基础工程设计_桥梁桩基(修改)

1、基础工程（道桥专业）多排桩课程设计基础工程课程设计指导教师：季羡军班级： 0814511姓名：学号：设计时间： 2011、 12、24土木工程学院- 1 -基础工程（道桥专业）多排桩课程设计桥梁桩基础设计一、初步桩基础拟定尺寸1. 桩基础类型的选择因为基础位于湖中，考虑到冲刷及潮水，且最高水位差为95.5-91.4=4.1m ，施工时排水困难， 应采用高桩承台式摩擦桩。 本设计采用桥梁整体式墩台多排桩基础，墩台联结及承台板与群桩的连接均为刚性连接（见附图）。2. 桩底标高经过初步计算，并考虑单桩承载力、局部冲刷线的影响，结合设计区域桩身穿过密实砂砾石层5m，桩底标高拟采用78.6m。3. 桩长

2、、桩径拟定由公路桥涵地基与基础规范 ，钻孔灌注桩混凝土等级不应小于C25。在满足规范要求的情况下，采用桩径为1.2m 的钢筋混凝土桩。桩身采用C25混凝土， R235 级钢筋，每桩 18 根主筋，主筋直径20mm，钢筋保护层净距80mm，箍筋采用闭合式直径8mm，箍筋间距 200mm，详见配筋图。4. 基桩根数及其平面布置经过初步试算, 拟采用 6 根钻孔灌注桩，对称竖直双排桩基础（即 2× 3）。查规范知：钻孔灌注桩的摩擦桩中心距不得小于 2.5 倍成孔直径，所以取钻孔桩中距为 3.0m。二、初拟承台尺寸1. 承台尺寸由规范，承台的厚度为桩径的一倍及以上，且不宜小于1.5m，混凝土

3、强度等级不应低于C25。本例采用厚度为2.0m， C25混凝土。采用板式实体承台板，考虑到墩底尺寸为：3.5m×7m，结合桩间中心距，所以拟定承台形状为矩形4.5m（纵桥向）× 8m。2. 配筋构造要求根据板式刚性承台板的受力特性，于承台底部高出承台板地面约15cm处设置一层钢筋网， 网孔为 100mm×100mm，钢筋直径采用12mm，钢筋网应通过桩顶土木工程学院- 2 -基础工程（道桥专业）多排桩课程设计主筋且不应截断。 承台的顶面和侧面应设置表层钢筋网，每个面在两个方向的截2面面积均不宜小于400mm/m，钢筋间距不应大于400mm，本例按 250mm

4、15;250mm布置，钢筋为12mm。3. 承台与桩基础的连接基桩与承台的连接用桩顶主筋伸入承台，桩身嵌入承台的深度为100mm；伸入承台内的桩顶主筋做成喇叭形（与竖直线倾斜15°）。伸入承台主筋为带肋钢筋 22mm，伸入长度 650mm。箍筋间距采取 160mm， 10mm钢筋。4. 承台标高承台应位于一般冲刷线以上， 本例为砂砾石层， 有比较好的特性， 所以将承台顶部与河床平齐，初拟承台底部标高为 88.9m。三、桩基础的设计计算与验算1单桩承载力采用钻孔灌注桩单桩承载力公式1 unR aq ik l iA P q r2i 1q rm 0f 0k 2 2 ( h 3)式中： Ra

5、单桩轴向受压承载力容许值（ kN），桩身自重标准值与置换土重标准值的差值作为荷载考虑；u桩身周长（ m）；AP 桩端截面面积；n土的层数；li 承台底部或局部冲刷线以下各土层厚度，扩孔部分不计；qik 各土层与桩侧的摩阻力标准值，按表5、3、3 1 取值；qr 桩端处土的承载力容许值；f 0桩端处土的承载力基本容许值，按3、 3、 3 确定；h桩端的埋置深度，对于有冲刷的桩基，埋深由一般冲刷线起算；对无冲刷的桩基， 埋深由天然地面线或实际开挖后的地面线起算；土木工程学院- 3 -基础工程（道桥专业）多排桩课程设计k2 容许承载力随深度的修正系数，按表3、 3、 4 取值；2 桩端以上各土层的加

