桥梁群桩基础设计广工基础工程课程设计

1、广东工业大学课程设计（论文）任务书题目名称桥梁群桩基础设计学生学院土木与交通工程学院专业班级土木工程（道路与桥梁工程）姓 名学 号一、课程设计（论文）的内容在学习桥梁基础工程等课程的基础上，根据给定基本资料（地质及水文资料，荷载）进行桥梁群桩基础的设计，初步掌握桥梁桩基础的设计与计算方法。 二、课程设计（论文）的要求与数据（一）基本资料1 地质及水文资料河床土质为卵石土，粒径50-60mm约占60%，20-30mm约占30%，石质坚硬，孔隙大部分由砂填充密实， 卵石层深度达58.6m；地基比例系数（密实卵石）；地基承载力基本容许值；桩周土摩阻力标准值； 土的重度 (未计浮力)；土内摩擦角。地面

2、(河床)标高69.50m；一般冲刷线标高63.54m；最大冲刷线标高60.85m；承台底标高67.54m；常水位标高69.80m，如图1。承台平面图如图2所示。 纵桥向断面 横桥向断面 图1 桩基剖面图（单位：m） 图2 承台平面图（单位：m）2 作用效应上部为等跨30m的钢筋混凝土预应力梁桥，荷载为纵向控制设计，作用于混凝土桥墩承台顶面纵桥向的荷载如下。 永久作用及一孔可变作用 (控制桩截面强度荷载) 时:N=40746kN (制动力及风力) M=4617.30kN.m（竖直反力偏心距、制动力、风力等引起的弯矩) 永久作用及二孔可变作用(控制桩入土深度荷载)时: N=46788.00kN3

3、承台用C30混凝土，尺寸为9.8×5.6×2.0m，承台混凝土单位容重。4 桩基础采用高桩承台式摩擦桩，根据施工条件，桩拟采用直径，以冲抓锥施工。（二）主要设计依据规范1 公路桥涵地基及基础设计规范（JTG D63-2007 ）2 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTGD62-2004）三、课程设计（论文）应完成的工作设计满足要求的群桩基础，并形成图纸与计算文件。计算文件包括以下内容：1. 群桩结构分析（1） 计算桩顶受力（2） 计算沿桩长度方向弯矩，水平压应力，并画出相应分布图（3） 桩顶纵向水平位移验算2. 基桩桩身截面配筋并绘出基桩构造及钢筋图(横截面，立面

4、)，进行桩截面强度校核3 按地基土的支承力确定和验算单桩轴向承载力4承台验算验算项目：承台冲切承载力验算四、课程设计（论文）进程安排序号设计（论文）各阶段内容地点起止日期1布置任务，设计内容讲解，查阅资料2012完成单桩桩顶荷载分配计算（群桩到单桩）201-2015.6.93完成单桩设计2015.6.104完成桩基相关检算内容2015.6.115总结，撰写设计说明书2015.6.12五、应收集的资料及主要参考文献1 中华人民共和国行业标准.公路桥涵地基与基础设计规范(JTG D63-2007）.北京:人民交通出版社,20072 中华人民共和国行业标准.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（

5、JTGD62-2004）.北京:人民交通出版社，20043 叶见曙.结构设计原理（第三版）.北京:人民交通出版社,20144廖朝华主编.墩台与基础（第二版）.北京:民交通出版社,2013发出任务书日期：2015 年 06 月 6日 指导教师签名：吉小明 计划完成日期： 2015 年 06 月 12日 基层教学单位责任人签章： 桥梁群桩基础设计一、群桩结构分析1.1、承台底面中心的荷载计算：1.1.1 恒载加一孔荷载： 1.1.2 恒载加二孔荷载：1.2、桩长度的初步计算：由于地基土层单一，用确定单桩容许承载力公桥基规经验公式初步反算桩长，设桩埋入最大冲刷线以下深度为h，一般冲刷线以下深度为，则

6、：桩（直径1.2m）自重每延米kN计算R时取以下数据：桩的桩径1.2m，冲抓锥成孔直径1.3m，桩周长U=×1.3=4.082m,A=1.13,=0.7,=0.8,=10,=1000KPa,=10KN/(已扣除浮力)，=500KPa,所以得：R=1083.78h+613.183=8185.836+8.478h解得：h=7.042m 现取h=11.31m1.3、单桩桩顶荷载计算：1.3.1 桩的计算宽度：对于时： 式中：桩形状换算系数，对于圆形截面，取0.9；桩直径，取1.2m；平行于水平作用方向的桩间相互影响系数：已知： ； ； ；对于的多排桩 ： 所以： 1.3.2 桩的变形系数：

7、 式中： 桩的变形系数； 桩的抗弯刚度，对以受弯为主的钢筋混凝土桩，根据现行规范采用； 桩的混凝土抗压弹性模量，C20混凝土；则=0.8×=kN/; 桩的毛面积惯性矩， 非岩石地基水平向抗力系数的比例系数，；所以，计算得：桩在最大冲刷线以下深度h=11.31m，其计算长度则为： 故按弹性桩计算。1.3.3 桩顶刚度系数、值计算：已知： ； (根据公桥基规钻挖孔桩采用)， 易知该值大于相邻底面中心距为直径所得的面积，故按桩中心距计算面积，故取： =已知：，取=4，查教材桥梁基础工程附表17、18、19得：=0.05565 =0.16490 =0.65840所以 1.3.4 计算承台底面

