基础工程课程设计--某公路桥梁桩基础设计

1、基础工程课程设计-某公路桥 梁桩基础设计桥梁基础工程课程设计题目:某公路桥梁桩基础设计课程设计教学条件要求本设计对象为某公路桥梁，该桥梁的上部结构设计已经完成，本课程设计的 任务是完成桥墩基础与地基的设计与检算。要求同学选择（或由任课教师分配） 一个基础，按给定的条件完成相关的设计和计算工作。课程设计任务2.1工程概况某公路桥梁设计采用桩（柱）式桥墩，初步拟定尺寸如图1所示。该桥梁 上部结构为25米钢筋混凝土装配式T梁桥。桥面宽7米，两边各05米人行道。该桥墩基础由两根钻孔桩组成，旋转钻成孔。桩的设计直径（即钻头直径，精确至0.1m）自选，桩底沉渣厚度控制为t=（0.204）d。在局部冲刷线处

2、设置横 系梁，其断面尺寸可按构造等要求确定，高度约10m。2.2工程地质和水文地质地质资料：标高20.00以上桩侧土为软塑亚粘土，各物理性质指标为：容重 =18.5kN/m3，土粒比重Gs=2.70，天然含水量w=21%，液限wL=22.7%，塑限wp=16.3%；标高20.00以下桩侧及桩底均为硬塑性亚粘土，其物理性质指标为: 容重=19.5kN/m3，土粒比重 Gs=2.70，天然含水量 w=17.8%，液限 wL=22.7%， 塑限wp=163%。2.3设计荷载(1) 一跨上部结构自重G1=2000X(L/20)1.2kN (取整)，其中L为跨径；盖梁自重G2=350kN；2局部冲刷线以

3、上桩重应分别考虑最低水位及常水位；汽车荷载应考虑最不利荷载组合(双孔和单孔布载)；人群荷载尚应考虑最不利情况；荷载布载 长度为梁长(L-0.1) m。设计汽车荷载为公路一II级，汽车可能产生的横向偏心距为0.55m, 单孔活载时纵向偏心距为b=0.30m，并应考虑冲击力。行人荷载为35kPa。水平荷载单桩所受水平力如图4所示。其中：Ht (制动力)=4.5kN； W风力)=5kN；W2（风力）=8kN局部冲刷 线 35.50m-H2.4材料桩身混凝土强度等级拟采用C25,混凝土弹性模量Eh=2.85X104MPa，可选择的钢筋有HPB235和HRB335。2.5具体任务要求如下：确定桩的长度，

4、进行单桩承载力验算。具体计算时按如下不同标准跨径分组进行，同组人员的设计桩径、桩长不得 全部相同。跨径132025303540编组167121318192425303137（2）桩身强度计算；求出桩身弯矩图，确定桩身最大弯矩值及其相应截面 和相应轴力，配置钢筋，验算截面强度；（3）计算主筋长度，螺旋钢筋长度，钢筋总用量；（4）初步决定修筑基础的施工方案（5）绘出桩的钢筋布置图。将以上全部成果整理成设计计算说明书和设计施工图。课程设计报告书主要内容课程设计计算说明书通常应包含下述内容：（1）工程概况和设计任务。包括：工程名称，场地位置，上部结构的类型、 尺寸，本人承担的课程设计任务；（2）地质勘

5、察资料；（3）设计荷载；（4）方案设计。包括：基础选型，尺寸拟定，地基持力层的选取。需要阐 明自己的思路和考虑的因素并列出必要的说明；（5）技术设计的过程。包括：计算项目，计算过程和计算结果，方案调整 的理由和结果。需要阐明参数选取的理由、考虑的因素并列出必要的说明；（6）由设计结果形成的施工图，该图用CAD制作完成；（7）施工方案（初步）。包括：基础施工方式，主要施工机具。课程设计要求（1）学生按时到课程设计指定地点签到，遵守课程设计纪律。（2）学生独立完成课程设计任务。指导教师分时段验收学生完成的阶段任 务。（3）学生按时提交课程设计成果和打印的课程设计报告书。课程设计参考资料L1凌志平.

