桩基础课程设计.doc

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1、目目 录录 1. 设计资料设计资料 地质及水文 河床土质： 水文 土质指标 桥墩、桩、承台尺寸与材料 荷载情况 单桩容许承载力的确定及验算单桩容许承载力的确定及验算 桩顶及最大冲刷线处荷载桩顶及最大冲刷线处荷载 Pi、Qi、Mi 及及 P0、Q0、M0 的计的计 算算 桩的计算宽度 b1 桩的变形系数 桩顶刚度系数 1、2、3、4 值计 算 计算承台底面原点 0 处位移 0 a 、 0 b 、 0 计算作用在每根桩顶上的作用力 i P 、 i Q 、 i M 计算最大冲刷线处桩身弯矩，水平力 0 Q ，及轴向 0 M 力 0 P 最大弯矩最大弯矩 max M 及最大弯矩位置及最大弯矩位置 ma

2、x M z 的计算的计算 桩在最大冲刷线以下各截面的横向土抗力计算桩在最大冲刷线以下各截面的横向土抗力计算 桩顶纵向水平位移验算桩顶纵向水平位移验算 桩身截面配筋计算桩身截面配筋计算 计算偏心距增大系数 计算受压区高度系 数 计算所需纵向钢筋的截面 积 对截面进行强度复 核 在垂直与弯矩作用平面 内 在弯矩作用面 内 佛山科学技术学院课程设计用纸佛山科学技术学院课程设计用纸 1 承台结构设计计承台结构设计计 算算 桩顶处局部受压验 算 桩对承台的冲剪验 算 承台受弯、抗剪承载力计 算 群桩基础验群桩基础验 算算 群桩基础承载力验 算 参考文参考文 献献 1 计资料计资料 1.1.地质及水文地质

3、及水文 1.1.1.河床土质：河床土质： 地基土为灰色淤泥质粘土，地基土容许承载力=200 KPa。 0 1.1.2.水文：水文： 地面（河床）标高为-2.00 m，高水位 3.80m ，低水位 2.00m ，最大冲刷线标高为- 4.00m ，一般冲刷线标高为-2.00m 。 1.2.土质指标土质指标 类型 地基系数 m（KN/m4） 极限摩阻力 （KPa） 内摩擦角 重度 （KN/m3） 内聚力 （KPa） 淤泥质粘土300035 16 17.912 1.3.桥墩、桩、承台尺寸与材料桥墩、桩、承台尺寸与材料 桥墩横向宽为 8.10m；纵向宽为 1.60m 墩顶标高为 7.028m；墩身高为

4、3.80m。 规范规定：钻（挖）孔灌注的摩擦桩中心距不得小于 2.5 倍成孔直径， 所以取： 承台尺寸：9.5m4.5m2.0m。 （1）拟定采用八根桩，设计直径为 1.0m。 （2）桩身及承台混凝土用 C25 号，其受压弹性模量 Eh =2.9107Kpa。受弯弹性模 量 E =1.93107Kpa 佛山科学技术学院课程设计用纸佛山科学技术学院课程设计用纸 2 （3）平面布置图如下图 1 所示： 平面布置图如下图 1 所示： 图 1 平面布置图(单位:厘米) 1.4.荷载情况荷载情况 a)上部为等跨 30m 的预应力钢筋混凝土简支梁桥，混凝土桥墩，承台顶面上纵横桥 向荷载为： 作用在承台顶面

5、中心的承载能力极限状态荷载如下表： 荷载方向竖向力 N（KN）水平力 H(KN)弯矩 M(KNm) 纵向 7880420.53019 横向 6100228.8770 分析说明：由于纵向荷载比横向荷载大，出于安全角度考虑，荷载为纵向控制设计。 b)桩（直径 1.2m）自重每延米为 (已扣除浮力)kNq78.1115 4 )01 ( 2 1 kNq63.1925 4 )0 . 1 ( 2 2 c)故,作用在承台底面中心的荷载力为: N=7880+(2.04.59.525)= 10017.5 KN H=420.5 KN M=3019+420.52.0=3860 KNm d)则拟定桩基础采用正循环旋转

