基础工程课程设计——低桩承台基础设计

1、基础工程课程设计低桩承台基础设计一、基本资料1某跨线桥主桥上部结构为预应力混凝土连续梁， 跨径组成为( 60+100+60 ) m，桥面净宽 11m ，设计荷载标准为公路级。采用盆式橡胶支座、等截面单箱 双室薄壁桥墩(如下图示) 。2主墩高度 18m ，箱壁厚度 0.75m ，纵隔板厚度 0.8m ，墩身顶部 1.5m 及底 部 2m 均为实心段，矩形墩底截面尺寸为 (4 14)m 2 ，采用 30 号混凝土。作用于 墩身底截面中心处的设计荷载为：竖直力 Nz=74958kN水平力 Hx=2895kN纵桥向弯矩 My=38209 kN m(坐标规定：纵桥向 x 轴、横桥向 y 轴、竖向 z 轴

2、)参考 .资料3主墩基础拟采用 12 根钻孔灌注桩群桩基础， 混凝土标号 25 。承台顶面与地 面平齐，厚度为 3.5m4地质资料自地面向下 16m 深度范围内为中密细砂加砾石（土层 ），往下为密实中粗砂m=10000kN/m 4加砾石（土层 ）。地基土的物理力学性质指标为m=20000kN/m土层 ： qk =55kp a ， =19.8kN/m 3土层： qk =70kp a, fa0 =500kp a, =21.8KN/m 35. 设计参数 承台及基桩材料重度 =25kN/m 3， 基桩设计有关参数为： Ec=2.8107kN/m 2,=0.85, m 0=0.8, K2=6班级桩径（

3、m ）纵桥向（排）横桥向（排）桥11.234桥 2、 41.534桥31.834、主墩群桩基础设计要求（以纵桥向控制设计）一）设计计算内容：1. 根据已知条件拟定承台平面尺寸；2. 进行基桩的平面布置；3. 拟定桩长并验算单桩轴向受压容许承载力；4. 判断是否弹性桩；5. 桩顶荷载分配并校核；参考 .资料6. 确定桩长并验算单桩轴向受压容许承载力；7. 单桩内力及位移计算与验算；8. 桩身截面配筋设计及桩截面强度验算；9. 群桩基础承载力和沉降量验算。二)设计完成后应提交的文件及图表1低桩承台群桩基础设计计算书(应附计算小图) ；2. 桥墩及基础结构构造图；3. 基桩钢筋构造图。三、设计依据规

4、范及参考书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 )3. 王晓谋.基础工程 .北京：人民交通出版社， 20044. 叶见曙 .结构设计原理 . 北京：人民交通出版社， 20045. 江祖铭等主编 .墩台与基础 .北京：人民交通出版社， 1994参考 .资料 一、拟定承台平面尺寸 钻孔灌注桩属于摩擦桩中的钻孔桩，根据规范要求，其中心距不应小于桩径的 2.5 倍，此处，横、纵向桩中心距均取桩径的 2.5 倍即：横、纵向桩的中心距为 1.8*2.5=4.5m 根据规范，为了避免承台边缘距桩身过近而发生破裂， 并

5、考虑桩顶位置允许的偏差， 边桩外侧到承台边缘的距离，对于桩径大于 1.0m 的桩不应小于 0.3 倍桩径并不小 于 0.5m 。故： 承台长 L 180 2.5 3 180 0.3 2 180 1638cm承台宽 D 180 2.5 2 180 0.3 2 180 1188cm、进行基桩的平面布置三、拟定桩长并验算单桩轴向受压容许承载力承台每延米自重：参考 .资料N 0 =11.88 16.38(25-19.8)=1011.89 kN/m土层中桩每延米自重：12q11.82 (25 19.8) 13.232kN /m4土层中桩每延米自重：12q21.82 (25 21.8) 8.143kN /

6、m4设：第二层土中桩长为 h根据要求， 一般应将桩底至于岩层或坚硬的土层中， 已得到较大的承载力和较小的 沉降量，若在施工条件允许的深度内没有坚硬土层的存在， 应尽可能选择压缩性较 低、强度较高的土层作为持力层， 要避免是桩底坐落在软土层上或离软弱下卧层的 距离太近， 以免桩基础发生过大的沉降。 显然，土层相对于土层更适合成为持 力层。桩底所承受的最大竖向荷载最大值为：Nh (Nz /12 N1 3.5 /12 12.5 13.232+h 8.143)74958 /12 1011.89 3.5 /12 13.232 12.5 8.143 h6707.03 h 8.143计算 Ra 时取以下数据

