基础 工程设计

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1、基础工程课程设计二一、设计题目本课程设计的题目是“铁路桥墩桩基础设计”二、设计目的通过本次课程设计应全面掌握铁路墩台桩基础设计内容与步骤及主 要验算内容与方法，了解现行铁路桥涵地基和基础设计规范 （TB 10002.5-2005）的有关规定，并初步具备独立进行桩基础设计的能力。三、设计资料一）线路及桥梁1、线路：双线、直线、坡度4%。、线距5m,双块式2无石渣轨道 及双侧1.7m人行道，其重量为44.4kN/m。2、桥跨：等跨L=31.1m无渣桥面单箱单室预应力混凝土梁，梁全 长32.6m,梁端缝0.1m。梁高3m,梁宽13.4m,每孔梁重8530kN， 简支箱梁支座中心距梁端距离0.75m，

2、同一桥墩相邻梁支座间距 1.6m。轨底至梁底高度为3.7m，采用盆式橡胶支座，支座高 0.173m，梁底至支座铰中心0.09。3、建筑材料：支撑垫石、顶帽、托盘采用C40钢筋混凝土，墩身采 用 C30 混凝土，桩身采用 C25 混凝土。二）地质资料墩柱下地层情况及主要物理力学指标如下：地层号岩层名称标高 ( m)厚度(m)基本承载力kPa)容重kN/m 3）1-1耕地36.7936.290.56018101-2粉砂（中密）36.2923.3112.9820019.5181-3粗砂（中密）23.31 未揭40020.522穿地下水位高程为-50m。地层分布情况见图 136.79 玉 36.29

3、二33.3123.31图 1 地质横断面示意图三）荷载资料 比例 1：1000该墩柱与承台布置详见图 2。.輕图2桥墩及承台示意图(单位：cm)承台底外力合计：1、双线、纵向、二孔重载：N=17800.07kN，H=341.5KN，M=4671.75kN.m;2、双线、纵向、一孔重载：(四)设计方案该桥墩基础拟采用桩基础。四、设计依据1、铁路桥涵地基和基础设计规范(TB 10002.5-2005)五、设计要求1、选定桩的类型、施工方法、桩与承台的连接方式，设计满足工程 要求的桩基础。2、检算项目(1) 单桩承载力(双线、纵向、二孔重载)；(2) 群桩承载力(双线、纵向、二孔重载)；(3) 单桩

4、桩身内力(双线、纵向、一孔重载)；(4) 承台抗弯(双线、纵向、二孔重载)；(5) 桩对承台冲切(双线、纵向、二孔重载)；(6) 承台抗剪(双线、纵向、二孔重载)。3、设计成果(1) 设计说明书；(2) 设计计算书；(3) 桩的平面及横断面布置图。六、设计步骤（1）综合地层、荷载情况、使用要求、上部结构条件等确定桩基持 力层；（2）选择桩材，确定桩的类型、外形尺寸和构造；（3）确定单桩承载力设计值；（4）根据上部结构荷载情况，初步拟定桩的数量和平面布置；（5）根据桩的平面布置，初步拟订承台的轮廓尺寸及承台底标高；（6）单桩竖向承载力验算（7）验算承台结构强度；（8）群桩承载力验算；（9）单桩桩

5、身内力计算；（10）绘制桩的平面、横断面布置图。七、其它本课程设计应于本学期第十六周最后一次课前提交。一、选择桩材，确定桩的类型、外形尺寸和构造桩身采用C25混凝土。设计桩径采用d=1.25m，成孔桩径为1.30m, 钻孔灌注桩，采用旋转式钻头。取桩长l = 21m。二、确定单桩承载力设计值1P 二一x U Y fl + m AR 2 i i 0U =兀 d =兀 (1.25 + 0.05)= 4.084m 兀 d 24 “A = 1.23m 24l 10d.D =b + k y (4d -3) + 6k y d0 2 2 2 2由于桩侧土为不同土层，应采用各土层容重加权平均，在地下水位 以上

6、采用天然重度。.0.5 x 18 +12.98 x 19.5 +11 x 20.5“ 心，24.48:八=19.92kN / m 32查铁路桥规得，地基的基本承载力b 0 = 400kPa，深度修正系数k = 5, k = 2.5,22g=g + k y (4d 3) + 6k丫 d0 2 2 2 2=400 + 5 x 19.92 x (4 x 1.25 3) + 6 x 2.5 x 19.92 x 1.25 = 972.7kPa钻孔灌注桩桩底支撑力折减系数：m0 = 0.6各土层的极限承载摩阻力粉砂： f = 42.5kPa，l =10m11粗砂： f = 80kPa，l =11m22单桩