8、原点O处位移、：对于竖直桩，且各桩的直径相同时：1.3.5 计算作用在每根桩顶上作用力、：竖向力：水平力：弯矩：校核：1.4、 最大冲刷线深度处荷载计算从单桩桩顶荷载计算中，已得出计算最大冲刷线深度荷载所需要的数据，计算如下：弯矩 水平力 竖向力 1.5、最大冲刷线深度下沿桩长度方向弯矩、水平压应力的计算1.5.1 桩身最大弯矩处及最大弯矩的计算：由：=0 得：由 且=7.024 取=4.0，查教材基础工程附表13得 故 又由 及4 取=4.0，查教材基础工程附表13得=1.287 1.5.2 最大冲刷线深度下沿桩身长度方向弯矩、水平压应力的计算：采用无量钢法计算，由=7.022.5，所以用摩

9、察桩公式计算： 其中 =59.77kN =168.31kN、 的值查教材基础工程附表3、4、7、8 ，计算如下表：0.000.00.000001.000001.000000.00000168.31259.770.160.10.099600.999740.98833-0.00753177.86158.2860.320.20.196960.998060.95551-0.02795186.95554.1910.480.30.290100.993820.90468-0.0582195.21147.9940.640.40.377390.986170.83898-0.09554202.33140.1660

10、.810.50.457520.974580.76145-0.13747208.09731.1530.970.60.529380.958610.67486-0.18191212.33021.3351.130.70.592280.938170.58201-0.22685214.94811.0911.290.80.645610.913270.48522-0.27087215.8880.7081.450.90.689260.884070.38689-0.31245215.182-9.1521.611.00.723050.850890.28901-0.35059212.852-19.3461.771.1

11、0.747140.814100.19388-0.38443208.980-28.5071.931.20.761830.774150.10153-0.41335203.671-37.1082.091.30.767610.731610.01477-0.43690197.067-44.7532.261.40.764980.68694-0.06586-0.45486189.295-51.4482.421.50.754660.64081-0.13952-0.46715180.537-57.1352.581.60.737340.59373-0.20555-0.47378170.945-61.7742.74

12、1.70.713810.54625-0.26359-0.47496160.687-65.3662.901.80.684880.49889-0.31345-0.47103146.930-67.9363.061.90.651390.45219-0.35501-0.46223138.844-69.5013.222.00.614130.40658-0.38839-0.44914127.579-70.1293.542.20.531600.32025-0.43174-0.41179105.100-68.8183.872.40.443340.24262-0.44647-0.3631283.534-64.61

13、54.192.60.354580.17546-0.43651-0.3073263.682-58.1914.512.80.269960.11979-0.40641-0.2485346.162-50.2514.833.00.193050.07595-0.36065-0.1905231.376-41.4575.643.50.050810.01354-0.19975-0.016727.172-13.6866.454.00.000050.00009-0.00002-0.000450.020-0.04821.6、桩顶纵向水平位移验算：桩在最大冲刷线处水平位移和转角的计算：由 =0 4 取 =4 查教材基础

14、工程附表1、2、5、6 得：=2.44066 =-1.62100 = 1.6210 =-1.75058 故符合规范要求 由 4m，取4， 可查得： 桩顶的纵向水平位移水平位移的容许值=27.4mm> 故桩顶水平位移满足要求。二、桩身截面配筋及截面强度校核各种参数及系数的计算：最大弯矩发生在最大冲刷线以下处，该处计算桩最大弯矩控制截面的轴向力式中 控制截面的轴向力； 单桩桩顶最大竖向力，已求出； 桩每延米的自重（包括浮力），； 桩周土摩阻力标准值，已知 冲抓锥成孔面周长，所以，计算得：计算偏心距 现拟定采用C30混凝土，HRB335钢筋， 因故桩的计算长度：长细比可不考虑纵向弯曲对偏心矩的

15、影响，取。 计算受压区高度系数取, 则配筋率由下式计算： ， ABCD Nu（KN）Nj(KN)Nu/Nj1.152.91230.19492.62610.43510.00499015791.864908.1833.2171.172.93750.17722.66030.40890.01180017748.834908.1833.616计算结果如下表：1.150.04400.04411.170.04620.0441.05由计算表可见，当=1.15时，计算纵向力与设计值之比较为合理，故取=1.15，=0.00499为计算值。 计算所需纵向钢筋的截面积现采用1225，布置如图所示。混凝土净保护层C=8

16、0-28.4/2=65.8mm>25mm，纵向钢筋间净距为107.67mm>80mm。三、对截面进行强度复核由前面的计算结果：；ABCD Nu（KN）Nj(KN)Nu/Nj1.192.95780.162.69280.38360.00663411304.565232.72.1603681.202.96840.15172.70850.37140.00997811414.775232.72.181431.212.97870.14352.72380.35940.01380111534.65232.72.204331.222.98860.13552.73870.34760.018169116

17、65.25232.72.2292881.232.99820.12772.75320.33610.02319711809.515232.72.256868实际配筋率。 在垂直于弯矩作用平面内长细比，故纵向弯曲系数。混凝土截面积为，实际纵向钢筋面积， 则在垂直于弯距作用平面内的承载力为： 在弯距作用平面内现采用试算法列表计算（见表4）当=1.15时，=44.19mm，与设计的=44.0mm很接近，故取=1.15为计算值。在弯矩作用平面内的承载力为： 四、按地基土的支承力确定和验算单桩轴向的承载能力， 验算单桩容许承载力，应以最不利荷载组合计算出受轴向力最大的一根基桩进行验算： 所以，单桩轴向承载力满足要求。 五、承台冲切承载力验算对于圆形截面桩换算为边长等于0.8倍的圆柱直径的方形桩，即；对于柱或墩台向下冲切承台的冲切承载力验算，由于作用于冲切破坏锥体上的冲切力设计值为0.故不进行验算；对于柱或墩台向下的冲切破坏锥体以外的角桩