6、钻换浆法,为摩擦桩。 2 桩容许承载力的确定及验桩容许承载力的确定及验 根据公路桥涵地基与基础设计规范中确定单桩容许承载力的经验公式初步反算桩 的长度，设该桩埋入最大冲刷线以下深度为 h，一般冲刷线以下深度为 h3，则： 佛山科学技术学院课程设计用纸佛山科学技术学院课程设计用纸 3 Nh=P=U +m0 A0+K22(h-3) 2 1 ii l hhNh89 . 5 77.131378.11 2 1 78.114228 . 1 8 5 . 10017 计算P时取以下数据： 桩的设计桩径为 1.0m ，旋转钻成孔直径为 1.04m， U=1.04=3.27m， A=1.042/4=0.849,

7、=0.70, m0=0.8, K2=1.5, 0=200kPa, , =35 kPa。 3 2 / 9 . 17mKN P=3.27h35+ 0.70.80.849200 + 2 1 1.517.9(h+2-3) = Nh = 1313.77+ 5.89h 所以，则解方程得：h=19.2m 现取 h=20m，桩底标高为-24m，桩的轴向承载力符合要求。 具体见如下图 2 所示 佛山科学技术学院课程设计用纸佛山科学技术学院课程设计用纸 4 图 2 双排桩断面图 (单位:厘米)（a）横桥断面图 （b）纵桥断面图 3 及最大冲刷线处荷载及最大冲刷线处荷载 Pi、Qi、Mi及及 P0、Q0、M0的计算

8、的计算 3.1.桩的计算宽度桩的计算宽度 b1 b1=KfK0Kd Kf=0.9 K0=1+1/d=2.0 d=1.0 KdK d d b8 . 1 1 9 . 0 1 又 ； ； n=2 ； =0.6 1 1.5Lmmdh0 . 6) 1(3 1 b 又有 =1.5 2.5)hh 故按弹性桩计算 3.3.桩顶刚度系数桩顶刚度系数 1、2、3、4值计算值计算 l0=5.228m h=20m =1/2 (钻孔桩) A=0.785 4 2 d 2 m h=20m 34 00 /106203000mKNhmC 2 2 0 0 32.11 4 16 tan20 2 0 . 1 mA 按桩中心距计算面积

9、，A0= 2 2 2.5 4.91 4 m 所以 2 0 91 . 4 mA EI ACAE hl 258 . 0 10246 . 0 91 . 4 106 1 109 . 2785 . 0 20 2 1 228 . 5 1 1 6 1 47 00 0 1 又已知：=0.3420=6.8 大于 4，所以取 4hh =0.345.228=1.778 00 ll 由和查附表 17、18、19，并用双内插法得:(，取 4) h 0 lh7.1854 =0.23215 ; =0.41505 ; =1.02582 Q m m EIEI Q 00912 . 0 3 2 EIEI m 0480 . 0 2

10、3 EIEI m 349 . 0 4 3.4.计算承台底面原点计算承台底面原点 0 处位移处位移、 0 a 0 b 0 0 b EIEIn N44.4853 258 . 0 8 5 . 10017 1 EIEIEI i N n i x 017 . 6 25 . 1 8258 . 0 349 . 0 8 2 1 2 1 4 佛山科学技术学院课程设计用纸佛山科学技术学院课程设计用纸 6 EI EIEIEI EIEI n i nn MnH i n a EIEIn EIEIn EIEIn n i n i x x 26.13753 )(1475 . 0 017 . 6 0730 . 0 3860384

