基础工程课程设计完美版

第 1 页 目录1 设计任务书31.1 设计目的31.2 设计任务31.2.1 设计资料 31.2.2 地质资料 31.2.3 材料41.2.4 基础方案 41.2.5 计算荷载 41.2.6 设计要求 61.3 时间及进度安排61.4 建议参考资料62 设计指导书82.1 拟定尺寸82.2 荷载设计及荷载组合82.2.1 荷载计算 82.2.2 桩顶荷载计算及桩顶荷载组合 82.3 桩基设计计算与验算102.3.1 桩长确定及单桩承载能力验算 102.3.2 桩身内力及配筋计算 112.3.3 单桩水平位移及墩台水平位移验算123 设计计算书13第 2 页 3.1 设计拟定尺寸133.2 荷载计算及荷载组合133.3 桩基设计计算与验算143.3.1 承载能力极限状态荷载组合 143.3.2 正常使用极限状态荷载组合 173.4 桩基设计与验算203.4.1 桩长与单桩承载力验算 203.4.2 桩的内力计算 213.4.3 桩身配筋计算 244 钢筋构造图294.1 钢筋用量计算294.1.1 纵筋用量计算 294.1.2 普通箍筋用量计算 294.1.3 横系梁主筋用量计算 294.1.4 横系梁箍筋用量计算 294.1.5 加劲箍筋用量计算 294.1.6 定位钢筋用量计算 304.1.7 伸入横系梁箍筋用量计算 304.1.8 钢筋总用量 304.2 配筋图304.3 三视图304 参考文献31第 3 页 1 双柱式桥墩钻孔灌注桩设计任务书1.1 设计目的：通过本课程设计，掌握承受竖向和水平力作用的单排桩基础的设计与计算，对相应规范有一定的了解。1.2 设计任务：1.2.1 设计资料：我国某公路桥墩采用桩（柱）式桥墩，初步拟定尺寸如下图所示。其上部结构为 28 米钢筋混凝土装配式 T 型梁桥，桥面宽 7 米。设计汽车荷载为公路 - 级。(单位：mm)1.2.2 地质资料：标高 30.00 米以上桩侧土为软塑亚粘土，其各物理性质指标为：容重 18.5KN/m3，土粒比重 G=2.70，天然含水量 =21% ， L=22.7%， P=16.3%；m=7000kN/m4；8019807575局 部 冲 刷 线3.0418一 般 冲 刷 线 3.最 低 水 位常 水 位4第 4 页 桩周土极限摩阻力 =40kPa；标高 30.00 米以下桩侧及桩底均为硬塑性土，其各物理性质指标为：容重 19.5KN/m3，土粒比重 G=2.70，天然含水量 =17.8%， L=22.7%， P=16.3%， m=15000kN/m4；桩周土极限摩阻力 =65kPa； 0=350kPa。1.2.3 材料：桩采用 C25 混凝土浇注，混凝土弹性模量Eh=2.85104MPa，所供钢筋有 R235 和 HRB335。1.2.4 基础方案：该桥墩基础由两根钻孔桩组成，旋转成孔。 （钻头直径（即桩的设计直径）取 1.21.6m，桩底沉淀土厚度 t=(0.10.3)d。上部柱直径为 1.0m，在局部冲刷线处设置横系梁。 ）1.2.5 计算荷载一跨上部结构自重 G1（见下表）盖梁自重 G2局部冲刷线以上一根桩重 G3 最低水位： ，常水位：桩自重 G4横系梁自重 G5汽车荷载级（活载）在墩柱顶的反力双孔布载 G6 =536.68KN，单孔布载 G7(见下表)车辆荷载反力已按偏心受压原理考虑横向分布的分配第 5 页 影响。G7 在顺桥向引起的弯矩( 见下表)水平荷载：a.制动力：T=45.00KN,作用点在支座中心，距桩顶距离为 12.6m。b.纵向风力：盖梁部分 W1(见下表),对桩顶力臂为 11.62m。墩身部分 W2(见下表),对桩顶力臂为 4.96m。G1 G7 M W1荷载分组编号（学号个位）kNkmkN荷载分组编号（学号十位）kN1 2415 400 135 0 5.22 2415 400 135 1 5.23 2415 390 135 2 5.44 2435 400 135 3 5.85 2435 400 135 W26 2435 390 135荷载分组编号（学号百位）kN7 2435 390 135 1 3.08 2450 400 135 2 3.29 2450 400 135第 6 页 0 2450 390 1351.2.6 设计要求确定桩的长度，进行单桩承载力验算。桩身强度计算，求出桩身弯矩图（用坐标纸绘制）定出最大桩身弯矩值及其相应的截面和相应轴力，配置钢筋，验算截面强度，计算出主筋长度，螺旋钢筋长度，钢筋总用量。验算墩顶纵桥向水平位移。绘制桩基布置图及桩身配筋图。全部设计计算工作、设计计算书编写在一周内完成（按五天计） ，严禁相互抄袭。全部设计文件采用课程设计专用设计用纸和课程设计资料袋。