 0.20 0.19 0.17 0.15 0.14 0.13 0.12 0.11 0.10 0.09 0.08 0.07 0.07 0.06 0.06 平均附加应力系数 Kc 0.25 0.25 0.25 0.24 0.23 0.22 0.21 0.19 0.18 0.16 0.15 0.13 0.12 0.11 0.10 0.09 0.08 0.08 0.07 0.07 0.06 桩底平均附加应力 σz=4KcP0（Kpa） 78.41 78.34 77.82 76.34 73.66 69.93 65.45 60.58 55.64 50.83 46.29 42.09 38.25 34.79 31.68 28.90 26.41 24.19 22.20 20.43 18.84 ③、沉降计算结果：

按TB10002.5-2005铁路桥涵地基和基础设计规范对基础沉降的要求，计算均可简化为以下公式：

SmsSimsi1i1nnzEsi(ziKCizi1KC(i1))

Sn0.025Sii1n式中：ms的取值按0.2取值，并对沉降深度按公式进行计算：其中Sn为深

度zn处向上取厚度为z的土层的沉降值，Si为计算深度范围内第i薄层土的沉降量。 由上述公式计算得桩底至计算土层顶面的距离z为17m。

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具体计算结果详见下表：

点 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 基底至计算土层顶的距离 m 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Kc 0.25 0.25 0.25 0.24 0.23 0.22 0.21 0.19 0.18 0.16 0.15 0.13 0.12 0.11 0.10 0.09 0.08 0.08 自重应力 KN/m2 452.543 462.489 472.435 482.381 492.327 502.273 512.219 522.165 532.111 542.057 552.003 561.949 571.895 581.841 591.787 601.733 611.679 621.625 附加应力 KN/m2 78.406 78.336 77.821 76.338 73.663 69.926 65.447 60.584 55.638 50.827 46.286 42.086 38.255 34.793 31.683 28.898 26.410 24.188 自重应力平均值 KN/m2 457.52 467.46 477.41 487.35 497.30 507.25 517.19 527.14 537.08 547.03 556.98 566.92 576.87 586.81 596.76 606.71 616.65 附加应力平均值 KN/m2 78.37 78.08 77.08 75.00 71.79 67.69 63.02 58.11 53.23 48.56 44.19 40.17 36.52 33.24 30.29 27.65 25.30 自重应力+附加应压缩模量 力 KN/m2 kPa 535.89 20000 545.54 20000 554.49 20000 562.35 20000 569.09 20000 574.93 20000 580.21 20000 585.25 20000 590.32 20000 595.59 20000 601.16 20000 607.09 20000 613.39 20000 620.05 20000 627.05 20000 634.36 20000 641.95 20000 沉降量 m 0.00078 0.00078 0.00077 0.00075 0.00072 0.00068 0.00063 0.00058 0.00053 0.00049 0.00044 0.00040 0.00037 0.00033 0.00030 0.00028 0.00025 0.00908 总沉降量ΣSi （二）、新建桥基础沉降计算 1、计算基本数据：

计算基本数据参照哈齐客专原基础沉降检算数据。 桩长：h043m

'承台底埋深：h2.5m

本计算方法同样采用角点法对桩基进行沉降计算，桩基当做实体基础，其桩尖底面形成的受压面积，按如下图所示：

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模型底面积：A=（4.71×2+3.8）×（4.71×2+3.8）=174.73m2。 2、计算过程及结果： ①、桩底以下竖向自重应力σc

桩尖以下土层均为泥岩层，平均取d=1.0m计算，桩尖处为0号点，以下依次顺延，按下式计算：

c0h0h'd

式中：

h0——桩长。

h'——地面至承台底距离。

计算得桩尖以下各层的自重应力结果下表：

点号 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 厚度 （m） 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 竖向自重应力σc （KN/m2） 452.54 462.49 472.44 482.38 492.33 502.27 512.22 522.17 532.11 542.06 552.00

点号 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 厚度 （m） 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 竖向自重应力σc （KN/m2） 561.95 571.90 581.84 591.79 601.73 611.68 521.63 631.57 641.52 651.46 7

②、桩底以下附加应力计算： 桩尖以上天然土及桩基总重：

2G174.7345.59.9(12)435(259.9)(4.84.823.83.80.5)9.9G79395.96KN

基底平均压力：

pNGF,其中N9367.48kN

p79395.969367.48508kpa174.73

桩底平均附加应力：

p0508452.5455.46kpa

基底以下各点的附加应力的计算参考《地基及基础》，利用公式：z4Kcp0进行计算。其

KciKi1Ki2。

具体计算结果详见下表：

点 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 (a/2) (b/2) 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 桩尖以下深度 z（m） 0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 11.0 12.0 z (b/2) 0.00 0.15 0.30 0.45 0.61 0.76 0.91 1.06 1.21 1.36 1.51 1.66 1.82 附加应力系数 Ko 0.25 0.25 0.25 0.24 0.22 0.21 0.19 0.17 0.15 0.13 0.12 0.11 0.10 平均附加应力系数 Kc 0.25 0.25 0.25 0.24 0.23 0.21 0.20 0.18 0.16 0.14 0.13 0.11 0.10 σz=4KcP0（Kpa） 55.46 55.39 54.88 53.42 50.87 47.42 43.46 39.34 35.33 31.59 28.19 25.17 22.51 中，平均附加应力系数