11、. 0 5 . 420017 . 6 )(1475 . 0 )384 . 0 ()( 384 . 0 048 . 0 8 0730 . 0 00912 . 0 8 2 2 3 2 1 2 142 3 1 2 14 0 222 3 3 2 EI EIEIEI EIEI n i nn HnMn N n i x 33.1519 )(1475 . 0 017 . 6 0730 . 0 5 . 420384 . 0 38600730 . 0 )( 2 2 3 1 2 142 32 0 3.5.计算作用在每根桩顶上的作用力计算作用在每根桩顶上的作用力、 i P i Q i M KN KN EIEI EIb

12、P ii 20.760 17.174233.1519 25 . 1 44.4853 258 . 0 001 水平力： KN EI EI EI EIaQi50.52 33.1519 048 . 0 26.13753 00912 . 0 0302 弯矩： KN EI EI EI EIaMi91.129 26.13753 0480 . 0 33.1519 349 . 0 0304 校核： 校核正确KNHnQi 5 . 42000.42050.528 )91.129(825 . 1 )20.76217.1742(4 1 ii n i i nMPx 校核正确mkNMmkN 386057.3860 mkN

13、PmkNnP n i i . 5 . 10017.48.10017)20.76217.1742(4 1 佛山科学技术学院课程设计用纸佛山科学技术学院课程设计用纸 7 校核正确 3.6.计算最大冲刷线处桩身弯矩计算最大冲刷线处桩身弯矩，水平力，水平力，及轴向力，及轴向力 0 M 0 Q 0 P kNP kNQ mkNlQMM ii 73.180315228 . 5 785 . 0 17.1742 5052 56.144228 . 5 50.5291.129 0 0 00 4 大弯矩大弯矩及最大弯矩位置及最大弯矩位置的计算的计算 max M max M z 由得：0 z Q 936 . 0 50.

14、52 56.14434 . 0 0 0 Q M CQ 由 及查附表 13 得：936 . 0 Q C8 . 6h 973 . 0 max Z 86 . 2 34 . 0 973 . 0 max Z651 . 1 M K mKNMKM Mmac .67.23856.144651 . 1 0 34 . 0 48 . 6h mmz BMA Q M 0 0 无量纲系数及由附表 3、7 查得，值计算列表如下， m A m B z M 弯矩分布图弯矩分布图: : 佛山科学技术学院课程设计用纸佛山科学技术学院课程设计用纸 8 5 在最大冲刷线以下各截面的横向土抗力计算在最大冲刷线以下各截面的横向土抗力计算

15、2 00 2 1 zxxx Q zAM zB bb 无量纲系数及由附表 1、5 查得，值计算列表如下 x A x B zx 土抗力分布图土抗力分布图: : 佛山科学技术学院课程设计用纸佛山科学技术学院课程设计用纸 9 6 顶纵向水平位移验算顶纵向水平位移验算 桩在最大冲刷处水平位移和转角 0 x 0 由 =0.3420=6.8 查附表 1，2，5，6 得0Zhh 44066 . 2 x A62100 . 1 A62100 . 1 x B75058 . 1 B mmmmm B EI M A EI Q x xx 654 . 5 1054 . 5 62100 . 1 0491 . 0 10943 .

16、 1 34 . 0 56.144 44066 . 2 0491 . 0 10943 . 1 34 . 0 50.52 3 7273 2 0 3 0 0 满足要求 m EI lQ x rad B EI M A EI Q Q 3 7 3 3 0 3 7 102 0 2 0 0 10621 . 2 0491 . 0 10943 . 1 3 228 . 5 50.52 3 10552 . 1 )75058 . 1 ( 0491 . 0 10943 . 1 34 . 0 56.144 )62100 . 1 ( 0491 . 0 10943 . 1 34 . 0 50.52 m EI Ml x mkNM

