基础工程课程设计概述Word下载.docx
《基础工程课程设计概述Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基础工程课程设计概述Word下载.docx（54页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
～-45.6
砾砂（中密）
5.1
3.2
～2.4
淤泥质砂粘土
0.8
-45.6
～-58.7
硬塑粘土
13.1
（松软）
2.4～-24.4
细砂（中密）
26.8
土层平均重度
20kN
/m3，土层平均内摩擦角
27，
地下水位标高：
+15.00m。
4.成孔机具：
Φ80cm、Φ100cm、Φ125cm、Φ150cm的旋转钻机。
5.标高：
轨底+29.88m，墩底+16.80m。
6.风力：
w800Pa（桥上有车）。
7.桥墩尺寸：
如图1所示。
二、设计荷载
1.承台底外力合计：
双线、纵向、二孔重载：
N20442.5kN,H936kN,M12610.7kNm
双线、纵向、一孔重载：
N18061.8kN,H936kN,M14674.37kNm
2.墩顶外力：
H911.7kN,M5410kNm
说明：
如因布桩需要加大承台尺寸时，增加部分自重应计入。
图1桥墩尺寸示意图
三、设计要求
1.确定桩的材料、桩长、桩数及桩的排列；
2.检算下列项目：
（1）单桩承载力检算（双线、纵向、二孔重载）；
（2）群桩承载力检算（双线、纵向、二孔重载）；
（3）墩顶位移检算（双线、纵向、一孔重载）；
（4）桩身截面配筋计算（双线、纵向、一孔重载）；
（5）桩在土面处位移检算（双线、纵向、一孔重载）。
3.设计成果：
（1）设计说明书和计算书一份
（2）设计图纸（2号图）一张
4.设计提高部分（在完成上面任务的基础上，再分三个层次）
（1）层次一：
运用老师提供的Fortran程序，进行承台底面形心处的变位检算；
（2）层次二：
对上述程序进行修改，部分或全部加入2中检算项目的内容；
（3）层次三：
调整涉及参数（如桩长、桩径、桩间距等），观察这些参数对运行结果
（包括承台底面形心处的变位、墩顶位移等）的影响，加深对力学概念的理解。
（4）提交相对的数据文件和结果文件（层次三还可写出心得体会）
第一部分设计说明书⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11
一、基本概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11
二、设计依据⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11
三、设计方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11
四、施工建议⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯12
第二部分设计计算书⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13
一、拟定尺寸⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13
二、桩的布置及桩的连接方式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯14
三、承台底面形心处位移计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15四、墩身弹性水平位移δ计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯18
五、桩基检算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11
六、电算结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯17
第三部分设计提高部分⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯23
一、桩长对计算数据的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯23
二、桩径对计算数据的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯26
三、桩间距对计算数据的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯29
