基础工程课程设计

1、一、已知技术参数和条件11.1、 地质与水文资料11.2、 桩、墩尺寸与材料11.3、 荷载情况1二、任务和要求2三、计算33.1、 桩长的计算33.2、 桩的内力计算43.2.1 确定桩的计算宽度b143.2.2 计算桩的变形系数a43.2.3 计算墩柱顶外力斗Q、叫及局部冲刷线处桩上外力B、Q0、Mo43.2.5 局部冲刷线以下深度z处横向土抗力当计算.63.2.6 桩身配筋计算及桩身材料截面强度验算73.2.7 柱顶纵向水平位移计算93.3、 资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）10致谢10一、已知技术参数和条件1.1、 地质与水文资料地基土为密实细砂夹砾石，地基土水平向抗力

2、系数的比例系数；地基土的桩侧摩阻力标准值（土层单一，故桩侧摩阻力标准值用表示）；地基土内摩擦角，粘聚力；地基土容许承载力基本容许值；士重度（已考虑浮力）；一般冲刷线高程为335.34m,常水位高程为339.00m,局部冲刷线高程为330.66m。1.2、 桩、墩尺寸与材料墩帽顶高程为346.88m,桩顶高程为339.00,墩柱顶高程为345.31m。墩柱直径1.50m,桩直径1.70m。桩身混凝土用C20,其受压弹性模量。1.3、 荷载情况桥墩为单排双柱式，桥面宽7m,设计荷载公路一R级，人行荷载3KN/m2两侧人行道各宽1.5m。上部为30m预应力钢筋混凝土梁，每一根柱承受的荷载：两跨恒载反

3、力N1=1341KN盖梁自重反力N2=283KN系梁自重反力N3=76.40KN一根墩柱（直径1.5m）自重=279.00KN。局部冲刷线以上桩（直径1.7m）自重每延米（已扣除浮力）。局部冲刷线以下桩重（直径1.7m）等于桩身自重与置换土重每延米的差值（已扣除浮力）。两跨汽车荷载反力N5=800.60KN（已计入冲击系数的影响）；一跨汽车荷载反力=400.30KN（已计入冲击系数的影响）；车辆荷载反力已按偏心受压原理考虑横向分布的分配影响。两跨人群荷载反力=270.00KN;一跨人群荷载反力=135.00KN。在顺桥向引起的弯距M=120.09KNm在顺桥向引起的弯距M=40.50KNm；制

4、动力H=30.00KN（已按墩台及支座刚度进行分配）。纵向风力：盖梁部分W1=3.00KN对桩顶力臂7.06m；墩身部分W2=2.70KN对桩顶力臂3.15m；桩基础要用冲抓锥钻孔灌注桩基础，为摩擦桩2,12M.U-Vi-318.66（柱底高程）N2W了345.314339.00（常水位）.335.34（一般冲刷线高程）733M66（局部冲刷线高程）门318,66（柱底高程）1.65图1（尺寸单位:m）二、任务和要求设计满足要求的桩基础，并形成图纸（基桩构造及钢筋图（横截面，立面）与计算文件。计算文件包括以下内容：1 .据单桩容许承载力拟定桩长2 .桩结构分析（1）计算桩顶受力（2）计算沿桩长

5、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3 .桩身截面配筋并绘出基桩构造及钢筋图（横截面，立面），进行桩截面强度校核4 .按地基土的支承力确定和验算单桩轴向承载力三、计算3.1、 桩长的计算由于地基土层单一，用公路桥涵地基与基础设计规范(JTGD63-2007)确定单桩轴向受压承载力允许值经验公式初步反算桩长，该桩埋入局部冲刷线以下深度为h,一般冲刷线以下深度为h3,则1nNh-Ral-u-q,liApmo-fa。k?2S3-3)2i1根据公路桥涵地基与基础设计规范(JTGD63-2007)第1.0.8条，地基进行竖向承载力验算时，传至基底的作用效应应按正常使用极限状

6、态的短期效应组合采用，且可变作用的频遇值系数均取1.0。当两跨活载时，桩底所承受的竖向荷载最大，则Nh=1.0M(N1+N2+N3+N4+l0q+hq)+1.0MN5+1.0MN7=1.0134128376.4279(339-330.66)34.05h7.261.0800.61.0270=3333.98+7.26h计算,_2n父17/2、Ap=2.27(m)4Ra时取以下数据：桩的设计桩径1.70m,桩的周长u="1.7=5.34(m),九=07m0=0.8k2=4fa0=400kpa九2=11.8KN/m3(日.扣除浮力)，qk=70kpa,所以得1/Ra=-x(5.34父70其八