17、m 3 7 2 2 0 10861 . 1 0491 . 0 10943 . 1 2 228 . 5 91.129 2 91.129 佛山科学技术学院课程设计用纸佛山科学技术学院课程设计用纸 10 所以，桩顶纵向水平位移 xxlxx mQ 0 0 01 mm41.14 10861 . 1 10621 . 2 228 . 5 10552 . 1 1054 . 5 3333 水平位移容许值0.50.53027.4Lmm 符合要求mmmmx 4 . 2741.14 1 7 桩身截面配筋计算桩身截面配筋计算及其承载力复合及其承载力复合 7.1.计算偏心距增大系数计算偏心距增大系数 最大弯矩截面发生在最

18、大冲刷线以下 Z=2.86处，此处设计最大弯矩为m ，设计最大竖向力mkNM j 67.238 kNN j 13.165786 . 2 04 . 1 355 . 078.1186 . 2 5 . 073.1803 现拟定采用 C25 号混凝土，HRB335 级钢筋， MPafcd 5 . 11 mpafsd280 m N M e j j 14 . 0 13.1657 67.238 0 又因为，故桩的计算长度为：0 . 428 . 6 h mllp5 . 8) 34 . 0 0 . 4 228 . 5 (5 . 0) 0 . 4 (5 . 0 0 长细比，故考虑纵向弯曲对偏心距的影响。m d l

19、p 75 . 8 取 g=0.87 mmrg43550087 . 0 935500435 0 g rrd 佛山科学技术学院课程设计用纸佛山科学技术学院课程设计用纸 11 所以取 0.6040 . 1604. 0 935 140 7 . 22 . 07 . 22 . 0 0 0 1 d e 所以取 1.00 . 1065 . 1 1000 8500 01 . 0 15 . 1 01 . 0 15 . 1 2 d lp 024 . 1 0 . 1604 . 0 1000 8500 935/1401400 1 1 /1400 1 1 2 21 2 0 00 h l he mme36.14314002

20、4 . 1 0 7.2 计算受压区高度系数计算受压区高度系数 DC AB DC AB DgreC eABr f f sd cd 121800 8 . 40140 64.16485750 50087. 036.143 36.143500 280 5 .11 0 0 CACAfrCfArN sdcdu 7 22 2 1072875000280500 5 . 11500 2 以下采用试算法列表计算，各系数查结构设计原理附表 1-11 由计算表可见不存在使得 Nu 与设计值 N 相近。所以应该按构造进行配筋设计。 7.3 计算所需纵向钢筋的截面积计算所需纵向钢筋的截面积 取最小配筋率005. 0 所以

21、 22 3925mmrAs 选用 2014 2 4396mmAs%5 . 0%56 . 0 100014. 3 439644 22 d As 佛山科学技术学院课程设计用纸佛山科学技术学院课程设计用纸 12 箍筋选用 10 取 g=0.87 mmrg43550087 . 0 mmrra gg 65 混凝土净保护层厚度 ，符合规范要求mmmmc5055 2 10 65 布置如图 3 所示 图 3 钢筋布置示意图（尺寸单位：除钢筋为毫米外其余为厘米） 纵向钢筋间距为： 符合规范要求mmmm80172 7 . 22 14 4352 7.4 进行强度复核进行强度复核 由前面的计算结果， ， mme36.

22、143 0 mmas65mmrg435 87 . 0 g 7.4.1 在垂直于弯矩在垂直于弯矩作用平面内作用平面内 长细比，查结构设计原理附表 1-10 有稳定系数75 . 8 0 d l 98 . 0 混凝土截面面积， 2 2 785000 4 mm d Ah 实际纵向钢筋面积 2 4396mmAs 则在垂直于弯矩作用平面内的承载力为 佛山科学技术学院课程设计用纸佛山科学技术学院课程设计用纸 13 KNNjKNN AfAf ssdccd uN 13.165789.90471089.9047 43962807850005 .1198 . 0 9 . 0 9 . 0 3 7.4.2 在弯矩作用平