6、易经武，基础工程(第二版).人民交通出版社，1997.102周景星等，基础工程.清华大学出版社，19963公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004),人民交通出版社,20044公路桥涵地基与基础设计规范(JTJ 024-85 ),人民交通出版社,1985基础工程课程设计计算书一设计资料1地质资料标高20.00以上桩侧土为软塑亚粘土，各物理性质指标为:容重丫 =18.5kN/m3, 土粒比重Gs=2.70，天然含水量w=21%，液限wl=22.7%，塑限wp=16.3% ；标 高20.00以下桩侧及桩底均为硬塑性亚粘土，其物理性质指标为：容 重 Y =19.5kN/m3，土粒比重 Gs=2

7、.70，天然含水量 w=17.8%，液限 wL=22.7%，塑 限 wp=16.3%。常水位标高为44.50m，一般冲刷线标高为39.50m，最大冲刷线标高为35.50m2桩、墩尺寸与材料该桥墩基础由两根钻孔桩组成，旋转钻成孔。桩的设计直径d=1.2m，桩底 沉渣厚度控制为Q0.3d。在局部冲刷线处设置横系梁，其断面尺寸可按构造等要 求确定，高度约1.0m。桩身混凝土强度等级拟采用C25,混凝土弹性模量Eh=285 X 104MPa，可选择的钢筋有HPB235和HRB335。3荷载情况桥墩为单排双柱式，桥面宽7米，两边各0.5米人行道，上部为35-0.1=34.9m 预应力钢筋混凝土梁(1 )

8、 一跨上部结构自重 G1=2000 X (L/20)1.2 =3914kN，自重反力N1 = G1 = 1957kN(2)盖梁自重反力N2= % = 175kN ；系梁自重反力N3 = 56 = 28kN(3 )两跨活载反力为758kN，一跨活载反力为669kN，所引起的弯矩 M=200.7kN。常水位以上桩身自重N4 = 260.6kN设计汽车荷载为公路一II级，汽车可能产生的横向偏心距为0.55m, 单孔活载时纵向偏心距为b=0.30m，并应考虑冲击力。行人荷载为35kPa。单桩所受水平力如图所示。其中：HT (制动力)=45kN； W1(风力)=5kN； W2(水压力)=8kN,H T1

9、W -n局部冲刷线 35.50m y 图2桩(直径 1.2m)自重每延米q = ，；22 x 15 = 16.96kN拟定桩基础采用旋转钻孔灌注桩基础，为摩擦桩。二计算1、桩的周长计算根据公路桥涵地基与基础设计规范中确定单桩容许承载力的经验公式初 步反算桩的长度，设该桩埋入最大冲刷线以下深度为h，一般冲刷线以下深度为h3,则：N = P = 1 U l t +入m A。+K Y (h -3) h2 i i00223当两跨活载时：Nh = 1957 +175 + 28.125 +135.6 + 758 +(44.5 - 35.5)x 16.96 + 2 x 16.96 x h=3206.4 +

10、8.48h计算P 时取以下数据:桩的设计桩径为1.2m，成孔直径为1.3m桩周长U =1.3 x兀=4.08m, A =4 = 1.13m2，人=0.7，m = 0.8l = 35.5 - 20 = 15.5mT = 50=(h-15.5m18.5 +19.5 -10 = 9kN/m(扣除浮力)。L1w - wp-w - w0.21-0.613 = 0.7340.227 - 0.6130.178 - 0.163=0.234w -w 0.227-0.163e01气1 + W)Pw -1 = 0.77 ； e PG G + w)P 1 S2w 1 = 0.6802桩底为硬塑性亚粘土 e0 = e0

11、1 = 0.77查表得k2 = 2.5In 0 = 400kPap =2 x 4.08 x15.5 x 50 + (h - 15.5)x 70 + 0.7 x 0.8 x 1.13 xCl00 + 2.5 x 9 x(0 - 3)解 =142.8h - 210.406 = 3206.4 + 8.48h得：h=22.3m取整h=22.5m桩底标高为13m在20m以下满足低级二层土要求即P= 142.8 x 22.5 - 409.338 = 2803.662 N = 2550.4 + 8.48 x 22.5 = 2748.4kN桩的轴向承载力满足。2、桩的内力计算确定桩的计算宽度 b1 = K x