1.3 时间及进度安排：1）布置设计内容及准备相关参考书、设计规范： 0.5天2）荷载计算及组合： 0.5 天3）桩长确定及单桩承载力验算： 0.5 天4）配筋计算及墩顶位移验算： 1 天5）设计校核： 0.5 天6）完成设计说明书： 1 天7）完成设计图纸。 1.天第 7 页 1.4 建议参考资料规范：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）公路桥涵地基与基础设计规范 （JTG D63-2007）道路工程制图标准 （GB50162-92）结构设计原理凌治平主编，人民交通出版社基础工程凌治平主编，人民交通出版社桥梁工程公路桥涵设计手册墩台与基础 ，人民交通出版社第 8 页 2 单排桩基础课程设计指导书2.1 拟定尺寸桩径：参考选择范围：1.2m1.6m。桩长：据所选定的持力层选择。摩擦桩的桩长不应小于 4m，桩底端部应尽可能达到该土层的桩端阻力的临界深度。一般不宜小于 1m。横系梁：梁高取（0.81.0）d ；梁宽取（0.61.0）d。详见公路桥涵地基与基础设计规范(JTG D63-2007)第 5.2.5条第 3 款2.2 荷载计算及荷载组合2.2.1 荷载计算浮力的考虑参见公路桥涵设计通用规范 （JTG D60-2004）第 4.2.4 条墩柱自重应考虑常水位和最低水位两种情况。钢筋混凝土重度取 25KN/m3；有效重度取 15KN/m3。2.2.2 桩顶荷载计算及桩顶荷载组合参见公路桥涵设计通用规范 （JTG D60-2004）第4.1 有关条款及公路桥涵地基与基础设计规范(JTG D63-2007) 第 1.0.5 条1.0.11 条有关条款。可列表计算第 9 页 常水位 最低水位 内力荷载名称N(kN)H(kN)M(kN.m)N(kN)H(kN)M(kN.m)1 永久作用G1+G2+G3+G52 汽车荷载，双跨3 汽车荷载，单跨4 制动力5 风力 W常水位荷载组合常水位按承载能力极限状态 按正常使用极限状态N(kN)H(kN)M(kN.m)N(kN)H(kN)M(kN.m)1+21+3Nmax H M1+2+4+5N H Mmax1+3+4+5 Nmax H M第 10 页 N H Mmax最低水位荷载组合最低水位按承载能力极限状态 按正常使用极限状态N(kN)H(kN)M(kN.m)N(kN)H(kN)M(kN.m)1+21+3Nmax H M1+2+4+5N H MmaxNmax H M1+3+4+5N H Mmax2.3 桩基设计计算与验算2.3.1 桩长确定及单桩承载能力验算桩长的计算可以根据持力层位置拟定，再根据单桩容许承载力的验算来修正，也可以根据单桩单桩承载力的验算公式反算桩长。地基承载能力验算根据公路桥涵地基与基础设计规范(JTG D63-2007) 第 1.08 条规定，验算荷载采用正常使用极限状态荷载组合。取能产生最大竖向轴向力 Nmax 的荷载组合作为控制荷载。第 11 页 G桩身自重与置换土重（当自重计入浮力时，置换土重也计入浮力）的差值R地基承载力容许值抗力系数。按公路桥涵地基与基础设计规范(JTG D63-2007) 第 5.3.7 条规定取值。Ra 单桩轴向受压承载力容许值。由于 R 取值不同，应取永久荷载 +汽车荷载及永久荷载+ 可变荷载两种工况验算。2.3.2 桩身内力及配筋计算(1)计算桩的计算宽度圆形截面桩： =(+1)0.9(2)计算桩土变形系数 ，并判断桩是否为弹性桩(3)计算最大冲刷线处桩顶荷载按公路桥涵地基与基础设计规范(JTG D63-2007) 第 1.0.5 条规定基础结构设计当按承载能力极限状态设计时，应采用作用效应基本组合和偶然组合（本设计不考虑）进行验算。控制荷载应取按承载能力极限状态设计时，能产生最大弯矩及相应轴力较小的工况进行验算。(4)桩身内力计算可列表进行，相应格式可参照下表：求出桩身弯矩及剪力图（用坐标纸绘制）Z hmABmAH0BM0Z第 12 页 Z hqAqBqAH0qBM0ZQ(5) 配筋计算a桩身最大弯矩值及其相应的截面位置的确定可由桩身弯矩图（用坐标纸绘制）确定（图解法） ，也可计算出系数 CQ 后，查表求得（数解法） 。b求出最大弯矩和相应轴力后，配筋计算及截面强度验算课参见结构设计原理有关偏心受压构件强度计算部分。最大弯矩及相应轴力应取设计值，要考虑荷载分项系数。桩基构造要求详见公桥基规第 5.2.2 条及 5.2.5 条第 3 款有关规定。钢筋布置要考虑：（1）主筋钢种、直径，与承台的联结方式及主筋的截断；（2）箍筋的直径、间距，加强筋的设置。第 13 页 2.3.3 单桩水平位移及墩台水平位移验算作用效应按正常使用极限状态组合取最大冲刷线处，查表求得桩身水平位移 x0 ，要求 。墩台顶水平位移验算参照教材有关章节。第 14 页 3 设计计算书3.1 设计拟定尺寸桩径：1.5m。桩长：14m。