7、的轴向受压容许承载力:P = - X U Y fl + m Ab 2 i i 0=2 x 4.084 x (42.5 x 10 + 80 x 11) + 0.6 x 1.23 x 972.7=3382.663kPa三、估算桩数:（按双孔重载估算）估算公式：n =嚅 取卩=1.1，则估算桩数:Y N 1.1x 17800.07n = -F十=17800.0/ = 5.79，暂取n = 6,验算后作必要调整。IP J3382.663四、桩在承台底面的布置查铁路桥规当d 1m时，最外一排桩至承台底板边缘的净距 不得小于0.3d （设计桩径）且不得小于0. 5m,且钻孔灌注桩中心距不应 小于 2.5d

8、 成孔桩径，满足桩间距和和承台边到桩净距的前提下得到桩在 承台底面的布置情况，如下图（单位: cm）:桩长 21.5m。五、承台底面形心处的位移计算1、设计荷载： 承台底外力合计：1、双线、纵向、二孔重载：N=17800.07kN，H=341.5KN，M=4671.75kN.m;2、双线、纵向、一孔重载：2、计算b ,a0（1）桩的计算宽度：b = k k kb0 f 0d +1其中，k 二 0.9, k 二 二 1.8f0 dL = 3.15m 2.5 ,则桩为弹性桩，假设成立。3、计算单桩桩顶刚度p、p、p、p12341P1=厂每厂-0 +AE C A00其中，兀d 2l0 = 0 = 2

9、1.3m，E = 2.8 x 107 g A =1.23m2, g= 0.5D = d + 21 叫=1.25 + 2 X 21.3tan20。=6.48m 3m,所以取D = 3m4壬= = 7.069m 244/1 = 21.3m 10m.C = m l = ml = 7858.223x 21.3 = 167380.15kN/m3 001P1 = n厂丄+AE C A00= 8.66x105 kN / m所以，0.5x 21.31+1.23x 2.8 x 10716738015x 7.069又al = 0.355 x 21 = 7.455 2.5 ,查表有 Y = 1.064, Y = 0

10、.985, = 1.48 ,HMM p =a3ElY = 0.3553 x 2.68x 106 x 1.064 = 1.276x 105kN m 2Hp =a2ElY =0.3552x2.68x106x0.985=3.327x105kN3Mp =aEI = 0.355x2.68x 106 x 1.484 = 1.412x 106kN-m/rad4M4、计算承台刚性系数丫 bbYaaYa0=工n p = np = 6 x 8.66 x 105 = 5.196x 106 kN/mi 1 1=工n p = np = 6 x 1.276 x 105 = 7.656 x 106 kN mi 2 2=Y

11、=工n p = np = 6 x 3.327 x 105 = 1.996 x 106 kNi 33=6 x 1.412 x 106 + 6 x 3.327 x 105 x （兰）2 = 1.903 x 107kN - m/ rad2对于低承台桩基，承台完全处于粉砂中，因此，承台的计算宽度为：B0 = b +1 = I】2 +1 = S，Ch 二 mh 二 8000 X 25 二 2x104kN/m3所以：C h2 x 10 4 x 2.5Y =Y + B = 6.887 x 105 +12.2 x= 9.937 x 105 kN maa aa 022C h22 x104 x 2.52Y =Y

12、=Y + B -h = 1.522x 106 +12.2x = 1.268x 106kNa00aa0 0 66C h32 x104 x 2.53Y =Y + B h = 3.537 x 107 +12.2 x= 3.569 x 107 kN m / rad00 00 0 12 125、计算承台底面形心处的位移a, b,B桩基为竖直桩基，桩群对称布置， Y = Y = Y = Y = 0 ，则有： ba b0ab0aaY +0Y r=E haaa0bY = NaY0a + 0Y0 0=工 M 工Nb =Ybb由上式得承台形心位移：Y乙 H -y 乙 M a = ppapY y _Y 2aa pp

13、apY Z M -y Z HP = aa a pY y - y 2aa ppap 双线、纵向、二孔重载：工 N 17800 07 b =. = 3.014 x 10-3 mY5.906 x 106bbY 工H 工Ma = S必2Y Y - Yaa ppap3.569x107 x 341.5 - (-1.268 x10 6 ) x 4671.75=5.35 x 10 - 4 m9.937 x 105 x3.569x 107 -(-1.268x 106)2Y Z M Z HPaP2Y Y-Yaa ppap9.397x105x4671.75-(-1.268x106)x341.5=1.499 x 10