6、权平均重度，若持力层在水位以下且不透水时，不论桩端以上土层的透水性如何， 一律取饱和重度； 当持力层透水时则水中部分取浮重度； 修正系数，按规范中表5、 3、 3 2 选用；m0 清底系数，按表选用。各个参数的取值：1) 冲抓成孔直径应比桩径大 0.2m，故 d=1.4m2)ud4.40 m ， Ap21.13m23)砂砾石层=0.7 ，淤泥=0.65 ； 2=10.0，0km =0.84)wwp1.5液性指数 I Lwpwl5)查规范砂砾石层f 0 =400kPa ， qik =100kPa ；淤泥层 f 0=90kPa ，ik=25kPa ；密室砂卵层f 0 =500kPa， ik=300

7、kPa ，。qqRa14.4 1.8 100 0.8 25 5 300 0.7 0.8 1.13 500 10 11.3 7.6 3 4000.972即单桩容许承载力为4000.97 kN。2桩的计算宽度 b1查公路桥涵设计手册得b10.9(d1)K从本设计中：当L1 1.8m ; h 7.1m; h1 3(d1) 6.6m ; L1 0.6h1 ; n 2 ，圆形截面 kf =0.9 。查规范，得，b ' 0.6 ， K b ' 1 b'gL10.780.6 h1土木工程学院- 4 -基础工程（道桥专业）多排桩课程设计b10.9(d1)K1.54m ； nb12 1.

8、363.09B ' 15.23. 桩 - 土变形系数 aC25混凝土 EC=2.8 × 107E0.8 gEC0.8 28 1062.24 10 7Id40.1018m464m45MN / m41m24MN / m4m3100 MN / m4对于三层土的 m系数换算方法采用教材中公式，所以m1h21m2 2h1h2 h2m3 2h12h2h3 h3mhm2451.8244.40.8100 10.2591.0644MN / m47.125mb1589761.5 1.540.572EI2.241070.1018桩在最大冲刷线以下深度h=7.6m，其计算长度为agh0.5727.6

9、4.352.5故按弹性桩计算。4桩顶刚度系数1 、2 、3 、4 的计算l02.4m ； h7.6m；0.5 ； A 1.13m2C0m0 gh91064.47.6536.92 10 kN / mA0(0.61.8tan 4000.8tan 805tan 400)210.48m2444按桩中心距计算面积时，A0g327.07 m2412.40.57.6111所以l 0h11.132.81076.92 1057.07AECC0 A02.501061.096EIhagh4.35m2.5m ； l 0 2.4 0.5721.373m查手册得： xQ0.3183； xM0.5055； M1.124。所

10、以2a3 EIxQ0.0465 EI =0.572 30.3183 EI =0.0596 EI3a2 EIx M0.1409 EI =0.572 20.5055EI =0.1654 EI4aEIM0.5949 EI =0.5721.124 EI =0.6429 EI土木工程学院- 5 -基础工程（道桥专业）多排桩课程设计5. 单孔活载 +恒载 +制动力的计算由于承台和桩身均采用C25 混凝土，作用在承台底面中心的荷载如下。恒载加一孔活载（控制桩截面强度荷载）时：N 6800 44 50 9000kN H 360+44=404kNM 4700kN gm二孔活载时N 8000 50 44 1020

11、0kN6. 计算承台底面原点 O处位移 a0 , b0 , 0查手册标准公式得：nxi21.096EI 6 1.52n4160.6429EI18.653EIi 1n360.1654EI0.9924EIn260.0596EI0.3576EI22（ 622n30.1654 ）=0.9849(EI )nxi2 ) H n 3M(n 41a0i1n222n2 (nxi)n413i111.52EI6700.8454EI60402145.860.279EI11.52EI 0.7147(EI ) 2EIb0N116281368.61n6 0.848EIEI10n 2 Mn 3Hn2 (nn2n2241xi)

12、3i10.279EI60400.8454EI670366.140.279EI11.52EI0.7147(EI ) 2EI7.计算作用在每根桩顶上作用力Pi ， Qi ， M查手册标准公式得：单位都为（kN）Pi1 (b0xi0 )1.096EI (1368.612101.931.5 366.14)EIEI898.06Qi2 a00.0596 EI2145.860.1654 EI366.1467.33 kN30EIEIM i4 03a00.6429EI366.140.1654 EI2145.86119.53kN gmEIEI校核：土木工程学院- 6 -基础工程（道桥专业）多排桩课程设计nQi 6

