基础工程课程设计――低桩承台基础设计

基础工程课程设计----低桩承台基础设计一、基本资料1．某跨线桥主桥上部结构为预应力混凝土连续梁，跨径组成为（60+100+60）m，桥面净宽11m，设计荷载标准为公路Ⅰ级。采用盆式橡胶支座、等截面单箱双室薄壁桥墩（如下图示）。2．主墩高度18m，箱壁厚度0.75m，纵隔板厚度0.8m，墩身顶部1.5m及底部2m均为实心段，矩形墩底截面尺寸为(4×14)m2，采用30号混凝土。作用于墩身底截面中心处的设计荷载为：竖直力Nz=74958kN水平力Hx=2895kN纵桥向弯矩My=38209kN·m（坐标规定：纵桥向x轴、横桥向y轴、竖向z轴）3．主墩基础拟采用12根钻孔灌注桩群桩基础，混凝土标号25。承台顶面与地面平齐，厚度为3.5m。4．地质资料自地面向下16m深度范围内为中密细砂加砾石（土层Ⅰ），往下为密实中粗砂加砾石（土层Ⅱ）。地基土的物理力学性质指标为:土层Ⅰ：kq=55kpa，=19.8kN/m3，m=10000kN/m4,土层Ⅱ：kq=70kpa,0af=500kpa,=21.8KN/m3m=20000kN/m45.设计参数承台及基桩材料重度=25kN/m3，基桩设计有关参数为：Ec=2.8×107kN/m2,λ=0.85,m0=0.8,K2=6班级桩径（m）纵桥向（排）横桥向（排）桥11.234桥2、41.534桥31.834二、主墩群桩基础设计要求（以纵桥向控制设计）（一）设计计算内容：1.根据已知条件拟定承台平面尺寸；2.进行基桩的平面布置；3.拟定桩长并验算单桩轴向受压容许承载力；4.判断是否弹性桩；5.桩顶荷载分配并校核；6.确定桩长并验算单桩轴向受压容许承载力；7.单桩内力及位移计算与验算；8.桩身截面配筋设计及桩截面强度验算；9.群桩基础承载力和沉降量验算。（二）设计完成后应提交的文件及图表1．低桩承台群桩基础设计计算书（应附计算小图）；2.桥墩及基础结构构造图；3.基桩钢筋构造图。三、设计依据规范及参考书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）3.王晓谋.基础工程.北京：人民交通出版社，20044.叶见曙.结构设计原理.北京：人民交通出版社，20045.江祖铭等主编.墩台与基础.北京：人民交通出版社，1994一、拟定承台平面尺寸钻孔灌注桩属于摩擦桩中的钻孔桩，根据规范要求，其中心距不应小于桩径的2.5倍，此处，横、纵向桩中心距均取桩径的2.5倍即：横、纵向桩的中心距为1.8*2.5=4.5m根据规范，为了避免承台边缘距桩身过近而发生破裂，并考虑桩顶位置允许的偏差，边桩外侧到承台边缘的距离，对于桩径大于1.0m的桩不应小于0.3倍桩径并不小于0.5m。故：承台长1802.531800.321801638cmL承台宽1802.521800.321801188cmD二、进行基桩的平面布置桩的排列形式采用行列式，基桩布置如图1所示：三、拟定桩长并验算单桩轴向受压容许承载力承台每延米自重：0=11.8816.3825-19.8kN/mN（）=1011.89土层Ⅰ中桩每延米自重：2111.8(2519.8)13.232kN/m4q土层Ⅱ中桩每延米自重：2211.8(2521.88.143kN/m)4q设：第二层土中桩长为h根据要求，一般应将桩底至于岩层或坚硬的土层中，已得到较大的承载力和较小的沉降量，若在施工条件允许的深度内没有坚硬土层的存在，应尽可能选择压缩性较低、强度较高的土层作为持力层，要避免是桩底坐落在软土层上或离软弱下卧层的距离太近，以免桩基础发生过大的沉降。显然，土层Ⅱ相对于土层Ⅰ更适合成为持力层。桩底所承受的最大竖向荷载最大值为：1(/123.5/1212.5)74958/121011.893.5/1213.2313.232+8.1436707212.038.14.58.1433hzNNhhhN计算aR时取以下数据：桩的周长1.8=5.65mud，222p111.82.54m44Ad，020.85,0.8,6mk,0500kpaaf,219.8(16)/(168)21.hh所以承载力：a0.55.65(5512.570)2.541619.8+21.8(0.80.85500+6)))6707.838.143hRhhhhNh（）（(13+(16+)解之的=2.99mh取=3.5mh因此拟定桩长为：=12.53.516mL桩桩端以上各土层的加权平均重度值为：321619.83.521.820.16kN/m163.5桩端处土的承载力容许值：0022(3)0.80.85500620.16(19.53)1697.2kParaqmfkh因为1697.2kPa1450kParq,所以取1450kParq单桩轴向受压承载力容许值的计算：2a16311215.65(5512.5703.5)2.541457.3021kNikipriRuqlAq桩底所承受的最大竖向荷载113.232+8.143673(/123.5/1212.5)=5.53kNhzhNNN因为ahNR,不满足要求，所以需重新拟定桩长。2.54145025512.5/705.66735.55.m536h取h=6.5m。