14、-4 rad9.937x 105 x3.569x 107 - (-1.268x 106)2 双线、纵向、一孔重载：N=17334.94kN, H=341.5kn, M=4762.57kN.m 工 N17334 94b = 2.935 x 10-3 mY 5.906x106 bbY 工H 工Ma = -PPap2Y Y -Yaa ppap3.569x107x341.5-(-1.268x106)x4762.579.937x105x3.569x107-(-1.268x106)2=5.383 x 10-4 my 工M刁工HB =亠邛2y y yaa BBaB9.397x 105 x4762.57 -(

15、-1.268x 106)x341.5=1.526 x 10-4 rad9.937x 105 x3.569x 107 (1.268x 106)2六、 检算1、单桩承载力检算(双线、纵向、二孔重载)：N = 17800.07kN, x = 2.25m, B= 1.499 x 10-4 rad, p = 8.66 x 105 kN /m1则桩顶内力：工 N 门 17800 07N =+p xB =+ 8.66x 105 x2.25x 1.499x 10-4 = 3258.758kNmax n 1 6桩身C25混凝土容重y = 25kN / m3 土平均重度y = 19.92kN / m3则桩自重：兀

16、d 2兀G =ly = x 1.252 x 21.3 x 25 = 653.476kN44桩入土部分同体积土重：兀d 2兀G =ly = x 1.252 x 21.3 x 19.92 = 520.690kN44N + G G = 3258.758 + 653.476 520.690 = 3391.544kN max 1.2 P = 4059.196kN其中，屮=3382.663kN ,故单桩轴向受压承载力满足要求。2、群桩承载力检算（双线、纵向、二孔重载）将桩群看作一个实体基础，则实体基础为一台体，台体底面由于内摩擦角（& = 20 ）较顶面放大（如图），底面尺寸:Qa = 2 x 4.4 +

17、1.25 + 21 tan 420。=8.8 +1.25 + 2 x 21.3 x tan -4=13.777mb = 4.6 +1.25 + 2l tan- = 4.6 +1.25 + 2 x 21.3 x tan 竺=9.577m44A 二 ab 二 13.777 x 9.577 二 131.942m2= 210.602m3ab22W =6 6桩和土的自重：G =丫 hA = 20x21.3x 131.942 = 56207.292kNGN = N + G0=17800.07 + 56207.292 = 74007.362kNt= la + ky (b-2) + k y (h-3)0 1

18、1 2 2=400+3x20.5x(10-2)+5x19.92x(24.48-3)=3031.308kNNM74007.362 4671.750 + = +AW 131.942210.602=583.09kPa a = 3031.308kPa故 群桩承载力满足要求。 又由结构在土面处的位移（按一孔重载）在桥规中查m、m0时，只适用于结构在地面处的最大位移为6mm, 若超过6mm就不能采用“m”法进行计算，故需要对桩在土面处的位移进 行检算。墩身埋于土中高度： h =36.79-33.31=3.48mA = a + p h = 5.383 x 10-4 +1.526 x 10-4 x 3.48

19、= 1.069 x 10-3m 6mmI可以用m法直接查表计算3、单桩桩身内力（双线、纵向、一孔荷载）N = p b = p （b + x 卩）i11iQ = P a p 卩i23M=p卩一pai 4 33123.177kN1960.243kN代入数据得N =p （b + x 卩）=8.66x 105 x（2.935x 10-3 土4.4x 1.526x 10-4）=i1iQ =p a p 卩=1.276x 105 x5.838x 10-4 3.327x 105 x 1.526x 10-4 = 23.723kNi23M =p 卩p a = 1.412x 106 x 1.526x 10-4 3.

20、327x 105 x5.838x 10-4 = 212409kNi 434、承台抗弯（双线、纵向、二孔荷载）,IM = m S N 由彳i -1iiilM = m S NJ II-II222M = mSN = 3 x 1.21 x 2541.71 = 9226.41kN - mII1 1 1M = m S N = 2 x 0.46 x 3123.177 = 2873.32kN - mI -I2 2 2h0 =h20040 = 2500 200 40 = 2260mmMA =i -1i-10.9f hy09226.41 x 1060.9 x 300 x 2260= 15120mm 2选用 21Q

21、32, As=15280mm2M2873.32x106A = 4709mm 2iii 0.9f h0.9 x 300 x 2260y0选用 21 18, As=4835mm25、桩对承台冲切（双线、纵向、二孔荷载）a.柱边冲切a0.585满足 0.21.0）九 =0 xh2.260a0x0.720.72-九 + 0.2 0.26 + 0.2 -1.560x九0y塔6 二 0.073 y F0l=1.0 x (17800.07 - 0) = 17800.07kNb.角桩向上冲切,从角桩内边缘至承台外边缘距离c1满足。=1.825ma1x=a 九0 x1x二九，a0 x1y=a 九0 y1ya1x