13、 67.33403.98kNH404kNxi PnM i3 (2101.93898.06) 1.5 6 (119.53)4700.235kN mgM4700kN gmnnPi3 (2101.93 898.06)8999.97 kNP9000kNi 18. 计算最大冲刷线处桩身弯矩 M0 、水平力 Q0 、轴向力 P0M 0M iQi l 0119.9367.332.442.062 kN gmQ067.33kNP02101.931.132.4142139.90kN9. 桩身最大弯矩位置及最大弯矩计算由 Z0QaM 00.57242.062Q得： CQ00.35767.33由 CQ_0.357 及

14、 h4.35 ，查手册得： z 1.157 。故z0.982.023m0.572_由 z1.157及 h4.35，查手册得： K M 4.148M maxKMM04.14842.062 174.473kN gm即最大弯矩在最大冲刷线以下2.023m 处。10. 配筋计算最大弯矩在最大冲刷线以下2.023m 处，该处 M max174.473kN gm 。查结构设计原理：已知一跨活荷载为3100kNN j1.2(2139.903100)0.50.5 2142.0321.2 100 2.032 0.51.431002286.5kNM j1.2( 119.53)1.4 67.33 (2.42.023

15、)273.48kNgme0M j273.480.1196m ； e00.11960.0997N j2286.5d1.2ae0.10.393； l pl 0h2.47.610m0.1430.3e0dEh2.87d410 kPa ； I h0.10264土木工程学院- 7 -基础工程（道桥专业）多排桩课程设计而l p108.337d1.2故应考虑偏心距增大系数，根据公路桥规11(l p ) 212 ； h0 rrs 1.2+0.541.74； h 2r1.2e0h1400h01 0.22.7 e00.391.0； 21.15 0.01l 01.13 1.0.取 21h0h所以11（8.332） 0

16、.39 1.0 1.2814000.189e01.28 0.09970.128m由已知条件得：fcd11.5MPa ； fsd195MPa 。计算受压区高度系数fcd?BrA(e0 )11.5B0.6 A0.1286.9B 1.472AfsdC(e0 )Dgr195C0.128D 0.624.96C 117D查结构设计原理得NuAr 2 f cdC r 2 f sdA(0.6)2 11.51000 C (0.6)2 10001954140A70200C采用试算法列表计算，各系数查规范ABCDNu0.230.39690.3103-1.34861.53612333.81-0.00705计算得当0.

17、23 ；0 时 Nu 接近 N ，故只需配置构造钢筋，构造钢筋如本说明书第二章桩的构造所述（桩身采用C25 混凝土， R235 级钢筋，每桩18 根主筋，主筋直径 20mm，钢筋保护层净距80mm，箍筋采用闭合式直径8mm，箍筋间距 200mm，见配筋图）。11. 桩的容许承载力验算Nh2139.900.5 7.6 0.785 142181.67kN根据前面所算P4000.97kNNh2181.67kN , 所以单桩承载力满足要求。12. 桩身强度验算（1）桩身稳定性验算屈曲临界荷载为：土木工程学院- 8 -基础工程（道桥专业）多排桩课程设计(0.160.07 ) 2 2.8 1070.102

18、Ncra221.264927.1kNEc I0/ l p9.82P2.02286.5 kN4573kN Ncr故桩身稳定性满足要求。（2）桩身材料强度的验算由初拟方案得e0130mm ； as90mm ； rs 540mm; g0.9配筋率Asd18314.20.005min 0.005A1.13106按偏心受压构件计算，查手册得公式0 N dAr 2 fcdC r 2 fsd'0 N d e0 Br 3 fcdD gr 3 f sd'在弯矩作用平面内Bf cdDgf sdr11.5B D0.0050.9195600e0Cf sdA11.5C0.005195Af cd6900B

19、526.5D11.5 A 0.975C仍然采用试算法ABCDe00.892.39270.49521.98460.893131.995由计算表可见，当0.89 时，0131.995mm ，与设计的0接近，故ee 130mm取之计算。Nu Ar 2fcdCr 2fsd'2.3927600211.5 1.98460.0056002195106023.72kN0 Nd3758.4kNM u Br 3 fcdDgr 3fsd'0.4952600311.5 0.8930.0050.960031953887.04kN gm0 Nd e0469.8kNgm故桩身强度满足规范要求。13. 群桩基

