哈工大桥梁基础工程课程毕业设计

目录一、哈尔滨工业大学课程设计任务书2二、地基和基础的方案比较4三、高承台桩基的设计与计算531桩基的设计532桩的设计933单桩桩顶所受外荷载计算1134验算20一、哈尔滨工业大学课程设计任务书姓名院（系）专业班号任务起至日期2012年11月26日至2012年11月30日课程设计题目某公路桥B号桥墩的基础与地基设计工程概况本设计对象为某I级公路干线上的桥梁，该桥由5跨30M预应力钢筋混凝土梁组成，桥墩为混凝土实体桥墩，该桥位于直线平坡段上，与河流正交，该地区无流冰及地震，该河道不通航。该桥梁的上部结构及桥墩部分设计已经完成，本课程设计的任务是完成B号桥墩基础与地基的设计与检算。墩帽尺寸简图及墩身坡度见图1。图1墩帽尺寸（单位CM）墩帽宽32M；墩帽长B87M；墩帽厚D052M墩身坡1M120，墩帽顶面标高14532M。工程地质和水文地质表1土的物理力学性质表土层编号土的名称土层顶面标高M土层厚度M饱和容重SATR相对密度DR土的状态1细砂1300351953035中密7粉砂1265451901052中密3中砂12201966040中密续表2土的物理力学性质表土层编号土的名称内摩擦角粘聚力CKPAMKN/M4基本允许承载力FA0KPA侧摩阻力标准值QIK（KPA）1细砂40砂33/16000190503中砂45/2000037060水文情况高水位1420M施工水位1320M常水位1320M一般冲刷深度河底以下160M局部冲刷深度河底以下530M荷载情况上部结构为30M预应力钢筋混凝土梁，桥面净宽7M2075M，设计汽车荷载为公路I级，人群荷载标准值为30KN/M2。因桥墩为实体墩故不计冲击力，同时因为线路为直线也不计离心力。以顺桥向计算为主，计得至墩台顶的各作用标准值见表3。表3墩台顶各作用标准值荷载情况P/KNH/KNM/KNM结构重力两跨270000000汽车双列双群双孔13500000汽车双列单孔9870004935人群单孔67500338单孔制动力00165000风压强度125KPA。设计要求1综合分析设计资料，对三种常用的桥梁基础类型（刚性扩大基础、桩基础和沉井基础）的技术合理性进行比较（限于课时，本次课程设计不考虑造价因素），选择较为合理的基础方案。2对选定的基础方案进行详细设计。3将以上全部成果整理成设计计算说明书和设计施工图。二、地基和基础的方案比较基础类型方案比较浅基础浅基础一般埋深较浅，且基础侧面土体的横向抗力很小而可以忽略不计，对浅层土质的要求较高。然而在本设计资料中，浅层土体承载力较低。故不适用。低承台桩基低承台桩基稳定性好，但在水中施工难度大，适用于季节性河流或冲刷深度较小的河流，有利于提高基础的稳定性。高承台桩基高承台桩基适用于常年有水，水位较高，冲刷深度大且施工时不易排水的河流，施工较低承台桩基方便，然而在稳定性方面不如低承台桩基。由于该河道不通航，无流冰。故此处比较选择高承台桩基。沉井深井适用于地基深层土的承载力大，而上部土层比较软，易于开挖的地层。但由于沉井在下沉过程中，在穿过地下水位以下的细、粉砂层时，大量砂土涌入井内，使沉井倾斜，对沉井的施工造成困难。对于本铁路桥梁基础而言，沉井基础施工不易，性价比过低。故不适用。三、高承台桩基的设计与计算31桩基的设计（一）承台尺寸的确定1承台底面的标高13200M对于高承台桩基，为了节省圬工或便于施工，可将底面标高放于施工水位以上。故此处，将承台底面的标高放于施工水位上。2承台高度的确定选用C30混凝土，厚度选用20M。承台板的厚度不宜小于15M，混凝土强度等级不得低于C25。3承台平面尺寸的确定承台长为105M，宽为50M已知墩帽顶面标高为14532M。墩帽的长为87M，宽为32M，墩身坡为120。承台底面标高为1320M，承台厚度为20M。即承台顶面标高为1340M。墩身高度为1453201408M由此可计算得出，墩身底面长度为852108/20958M，宽度为408M。考虑到材料刚性角要求，选取墩底加襟边。故选取承台长为2TAN45C105M，宽为50M。（二）作用在承台底面重心处的荷载设计1主力包括恒载（包括浮力）、活载、冲击力和离心力，因为桥墩为实体故不计冲击力，同时当线路为直线也不计离心力。垂直静载结构重力墩帽重墩身重承台重承台台阶上土重（1）结构重力2700KN（2）墩帽重33332KN墩帽重2D（B）442321052873KN（3）墩身重781墩身体积212AHV其中，墩身顶部面积1B42230853057M墩身底部面积222A21494831故墩身体积0835735716V墩身重16280KN（4）承台重2625KN承台体积305MV承台重126K（5）承台台阶上土重因承台底面标高处于施工水位上，承台台阶上没有土层覆盖，故承台台阶上土重为。0浮力常水位时承台处于水位线以上。故浮力0F高水位时34056KNF承台和部分墩身处于水位线以下。对于承台31205MV19810529KNGV对于墩身，其中，23HAHM21112B43793795MA22221B43089540869A故38153126257M3V2875KNFG综上，120940活荷载一孔活载车辆9870KN，人群675KN二孔活载车辆13020KN,人群135KN2附加力制动力165KN风力（忽略横向风力，只考虑纵向风力）从不利荷载考虑，包括常水位和高水位时的风荷载风压强度为125KPA墩帽1187052165KN,6502187354KNMPM墩身常水位时整个墩身皆位于水平面以上，此时，298073M2A9730P1374MK高水位时5154KNP3208/2承台风力1K125MM3、作用力系表考虑主力和纵向的附加力承台底面重心处荷载组合计算表表1承台底面重心处荷载组合计算表双跨布载，高水位双跨布载，常水位单跨布载，高水位单跨布载，常水位荷载类型NH力臂MNH力臂MNH力臂MNH力臂M上部结构重力2700270013501350墩帽自重33332333323333233332墩身自重728701728701728701728701承台自重2625262526252625水浮力33405600003340560000汽车荷载130230241302423298730249874232人群荷载135135675259675259制动力165137222638165137222638165137222638165137222638墩帽56513067379565130673795651306737956513067379墩身12741291452412203871061661274129145241220387106166风荷载承台12511251251125N9312891462389756691126041H17632245261582625133短期效应组合M5896811032621069732098432桩的设计1、桩材选择根据本工程的特点，选择钢筋混凝土钻孔灌注桩。