8

13 14 15 16 17 18 19 20 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 13.0 14.0 15.0 16.0 17.0 18.0 19.0 20.0 1.97 2.12 2.27 2.42 2.57 2.72 2.87 3.03 0.09 0.08 0.07 0.06 0.06 0.05 0.05 0.04 0.09 0.08 0.07 0.07 0.06 0.06 0.05 0.05 20.17 18.13 16.34 14.78 13.41 12.21 11.15 10.22 ③、沉降计算结果：

按JTG D63-2007公路桥涵地基与基础设计规范对基础沉降的要求，计算均可简化为以下公式：

SmsSimsi1i1nnzEsi(ziKCizi1KC(i1))

Sn0.025Sii1n式中：ms的取值按0.2取值，并对沉降深度按公式进行计算：其中Sn为

深度zn处向上取厚度为z的土层的沉降值，Si为计算深度范围内第i薄层土的沉降量。

由上述公式计算得桩底至计算土层顶面的距离z为16m。

具体计算结果详见下表：

点 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

基底至计算土层顶的距离 m 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Kc 0.25 0.25 0.25 0.24 0.23 0.21 0.20 0.18 0.16 0.14 0.13 0.11 0.10 0.09 0.08 自重应力自重应力 附加应力 平均值 KN/m2 452.543 462.489 472.435 482.381 492.327 502.273 512.219 522.165 532.111 542.057 552.003 561.949 571.895 581.841 591.787 KN/m2 55.462 55.392 54.877 53.422 50.869 47.425 43.461 39.339 35.327 31.587 28.195 25.172 22.507 20.170 18.127 KN/m2 457.52 467.46 477.41 487.35 497.30 507.25 517.19 527.14 537.08 547.03 556.98 566.92 576.87 586.81 附加应力平均值 KN/m2 55.43 55.13 54.15 52.15 49.15 45.44 41.40 37.33 33.46 29.89 26.68 23.84 21.34 19.15 自重应力+附加应力 KN/m2 512.94 522.60 531.56 539.50 546.45 552.69 558.59 564.47 570.54 576.92 583.66 590.76 598.21 605.96 压缩模量 kPa 20000 20000 20000 20000 20000 20000 20000 20000 20000 20000 20000 20000 20000 20000 沉降量 m 0.00055 0.00055 0.00054 0.00052 0.00049 0.00045 0.00041 0.00037 0.00033 0.00030 0.00027 0.00024 0.00021 0.00019 9

15 16 15 16 0.07 0.07 601.733 611.679 16.342 14.781 596.76 606.71 17.23 15.56 613.99 622.27 20000 20000 0.00017 0.00016 0.00577 总沉降量ΣSi （三）、新建桥基础与哈齐客专桥梁基础对沉降相互影响的分析

新建桥基础与哈齐客专桥梁基础分别对桩底以下土层的影响主要考虑两方面： 1、按角点法计算出的桩尖附加应力影响范围的大小；

2、按沉降深度和桩尖以下土层内摩擦角对桩尖附加应力的分散影响范围的大小，即桩尖以下土的内摩擦角与受附加沉降深度的乘积；

其影响范围如图所示：

如图上所示，则相互影响的桩有：4、6、7、8、B、a.，其影响的沉降深度为：

4号桩：z=0.68/tan25=1.46m

m0.33mm 即4号桩受专用线桩基以下14m深及以下沉降： S4'0.00033m0.00033m0.00941m9.41mm 总沉降为：S40.009086号桩：z=1.11/tan25=2.38m

m0.52mm 即6号桩受专用线桩基以下13m深及以下沉降：S6'0.00052

10

总沉降为：S60.00908m0.00052m0.00960m9.60mm 7号桩：z=2.25/tan25=4.83m

即7号桩受专用线桩基以下11m深及以下沉降：S7'0.00097m0.97mm 总沉降为：S70.00908m0.00097m0.0100510.05mm 8号桩：z=3.41/tan25=7.31m

即8号桩受专用线桩基以下8m深及以下沉降：S8'0.00187m1.87mm 总沉降为：S80.00908m0.00187m0.01095m10.95mm B号桩：z=1.50/tan25=3.22m

即B号桩受哈齐客专桩基以下14m深及以下沉降：SB'0.00083m0.83mm 总沉降为：SB0.00577m0.00083m0.00660m6.60mm a号桩：z=1.15/tan25=2.47m

即a号桩受专用线桩基以下13m深及以下沉降：Sa'0.00052m0.52mm 总沉降为：Sa0.00908m0.000520.00960m9.60mm 沉降计算表详见下表：

桩号 受影响专线桥 影响深度至桩尖以下 影响沉降量 自身沉降 总沉降量 4 新建桥 14m 0.33mm 9.08mm 9.41mm 6 新建桥 13m 0.52mm 9.08mm 9.6mm 7 新建桥 11m 0.97mm 9.08mm 10.05mm 8 新建桥 8m 1.87mm 9.08mm 10.95mm B 哈齐客专桥 14m 0.83mm 5.77mm 6.6mm a 新建桥 13m 0.52mm 9.08mm 9.6mm

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