中南大学基础工程课程设计

中南大学《基础工程》课程设计书题目：铁路桥墩桩基础设计姓名：xx学号：xx班级：xx班指导老师：郑国勇2014年9月目录第一部分设计任务书…………………………………………………………1第二部分设计说明书…………………………………………………………3133一、基本概况……………………………………………………………………4二、设计依据……………………………………………………………………4三、设计方案……………………………………………………………………4四、施工建议……………………………………………………………………5第三部分设计计算书…………………………………………………………6一、拟定尺寸……………………………………………………………………7二、桩的布置及桩的连接方式…………………………………………………8三、承台底面形心处位移计算…………………………………………………12四、墩身弹性水平位移δ计算…………………………………………………15五、桩基检算……………………………………………………………………11参考文献……………………………………………………………………………21第一部分基础工程课程设计任务书——铁路桥墩桩基础设计一、设计资料1.线路：双线、直线、坡度4‰、线间距5m，双块式无砟轨道及双侧1.7m宽人行道，其重量为44.4kN/m。2.桥跨：等跨L=31.1m无砟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，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0.09m。3.建筑材料：支承垫石、顶帽、托盘采用C40钢筋混凝土，墩身采用C30混凝土，桩身采用C30混凝土。4.地质及地下水位情况：标高（m）地质情况厚度（m）36.79~36.29耕地0.536.29~30.79软塑砂粘土5.530.79~21.29粉砂9.521.29～19.89淤泥质砂粘土(松软)1.419.89～-3.51细砂(中密)23.4-3.51~-12.31粗砂(中密)8.8-12.31~-22.31中砂(中密)10.0-22.31~-29.31砾砂（中密）7.0-29.31~-46.31硬塑粘土17.0土层平均重度320m/kN，土层平均内摩擦角o28。地下水位标高：＋30.5m。5.标高：梁顶标高+53.483m，墩底＋35.81m。6.风力：Paw800(桥上有车)。7.桥墩尺寸：如图1。二、设计荷载1.承台底外力合计：双线、纵向、二孔重载：kN.N0718629，kN.H5341，mkN.M754671双线、纵向、一孔重载：kN.N9417534，kN.H5341，mkN.M5747622.墩顶外力：双线、纵向、一孔重载：kN.H44253，mkN.M16893三、设计要求1.选定桩的类型和施工方法，确定桩的材料、桩长、桩数及桩的排列。2.检算项目(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)墩顶水平位移检算（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（A3纸,最好是手工图)一张四、附加说明1.如布桩需要，可变更图1中承台尺寸；2.任务书中荷载系按图1尺寸进行计算的结果，如承台尺寸变更，应对其竖向荷载进行相应调整。五、参考资料1.《铁路桥涵地基和基础设计规范》（TB10002.5-2005）2.《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1-2005）3．《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）4.《铁路桥涵混凝土和砌体结构设计规范》（TB10002.4-2005）5.《桥梁工程》邵旭东主编，人民交通出版社，2008年图1桥墩及承台尺寸示意图第二部分设计说明书一、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L=31.1m，梁全长32.6m，梁端缝0.1mL。轨底至梁底3.7m，梁底至支座铰中心0.09m，一孔梁总重8530KN。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，对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）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》TB1002.5-2005《混凝土结构设计规范》GB50010-2002《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》TB1002.3-2005三、设计方案本设计采用钻孔灌注桩，桩身采用C30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43m，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659kPa，单桩容许承载力3464.53kN。墩顶水平位移4.672mm，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57.215kN.m，选用20Φ16的I级钢筋，钢筋面积24019mm。