基础工程课程设计

1广东工业大学课程设计（论文）任务书题目名称桥梁群桩基础设计学生学院土木与交通工程学院专业班级姓名学号一、课程设计（论文）的内容在学习桥梁基础工程等课程的基础上，根据给定基本资料（地质及水文资料，荷载）进行桥梁群桩基础的设计，初步掌握桥梁桩基础的设计与计算方法。二、课程设计（论文）的要求与数据（一）基本资料1地质及水文资料河床土质为卵石土，粒径50-60mm约占60%，20-30mm约占30%，石质坚硬，孔隙大部分由砂填充密实，卵石层深度达58.6m；地基比例系数4/120000mkNm（密实卵石）；地基承载力基本容许值01000afkPa；桩周土摩阻力标准值kPaqik500；土的重度320.00/kNm(未计浮力)；土内摩擦角40。地面(河床)标高69.50m；一般冲刷线标高63.54m；最大冲刷线标高60.85m；承台底标高67.54m；常水位标高69.80m，如图1。承台平面图如图2所示。2纵桥向断面横桥向断面图1桩基剖面图（单位：m）图2承台平面图（单位：m）2作用效应上部为等跨30m的钢筋混凝土预应力梁桥，荷载为纵向控制设计，作用于混凝土桥墩承台顶面纵桥向的荷载如下。永久作用及一孔可变作用(控制桩截面强度荷载)时:∑N=40746kN358.60HkN(制动力及风力)∑M=4617.30kN.m（竖直反力偏心距、制动力、风力等引起的弯矩)永久作用及二孔可变作用(控制桩入土深度荷载)时:∑N=46788.00kN3承台用C30混凝土，尺寸为9.8×5.6×2.0m，承台混凝土单位容重325.0/kNm。4桩基础采用高桩承台式摩擦桩，根据施工条件，桩拟采用直径md2.1，以冲抓锥施工。（二）主要设计依据规范1公路桥涵地基及基础设计规范（JTGD63-2007）2公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTGD62-2004）三、课程设计（论文）应完成的工作设计满足要求的群桩基础，并形成图纸与计算文件。计算文件包括以下内容：1.群桩结构分析（1）计算桩顶受力（2）计算沿桩长度方向弯矩，水平压应力，并画出相应分布图（3）桩顶纵向水平位移验算2.基桩桩身截面配筋并绘出基桩构造及钢筋图(横截面，立面)，进行桩截面强度3校核3按地基土的支承力确定和验算单桩轴向承载力4．承台验算验算项目：承台冲切承载力验算四、课程设计（论文）进程安排序号设计（论文）各阶段内容地点起止日期1布置任务，设计内容讲解，查阅资料2014.6.92完成单桩桩顶荷载分配计算（群桩到单桩）2014.6.9-2014.6.103完成单桩设计2014.6.114完成桩基相关检算内容2014.6.125总结，撰写设计说明书2014.6.13五、应收集的资料及主要参考文献[1]中华人民共和国行业标准.公路桥涵地基与基础设计规范(JTGD63-2007）.北京:人民交通出版社,2007[2]中华人民共和国行业标准.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTGD62-2004）.北京:人民交通出版社，2004[3]叶见曙.结构设计原理.北京:人民交通出版社,2007[4]廖朝华主编.墩台与基础（第二版）.北京:民交通出版社,2013发出任务书日期：2014年06月6日指导教师签名：吉小明计划完成日期：2014年06月13日基层教学单位责任人签章：45桥梁群桩基础设计一、群桩结构分析1.1、承台底面中心的荷载计算：1.1.1恒载加一孔荷载：407462.05.69.8(2510)42392.4NKN358.60HKN4617.30358.601.04975.9MKNm1.1.2恒载加二孔荷载：46788.002.05.69.8(2510)48434.4NKN1.2、桩长度的初步计算：由于地基土层单一，用确定单桩容许承载力《公桥基规》经验公式初步反算桩长，设桩埋入最大冲刷线以下深度为h，一般冲刷线以下深度为3h，则：00223132hiiNpUlmAkrh桩（直径1.2m）自重每延米q=21.2251016.964KN2248434.41.211.267.5460.85251025106424hNh=8185.89+8.48h计算[P]时取以下数据：桩的桩径1.2m，冲抓锥成孔直径1.3m，桩周长U=×1.3=4.08m,A=21.24=1.132m,=0.7,0m=0.8,2k=10,0=1000KPa,2r=10KN/3m(已扣除浮力)，=500KPa,所以得：[P]=11.35000.70.81.13100010102.6932hh=1083.78h+613.18=8185.89+8.48h解得：h=7.04m现取h=11.31m1.3、单桩桩顶荷载计算：61.3.1桩的计算宽度1b：对于1.0dm时：1(1)fbKKd式中：fK——桩形状换算系数，对于圆形截面，取0.9；d——桩直径，取1.2m；K——平行于水平作用方向的桩间相互影响系数：已知：12Lm；13(1)6.6hdm；22,0.6nb；对于110.6Lh的多排桩：2121(1)0.8020.6bLKbh所以：10.90.802(1.21)1.59()bm1.3.2桩的变形系数：15mbEI0.8cEIEI式中：——桩的变形系数；EI——桩的抗弯刚度，对以受弯为主的钢筋混凝土桩，根据现行规范采用；cE——桩的混凝土抗压弹性模量，C30混凝土73.010cEKPa；则cE=0.8×73.010=2.40710KN/2m;I——桩的毛面积惯性矩，440.1018()64dImm——非岩石地基水平向抗力系数的比例系数，4120000/mkNm；所以，计算得：10.60()m桩在最大冲刷线以下深度h=11.31m，其计算长度则为：0.6011.316.78(2.5)hh故按弹性桩计算。