7、：11桩 的 周 长 u d 1 . 8 = 5， Apd21.82 2.54m 2 ，p 4 40.85, m0 0.8,k2 6, fa0 500kpa , 2 (16 19.8 h 21.8) / (16 h ) 所以承载力：Ra 0.5 5.65 (55 12.5 70 h ) 2.54(16 19.8+21.8 h )(0.8 0.85 (500+6(13+h )(16+h )Nh 6707.83 8.143 h解之的 h =2.99m 取 h =3.5m参考 .资料因此拟定桩长为： L桩 =12.5 3.5 16m桩端以上各土层的加权平均重度值为：16 19.8 3.5 21.81

8、6 3.520.16kN / m3桩端处土的承载力容许值：qr m0fa0 k2 2(h 3)0.8 0.85 500 6 20.16 (19.5 3)1697.2kPa因为 qr 1697.2kPa1450kPa ,所以取 qr 1450kPa单桩轴向受压承载力容许值的计算：12 Rau qikli Apqr2 i 115.65 (55 12.5 70 3.5) 2.54 14506317.31kN桩底所承受的最大竖向荷载Nh (Nz /12 N1 3.5/12 12.5 13.232+h 8.143) =6735.53kN因为 Nh Ra ,不满足要求，所以需重新拟定桩长。h26735.5

9、3 2.54 14505.6555 12.5/705.6m取 h =6.5m 。验算单桩轴向受压容许承载力桩端以上各土层的加权平均重度值为：16 19.8 6.5 21.816 6.520.38kN /m3桩端处土的承载力容许值：参考 .资料qr m0 fa0 k2 2(h 3)0.8 0.85 500 6 20.38 (22.5 3) 1961.43kPa因为qr 1961.43kPa1450kPa ,所以取 qr 1450kPa单桩轴向受压承载力容许值的计算：12Rau qikli Apqr5.65 (55 12.5 70 6.5) 2.54 14506910.56kN桩底所承受的最大竖向

10、荷载Nh (Nz /12 N1 3.5/12 12.5 13.232+h 8.143) =6759.96kN因为 Nh 1450kPa,所以取 qr 1450kPa单桩轴向受压承载力容许值的计算：12Ra 5.65 (55 12.5 70 11.5) 2.54 1450u qikli Apqr2 i 1M Z计算列表ZzzAMBMQ0 AAMM 0BMMZ0.00.0001.000000.00332.81332.810.10.360.099600.9997462.20332.72394.920.20.720.196960.99806122.99332.16455.160.31.080.2901

11、00.99382181.15330.75511.910.41.440.377390.98617235.66328.21563.870.51.800.457520.97458285.70324.35610.050.62.150.529380.95861330.57319.03649.610.72.510.592280.93817369.85312.23682.080.82.870.645610.91324403.15303.94707.090.93.230.689260.88407430.41294.23724.641.03.590.723050.85089451.51283.18734.691

12、.13.950.747140.81410466.55270.94737.491.24.310.761830.77415475.72257.64733.371.34.670.767610.73161479.33243.49722.821.45.030.764980.68694477.69228.62706.311.55.390.754660.64081471.25213.27684.521.65.750.737340.59373460.43197.60658.031.76.100.713810.54625445.74181.80627.541.86.460.684880.49889427.671

13、66.04593.71参考 .资料1.96.820.651390.45219406.76150.49557.252.07.180.614130.40658383.49135.31518.812.27.900.531600.32025331.96106.58438.542.48.620.443340.24262276.8480.75357.592.69.340.354580.17546221.4258.39279.812.810.050.269960.11979168.5839.87208.443.010.770.193050.07595120.5525.28145.833.512.570.05

14、0810.0135431.734.5136.234.014.360.000050.000090.030.030.06由 Q Z=0 得： CQM0Q00.533由 CQ 0.533 及 h 4 ，查附表 13 ，得 zmax 1.0091 ，故2）桩身最大弯矩 Mmax 最大弯矩位置确定Zmax 1.0091 3.92m max 0.2775由 zmax 1.0091及 h 4 ，查书中附表13，得 KM=1.78059N2.4 0k mMm a=x KM M 0 1 .780 3 32 .812）桩身剪力 Q z计算Qz Q0AQM 0BQ 173.91AQ 92.69BQ无量纲系数 AQ,

