基础工程课程设计.docx

中南大学土木工程学院基础工程课程设计铁路桥墩桩基础设计书姓名：杨俊升学号：1201131119班级：土木1303班指导老师：魏丽敏目录第一部分 设计说明书1一、基本概况1二、设计依据1三、设计方案1四、施工建议2第二部分 设计计算书3一、拟定尺寸3二、桩的布置及连接方式5三、承台底面形心处位移计算6四、墩身弹性水平位移计算10五、桩基检算12六、桩身截面配筋计算（一孔重载）14七、材料表19第一部分 设计说明书一、基本概况本次课程设计任务为铁路桥墩桩基础设计，桥梁计算跨度 ，梁全长 ，梁端缝0.1m。轨底至梁底3.36m，梁底至垫石顶0.5m，梁底至支座铰中心0.09m，一孔梁总重3100kN。要求确定桩的材料、桩长、桩数及桩的排列，并检算单桩承载力、群桩承载力、桩顶位移，计算桩身截面配筋，检算结构在土面处的位移。二、设计依据TB 10002.5-2005铁路桥涵地基与基础设计规范TB 10621-2014高速铁路设计规范TB 10002.3-2005铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范GB 50010-2002混凝土结构设计规范三、设计方案本设计采用钻孔灌注桩，桩身采用C30混凝土，采用旋转钻。持力层选在粗砂（中密）层，桩径采用1.25m，桩长40m，桩端进入持力层深度2.3m，标高-26.7m。确定桩数为8根两排，对称布置，桩列间中心距3.3m，排间中心距3.3m。地基容许承载力 kPa，单桩容许承载力 kN。墩顶水平位移 mm，容许水平位移 mm。单桩承载力、群桩承载力和墩顶水平位移均符合要求。桩身承受最大弯矩 kNm，选用 的I级钢筋，钢筋面积 mm2。赶紧采用环形对称布置，净保护层厚度60mm，主筋净距 mm。桩与承台的连接方式采用主筋伸入式，桩伸入承台板0.1m；主筋伸入承台长度0.9m。主筋在桩中的长度为 m。箍筋采用 。自桩顶以下 起每隔 设置一道加强箍筋（骨架钢筋），直径为 。顺钢筋笼长度每隔 沿圆周均匀设置4根骨架定位钢筋，直径为 。经配筋验算，截面应力和桩的稳定性均符合要求。四、施工建议地下水位标高+15.0m，桩全段在地下水位以下，施工时要注意加强排水措施，防止流砂等不良地质现象的发生。同时，施工时要加强对周围的地基沉降的观测，防止基础施工引起的周边建筑的不均匀沉降。钻孔施工建议使用反循环法。第二部分 设计计算书一、拟定尺寸1.桩身采用C30混凝土。2.设计桩径采用d=1.25m，钻孔灌注桩，采用旋转式钻头，成孔直径为1.30m。3.作土层分布图，根据地质条件，选用粗砂层为持力层，桩端进入砂土持力层的临界深度 ，即桩端进入持力层的深度要大于1.875m，从承台底面到细砂层底部深度为37.7m，则可取桩长l=40.0m，此时桩底标高为-26.7m，桩端进入持力层深度为2.3m。4. 按双孔重载估算桩数估算公式：单桩的容许承载力为：其中：（按成孔直径计算）（按设计直径计算）故：。该图层平均天然重度，由于桩侧土为不同土层，应采用各土层容重的加权平均值，在地下水位以上采用天然重度，在地下水位以下采用浮重度求得由铁路桥规TB1002.5-2005表4.1.2-3得，地基的基本承载力（中密粗砂），深度修正系数，。故 土质按较差易坍塌，清底按稍差处理，钻孔灌注桩桩底支撑力折减系数各土层的极限承载摩阻力：土层软塑砂粘土402.0粉砂508.1淤泥质砂粘土250.8细沙5026.8粗砂802.3由此算出单桩的轴向受压容许承载力：取，按二孔重载估算桩数：，取，验算后再作必要调整。二、桩的布置及连接方式1.布桩查铁路桥规，当时，最外一排桩至承台底板边缘的净距不得小于0.3d（设计桩径）且不得小于0.5m，且钻孔灌注摩擦桩中心距不应小于2.5成孔桩径，满足桩间距和和承台边到桩净距的前提下得到桩在承台底面的布置情况。500+1250+500+3300*3=12150500+1250+3300=5550.桩与承台的连接方式连接方式采用主筋伸入式，桩伸入承台cm，具体配筋见后三、承台底面形心处位移计算考虑承台加宽，以下轴向力在计算时均应增加1.设计荷载双线、纵向、二孔重载：N=23863.5kN，H=641.5kN，M=12689.6kNm双线、纵向、一孔重载：N=21853.9kN，H=735.0kN，M=8894.0kNm2.计算（1）桩的计算宽度其中，桩为圆形且d 1m. 所以 ,，其中（2）计算基础变形系数，其中：桩截面惯性矩C30混凝土有-假定桩为弹性桩，则其计算深度：深度内存在两层不同的土，则m的换算公式为：其中：，则桩的变形系数： -而桩的换算入土深度，故假设成立，桩为弹性桩。3.计算单桩桩顶刚度其中，（钻孔灌注桩）因为的直径，故，。又故由此算得 又，查表有故4.计算承台刚性系数对于低承台桩基，承台完全处于软塑砂粘土中，因此，承台的计算宽度为：，故5.