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1、课程设计任务书学生姓名： 伍毅 专业班级： 土木1005班 指导教师： 冯 仲 仁 工作单位： 土木工程与建筑学院 题 目: 常虎高速公路高架桥梁基础工程设计 初始条件：东莞市常虎高速公路某高架桥梁，上部构造采用装配式钢筋混凝土简支空心板或T梁，标准跨径16米、20米、25米、30米、35米，桥面宽217.5米，参照公路桥梁地基基础设计规范进行设计计算。设计荷载为公路I级，人群荷载3.5kN/m3。台后填土高度8.5米。材料：台帽、耳墙、台身和基础（承台）为C20钢筋混凝土。地质资料，上部尺寸见所附图纸。帽梁以上荷载见下表：东莞市常虎高速公路各跨径桥台竖向反力一览表（kN）跨径0o10o10o
2、25o35mT梁108781108530mT梁9324950125mT梁8502867625m宽幅空心板7962812120m宽幅空心板6822696616m宽幅空心板61206264要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）首先选择基础型式；（桩，浅基础）对浅基础：1埋置深度确定； 2尺寸拟订；3荷载计算； 4验算。对桩基础：1类型选择； 2荷载计算；3桩径、桩长拟订； 3基桩根数及平面布置；4桩基础内力计算； 5验算；6配筋计算。土木工程1004土木工程1005学号上部结构钻孔资料学号上部结构钻孔资料130米T梁卢屋ZK888130米T梁卢屋ZK88
3、8230米T梁卢屋ZK889230米T梁卢屋ZK889330米T梁卢屋ZK890330米T梁卢屋ZK890430米T梁卢屋ZK891430米T梁卢屋ZK891530米T梁卢屋ZK892530米T梁卢屋ZK892630米T梁卢屋ZK893630米T梁卢屋ZK893730米T梁卢屋ZK894730米T梁卢屋ZK894830米T梁万家营ZK1830米T梁万家营ZK1930米T梁万家营ZK2930米T梁万家营ZK21030米T梁三叉河ZK11030米T梁三叉河ZK11125米T梁卢屋ZK8881125米T梁卢屋ZK8881225米T梁卢屋ZK8891225米T梁卢屋ZK8891325米T梁卢屋ZK89
4、01325米T梁卢屋ZK8901425米T梁卢屋ZK8911425米T梁卢屋ZK8911525米T梁卢屋ZK8921525米T梁卢屋ZK8921625米T梁卢屋ZK8931625米T梁卢屋ZK8931725米T梁卢屋ZK8941725米T梁卢屋ZK8941825米T梁万家营ZK11825米T梁万家营ZK11925米T梁万家营ZK21925米T梁万家营ZK22025米T梁三叉河ZK12025米T梁三叉河ZK12125米宽幅空心板卢屋ZK8882125米宽幅空心板卢屋ZK8882225米宽幅空心板卢屋ZK8892225米宽幅空心板卢屋ZK8892325米宽幅空心板卢屋ZK8902325米宽幅空心板
5、卢屋ZK8902425米宽幅空心板卢屋ZK8912425米宽幅空心板卢屋ZK8912525米宽幅空心板卢屋ZK8922525米宽幅空心板卢屋ZK8922625米宽幅空心板卢屋ZK8932625米宽幅空心板卢屋ZK8932725米宽幅空心板卢屋ZK8942725米宽幅空心板卢屋ZK8942825米宽幅空心板万家营ZK12825米宽幅空心板万家营ZK12925米宽幅空心板万家营ZK22925米宽幅空心板万家营ZK23025米宽幅空心板三叉河ZK13025米宽幅空心板三叉河ZK13120米宽幅空心板卢屋ZK8883120米宽幅空心板卢屋ZK8883220米宽幅空心板卢屋ZK8893220米宽幅空心板
6、卢屋ZK8893320米宽幅空心板卢屋ZK8903320米宽幅空心板卢屋ZK8903420米宽幅空心板卢屋ZK8913420米宽幅空心板卢屋ZK8913520米宽幅空心板卢屋ZK8923520米宽幅空心板卢屋ZK8923620米宽幅空心板卢屋ZK8933620米宽幅空心板卢屋ZK8933720米宽幅空心板卢屋ZK8943720米宽幅空心板卢屋ZK8943820米宽幅空心板万家营ZK13820米宽幅空心板万家营ZK13920米宽幅空心板万家营ZK23920米宽幅空心板万家营ZK24020米宽幅空心板三叉河ZK14020米宽幅空心板三叉河ZK14116米宽幅空心板卢屋ZK8884116米宽幅空心板