2、桩径初步选定桩径为10M，成孔桩径105M。3、桩长和桩数的估算根据构造措施，钻孔中径不小于250M，边桩外侧距承台边缘的距离不小于05倍桩径。设置8根桩，行列式排列，布置图如下该地基土由三层土组成，根据公路基规中确定单桩轴向受压承载力容许值的经验公式初步反算桩长。设该灌注桩局部冲刷线以下的桩长为良好地基，则由轴向受压承载力要求得2YIIRAMXNN桩身自重置换土重（局部冲刷线以下）NI为一根桩受到全部竖向荷载，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）的差值作为荷载考虑。采用正常使用极限状态的短期效应组合，各系数取值如下桩身混凝土重度325/KNM每米桩重（考虑浮力）22105178/44WQDKNM上层土的有效重度为319305KN/中层土的有效重度为底层土的有效重度为36/M桩身截面积为22210794AD桩的自由长度桩顶标高局部冲刷线标高132125565M0L桩数8当两跨布载，常水位时MAX02H22YIMXNQLAHAN214638961759090154962154H5当单跨布载，常水位时MAX02H22YIMXNQLAHAN21643981759090154962154H95为单桩轴向受压容许承载力的抗力系数，按公桥规基表537选用。R因计算使用阶段，短期效应组合，荷载仅包括结构自重、汽车和人群荷载，所以，。1R为摩擦桩钻孔灌注桩的单桩轴向受压承载力容许值A12NAIKPRRUQLA023RAQMFH桩的设计直径D10M,采用旋转钻施工，则5CMD（1）桩周长134U（2）桩端面积2279AD（3）清底系数08M（4）修正系数，按，桩端为透水性土选用，070420LD（5）为桩端土的承载力基本容许值，第三层土0AF037KPAAF（6）为承载力容许值随深度的修正系数，中密中砂取2K24（7）为桩端至一般冲刷线各土层的加权平均重度，当持力层为透水性土时，水中部分土层取浮重度。近似取3号土的浮重度321960KN/M（8）为桩端的埋置深度，对有冲刷的桩基，埋深由一般冲刷线起算3H20231AIKPARUQLAMFKH48526108730496322H（KN）01H当双跨，常水位时，由得IRAN23685024518HH求得368HM当单跨，常水位时，由得IRA91求得1桩总长，取，即局部冲刷线以下桩0658234LLHM25L长为，桩底标高1070M。97HM此时桩端处的承载力容许值为325319617952KN/047023RAQFKH8795137MAX64P40KPRQ由上式验算，可知桩的轴向承载力满足要求。33单桩桩顶所受外荷载计算1桩的各参数确定（1）地基系数的比例系数M假设为弹性桩，局部冲刷线以下选取M值的计算深度HM为21MHD桩间净距0L5构件局部冲刷线以下的计算深度214MH（）在HM深度内有两层土时，应将两层土的比例系数换算成一个M值，作为整个深度的M值。122740,1551/59MH29617640（2）桩的计算宽度B1，故。由于，NC063DH00L25MH36D所以011697LK故19018MFBKD，要求满足0DM当时12,BNB（3）桩的抗弯刚度EI，受弯构件74628010KN6CEII2、桩的变形系数15674083MBEI，按弹性桩计算。8692H3、单位“力”作用局部冲刷线处，桩在该处变位00MQ、（1）式中系数KH当桩底置于非岩石类土上，且H25，令KH0。（2）式中系数AI、BI、CI、DI值，根据查表确定，当35时，按查表确定。40H4005343611241900QEI06343226870MADIB06343611751300MACEIB4单位“力”作用桩顶时，桩顶变位计算HMHM、30024291HQLLLEI200403MHMQLLI0491MMLEI5桩顶发生单位变位时，桩顶产生内力计算（单桩桩顶刚度系数）。、计算1已知条件05，L015M，H197M，6HE3210KPAEA725KN且530CMH1934KN/MD0D2LTAN/4，9028TAN654则，故0A4/156100LHEC66101KNM3972034256、计算234422160MHH43278M44238710HM02019CMHH桩底土受压面积220239TAN347TAN4860I115064DAS6承台发生单位变位时，所有桩顶对承台作用反力之和61089BN427A3562641801MINKX7承台变位计算、0BA0内力按承载能力极限状态下作用效应基本组合计算，除汽车荷载效应外，还考虑人群荷载、汽车制动力、风荷载的可变效应。