参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯31
第一部分设计说明书
一、基本概况
本课程设计任务要求完成铁路桥墩桩基础设计，桥梁计算跨度L040.0m，梁全长
L40.6m，梁端缝L0.1m。
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。
在荷载和承台参考尺寸给定的情况下，要求确定桩数和桩的布
置情况，対桩台进行检算使其承载力和变位满足规范的要求，并完成桩的配筋设计。
设计内
容及步骤如下：
（1）搜集资料
（2）确定桩的尺寸和桩数
（3）墩台底面形心处位移计算
（4）桩基检算
（5）桩身截面配筋设计和强度、稳定性、抗裂性检算
（6）绘制桩基础布置和桩身钢筋构造图
二、设计依据
《铁路桥涵地基和基础设计规范》TB10002.5-2005
《混凝土结构设计规范》GB50010-2010
《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》TB10002.3-2005
三、设计方案
本设计采用钻孔灌注桩，桩身采用C25混凝土，采用旋转钻。
持力层选在粗砂（中密）层，桩径采用1.00m，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3.0m，排间中心距3.0m。
地基容许承载力636.94kPa，单桩容许承载力3546.61kN。
墩顶水平位移16.78mm，容许水平位移为31.62mm。
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224.349kN.m，选用16Φ18的I级钢筋，钢筋面积4072mm2。
钢筋采
用环形对称布置，净保护层厚度60mm，主筋净距为151mm。
桩与承台的联结方式采用主筋
伸入式，桩身伸入承台板0.1m；
主筋伸入承台的长度0.9m。
主筋在桩中长度为12.0m。
箍筋采用Φ8@200mm。
自桩顶以下10cm起向下每2m设置一道加劲箍筋（即骨架钢筋），直径为Φ18。
顺钢筋笼长度每隔2m沿圆周均匀设置4根骨架定位钢筋，直径为Φ12。
经配筋验算，
截面应力和桩的稳定性均符合要求。
四、施工注意事项
地下水位标高为15.00m，桩伸入地下水位以下，施工时要注意加强排水措施，防止流砂、
管涌等不良地质现象的发生；
同时，施工时要加强对周围地基沉降的观测，防止基础施工而
引起的周边建筑不均匀沉降；
钻孔施工适宜使用反循环法。
第二部分设计计算书
一、拟定尺寸
1.桩身采用C25混凝土。
2.设计桩径采用d=1.00m，成孔桩径为1.05m，钻孔灌注桩，采用旋转式钻头。
3.作出土层分布图，如图2，根据地质条件，选用粗砂层为持力层，桩端进入砂土持力层
的临界深度为
1.5d=1.50m，即桩端进入持力层的深度要大于
1.50m，从承台底面到细沙
层底部深度为
37.7m，则取桩长
l=40m
。
桩底标高为
26.7m，桩端进入持力层的深度为
2.3m。
土层名称
4.估算桩数：
（按双孔重载估算）
耕地
N
15.0
估算公式：
n=
11.3
[p]
粉砂
单桩容许承载力为：
2.4
1
[P]
U
fili
m0A[]
4
2
细砂
其中
d
1.05
3.299m
（d按成孔直径计算）
粗砂
-26.7
A
d2
=
1.002
=0.785m2
中砂
砾砂
（d按设计直径计算）
l>
10d，故：
[]
k2
2（4d
3）
6k22d
-58.7
该土层平均天然重度
20kN/m3
，
由于桩侧土为不同土层，应采用各土层容
图2
土层分布图
重加权平均，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：
'
20
10
10kN/m3
求得：
2
（16.515.0）20
（16+26.7）
10.35kN/m3
16.5+26.7
根据《铁路桥规》表
4.1.2-3，地基的基本承载力
0=430kPa，深度修正系数k2=5，
1
k2=k2=2.5。
故：
[]0k22（4d3）6k22d
430510.35（41.003）62.510.351.00636.94kPa
土质按较差处理，钻孔灌注桩桩底支撑力折减系数m0
0.4
6.2.2-3，各土层的极限承载摩阻力
li如下表：
厚度（lim）
极限摩阻力f（ikPa）
50
60
35
细砂（中密）
55
2.3
80
则单桩的轴向受压容许承载力：
[P]Ufili
=1/2×
3.299×
（50×
2.0+60×
8.1+35×
0.8+55×
26.8+80×
2.3）
=3997.69KN
取1.3，按二孔重载估算桩数：
暂取n8，验算后再作必要调整