计算承台底面形心处的位移a，b，桩基为竖直桩基，桩群对称布置，则有：由上式得承台形心位移：由上式可计算得：（1）荷载情况1：双线、纵向、二孔重载：N=23863.5kN，H=641.5kN，M=12689.6kNm（2）荷载情况2：双线、纵向、一孔重载：N=21853.9kN，H=735.0kN，M=8894.0kNm四、墩身弹性水平位移计算假定基础部分产生刚性转动，将墩身视为悬臂梁。桥上有车时风压强度W=800kPa，纵向水平风力等于风荷载强度乘以迎风面积，计算作用于墩身顶部的横向力及弯矩，将墩身所受风力视作均布荷载，用材料力学的方法，计算墩身顶部的位移和墩底转角。1.和纵向风力引起的弯矩： 墩顶外力：双线、纵向、一孔重载，墩身所受风力：将墩身视作悬臂梁，如图所示。其中： 由材料力学公式得到A截面位移：转角;从而得到墩顶转角为，位移为五、桩基检算1.单桩承载力计算（按二孔重载计算） 则桩顶内力： 桩身C30混凝土容重，土平均重度因全桩在水位标高以下，故桩自重：桩入土部分同体积土重：则 故单桩轴向受压承载力满足要求。2.群桩承载力检算（按双孔重载计算）将桩群看作一个实体基础，则实体基础为一台体，台体底面由于内摩擦角，较顶面放大，底面尺寸如图：桩自重：桩侧土重承台重： 承台侧面土重： 故群桩轴向受压承载力满足要求。 3.结构在土面处的位移（按一孔重载）在桥规中查m、m0时，只适用于结构在地面处的最大位移为6mm，若超过6mm就不能采用“m”法进行计算，故需要对桩在土面处的位移进行检算。承台底埋于土中深度：可以用m法直接查表计算。4.墩顶水平位移检算（按一孔重载）墩高：。一孔重载下，。则墩顶位移：故墩顶水平位移满足要求。六、桩身截面配筋计算（一孔重载）1.桩身弯矩计算故任意深度z处桩身截面弯矩：计算列表如下：Mz计算表azzAmBm22.82Am212.48BmMz（kNm）0.0 0.000 0.000 1.000 0.000 212.48212.480 0.2 0.581 0.197 0.998 4.496 212.055216.551 0.4 1.163 0.377 0.986 8.603 209.5053218.108 0.6 1.744 0.529 0.959 12.072 203.7683215.840 0.8 2.326 0.646 0.913 14.742 193.9942208.736 1.0 2.907 0.723 0.851 16.499 180.8205197.319 1.2 3.488 0.762 0.774 17.389 164.4595181.848 1.4 4.070 0.765 0.687 17.457 145.9738163.431 1.6 4.651 0.737 0.594 16.818 126.2131143.031 1.8 5.233 0.685 0.499 15.632 106.0275121.659 2.0 5.814 0.614 0.407 14.011 86.47936100.491 2.2 6.395 0.532 0.320 12.140 67.993680.134 2.4 6.977 0.443 0.243 10.109 51.6326461.742 2.6 7.558 0.355 0.175 8.101 37.18445.285 2.8 8.140 0.270 0.120 6.161 25.497631.659 3.0 8.721 0.193 0.076 4.404 16.1484820.553 3.5 10.174 0.051 0.014 1.164 2.974724.139 4.0 11.628 0.000 0.000 0.000 00.000 由表知：2.偏心距计算初始偏心距：偏心距放大系数：其中，影响系数计算长度：，（为变形系数）主力+附加力，所以；C30混凝土，。则3.配筋计算根据灌注桩构造要求，桥梁桩基主筋宜采用光圆钢筋，主筋直径不宜小于16mm，净距不宜小于120mm，且任一情况下不得小于80mm，主筋净保护层不应小于60mm。箍筋的直径可采用8mm，其间距采用200mm，摩擦桩下部可增大至400mm。在满足最小间距的情况下，尽可能采用单筋、小直径的钢筋，以提高桩的抗裂性，所以主筋采用I级钢筋。桩身混凝土为C30，根据桥规规定，取最小配筋率=0.5%,则选用的级钢筋，取净保护层厚度，采用对称配筋，则主筋净距为：，符合要求。桩与承台的联结方式为主筋伸入式，桩身伸入承台板0.1m，主筋伸入承台的长度（算至弯钩切点）对于光圆钢筋不得小于45倍主筋直径（即900mm，取伸入承台高度为900mm。），主筋应配到处以下2m处（约为13.63m）,取其长度为14m，则主筋总长为15m。箍筋采用，为增加钢筋笼刚度，顺钢筋笼长度每隔2m加一道的骨架钢筋。顺钢筋笼长度每隔2m沿圆周均匀设置4根定位钢筋，直径为。4.判断大小偏心n=6.56换算截面面积： ；换算截面惯性矩： 核心距