贵州大学基础工程课程设计
目录
一桥梁基础工程课程设计资料 (2)
二承台底面中心的荷载计算 (4)
三群桩结构分析 (5)
四桩身截面的配筋计算及截面强度的校核 (11)
五对截面进行强度复核 (12)
六按地基土的支承力确定和验算桩基的承载能力 (14)
七承台的强度检验 (15)
桥梁基础工程课程设计资料
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； 地基比例系数4/120000m kN m =（密实卵石）； 地基承载力基本容许值[]01000a f kPa =； 桩周土摩阻力标准值kPa q ik 500=； 土的重度320.00/kN m γ= (未计浮力)；
土内摩擦角40?=o 。
地面(河床)标高；一般冲刷线标高；最大冲刷线标高；承台底标高；常水位标高，如图1。承台平面图如
纵桥向断面 横桥向断面
图1 桩基剖面图（单位：m ） 图2 断面图（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=40746kN
358.60H kN =∑(制动力及风力)
∑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=
3 承台用C20混凝土，尺寸为××，承台混凝土单位容重325.0/KN m γ=。
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m d 2.1=，以冲抓锥施工。
二、设计依据规范
1 公路桥涵地基及基础设计规范（JTG D63-2007 ）
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. 据单桩容许承载力拟定桩长 2.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
3. 桩身截面配筋并绘出基桩构造及钢筋图(横截面，立面)，进行桩截面强度校核
4. 按地基土的支承力确定和验算单桩轴向承载力
5. 承台计算
项目：局部受压、抗冲剪 6. 群桩基础承载力检验 7. 参考文献
(1)、王晓谋.基础工程.北京：人民交通出版社，2004
(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，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（JTG D63-2007 ）. 北京：人民交通出版社，2007
(5) 江祖铭等主编.墩台与基础.北京：人民交通出版社，1994
设计计算
1.承台底面中心的荷载计算： ） 恒载加一孔荷载：
∑∑=-???+=-???+=kN
N N 4.42392)1025(8.96.50.240746)8.925(8.96.50.21
∑=KN H 60.320
m kN M ?=?+=∑90.49750.160.35830.4617
） 恒载加二孔荷载：
kN N 35.48456)8.925(8.96.50.200.46788=-???+=∑
2. 桩长度的初步计算： 桩长的计算：
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：
[](){}3][21322001
-++==∑=h k A m l u P N n
i i i h γσλτ
桩（直径）自重每延米kN q 96.16)1025(4
2.12
=-?=
π
h h N 48.889.818596.162
1
96.16)85.6054.67(64.48434h +=?+?-+=
计算[P]时取以下数据：桩的桩径，冲抓锥成孔直径，桩周长U=π×=,A=
2
1.24
π?=2m ,λ=,0m =,2k =10,[]0σ=1000KPa,
2r =10KN/3m (已扣除浮力)，τ=500KPa,所以得：
[]h
h h h R a 48.889.818518.61378.1083)]369.2(10101000[13.18.07.0)5003.1(2
1+=+=-+??+???+????=π
解得：m h 04.7= 现取m h 31.11=
3．群桩结构分析： ） 桩的计算宽度1b ：
1b = 0f k k k d ???
已知：1L =2m ；1h =3（d+1）=; n=2 ， 'b =;
f k =;0k =1+
11
1 1.2
d =+
= ; ()()'
'
1
1
110.62
0.60.780.6
0.6
6.6
b L k b h --=+?
=+?
= ∴ 1b =0f k k k d ???=0.9 1.8330.78 1.2 1.54???=m
） 桩-土变形系数α
C30混凝土的受压弹性模量43.010h E MPa =?， 则E=×7
3.010?=7
10?2
m ; 4
40.101764
d I m π=
=
∴1157
5
1597.01017
.0100.38.054
.1120000mb --=????==m m EI α 桩在最大冲刷线以下深度h=,其计算长度则为：
5.275.631.110.659h h >=?==α，故按弹性桩计算。
） 桩顶刚度系数1ρ、2ρ、3ρ、4ρ植的计算
0l =;h=;1
2ζ= (根据《公桥基规》钻挖孔桩采用12
ζ=)，
A=24d π=2
1.24
π?=2m ,650010357.131.11102.1?=??==h m C
2202
014.21)440tan 31.1122.1(14.34tan 2
m h d
A =?+?=??? ??+=φπ,按桩中心距计算面
积，故取：
220 3.28.044
A m π
=
?=∴
EI
m kN A C AE h l h 8993.010195.204
.8101.91
100.313.131.115.069.61
1126570
001=??=??+
???+=
++=
∴ξρ
已知：475.6h >==h α，∴取h =4，99.369.6597.00=?==l l α 查教材《基础工程》附表17、18、19得：
∴Q x = m x = m φ=
∴EI EI EI Q 0127.005989.0597.0x 332=?==αρ
EI EI EI 0617.017312.0597.0x 3m 23=?==αρ EI EI EI 4026.067433.0597.0m 4=?==φαρ
）计算承台底面原点O 处位移0a 、0b 、0β（单孔活载+恒载+制动力等）
10n ρN b =
=EI
EI 6.78568993.064.42392=? EI EI EI 23.166.168993.04026.06x n 2n
1
i 2i 14=??+?=+∑=ρρ
EI EI 0762.00127.06n 2=?=ρ，EI EI 3702.00617.06n 2=?=ρ，
2
2222
32)1370.00617.06n EI EI （=?=ρ
EI
EI EI EI EI EI M