7、)+2.27黑0.8黑0.7黑400+4黑11.8父(h+4.68-3)2=Nh=3333.987.26hh=11.23m现取h=12m桩底高程为318.66m,桩周长为20.34m,上式计算中4.68为一般冲刷线到局部冲刷线的距离。由上式计算可知，h=12m时，Ra=3572.09KN>Nh=3333.98KN,桩的轴向受压承载力符合要求。3.2、 桩的内力计算3.2.1 确定桩的计算宽度blb1ukkf(d1)=1.00.9(1.7T)=2.43(m)3.2.2 计算桩的变形系数a=0.311(m-1mbi_5100002.43EI-0.82.551070.41其中I=0.04908

8、71.74=0.41m4;EI=0.8EcI桩的换算深度h=uh=0.311M12=3.732>2.5,所以按弹性桩计算3.2.3 计算墩柱顶外力P、Qi、Mi及局部冲刷线处桩上外力匕、Q0、M0墩柱顶的外力计算按一跨活载计算。根据公路桥涵地基与基础设计规范(JTGD63-2007)第1.0.5条，按承载能力极限状态要求，结构构件自身承载力应采用基本组合验算。根据公路桥涵设计通用规范(JTGD60-2004)第4.1.6条，恒载分项系数取1.2,汽车荷载、人群荷载及制动力作用的分项系数均取1.4,风荷载分项系数取1.1;当除汽车荷载(含汽车冲击力)外尚有一种可变作用参与组合时，其组合系数

9、取0.6。P=1.2x(1341+283)+1.4父400.3+0.8父1.4父135=2660.42(KN)Qi=0.7父(1.4父30+1.1父3)=31.71(KN)Mi=1.4120.09+0.6父1.4父30十(346.88-345.31)+1.4父40.5+1.1M3工(7.06-6.31)=229.77(KNm)换算到局部冲刷线处：P0=2660.42+1.2父76.4+279+(34.05父8.34)=3427.67(KN)Q0=0.7父1.4父30+(1.1M3)=33.79(KN)M0=1.4%120.09+0.6义%.4乂30+(346.88-330.66)+1.4父40

10、.5+1.仔(3乂15.442.7义11.49)=661.86(KNm)3.2.4 局部冲刷线以下深度z处桩截面的弯矩Mz及桩身最大弯矩Mmax#算局部冲刷线以下深度z处桩截面的弯矩Mz计算Am661.86Bm=108.65Am661.86Bm.Q033.79Mz-AMM0BM-0.311由Qz=。得：Cq:MoQo0.311661.8633.79=6.092无量纲系数Am、Bm由附表3、附表7分别查的，Mz计算列表如下，其结果以图表示。Mz计算列表表3-2-4-17=azzAmBmQ/a,AmMoBmMz0.00.000.000001.000000.00661.86661.860.20.64

11、0.196920.9980521.40660.57681.970.41.290.377060.9860740.97652.64693.610.61.930.528320.9582757.40634.24691.640.82.570.643180.9124669.88603.92673.801.03.220.718480.8494278.06562.20640.261.23.860.754250.7717381.95510.78592.731.44.500.753460.6832781.86452.23534.091.85.790.662780.4918872.01325.56397.572.2

12、7.070.496350.3091653.93204.62258.552.68.360.306890.1606233.34106.31139.653.09.650.140680.0600015.2939.7155.003.511.250.023580.00632.564.176.734.014.230.000050.000090.0050.060.06桩身最大弯矩Mmax及最大弯矩位置计算0.481=1.55(m)0.311/7M由Cq=6.092及h=3.732,查附表i3得:7Mm-=0.481,故由ZMmaxE.481及h=3.732,查附表i3得：Km*.053。Mmax=KmM0=1

13、.053661.86=696.94(KNm)al,v脑栅3.2.5局部冲刷线以下深度z处横向土抗力Pzx计算PZx=*Axbi二2Mobi_2-o0.31133.79-A0.3112661.86ZBx=ZAxZBx2.432.43=4.323ZAX26.344ZBx无量纲系数8、Bx由附表1,、附表5分别查的，巳计算列表如下，其结果以图表示。pzx计算列表表3-2-4-1Z=azzABaQ/b1ZA2,aMo/b1,ZBxpzx(kpa)00.002.496001.631590.000.000.000.20.642.144301.300751.856.858.700.41.291.827401

14、.009793.1610.6413.800.61.931.525500.758243.9611.9915.940.82.571.244640.544964.3011.4915.7913.220.989370.368124.289.7013.971.23.860.762710.225173.967.1211.071.44.500.566180.11313.434.177.601.85.790.26212-0.032922.04-1.560.482.27.070.06360-0.100090.60-5.80-5.202.68.36-0.05501-0.11731-0.62-8.04-8.6539.