15、BQ 分别由附表查的， Qz计算如下表QZ计算列表ZzzAQBQQ0AQM 0BQQZ参考 .资料0.00.001.000000173.910.00173.910.10.360.98833-0.00753171.88-0.70171.180.20.720.95551-0.02795166.17-2.59163.580.31.080.90468-0.05820157.33-5.39151.940.41.440.83898-0.09554145.91-8.86137.050.51.800.76145-0.13747132.42-12.74119.680.62.150.67486-0.1819111

16、7.36-16.86100.500.72.510.58201-0.22685101.22-21.0380.190.82.870.48522-0.2708784.38-25.1159.280.93.230.38689-0.3124567.28-28.9638.321.03.590.28901-0.3505950.26-32.5017.771.13.950.19388-0.3844333.72-35.63-1.921.24.310.10153-0.4133517.66-38.31-20.661.34.670.01477-0.436902.57-40.50-37.931.45.03-0.06586-

17、0.45486-11.45-42.16-53.611.55.39-0.13952-0.46715-24.26-43.30-67.561.65.75-0.20555-0.47378-35.75-43.91-79.661.76.10-0.26359-0.47496-45.84-44.02-89.861.86.46-0.31345-0.47103-54.51-43.66-98.171.96.82-0.35501-0.46223-61.74-42.84-104.582.07.18-0.38839-0.44914-67.54-41.63-109.182.27.90-0.43174-0.41179-75.

18、08-38.17-113.25参考 .资料2.48.62-0.44647-0.36312-77.65-33.66-111.302.69.34-0.43651-0.30732-75.91-28.49-104.402.810.05-0.40641-0.24853-70.68-23.04-93.723.010.77-0.36065-0.19052-62.72-17.66-80.383.512.57-0.19975-0.01672-34.74-1.55-36.294.014.36-0.00002-0.000450.00-0.04-0.053）水平位移 Xz 计算Xz Q3 0 Ax M2 0 Bx 6

19、.97 10 4Ax 3.72 10 4Bx EI EI无量纲系数 A x,Bx分别由附表查的， Xz 计算如下表XZ计算列表ZzzAxBxQ04Q3E0I Ax( 104)M 0 4 2E0I Bx( 10 4)EIXZ0.00.002.440661.6210017.016.0323.040.10.362.278731.4509415.885.4021.280.20.722.117791.2908814.764.8019.560.31.081.958811.1407913.654.2417.900.41.441.802731.0006412.573.7216.290.51.801.65042

20、0.8703611.503.2414.740.62.151.502680.7498110.472.7913.260.72.511.360240.638859.482.3811.860.82.871.223700.537278.532.0010.530.93.231.093610.444817.621.659.28参考 .资料1.03.590.970410.361196.761.348.111.13.950.854410.286065.961.067.021.24.310.745880.219085.200.816.011.34.670.644980.159854.500.595.091.45.

21、030.551750.107933.850.404.251.55.390.466140.062883.250.233.481.65.750.388100.024222.710.092.801.76.100.31741-0.008472.21-0.032.181.86.460.25386-0.035721.77-0.131.641.96.820.19717-0.057981.37-0.221.162.07.180.14696-0.075721.02-0.280.742.27.900.06461-0.099400.45-0.370.082.48.620.00348-0.110300.02-0.41

22、-0.392.69.34-0.03986-0.11136-0.28-0.41-0.692.810.05-0.06902-0.10544-0.48-0.39-0.873.010.77-0.08741-0.09471-0.61-0.35-0.963.512.57-0.10495-0.05698-0.73-0.21-0.944.014.36-0.10788-0.01487-0.75-0.06-0.814）转角位移 z 计算z Q2 0 A M 0 B 1.94 10 4 A 1.04 10 4 Bz2EIEI无量纲系数 A ,B 分别由附表查的， z计算如下表Z计算列表参考 .资料ZzzABQ2E0

23、I A ( 10 4)ME0I B ( 10 4)EIZ0.00.00-1.62100-1.75058-3.14-1.82-4.970.10.36-1.61600-1.65068-3.14-1.72-4.850.20.72-1.60177-1.55069-3.11-1.61-4.720.31.08-1.57676-1.45106-3.06-1.51-4.570.41.44-1.54334-1.35204-2.99-1.41-4.400.51.80-1.50151-1.25394-2.91-1.30-4.220.62.15-1.46009-1.15725-2.83-1.20-4.040.72.5

24、1-1.39593-1.06238-2.71-1.10-3.810.82.87-1.33398-0.96978-2.59-1.01-3.600.93.23-1.26713-0.87978-2.46-0.91-3.371.03.59-1.19647-0.79311-2.32-0.82-3.151.13.95-1.12283-0.70981-2.18-0.74-2.921.24.31-1.04733-0.63038-2.03-0.66-2.691.34.67-0.97078-0.55506-1.88-0.58-2.461.45.03-0.89409-0.48412-1.73-0.50-2.241.