20、础承载力验算基础底部无软弱下卧层， 故不需考虑软弱下卧层强度验算。在本例中桩间中心距 l36d6.0 ，故按照规范要求需要进行桩底持力层承载力验算。查手册知：摩擦型群桩基础当桩间距小于6 倍桩径时，将桩基础视为实体基础，认为桩侧外力以/4 角向下扩散，按下列公式计算：土木工程学院- 9 -基础工程（道桥专业）多排桩课程设计桩底实体矩形基础的尺寸b4.22 9.8tan 4007.6； a8.429.8tan 40010.644Aab7.610.680.6K14; K210；A'80.661.1373.8_73.892273.80.8 17.561.139.81421.3kN / m38

21、0.69.8_lhBLhN (1eA)由maxhlAAWh l0K11 (b2)K 22 ( h 3)（相关系数查规范）5004 12(7.62)10 11.5 （ 10.63） 1642.8kPa_lhBLhN(1eAmaxAA)W21.39.81.7224.58222.79000 (10.5280.6 )80.680.672.25396.05 kPah l1324.5kPa故桩底平面处最大压应力满足要求。14桩基沉降量验算当桩的中心距大于6 倍桩径的摩擦型群桩基础， 可以认为其沉降量等于同样土层中静载试验的单桩沉降量。本例将桩基看做实体基础考虑，采用分层总和法计算沉降量。规范规定墩台基础沉

22、降量应满足S2.0LS 墩台基础的均匀沉降值；L 相邻墩台间的最小跨径长度，本例取30m。由于桩基底部为密实夹卵石层，按一般工程查 规范可以不计算基地沉降量，现暂时取压缩模量Esi70MPa 。分布在基地为梯形荷载max60.88kPa_BL hN (1eA) 327.5kPaminl hAAW将它看成 327.5 kPa 的均布荷载及最大值为167.4 kPa 的三角形荷载，分层厚度hi0.4b4.3 ，取 h=2m。土木工程学院-10-基础工程（道桥专业）多排桩课程设计（1）均布荷载下计算中心点下各层面处的自重应力在基底8m处z47.460.20.1298c 365.7 Zn 10m所以将

23、土层分为 4 层， 0-2 ，2-4 ， 4-6 ，6-8 ，0284.16kPa， 2206.32kPa， 498.76kPa6，34.6kPa60.32kPa802254.24kPa，2 4 152.54kPa,4 6 79.54kPa， 6 8 47.46kPa计算最终沉降量S1zi hi245.24 152.54 79.54 47.462 0.015mEs70000（2）三角形荷载下z28.50.120.2在 4m处， c237.5Zn4mz(2K t1 2Kt 22KC ) p0 / 2 ， K t1、Kt 2、KC 为均差系数表。074.6 KPa ,255.67 KPa ,4 2

24、8.5 kPa0 265.14 KPa ,2 442.09kPa计算最终沉降量S265.1442.0923.110 3 m70000综合 1，2SS1S20.02m2.0 L0.109m即桩底沉降量满足规范要求。四、承台的验算与设计前面已述及承台的构造验算， 为方便起见，这里引用第二篇初拟方案中的尺寸。根据板式刚性承台板的受力特性，于承台底部高出承台板地面约15cm处设置一层钢筋网， 网孔为 100mm×100mm，钢筋直径采用12mm。承台的顶面和侧面2应设置表层钢筋网，每个面在两个方向的截面面积均不宜小于400mm/m，钢筋间距不应大于 400mm，本例按 250mm×250mm布置，钢筋为12mm。土木工程学院-11-基础工程（道桥专业）多排桩课程设计基桩与承台的连接用桩顶主筋伸入承台，桩身嵌入承台的深度为100mm；伸入承台内的桩顶主筋做成喇叭形（与竖直线倾斜15°）。伸入承台主筋为带肋钢筋 18mm，伸入长度 650mm。箍筋间距采取 160mm， 10mm钢筋。1. 桩顶处的局部受压验算桩顶作用于承台混凝土的压力，如不