15、65-0.12322-0.10826-1.60-8.56-10.153.511.25-0.17527-0.08343-2.67-7.69-10.3663.2.6桩身配筋计算及桩身材料截面强度验算由上可知，最大弯矩发生在局部冲刷线以下z=1.55m处，该处Mj=696.94KNm计算轴向力此时，根据公路桥涵设计通用规范(JTGD60-2004)第4.1.6条，包载分项系数取1.2,汽车荷载分项系数取1.4,人群荷载分项系数取1.4;人群荷载组合系数取0.8,则12=1.2134128376.427934.05(339-330.66)7.261.55uqkzj21.4400.30.81.41351

16、=1.2x(2274.63-><5.34x70x1.55)+711.62=3093.54(KN)纵向钢筋的面积桩内竖向钢筋按含筋率0.2%配置：2 4/2、Ag=1.720.2%=45.4104(m2)4现选用12根22的HRB335级钢筋：Ag=45.4父10-4(m2),fsd=280MPa桩采用C20混凝土，fcd=9.2MPa计算偏心距增大系数4因为长细比：%J0hF341247.8617.5iI/A0.4251所以偏心距增大系数：=1一1(上)121400e0/h0h其中：M696.94e00.225m；h0=r%=0.850.765=1.615(m)；Nmax3093.

17、54h=2r=1.7m；1=0.22.7包=0.576；2=1.150.01"=1.031,故取2=1。hoh1/20.34、2J=1十父()父1父0.576=1.42314000.225/1.6151.7计算截面实际偏心距Qeomax1.423696.94max3093.54=0.321(m)根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTGD62-2004)求轴向力偏心距e0e0-BfcdDDgfsdAfcdCf其中：r=0.85m,p=0.002,并设g=0.9,贝U9.2B0.0020.9280D9.2B0.504DCe0=0.85=0.859.2A0.002280C9.2

18、A0.56C以下采用试算法列表计算由表可见，当之=0.71时，(e°)=0.322mm,与实际的e°=0.321mm很接近，故取0.71为计算值。表3-2-4-1七ABCD(e0)(mm)e0(mm)(e0)/e00.71.810.652301.12941.440.330.321.030.711.840.648301.18761.400.320.321.010.721.870.643701.2441.370.310.320.98截面承载力复核Nu=Ar2fcdC：r2fsd=1.84285029.21.18760.0028502280ucsu=12724.28(KN)Nj-

19、3093.54(KN)Mu=Br3fcdD；gr3fsd=0.648385039.21.40450.0020.98503280=4097.58(KNm)Mj=696.94(KNm)满足要求。根据受弯分布，桩基的钢筋骨架直至桩底，如考虑分段配筋，在z=7.07m截面处为界：M=258.55(KNm)一八1八八八、，N-1.2(2263.387.267.07-5.34707.07)1.4400.30.81.4135=1903.61(KN)按均质材料验算该截面应力：截面面积A=-1.72=2.27(m2)4截面弹性抵抗矩二d33W=0.482(m)321903.61258.55cr=±2.

20、270.4821.380.3年)截面未出现拉应力，且小于fcd,可在此处(z=0.07m)截面切除一半主钢筋。裂缝宽度计算根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTGD622004)第6.4.5条，圆形截面钢筋混凝土偏心受压构件，当按作用短期效应组合计算的截面受拉区最外缘钢筋应力Gss-24MPa,可不必验算裂缝宽度。N一d4二ss=59.422s(2.8q-1)-1.65:3二rfcu,kr其中.r=850mm;fcu,k=20MPa;'=1.0由于1P/(2r)=11.96<14;P=0.002作用短期效应组合下桩身最大弯矩Ms=704.55MPa及最大弯矩位置位于局

21、部冲刷线以下z="5m处，此位置所对应的Ns=2400.75KN;4=也Ns理旻=293(mm)2400.75224007501293/、-2ss=59.422(2.8-1)-1.65(0.002)3贝U二850220850=-110.84MPa)<24(MPa)说明在作用短期效应组合下桩身弯矩最大截面最外缘钢筋处于受压状态,可不必验算裂缝宽度。3.2.7柱顶纵向水平位移计算桩在局部冲刷线处水平位移x0和转角%:_Q0,M0px0_3AX_2BX:EI:EI因为z=0m,查附表的：AX=2.469,BX=1.63159,Ap=1.63159,B(p=1.75417,所以33.79X00.31138.3641062.469661.860.31128.3641061.63159=