验算单桩轴向受压容许承载力桩端以上各土层的加权平均重度值为：321619.86.521.820.38kN/m166.5桩端处土的承载力容许值：0022(3)0.80.85500620.381(22.53)kP961.4a3raqmfkh因为kPa1450kPa1961.43rq,所以取1450kParq单桩轴向受压承载力容许值的计算：2a16911215.65(5512.5706.5)2.541450.5026kNikipriRuqlAq桩底所承受的最大竖向荷载113.232+8.143675(/123.5/1212.5)=9.96kNhzhNNN因为ahNR,满足要求。此时拟定的桩长为：=12.56.519mL桩四、判断是否为弹性桩当1.81.0md时，故桩的计算宽度为：1(1)fbkkd平行于水平力作用方向的桩间净距为14.51.82.7mL地面线以下桩的计算埋入深度13(1)3(1.81)8.4mhd，且12.7m0.65.04mLh。所以212110.6bLkbh2m=0.90.5bn11ff2式中：b--桩的计算宽度（m）,b2d；d--桩径（）；k桩形换算系数，本题取k；与水平外力作用方向的一排桩的桩数有关的系数，本题取b。计算可得：212110.52.7=0.5+=0.60.60.767.984bLkbh10.7679(1)=0.9.+=1.935mfbkkd（181）11.933m5m2.6bd，符合要求。2(1)2(1.81)5.612.5mhdmhm故整个深度的地基系数比例系数m取第一层土的m，410000/mKN即惯性矩4410.5153m64Id抗弯刚度272.8100.5153115427200.80.8kNmcEIEI5115100001.9350.2785m11542720mbEI桩的入土深度8.976m0.27852.5'19mh，故按照弹性桩计算。五、桩顶荷载分配并校核（1）桩顶刚度系数PPHHMHMM、、、值的计算：PP0001=1lhAECA式中：220p110,19m,,2.54m24lhAd003190000kN/mCmh，2202==4.5=15.m4904AS即：PP00079.52.540.81=2.8101119000015.900.1=17=4lhAEAEIC已知：0.2785195.29154,hh取用4。00l查附表17、附表18、附表19得：1.064230.985451.48375QMxxM、、,由下式可得：3HH2MHMM0.02300.07640.41===3QMMEIxEIEIxEIEIxEI(2)计算承台底面原点0处位移000ac、、,低桩承台要考虑桩—土—承台的共同作用。即：22111122211(sincos)[()sincoscos][(sincos)2sin)ncaappiHHiincaappHHiiiMHiincppiHHiiiMHiMMiBFxBSxxBI其中23110211102210,,,,1,2612=mh,11.88112.88,7495.835899.43c120.174()n()n(niiincccnnnninnppnccMMppMHicHHMMppHHMMppchchchFSIBBcBNnEIEInxHnMBIHBSManxBInx为承台侧面计算宽度考虑到各桩直径相等：21122221111221222111)2120.4130.17484.533.144120.07640.9168,n120.02300.276,0.841()0.1395,0.0797,0MHiMHnncccccMHiinMMppiMHHHcccBFBIFBSnBSnnxEIEIEInEIEIEIEInEIBIEIBSEIBF2110110222222111110.068312670.05(BF)M()n()n()21537.97iiMHccHMMHnnccccccHHMMppHHMMppMHiiEIaEInnBSHnxBInxBFBIFBSnBSnEI代入代入(3)计算作用在每根桩顶上的作用力iiiPQM、、竖向力：PP0i07450.73KN153(c+x)35899.43=0.7.976246.501744.5KN(0)()5042.27KNiiPExIEIEI水平力：HH0HM0a173.91KNiQ弯矩值:MM0MH0=332.8KNm1iMa校核单位宽度水平抗力：0076.60kN/mccxEaFS单位宽度弯矩值：0095.06kNccExMaSI水平力校核：i76.7012173.9112.883074N2895KNnQK竖向力校核：17450.73+6246.50+5042.27)7495.84(=KN=7495.8niiPNKN弯矩值校核：17450.735042.27)4.5+12332.81+4(12.88Nm3820995.06=4N08m42niiiixPnKKMM（）显然，校核结果符合要求。六、确定桩长并验算单桩轴向受压容许承载力由上一问可知，单桩桩顶所受到的最大轴向压力max7450.73kNN竖向最大荷载：hmax7450.7313.23212.58.1436=76.569.06kNN因为maxakNkN7669.066910.56NR,不满足要求，所以进行重新计算。2.54145025512.5/7010.345.657669.06mh取h