钢筋采用环形对称布置，净保护层厚度60mm，主筋净距为135.717mm。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0.8m。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Φ16。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、施工建议地下水位标高为30.5m，桩伸入地下水位以下，施工时要注意加强排水措施，防止流砂等不良地质现象的发生。同时，施工时要加强对周围的地基沉降的观测，防止基础施工引起的周边建筑的不均匀沉降。钻孔施工建议使用反循环法。第三部分设计计算书一、基础尺寸的确定1.桩身及承台均采用30混凝土。2.设计桩径采用=1.00md，成孔桩径为1.05m，钻孔灌注桩，采用旋转式钻头，钻孔机具为直径100cm的旋转钻机。3.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1.5=1.50md，即桩端进入持力层的深度要大于1.50m，从承台底面标高为33.31m，则取桩长=40ml。桩底标高为-6.69m，桩端进入持力层的深度为3.18m。4.估算桩数：（按双孔重载估算）估算公式：=[]Nnp单桩容许承载力为：01[][]2iiPUflmA其中1.053.299mUdd（按成孔直径计算）2221.00==0.785m44dAd（按设计直径计算）10ld，故：02222[](43)6kdkd该土层平均天然重度320/kNm，图2由于桩侧土为不同土层，应采用各土层容重加权平均，在地下水位以上采用天然重度，在地下水位以下采用浮重度：'3201010kN/m求得：/m447.1169.679.361069.65.30205.3079.362KN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2=5k，'221==2.52kk。故：02222[](43)6kdkdkPa659111.452.563-14411.455430土质按较差处理，钻孔灌注桩桩底支撑力折减系数00.4m根据《铁路桥规》表6.2.2-3，各土层的极限承载摩阻力il如下表：地质情况厚度mil（）极限摩阻力kPaif（）软塑砂粘土2.5235粉砂9.545淤泥质砂粘土1.425细砂（中密）23.450粗砂（中密）3.1880则单桩的轴向受压容许承载力：01[][]2iiPUflmA/m53.3464659785.04.08018.3504.23254.1455.93525.205.121KN取1.3，按二孔重载估算桩数：99.653.346407.186293.1nPN，暂取8n，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1md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。图3桩布置图三、承台底面形心处位移计算1.设计荷载：双线、纵向、二孔重载：N=18629.07KN,H=341.5KN,M=4671.75KN.m双线、纵向、一孔重载：N=17534.94KN,H=341.5KN,M=4762.57KN.m2.计算0b，（1）桩的计算宽度0b00=fbKKKb其中：0.9fK，0=1.50.5/=2Kdd（）水平力作用方向上相邻两桩的净距112.0m0.60.63(1)3.6mLhd=2n，'=0.6b故：11110.62.00.60.8220.60.66LbKbh由上述得：00==0.920.8221.00=1.48fbKKKb（2）基础额变形系数05mbEI其中：桩截面惯性矩440.0491m64dIC30混凝土受压弹性模量MPaEC4102.347/m57.10491.0102.3KPaEI假定桩为弹性桩，则其计算深度：m=2(+1)=2(1.05+1)=4.1mhdmh深度内存在两层不同的土，则m的换算公式为：21121222+(2+)=mmhmhhhmh其中：m58.1hm/8000mm52.2hm/6000m242141，；，KNKN，则21121222(2)mmhmhhhmh422m/45.72441.458.158.152.22800052.26000KN）（故桩的变形系数：15650m369.01057.148.145.7244mbEI桩的换算入土深度：5.276.1440369.0l，则桩为弹性桩，假设成立。3.计算单桩桩顶刚度1234、、、100011CllAEA其中5.0,785.04,102.3,40,02240mdAMPaEmll因0A的直径mmD382.10428tan*40*214ltan2do（相邻中心距）故：222037.069m44DA因4010lmm，故300/2897784045.7244mKNmllmC从上得5700011079.7069.72897781102.3785.0405.00111ACAEll又00l，0.472.1540393.0l,47/m57.10491.0102.3KPaEI查表有=1.064HY，0.985MY，1.484M故m10014.1064.11057.1393.056332KNEIYHKNEIYM5622310388.2985.01057.1393.0rad/m10157.9484.11057.1393.0564KNEIM4.计算承台刚性系数mKNnnibb/10232.61079.786511mKNnniaa