7、卢屋ZK888设计荷载0-10度设计荷载10-25度土木工程1006土木工程1006学号上部结构钻孔资料学号上部结构钻孔资料116米宽幅空心板卢屋ZK8891416米宽幅空心板卢屋ZK889216米宽幅空心板卢屋ZK8901516米宽幅空心板卢屋ZK890316米宽幅空心板卢屋ZK8911616米宽幅空心板卢屋ZK891416米宽幅空心板卢屋ZK8921716米宽幅空心板卢屋ZK892516米宽幅空心板卢屋ZK8931816米宽幅空心板卢屋ZK893616米宽幅空心板卢屋ZK8941916米宽幅空心板卢屋ZK894716米宽幅空心板万家营ZK12016米宽幅空心板万家营ZK1816米宽幅空心板
8、万家营ZK22116米宽幅空心板万家营ZK2916米宽幅空心板三叉河ZK12216米宽幅空心板三叉河ZK11016米宽幅空心板卢屋ZK8882316米宽幅空心板卢屋ZK8881116米宽幅空心板卢屋ZK8892416米宽幅空心板卢屋ZK8891216米宽幅空心板卢屋ZK8902516米宽幅空心板卢屋ZK8901316米宽幅空心板卢屋ZK8922616米宽幅空心板卢屋ZK892时间安排：时间任务第1天熟悉资料第2天方案制订第3天计算和验算第4天计算和验算第5天说明书整理指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日1.设计资料31.1 初始条件31.2 设计荷载31.3 材料3
9、1.4 地质资料，上部尺寸32.基础类型的选择33.荷载计算43.1上部构造恒载反力及桥台台身与基础的土重计算43.2土压力的计算53.2.1台后填土表面无活载时土压力的计算53.2.2台后填土表面有汽车荷载时63.2.3台前溜坡填土自重对桥台前侧面上的主动土压力73.3支座活载反力计算83.3.1桥上有汽车和人群作用且后台无活载83.3.2桥上、台后均有汽车荷载且重车在台后83.3.3桥上无汽车荷载且台后有汽车荷载93.4支座摩阻力计算93.5荷载组合94.桩径桩长拟定115.基桩根数及平面布置115.1桩的数量估算115.2桩间距确定125.3桩平面布置126.桩基础内力计算136.1计算
10、宽度136.2变形系数136.3换算深度136.4桩顶刚度系数计算136.5承台地面原点处位移146.6计算作用在每根桩顶上的作用力156.7计算最大冲刷线处桩身弯矩、水平力、轴力156.8地面线以下深度Z处桩截面上的弯矩及水平压应力157.桩基础内力验算177.1桩顶纵向水平位移验算177.2群桩基础承载力验算188.承台188.1沉降验算188.2承台局部受压验算188.3桩对承台的冲剪验算188.4抗剪承载力验算199.配筋计算199.1桩基础配筋计算199.1.1计算偏心距增大系数199.1.2配筋率的计算及钢筋的选择209.1.3承载力复核219.2承台配筋计算2110.小结2111
11、.参考文献221.设计资料1.1 初始条件 东莞市常虎高速公路某高架桥梁，上部构造采用装配式钢筋混凝土简支T梁，标准跨径30m，计算跨径29.6m。桥面宽度为米，参照公路桥梁地基基础设计规范进行设计计算。1.2 设计荷载公路-级车道荷载的均布荷载标准值为，集中荷载标准值按直线内插求得为278.4；人群荷载；后台填土高度为8.5米；桥台竖直反力为9501KN。1.3 材料台帽、耳墙、台身和基础（承台）为C20钢筋混凝土，；后台及溜坡填土的重度；填土的内摩擦角，粘聚力。1.4 地质资料，上部尺寸 见所附图纸。2.基础类型的选择 由于采用浅基础的时候，其基础深度不会超过5米，一般在3米左右，但是，此
12、处地形在5米深度内承载力很小，根本不能满足桥台稳定性的要求，故在此处选择桩基础作为承台基础。另外，由于底下土层的极限摩阻力很下，不能满足要求，此外，在距离地层表面21.5米的地方含有承载力很大的持力岩层，故在本地形时，柱桩基础是最好的选择。3.荷载计算3.1上部构造恒载反力及桥台台身与基础的土重计算 其值如下恒载计算表序号计 算 式竖直力p(KN)对基地中心轴 偏心距 e(m)弯距M(KN.m)备注128.133.2-90.02弯矩正负值规定如下：逆时针方向取“-”号；顺时针方向取“+”号。244.062.7-118.96319.381.45-28.14637.13 1.45-932.8459