横系梁：梁高：1.2m 梁宽：1.2m3.2 荷载计算两跨上部结构自重 1=2435盖梁自重 冲刷线以上每根桩自重最低水位时：常水位时：桩自重（每延米）：=19.627/3第一层：第 15 页 第二层：横系梁：汽车荷载（公路 II 级）：双孔： 6=536.68单孔： 7=400水平荷载：制动力： =45.00风力： 1=5.22=3.0常水位 最低水位 内力荷载名称N(kN)H(kN)M(kN.m)N(kN)H(kN)M(kN.m)1 永久作用G1+G2+G3+G51661.45 0 0 1693.00 0 02 汽车荷载，双跨536.68 0 0 536.68 0 03 汽车荷载，单跨400 0 135 400 0 1264 制动力 0 45 567 0 45 5675 风力 W 0 8.2 75.30 0 8.2 75.303.3 荷载组合计算3.3.1 承载能力极限状态常水位（N）第 16 页 （1）（2）（1）（2）第 17 页 常水位（H）常水位（M）最低水位（N）（1）（2）第 18 页 （1）（2）最低水位（H）最低水位（M）3.3.2 正常使用极限状态第 19 页 常水位（N）常水位（H）常水位（M）最低水位（N）第 20 页 最低水位（H）最低水位（M）常水位荷载组合常水位按承载能力极限状态 按正常使用极限状态N(kN)H(kN)M(kN.m)N(kN)H(kN)M(kN.m)1+2 2745.09 0.00 0.00 2037.12 0.00 0.001+3 2553.74 0.00 0.00 1941.45 0.00 88.201+2+4+5 2745.09 50.41 613.64 2037.12 51.15 623.48第 21 页 2519.69 69.31 851.782049.74 50.41 613.641+3+4+52385.74 69.31 984.081941.45 51.15 93.65最低水位荷载组合最低水位按承载能力极限状态 按正常使用极限状态N(kN)H(kN)M(kN.m)N(kN)H(kN)M(kN.m)1+2 2782.96 0.00 0.00 2068.68 0.00 0.001+3 2591.60 0.00 0.00 1973.00 0.00 88.202782.95 50.41 613.641+2+4+52557.55 69.31 851.782068.68 51.15 623.482591.60 50.41 790.041+3+4+52423.60 69.31 975.261973.00 51.15 93.653.4 桩基设计与验算3.4.1 桩长与单桩承载力第 22 页 周长：面积：0=0.82=2.51=402=650=350=+=1.02782.95+59.49+8.084(5)=3047.95=2903.173.4.2 桩的内力计算计算宽度桩的变形系数计算局部冲刷线处的外力计算0=2423.600=69.31第 23 页 桩身内力计算弯矩：=0+0=69.310.308+975.26Z Am Bm0.00 0 0.00000 1.00000 0.00 975.26 975.26 0.32 0.1 0.0996 0.99974 22.41 975.01 997.42 0.65 0.2 0.19696 0.99806 44.32 973.37 1017.69 0.97 0.3 0.2901 0.99382 65.28 969.23 1034.51 1.30 0.4 0.37739 0.98617 84.92 961.77 1046.70 1.62 0.5 0.45752 0.97458 102.96 950.47 1053.42 1.95 0.6 0.52938 0.95861 119.13 934.89 1054.02 2.27 0.7 0.59228 0.93817 133.28 914.96 1048.24 2.60 0.8 0.64561 0.91324 145.28 890.65 1035.93 2.92 0.9 0.68926 0.88407 155.10 862.20 1017.30 3.25 1 0.72305 0.85089 162.71 829.84 992.55 3.57 1.1 0.74714 0.81410 168.13 793.96 962.09 3.90 1.2 0.76183 0.77415 171.43 755.00 926.43 4.22 1.3 0.76761 0.73161 172.74 713.51 886.25 4.55 1.4 0.76498 0.68694 172.14 669.95 842.09 4.87 1.5 0.75466 0.64081 169.82 624.96 794.78 5.19 1.6 0.73734 0.59373 165.92 579.04 744.96 