25、55.39-0.81801-0.41770-1.59-0.43-2.021.65.75-0.74337-0.35598-1.44-0.37-1.811.76.10-0.67075-0.29897-1.30-0.31-1.611.86.46-0.60077-0.24672-1.17-0.26-1.421.96.82-0.53393-0.19916-1.04-0.21-1.24参考 .资料2.07.18-0.47063-0.15624-0.91-0.16-1.082.27.90-0.35588-0.08365-0.69-0.09-0.782.48.62-0.25831-0.02753-0.50-0

26、.03-0.532.69.34-0.17849-0.01415-0.35-0.01-0.362.810.05-0.11611-0.04351-0.23-0.05-0.273.010.77-0.06987-0.06296-0.14-0.07-0.203.512.57-0.01206-0.08294-0.02-0.09-0.114.014.36-0.00341-0.08507-0.01-0.09-0.10八、桩身截面配筋设计及桩截面强度验算由上可知，最大弯矩发生在距离桩顶以下的 3.92m 处，该处的弯矩为M 592.40kN m.计算该处轴向受压荷载时， 根据公路桥梁通用设计规范(JTG D60

27、 2004)4.1.6 ，恒载分项系数取 1.2。则1N 1.2 7450.73 13.232 3.92 uqkz1.2 7450.73 13.232 3.92 1 5.65 55 3.9228272.24kN1)纵向钢筋面积按公路桥规规定全部纵向钢筋配筋率按 0.2%配置22 Ag 0.002d 2 =0.00509m 2g4现选用 16 根 22 的 HRB335 级钢筋：Ag 60.816 104m2fsd 280MPa桩身采用 C25 混凝土， fcd 11.4MPa 。参考 .资料计算偏心距增大系数因为长细比 :l0 24I / A 0.4553.33 17.5所以偏心距增大系数：1

28、(l0 )2 1 2=1+1400e0 / h0 hM max592.4 0其中:e0max0.0716 m ,取 rs 0.9r 0.81m0 Nmax 8272.24h0 r rs 0.9 0.81 1.71m ;h 2r 1.8m1 0.2 2.7 e0 0.313 ， 2 =1.15-0.01l0 1.02 1,故取 2=1 h0h所以：=1+ 1(2 42 ) 0 .31 3 1=1.9 4914 00 0 .07 16 / 1 .71 1 .8计算截面实际偏心距M1.949 592.40e0Mmax 1.949 592.40 =0.140m0Nmax8272.24根据公路钢筋混凝土

29、及预应力混凝土桥涵设计规范 (JTJ D62-2004) 求轴向偏心距：Bfcd D gf sd rAfcd C f sd r其中： r 0.9m,并设g=0.9, =0.002即：e0 Bfcd D gf sdr=1 1.B4 0.5D040 .9Afcd C f sd 11 .A4 0C.56以下采用试算列下表ABCDe0e0e0 / e00.962.58900.40112.20120.74460.1450.1401.03参考 .资料0.972.61580.38652.22900.72510.1380.1400.990.982.64240.37172.25610.70610.1320.14

30、00.94由上表可知，当 =0.97 时 e0 =0.138mm ,与实际值 e0=0.140mm 最为接近，故取 0.97 作为计算值。截面承载力复合轴力复合:22Nu Ar2fcd C r2f sd222.6158 9002 11.4 2.2290 0.02 9002 280= 25165.37kN 8272.24kN弯矩复合：Mu Br3 fcd D gr3f sd0.3865 9003 11.4 0.7251 0.002 9003 280= 3478.46 kN m 592.40kN m轴力和弯矩均满足要求。裂缝宽度验算 根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 (JTJ D62-2004) 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外缘钢筋应力 ss 24MPa 时可不必验算裂缝宽度。ss59.422r2f(2.80se01.0) 1.65cu,k式中：r 900mm, 0.005, fcu,k=25MPa,s1.0,偏心距 e0Mmax592.4072m mcu,ks 0Nmax8272.24则：参考 .资料ss59.4238272.2