将汽车荷载作为最大的可变作用，即011J2MNUBGIKQKCQJKISSS02I14J1J00022,AABAAHMHN8任一桩顶分配的作用效应组合设计值，表2INI0234IIIPBXHAM表2承台底部中心荷载承台变位桩顶分配荷载荷载形式NHMB0A00NIMAXNIMINHIMI双跨布载，高水位931289176325896800078950001579000045312630210012635367276368单跨布载，高水位75666915826210697000644800015790001008126890732108131579963257双跨布载，常水位146238924526110326001238000329800007921025681573068510578398357短期效应组合单跨布载，常水位11260412513332098400130200032980001345219853513980481463891010258双跨布载，高水位109872614968253627000921000096700008621598631125837121699868654单跨布载，高水位98356014968253826000821000096700008671459857976325122415858388双跨布载，常水位1901225217363100001302000207600011032602118200135128987979587基本组合单跨布载，常水位178359821736312405001398000207600011082425636186432132268967354表3校核承台底部中心荷载局部冲刷线处的内力和位移荷载形式NHMN0MAXN0MINH0M0X00双跨布载，高水位93128917632589681240268101092236482438448260016470001987单跨布载，高水位756669158262106971249662738909313257793981070060220007678双跨布载，常水位1462389245261103262106028170579350942664911980022910002662短期效应组合单跨布载，常水位112604125133320984211542214337814703712044480066660008353双跨布载，高水位1098726149682536271588704115430612261681880270055740007151单跨布载，高水位98356014968253826143471899764591235382408020056150007205双跨布载，常水位19012252173631002580374202371813533510120570061430007785基本组合单跨布载，常水位17835982173631240524263892414450779136249101733500618500078399校核各桩顶所分配的力总和是否等于承台底面所受力。61IPINH61IIPXM10计算局部冲刷线上的外力、0NH0M00IGNQL桩桩基本组合短期效应组合0IH0IIML11局部冲刷线处桩柱变位计算，表3000HQMX000MH12局部冲刷线以下深度Z处桩身各截面内力MZ、QZ计算（基本组合）00011123022000333322044443ZZABCDEIIXMQMEIIIQABCDE表4局部冲刷线以下深度桩身各截面内力MZRZZA3B3C3D3双跨，高水位单跨，高水位双跨，常水位单跨，常水位0205076140001330000130999990200003187011557914936015258281997041015228001067000213099974039998938343659744741401269798837061522843003600001080099806059974957083973768384540977109603082030457008532003412099181079854950700578641894774241168733125380710166520083290975010994459190417804521448327171195862123045685028737017260093783118342864336879324464724662117927614355329904551503193308657313582179073887561376447143811242511640609140676290543480738591506957034078698118141020931038099184568528095564086715052997161162607764362474963649088929093225076142129535131361020676164628509206654184943146108805886225583756169334190567027087157538412592245494922624919676706246091371214117266329094885135201322033236899621137055489132266598985262126359987187734091679240708828809921635664428622328710659931034147174831079101972917101762156873120993232093583761421335405859997946878808912611456151542879850509222961623588832493919219543671034045854020345845583578429240178690773当桩的入土深度4H时，Z深度以下桩身截面作用效应可忽略不计。由表求得桩身最大弯矩。其轴向力设计值Z12处，即时MAX1958KNZM24995314058324DN如HM范围内有两层土，桩身实际最大弯矩可按下式进行修正MAXAXZ0211MAXAX36250LGLG65018734629581098KNZHMH按偏心受压构件进行配筋设计根据和按偏心受压构件进行配筋计算AX1980KN24DMMAXM采用C30混凝土，二级钢筋计算偏心增大系数为6MAX031980542ECMN长细比，应考虑纵向弯曲对偏心距的影响。取54OLD,则截面有效高度。09608SR065081235SHRM1027321EH205L2210185013103640423LEH则，035678M计算受压区高度系数01650789701364265280CDSFBRAEBABACDGCDCD27413UCDSDNFF试算，当时，计算纵向力