13、.90.65-6.4356577.170.65-375.16797.20.438.888151.20.9-136.0891702.89 1.422418.1010642.61.85-1188.811122050.000.00122238.080.39-872.8513211.140.39-82.3414上部构造恒载95010.6-5700.6 各序号含义及承台尺寸的设计见上图3.2土压力的计算土压力按台背竖直，；填土内摩擦角，台背（圬工）与填土间外摩擦角计算；台后填土为水平，。3.2.1台后填土表面无活载时土压力的计算台后填土自重所引起的主动土压力计算式为： 式中：为桥台的有效宽度取0.83=
14、2.4m；H为自基底至台土表面的距离取10m；为主动土压力系数。 =0.247所以其水平向的分力 离基础底面的距离： 对基底形心轴的弯矩为：在竖直方向的分力：作用点离基底形心轴的距离：对基底形心轴的弯距：3.2.2台后填土表面有汽车荷载时由汽车荷载换算的等代均布涂层厚度为：式中：为破坏菱体长度对于台背为竖直时 ， 所以在破坏菱体的长度范围内只能布下一辆重车，因是四车道，故：则台背在填土连同破坏菱体上车辆荷载作用下引起的土压力为： 其水平方向的分力：离基础底面的距离：对基底形心轴的弯矩为：在竖直方向的分力： 作用点离基底形心轴的距离： 对基底形心轴的弯矩：3.2.3台前溜坡填土自重对桥台前侧面上
15、的主动土压力以基础的前侧边缘垂线作为假想的台背，土表面的倾斜度以溜坡坡度1：1.5求得，则基础的前边缘至坡面的垂直距离为：，取土的内摩擦角，主动土压力系数为： 则主动土压力为：在水平方向的分力：作用点离基础底面的距离：对基底形心轴的弯矩：在竖直方向的分力：作用点离基础底面的距离：对基底形心轴的弯矩：3.3支座活载反力计算按下列情况进行支座反力计算：桥上有汽车和人群作用且后台无活载；桥上台后均有汽车荷载，重车在台后；桥上无汽车荷载且台后有汽车荷载。在下面分别进行计算：3.3.1桥上有汽车和人群作用且后台无活载3.3.1.1汽车及人群荷载反力桥跨上的汽车荷载布置采用等代荷载与反力影响线面积乘积求得
16、，如下图： 桥墩荷载布置汽车荷载产生的支座反力：人群荷载产生的支座反力：支座反力作用点到基底形心轴的距离：支座反力对基底形心轴产生的弯矩：3.3.1.2汽车制动力根据规定，一个设计车道上由汽车荷载产生的制动力标准值按规定的车道荷载标准值在加载长度上计算的总重力的10%计算，但公路级汽车荷载的制动力标准值不得小于165kN。按照墩台刚度分配至桥台的制动力为25.94kN。3.3.2桥上、台后均有汽车荷载且重车在台后3.3.2.1汽车及人群荷载反力 由于支座作用点在基底形心轴的左侧，为了使在活载的作用下得到最大的顺时针向的力矩，因而将重车后轴贴近桥台的后侧边缘，使得在桥跨上的活载所产生的逆时针向的
17、力矩为最小荷载布置如图所示，反力影响线的纵距分别为：汽车荷载引起的支座反力： 人群荷载引起的支座反力： 对基底形心产生的弯矩：3.3.2.2汽车荷载制动力计算同上，根据规定，一个设计车道上由汽车荷载产生的制动力标准值按规定的车道荷载标准值在加载长度上计算的总重力的10%计算，但公路级汽车荷载的制动力标准值不得小于165kN。按照墩台刚度分配至桥台的制动力为25.94kN。3.3.3桥上无汽车荷载且台后有汽车荷载 此时将车辆荷载换算为均布土层，然后计算台后土压力，同前边土压力计算部分。3.4支座摩阻力计算 摆动支座摩擦系数取，则支座摩阻力为： 对基底的形心弯矩为：3.5荷载组合 在荷载组合汇总表