12、(d +1)= 0.9 xG.2 +1)= 1.98m计算桩一土变形系数EI = 0.67E I = 0.67 x 2.85 x 107 x 0.049087 x 1.24 = 1943619其中 m=15000a= 5；虬=55000 L98 = 0.30* EI 5 1943619桩的换算深度h = ah = 0.3x22.5 = 6.75 2.5m所以按弹性桩计算(一)一k (3)计算墩柱顶外力P、Q、吃及最大冲刷线处桩身弯矩M0,水平力Q，及轴向力P 00墩帽顶的外力(按一跨活载计算)P = N + N = 1957 + 669 = 2656kNQ = 4.5 + 5 = 9.5kNM

13、 = 200.7 + 4.5 x 14.7 + 5 x 140.5 = 337.1kN换算到最大冲刷线处P = 2656 +175 + 28 + 521.2 +116.96 x(44.5 - 35.5)= 4562kNQ = 4.5 + 5 + 8 = 17.5kNM = 200.7 + 4.5 x(9.8 +1.3 + 4 )+ 5 x(44.5 - 35.5 +14.05 )+ 8 x(44.5 - 35.5 + 9)=527.9kN(4)桩身最大弯矩位置及最大弯矩计算 由 Q = 0 得： C =也=.43 x 皿34 = 13.0817.5乙Q Q0由 C = 9.05 及 C = 1

14、.02 h = 0.351=C2M0 = 1.02x 527.9 = 538.458kN - m桩的最大冲刷线以下各截面的横向土抗力计算a。一，a 2M -b = b o zA + bzB11无量纲系数A B AmBm查表得zZ = a zAmBm乌Aa mM 0 BmMz0.330.10.0001.0000.00527.90527.900.660.20.1970.99811.49526.84538.331.330.40.3770.98621.99520.51542.502.000.60.5290.95930.86506.26537.122.600.80.6460.91337.68481.97

15、519.653.301.00.7230.85142.17449.24491.414.001.20.7620.77444.45408.59453.044.601.40.7650.68744.62362.67407.295.301.60.7370.0.59442.98313.57356.556.001.80.6850.49939.95263.42303.376.602.00.6140.40735.81214.86250.678.002.40.4430.24325.84128.28154.129.302.80.2700.1206.9863.3579.1010.003.00.1930.0761.354

16、0.1251.3813.334.000000zZ = a zAXBXa _ - bQ0 ZjAx1a 2-b 2 M 0 吐b (kPa)ZX002.4401.6200000.330.12.2791.4511.4369.57411.010.660.22.1181.2912.68817.03619.7161.330.41.8031.0014.54313.20017.7432.000.61.5030.7505.68114.84620.5272.600.81.2240.5376.16914.17020.3393.301.00.9700.3616.11111.90918.024.001.20.7460

17、.2195.6408.67014.314.601.40.5520.1084.8694.9889.8575.301.60.3380.0243.4071.2674.6746.001.80.254-0.0362.880-2.1380.7426.602.00.147-0.0761.852-5.014-3.162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计算x =- A +- B0 a 3 EI x a 2 EI x17.5x 2.44 + 5279x 1.620.33 x 19436190.32 x 1943619=0.005133m = 5.133mm 24.3mm 墩顶位移符合要求。3.桩

18、身截面的配筋计算及截面强度的校核:3.1计算轴向力N，偏心距e = M，偏心距增大系数门：J0 Nj最大弯矩发生在最大冲刷线以下Z=1.5m处，该处m ma538.458KNmN=1970+16093+13.7+0.5 x 】3.7+.5 x 16.96 乂 1.41-0.5 x 3.14 x 1.4X l50=80L355KN现拟定采用 C30 混凝土，HRB335 钢筋，R = 12.5MPa, R = 280MPa因a h = 6.75 4,故桩的计算长度l = 0.5 x (l + 40) = 0.5 x (13.8 + 40) = 13.5667 m = 13566.7mm p0 a0.3长细比l / d = 13566.7/1200 = 11.3 7,可不考虑纵向弯曲对偏心矩的影响，取 p门=1.2 o计算受压区高度系数门 = 1.2 x 672 = 806.4mmr = d/2 = 1200/2 = 600mm取 a = 80mm, r = 600 一 80 = 520mm, g = - = = 0.87 ggr 600_ RBr A(e )旦 RC(e ) Dgr12.5 B x 600 A x 806.4 x 280 C x 806.4 一 D x 52026.78B - 36 A806.4C - 522