5.52 1.7 0.71381 0.54625 160.63 532.74 693.36 5.84 1.8 0.68488 0.49889 154.12 486.55 640.67 6.17 1.9 0.65439 0.45219 147.26 441.00 588.26 6.49 2 0.61413 0.40658 138.20 396.52 534.72 7.14 2.2 0.5316 0.32025 119.63 312.33 431.95 7.79 2.4 0.44334 0.24262 99.76 236.62 336.38 8.44 2.6 0.35458 0.17546 79.79 171.12 250.91 9.09 2.8 0.26996 0.11979 60.75 116.83 177.58 9.74 3 0.19305 0.07595 43.44 74.07 117.51 第 24 页 11.36 3.5 0.05081 0.01354 11.43 13.21 24.64 12.99 4 0.00005 0.00009 0.01 0.09 0.10 由由附表 B：=1.088=0=1.088975.26=1061.08剪力：Z Am Bm0.00 0 1 0 69.31 0 69.310.32 0.1 0.98833 -0.00753 68.5011523 -2.2618614 66.23929090.65 0.2 0.95551 -0.02795 66.2263981 -8.395621 57.83077710.97 0.3 0.90135 -0.05820 62.4725685 -17.482116 44.99045251.30 0.4 0.83898 -0.09554 58.1497038 -28.6983052 29.45139861.62 0.5 0.76145 -0.13747 52.7760995 -41.2932386 11.48286091.95 0.6 0.67486 -0.18191 46.7745466 -54.6421258 -7.86757922.27 0.7 0.58201 -0.22685 40.3391131 -68.141203 -27.80208992.60 0.8 0.48522 -0.27087 33.6305982 -81.3639306 -47.73333242.92 0.9 0.38689 -0.31245 26.8153459 -93.853731 -67.03838513.25 1 0.28901 -0.35059 20.0312831 -105.3102242-85.27894113.57 1.1 0.19388 -0.38443 13.4378228 -115.4750834-102.03726063.90 1.2 0.10153 -0.41335 7.0370443 -124.162073 -117.12502874.22 1.3 0.01477 -0.43690 1.0237087 -131.236022 -130.21231334.55 1.4 -0.06586-0.45486 -4.5647566 -136.6308468-141.1956034第 25 页 4.87 1.5 -0.13952-0.46715 -9.6701312 -140.322517 -149.99264825.19 1.6 -0.20555-0.47378 -14.2466705-142.3140364-156.56070695.52 1.7 -0.26359-0.47496 -18.2694229-142.6684848-160.93790775.84 1.8 -0.31345-0.47103 -21.7252195-141.4879914-163.21321096.17 1.9 -0.35501-0.46223 -24.6057431-138.8446474-163.45039056.49 2 -0.38839-0.44914 -26.9193109-134.9126732-161.83198417.14 2.2 -0.43174-0.41179 -29.9238994-123.6934802-153.61737967.79 2.4 -0.44647-0.36312 -30.9448357-109.0739856-140.01882138.44 2.6 -0.43651-0.30732 -30.2545081-92.3127816 -122.56728979.09 2.8 -0.40641-0.24853 -28.1682771-74.6534414 -102.82171859.74 3 -0.36065-0.19052 -24.9966515-57.22839