18、中，考虑荷载布置情况为以下三种：a.桥上有活载，台后无活载；b.桥上、台后均有汽车荷载；c.桥上无汽车、台后有汽车；由于刚性扩大基础在设计时考虑了刚性角的要求，可不进行基础本身强度的验算，根据地基基础规范规定，考虑一下组合：a.基本组合：1.2*永久作用+1.4*汽车活载+0.6*（人群+汽车土压力+支座摩阻力）b.长期效应组合：永久作用标准值+0.4*汽车荷载（不计冲击力）+0.4*人群荷载c.短期效应组合：永久作用标准值+0.7汽车荷载（不计冲击力）+1.0*人群荷载+1.0*其他荷载组合汇总表荷载类型荷载工况水平力/kN竖直力/kN弯矩/（kNm）永久作用18058.2-7066.21台
19、后自重土压力480.56-151.521600.56-242.43（汽车+土重）土压力536.30-169.101962.86-270.56台前土压力-107.2075.06-213.33+157.63支座摩阻力475.054037.93汽车+人群荷载a812+52.5(818+52.5)0.6= 518.7b310.8+52.5（310.8+52.5）0.6=217.98c荷载工况荷载组合方式a.桥上有活载，后台无活载基本组合1.2480.56-1.2107.20-0.6475.05=163.0021.218058.2-1.2151.52+1.275.06+0.6864.5=22096.78
20、8-1.27066.21+1.2（1600.56-242.43）+1.2（-213.33+157.63）-0.64037.93+518.70.6 =-9046.647长期效应组合480.56-107.20= 373.3618058.2-151.52+ 75.06+0.4864.5=18327.54-7066.21-213.33+157.63+1600.56-242.43+0.4518.7 =-5556.4短期效应组合480.56-107.20- 475.05=-101.6918058.2-151.52+75.06+812+52.5= 18846.24-7066.21-213.33+157.63
21、+1600.56-242.43+8180.60.7+52.50.6- 4037.93 =-9426.65b.桥上、台后均有汽车荷载基本组合1.2536.30 -1.2107.2-0.6475.05 =229.861.218058.2-1.2169.10+1.275.06+0.6363.3=21774.972-1.27066.21+1.2（-213.33+157.56）+1.2（1962.86-270.56）+0.6（217.98-4037.93）=-8807.586长期效应组合536.30-107.20= 429.1018058.2-169.10+75.06+0.4363.3 =18109.4
22、8-7066.21-213.33+157.63+1962.86-270.56+0.4217.98=-5342.418短期效应组合536.30-107.20-475.05=-45.9518058.2-169.10+75.06+363.3=18327.46-7066.21-213.33+157.63+1962.86-270.56+130.536+52.5-4037.97=-9284.614c.桥上无汽车，台后有汽车基本组合1.2536.30-1.2107.20=514.921.218058.2-1.2169.10+1.275.06 =21556.992-1.27066.21-1.2213.33 +
23、1.2157.63 =-8546.376长期效应组合480.56-107.20= 373.3618058.2-151.52+70.56=17977.06-7066.21-213.33+157.63+1600.56-242.43=-5763.78短期效应组合514.9221556.992-8546.3764.桩径桩长拟定本方案采用就地钻孔灌注钢筋混凝土桩，桩身为实心断面，钻孔灌注桩设计直径1.0m，以冲抓锤施工。另外，根据地质条件及施工的需要，桩基础采用低承台基础，桩为嵌岩桩（柱桩），由于持力层深度的关系，桩长初步拟订为23m，其中，深入持力层1.5m，满足相关规范的要求。5.基桩根数及平面布置