22、0.480.48九 + 0.20.26 + 0.2 -1.0431xa1y0.480.48九 + 0.2 0.2 + 0.2 1.21y(c + a /2)+a (c + a / h1x 21 y1y 11xt 0!65) +1.2 x (1.825 + !85)x 1100 x 2.26=1.043 x (1.825 +=11262.879kN y N = 1.0x3123.177 = 3123.177kN0 max满足强度要求。6、承台抗剪（双线、纵向、二孔荷载） 由于剪跨比与以上的冲跨比相同，故对 I-I 斜截面九=九 =0.26 2 N 二 2 x 1.0 x 3123.177 二 6

23、246.354kN0 max故 满足要求。II-II斜截面九也是0.3,其受剪切承载力与I-I截面相同，故其也满足要求。7、桩身截面配筋设计(双线、纵向、一孔重载)(1)桩身弯矩计算H 二 ap -Pp 二 5.383 x 10-4 x 1.276 x 105 -1.526 x 10-4 x 3.327 x 105 二 17.92kN 023M = Pp ap 二 1.526x 10-4 x 1.412x 106 5.383x 10-4 x3.327dx 105 二 36.38kN 043任意深度z处桩身截面弯矩：H17.92M = 0 A + M B = A + 36.38B = 50.47

24、9A + 36.38Bz a M 0 M 0.355 MMMMM 列表计算如下： za ZZ (m)AMBM50.479AM36.38BMM (kN - m)z00.00010.00036.38036.3800.20.5630.1970.9989.94436.30746.2510.41.1270.3770.98619.03035.87154.9010.61.6900.5290.95926.70334.88861.5910.82.2540.6460.91332.60933.21565.8241.02.8170.7230.85136.49630.95967.4551.23.3800.7620.77

25、438.46528.15866.6231.43.9440.7650.68738.61624.99363.6091.64.5070.7370.59437.20321.61058.8131.85.0700.6850.49934.57818.15352.7312.05.6340.6140.40730.99414.80745.8012.26.1970.5320.32026.85511.64238.4972.46.7600.4430.24322.3628.84031.2022.67.3240.3550.17517.9206.36624.2862.87.8870.2700.1213.6294.36617.

26、9953.08.4510.1930.0769.7422.76512.5073.59.8590.0510.0142.5740.5093.0834.011.268000.0000.0000.000由表知：M 二 67.455kN - mmaxN 二 N-p xPmin n 117334.946-8.66 x 105 x 4.4x 1.526 x 10-4 二 2307.69kN2）计算偏心距初始偏心距：廿 卜=黑鲁=o.029mmin偏心距放大系数：1KN兀2 ElCXhh12数)其中，影响系数 =0.1 + 0.16 = 一0.1+ 0.16 = 0.5970.2 + fa0.2 + 0029h

27、1.00计算长度：l 二 0.5(1 + 4.0)二 0.5 X (0 +c0 a04355)二 5634m (a 为变形系主力+附加力，所以 K=0.6则耳=KN0.6X 2307.691 1 兀 2E Icsr 兀 2 X 2.8 X107 X 0.1198ah-h0.597 x一12c=1.0025.6342T e0 二 1002 % O029 二 .0291m3)配筋根据灌注桩构造要求，桥梁桩基主筋宜采用光圆钢筋，主筋直径不宜小于16mm，净距不宜小于120mm，且任一情况下不得小于80mm，主筋净保护层不应小于60mm。在满足最小间距的情况下，尽可能采用单筋、小直径的钢筋，以提高桩的

28、抗裂性，所以主筋采用 I 级钢筋。桩身混凝土为C25,根据桥规规定，取卩.=0.5%，则min兀A = p A = 0.5% x x 12502 = 6136mm 2s ,minmin c4选用18 22的I级钢筋，A = 6462mm2，取净保护层厚度s，实a = 70mm ，采用对称配筋，则主筋净距为：s2兀R, 2兀 x (625 70 11)一 d =一 22 = 168mm 120mm，符合要求16 18( 4 )判断大小偏心取 n=17换算截面面积：A+ nA = 109855mm20 4 s换算截面惯性矩：兀R 41*=+ nA r 2042 s s兀 x 6254 +1 x 17 x 6462 x (625 - 70 -11)2 = 1.36 x 1Oiomm442核心距：k =厶Ao y1.36 x 1010109855 x 625=198mm e = 16.9mm故属小偏心构件8、桩基础布置图（d=1.25m）,比例尺1： 50