二、桩的布置及桩的连接方式
1.布桩
《铁路桥规》6.3.2规定：
钻孔灌注桩中心距不应小于2.5倍成孔桩径。
当桩径d1m时，最外一排桩至承台底板边缘的净距不得小于0.5d，且不得小于
0.25m。
满足桩间距和承台边到桩净距的前提下可得到桩在承台底面的布置情况，如图3。
2.桩与承台连接方式
连接方式采用主筋伸入式，桩伸入承台板内10cm，具体配筋见后面详述。
3
5
图3桩布置图
三、承台底面形心处位移计算
1.设计荷载：
2.计算b0，
（1）桩的计算宽度b0
b0=KfK0Kb
其中：
Kf
0.9，K0=（1.5d
0.5）/d=2
水平力作用方向上相邻两桩的净距L12.0m0.6h10.63（d1）3.6m
n=2时，b'
=0.6
1b
L1
0.6
2.0
Kb
h1
0.822
6
由上述得：
b0=KfK0Kb=0.9
0.8221.00=1.48
（2）基础额变形系数
5mb0
EI
桩截面惯性矩Id0.0491m4
64
C25混凝土受压弹性模量Eh
3.0
107kPa
则E
0.8Eh
107
EI2.4107
0.0491
1.178106kPa/m4
假定桩为弹性桩，则其计算深度：
hm=2（d+1）=2（1.05+1）=4.1m
hm深度内存在两层不同的土，则
m的换算公式为：
m=m1h12+m2（2h1+h2）h2
hm2
m16000kN/m
4，h1
2.0m，m2
8000kN/m4，h2
2.1m，则
mh112
m2（2h1
h2）h2
m
h2
6000
2.02
8000
（2
2.1）
2.1
4.12
7524.093kN/m
故桩的变形系数：
mb0
7524.0931.48
0.394m
-1
106
1.178
桩的换算入土深度：
l
0.394
40
15.762.5，则桩为弹性桩，假设成立。
3.计算单桩桩顶刚度1、2、3、4
l0
AE
C0A0
l0
0，l
40m，E
107kPa，A
d2
0.785m2，
0.5
因A0
的直径D
2ltan
40tan27
=10.47m3m（相邻中心距）故：
A0
D2
32
7.069m2
因l
40m
10m，故C0m0l
ml
7524.093
300963.71kN/m3
从上述得
0+0.540
7.580
105kN/m
0.7853.0107
300963.717.069
又l0
0，l
15.76
4.0，查表有YH=1.064，YM
0.985，M1.484
故2
3EIYH
0.3943
1.0647.666
104kNm
2EIYM
0.39421.178106
0.985
1.801105kN
EIM
0.3941.178106
1.484
6.888105kNm/rad
4.计算承台刚性系数
bb
ni
n
8
105
6.064
106kN/m
aa
7.666
104
6.133105kNm
a
n3
1.801105
1.441106kN
ni1xi
86.888
（
）2
1.915
107kNm/rad
对于低承台桩基，承台处于软塑砂粘土中，因此，承台的计算宽度为：
B0
b+1=11.2+1=12.2m，Ch
mh
2.91.74
104kN/m3
Chh
6.133
12.2
1.74
2.9
9.211105kNm
B0Chh2
1.441
12.21.74
1042.92
1.143106kN
B0Chh3
1042.93
1.958
107kNm/rad
12
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，bababa0，则有：
aaaaH
b
bbN
aM
化简后可得：
b
Ha
M
aaa
aaMaH
（1）荷载情况1：
双线、纵向、二孔重载
20442.5
3.371
103m
H
936（
1.143
106）
12610.7
1.957
9.211
106）2
aaM
（1.143106）936
7.583
104rad
1.143106）2
（2）荷载情况2：
双线、纵向、一孔重载
18061.8
2.979
106）
2.330
1.143106）936
1.058
rad
106）2
四、墩身弹性水平位移δ计算
假定墩帽、托盘和基础部分产生刚性转动，将墩身分为四个部分，（由于墩身4-5段下部
分在土中，故将其分为两段，只计算土上部分风力），分别计算它们所受的风荷载,桥上有车
时的风压强度W=800Pa，纵向水平风力等于风荷载强度乘以迎风面积,分别计算出四部分的上
下底边长及中线长，然后计算出各个截面的弯矩，再求和即可得到托盘底面所受的总弯矩。
1.墩顶外力和纵向风力引起的力矩
（1）墩顶外力：
（2）墩帽所受风力：
H墩帽1.2100.89.6kN
升级会员 