24、5.1桩的数量估算支承在基岩上或嵌入岩层中的单桩，其轴向受压容许承载力，取决于桩底处岩石的强度和嵌入岩层的深度，钻孔灌注桩单桩轴向受压容许承载力按下式计算：其中系数C1、C2值可在下表中选取条件C1C2良好的0.60.05一般的0.50.04较差的0.40.03钻孔桩系数C1、C2值可降低20%采用。，h=1.5m,且估得Ra=8000kPa所以有：考虑偏心荷载时各桩手里不均而适当增加桩数的经验系数，取加上实际需要，初步拟定采用6根钻孔灌注桩来满足实际需要5.2桩间距确定 由于，通常钻孔成孔的，支撑或嵌固在岩层的柱桩中心间距不得小于2.0倍的成孔直径。即。另外，为了避免承台边缘距桩身过近而发生
25、破裂，并考虑到桩顶位置允许的偏差，边桩外侧到承台边缘的距离，对桩径小于或等于1.0m的桩不应小于0.5倍的桩径，且不小于0.25m，对大于1.0m的桩径不应小于0.3倍的桩径并不小于0.5m。因此，在本设计中，设计桩距为2.5m5.3桩平面布置 桩数确定后，根据桩基受力情况选用两排桩桩基，其形式采用行列式，有利于施工，同时这种布置可以尽量使桩受力均匀，发挥每根桩的承载能力。桩群横截面的重心与荷载合力作用点接近，桥墩桩基础中基桩采取对称布置，桩柱布置使盖梁发生的正负弯距接近，减少承台所承受的弯曲应力。桩的排列方式见下图6.桩基础内力计算6.1计算宽度 宽度的计算公式为： 其中：则：6.2变形系数
26、已知： 由于地面以下，自承台底面之下4m只有亚粘土一种土查表可得m=20000，所以： 6.3换算深度桩在底面线以下深度，其计算长度则为：，按弹性桩计算且当时，按计算。6.4桩顶刚度系数计算桩露出底面长度桩的埋置深度钻挖孔柱桩采用桩底平面的地基土竖向地基系数按桩中心距计算面积：取则有：已知：，取进行计算查表可得：，则有： 6.5承台地面原点处位移其中： 所以有： 6.6计算作用在每根桩顶上的作用力竖向力：水平力：弯矩：校核： 6.7计算最大冲刷线处桩身弯矩、水平力、轴力 （逆时针方向） 6.8地面线以下深度Z处桩截面上的弯矩及水平压应力已知：桩身弯矩： -式中的无量纲系数可以根据及与有关的表格
27、查询。所以有值计算如下表：Z004010-163.74-163.740.160.140.09960.99975.039461-163.691-158.6510.320.240.1970.9989.967609-163.413-153.4450.640.440.37740.98619.09531-161.448-142.3520.950.640.52940.95926.78605-157.027-130.2411.270.840.64560.913232.66542-149.527-116.8621.59140.72310.850936.58669-139.326-102.742.061.340
28、.76760.731638.83826-119.792-80.95392.381.540.75470.640838.18556-104.925-66.7393.17240.61410.406631.07162-66.5767-35.50513.812.440.44310.247922.41953-40.5911-18.17164.76340.19310.0769.770281-12.4442-2.673966.35440.00010.00010.00506-0.01637-0.01131水平应力式中的无量纲系数可以根据及与az有关的表格查取。可得，值得计算如下表z0042.44071.6210
29、000.160.142.27871.45091.1501422.3698883.520030.320.242.11781.29092.137864.2170916.3549510.640.441.80271.00063.639556.53748810.177040.950.641.50270.74984.5033977.27175911.775161.270.841.22370.53734.9025616.96612111.868681.59140.97040.36124.8673465.86293810.730282.061.340.6450.15994.1915173.3626857.55