23、面内在弯矩作用平面内 CA DB CA DB r fCAf gfDBf e sdcd sdcd 568 . 1 5 . 11 08.6825750 500 2800056 . 0 5 . 11 28087 . 0 0056 . 0 5 . 11 )( 0 以下采用试算法列表计算，各系数查附表得： 由计算表可见，当时，与设计的很接近，故82 . 0 216.144 0 e36.143 0 e 取为计算值。82 . 0 在弯矩作用平面内的承载力为： KNNjKNN frCfArNu sdcd 13.165778.69551078.6955 2805000056 . 0 7228 . 1 5 . 1

24、15001845 . 2 3 22 22 mkNMkN DB j sdcd ur f r f M 67.23823.822 5000056 . 0 0633 . 1 2805005717 . 0 5 . 11 23 23 即桩截面符合要求。 佛山科学技术学院课程设计用纸佛山科学技术学院课程设计用纸 14 8 承台结构设计计算承台结构设计计算 图 4 桩承台计算图（尺寸单位：厘米） 桩与承台的连接采用桩顶主筋伸入承台的方法，伸入长度为 1.2m，承台底部桩顶平 面上设置一层钢筋网，具体如上图。 8.1.桩顶处局部受压验算桩顶处局部受压验算 0 1.0 1.0 1.2 1803.732164.48

25、 jssii PPKN 3.14 2 0.785 0.785 17500 1.54 /2 0.785 17500 1.54 c j a m j cam A RKpa AR 17840.09 j KNP 满足要求 佛山科学技术学院课程设计用纸佛山科学技术学院课程设计用纸 15 8.2.8.2. 桩对承台的冲剪验算桩对承台的冲剪验算(取桩身伸入承台长度为 0.15m) 0 0 12 32 0 3 1.85 1.02 1.85 tan351.0 7.2075 22 4.2 10/ 2164.48 1.540.111.85 7.2075 4.2 10 m j j j m j mj tm uu um R

26、KN m P tm u R 抗剪承载力满足要求。 8.3.承台抗弯、抗剪承载力计算承台抗弯、抗剪承载力计算 由于墩在水平面上的投影与桩有接触，所以承台的抗剪及抗弯强度满 足要求。 9 桩基础验算桩基础验算 9.1.群桩基础承载力验算群桩基础承载力验算 桩距=2.5m 小于 6d=6m，所以需要进行群桩承载力计算 桩底持力层承载力计算 0 0 16 2tan(4.52 0.5)2 22 tan6.58 44 16 2tan(9.52 0.5)2 22 tan11.58 44 bBl all 01 122 012 3 2 23 200,0,1.5, 22422 ,17.9/ 2000 1.5 17

27、.9 (223)710.15 h l h l KbKh kpa KK hmKN m KN 又因为 max (1) h l BL hNeA lh AAW 且 20/KNN m0 78809.5 4.5 2.0 2510017.5NKN 3860/MKN m0.39 M e N 2 11.58 6.5876.20Aa bm L=9.5m B=4.5m h=l=22m 佛山科学技术学院课程设计用纸佛山科学技术学院课程设计用纸 16 22 3 6.58 11.58 147.06 66 ab Wm 2 max 10017.50.39 76.20 20 2200(1)598.03/ 76.20147.06

28、 KN m 2 710.15/ h l KN m 10 参考文献参考文献 1 公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）S. 北京：中华人民共和国交通部发布， 2004. 2 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTGD62-2004)S. 北京：中华人 民共和国交通部发布，2004. 3 公路桥涵地基与基础设计规范（JTGD67-2007）S. 北京：中华人民共和国交通 部发布，2007. 4 叶见曙.结构设计原理M. 北京：人民交通出版社，1997 5 江祖铭，王崇礼.墩台与基础M. 北京：人民交通出版社，1994 6 凌治平，易经武主编，基础工程，北京：人民交通出版社，1997 7 叶镇国.水力学于桥涵水文M.北京:人民交通出版社,1998