1.3.3桩顶刚度系数1、2、3、4值计算：已知：06.69,11.31lmhm；12(根据《公桥基规》钻挖孔桩采用12)，72221.21.13()44dAm630012000011.311.35710(/)CmhkNm22201.240tan11.31tan21.142424dAhm,易知该值大于相邻底面中心距为直径所得的面积，故按桩中心距计算面积，故取：2203.28.044Am117600016.6911.3111211.132.55101.357108.04hlhAECA621.923100.925KNmEI已知：7.02hh（＞4），取h=4，000.626.694.15()llm查教材《桥梁基础工程》附表17、18、19得：Qx=0.05568mx=0.16498m=0.65853所以3320.620.055680.0133QEIxEIEI2230.620.164980.0634mEIxEIEI40.620.658530.408mEIEIEI1.3.4计算承台底面原点O处位移0a、0b、0：对于竖直桩，且各桩的直径相同时：01434907836.0460.925NbnEIEI241310222224131()16.66358.600.38045334.56116.420.079816.660.1447()()niiniinxHnMEIEIaEIEIEIEInnxn2302222241310.07985334.50.3804358.60429.570.079816.660.1447()()niinMnHEIEIEIEIEInnxn1.3.5计算作用在每根桩顶上作用力iP、iQ、iM：8竖向力：1007884.10()7836.04429.57()0.925(1.6)6612.57()iikNPbxEIkNEIEI水平力：20306116.42429.570.01330.063454.11()iQaEIEIkNEIEI弯矩：4030429.576116.420.4080.0634212.52()iMaEIEIkNmEIEI校核：654.11324.66()358.60()inQkNHkN13(7884.106612.57)1.66(212.52)4828.22()5334.50()niiiixpnMkNmkNm13(7884.016612.57)43490.01()43490.00()niinpkNkN1.4、最大冲刷线深度处荷载计算从单桩桩顶荷载计算中，已得出计算最大冲刷线深度荷载所需要的数据，计算如下：弯矩00212.5254.116.69149.48()iiMMQlkMm水平力054.11()QkN竖向力07884.101.136.69(2510)7997.50()PkN1.5、最大冲刷线深度下沿桩长度方向弯矩、水平压应力的计算1.5.1桩身最大弯矩处及最大弯矩的计算：由：zQ=0得：000.60149.481.65854.11QMCQ由1.658QC且h=7.02＞4取h=4.0，查教材《基础工程》附表13得max0.813Z故max0.8131.36()0.60Zm又由maxZ=0.813及7.02h＞4取h=4.0，查教材《基础工程》附表13得mK=1.296max01.296149.48193.73(kNm)mMKM1.5.2最大冲刷线深度下沿桩身长度方向弯矩、水平压应力的计算：9采用无量钢法计算，由h=7.02＞2.5，所以用摩察桩公式计算：00zmmQMAMB00zQQQQAMB其中054.1187.27()0.62QkN0Q=54.11kN0M=149.48kNmA、mB、QA、QB的值查教材《基础工程》附表3、4、7、8，计算如下表：zzmAmBqAqBzMzQ0.000.00.000001.000001.000000.00000149.4854.110.160.10.099600.999740.98833-0.00753158.1352.780.320.20.196960.998060.95551-0.02795166.3849.110.480.30.290100.993820.90468-0.0582173.8743.560.650.40.377390.986170.83898-0.09554180.3536.540.810.50.457520.974580.76145-0.13747185.6128.460.970.60.529380.958610.67486-0.18191189.4919.661.130.70.592280.938170.58201-0.22685191.9310.471.290.80.645610.913270.48522-0.27087192.861.151.450.90.689260.884070.38689-0.31245192.31-8.021.611.00.723050.850890.28901-0.35059190.29-16.851.771.10.747140.814100.19388-0.38443186.90-25.141.941.20.761830.774150.10153-0.41335182.21-32.812.10