30、42022.381.540.46610.06293.4994551.5282635.0277173.17240.147-0.07571.470012-2.44977-0.979763.812.440.0124-0.10540.149036-4.09955-3.950514.7634-0.0874-0.0947-1.31239-4.6018-5.914196.3544-0.1079-0.0149-2.16142-0.9659-3.12732分别以图的形式表示为：7.桩基础内力验算7.1桩顶纵向水平位移验算 桩在地面处水平位移与转角 -1.48mm(方向向左)6mm符合规范的相关要求 水平位移容许
31、值，符合要求7.2群桩基础承载力验算 由于采用嵌岩柱桩，因此，可以认为群桩起初的承载力等于各桩承载力之和所以，群桩基础承载力无软弱下卧土层，所以不需要验算8.承台8.1沉降验算 由于该基础是采用的嵌岩柱桩，地基底部沉降不大，其沉降量可以忽略不计。故不需要进行验算。8.2承台局部受压验算由其中：所以：又所以：（满足）8.3桩对承台的冲剪验算桩深入承台深度为0.5m由于刚性角而布置范围角因为，所以可不进行验算。8.4抗剪承载力验算承台抗剪强度经验算满足要求。9.配筋计算9.1桩基础配筋计算 桩身最大弯矩处Z=0m， 确定计算轴向力时恒载荷载的安全系数为1.2，活载为，则有：，弯矩，采用C20混凝土
32、，R235级钢筋，则有：9.1.1计算偏心距增大系数 由于桩的两端固定，所以长细比所以，应考虑纵向弯曲对偏心距的影响取则截面的有效高度为又因为， 所以取则：所以有：9.1.2配筋率的计算及钢筋的选择 由公式有： 又有， 采用下列表值进行计算：ABCDN（N）0.992.66850.35662.28250.6874-0.01413456481347669400.961.002.69430.34132.30820.6692-0.01274476388747669401.001.012.71120.33112.33330.6513-0.01191488095947669401.021.022.727
33、70.32092.35780.6337-0.0110500950247669401.05因此可以得出。当的时候即可以满足纵向力的要求又，规范规定，所以取进行计算故选用，实际的配筋率钢筋布置如下图所示：混凝土保护层厚度，纵向钢筋间距为，均满足要求。9.1.3承载力复核在垂直于弯矩作用平面内 长细比，故纵向弯曲系数 混凝土截面积为，实际纵向钢筋面积，则在垂直于弯矩作用平面内的承载力为： 9.2承台配筋计算承台的受力情况是比较复杂的，为了使承台的受力较为均匀并防止承台因桩顶荷载作用而发生破碎和断裂，应该在承台底部桩顶平面上设置一层钢筋网如附图所示钢筋网在越过桩顶钢筋处不截断，并应与桩顶主筋连接。钢筋
34、网也可以根据基桩和墩台的布置，按带状布设。具体设计尺寸及根数间钢筋配置详图。10.小结通过本次课程设计，我对桩基础的设计有了一个比较全面的理解，对天然地基上的基础的选择，尤其是桩基础中柱桩的选择及设计有了一个比较深刻的认识。但是，由于是初步涉及到承台基础的设计，所以，我们的设计内容不是那么的全面，精确，优良。但是，经过了这次的设计，使得我们对全本书的内容以及其他学科的知识加以了结合。对我们以后的工作设计打下了坚实的基础，对我们以后的学习也起到了推动的作用。11.参考文献 1、姚玲森.桥梁工程.北京：人民交通出版社.2008 2、叶见曙.结构设计原理.北京：人民交通出版社.2004 3、赵明华.土力学与基础工程.武汉理工大学出版社.2004 4、中华人民共和国行业标准。公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ024-85）.北京：人民交通出版社.1986 5、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 6、中华人民共和国行业标准.公路工程技术标准（JTGB01-2003）本科生课程设计成绩评定表姓 名性 别专业、班级课程设计题目：课程设计答辩或质疑记录：成绩评定依据：最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字： 年 月 日