H 33.6967)1370.023.160762.090.49753702.060.35823.16n x n n n x n (2
2
32n
1i 2i
142n
1
i 32i 140=-??+?=-+++=
∑∑==（）（）ρρρρρρραEI
EI EI EI EI EI n x n n H n M n
i i 50
.465)1370.023.160762.060.3583702.090.49750762.0)(n 212
322242320=
-??+?=
-++=
∑=（ρρρρρρβ）计算作用在每根桩顶上作用力i P 、i Q 、i M ：
竖向力：i P =1ρ()00βχi b +=kN kN EI EI 64.639524.773550.4656.160
.7856=??? ???±
水平力：kN EI EI EI EI Q i 76.5950
.4650617.033.69670127.00302=?-?=-=βραρ
弯矩：i M =4ρ0β－3ρ0a =
m kN EI EI EI ?-=?-47.24233
.69670617.050.465
校核：
kN
H nQ i 60.35856.35876.596=≈=?=∑m
kN m kN nM p
i n
i i
i ?≈?=-?+?-?=+∑=9.497526.4975)47.242(66.1)64.639524.7735(31χm kN nP n
i i
?≈=+?=∑=4.4239264.42392)64.639524.7735(31
） 计算最大冲刷线处桩身弯矩0M ，水平力0Q ，及轴向力0P ：
0M =0i i M Q l +=+×=KN m ? 0Q =
0P =+××(25-10)=
） 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： 1） 桩身最大弯矩处及最大弯矩的计算： 由：z Q =0 得：
572.176
.5932
.157597.00
=?=
=
Q M C Q α
由Q C = 且h =＞ 取h =，查教材《基础工程》附表13得
max Z = 故 max Z =
m 41.1597
.084
.0= 又由max Z = 及h =＞4 取h =，查教材《基础工程》附表13得
m K = ∴ m kN M K M m ?=?=?=97.21032.157341.10max
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： 采用无量钢法计算，由h =＞，所以用摩察桩公式计算：
0z m M Q M A M B α
=
+ 00z Q Q Q Q A M B α=+
其中 0
Q α
=
59.76
100.100.597
KN = 0Q = 0M =
m A 、m B 、Q A 、Q B 的值查教材《基础工程》附表3、4、7、8 ，计算如下表：
弯矩图如下：
20
1
1
ZX x x Q M Z A Z B b b αασ-
-
=
?+
z
αh A x
B x
1
x Q hA b αα 20
1
x M hB b αα
zx σ
0 0 0 0 0
4
横向土抗应力图如下：
）桩顶纵向水平位移验算：
桩在最大冲刷线处水平位移0x 和转角0?的计算：
由 Z =0 h =＞4 取 h =4 查教材《基础工程》附表1、2、5、6 得：
x A = A ?= x B = B ?=
6mm
m 105739.062100.11017.0104.2597.032
.15744066.21017.0104.2597.076.5937
27320300
-x x B EI M A EI Q x αα符合规范要求
0002Q M
A B EI EI
???αα=+
27759.76157.32
( 1.6210) 1.750580.597 2.4100.10170.597 1.742100.1017
=?--??????? 43.00410rad -=-?
）墩顶纵桥向水平位移验算：
由 h =＞4，取4，000.597 6.69 3.99l l α==?= 可查得：
1x A =；1A φ=1x B = ；1B φ=
11
1
100
1323727300
0227759.76157.32
64.7512716.623320.597 2.4100.10170.597 2.4100.101710.461010.4659.76157.32
(16.62332)0.597 2.4100.10170.597 2.4100.10x x Q M x A B EI EI m mm Q M A B EI EI
φφααφαα-=
+=?+???????=?==
+=?-+??????3( 5.75058)171.7610rad
-?-=?
桩顶的纵向水平位移110.46x mm ＝
水平位移的容许值[]cm 74.2305.0 ==△= 4、桩身截面的配筋计算及截面强度的校核： ）计算轴向力j N ，偏心距0j j
M e N =
，偏心距增大系数η：
最大弯矩发生在最大冲刷线以下m Z 41.1max =处，该处m N M ?=k 97.210max
0max max
011
22
11
7848.6416.96 6.6916.96 1.41 1.3 1.41500
22
6535.154210.970.032332.36535.154
j i N p q l q z c z KN
e m mm
τπ=+?+?-??=+?+??-???==== 现拟定采用C30混凝土，HRB335钢筋，,8.13MPa R a = MPa R g 280= 因,4766.4>=h α故桩的计算长度：
mm m l l p 6695695.6)597
.00
.469.6(5.0)0
.4(5.00==+
?=+
?=α
长细比,7579.51200/6695/<==d l p 可不考虑纵向弯曲对偏心矩的影响，取
1=η。
① 计算受压区高度系数
mm e 3.323.3210=?=η mm d r 6002/12002/===
取mm a g 80=,mm r g 52080600=-=,87.0600
520
==
=
r
r g g 520
3.323.326002808.13)()(00?-??-??
=--?=
D C A B Dgr e C e A Br R R g a ηημ
μ
μμγγγγC A C A r R aAr R N g s b a c b u 766080003775680)600(28025.195.0)600(8.1325.195.02222+=???+???=+=
则配筋率由下式计算： 0
cd sd f Br Ae f Ce Dgr ρ'-=?
'-
由计算表可见，当ξ=时，计算纵向力u N 与设计值j N 之比较为合理，故取ξ=，μ=为计算值。
② 计算所需纵向钢筋的截面积
22213124)600(011610.0mm r A g =??==πμπ
现采用24Φ28，214779mm A g =，布置如图所示。混凝土净保护层C=2=>25mm ，纵向钢
筋间净距为136mm>80mm 。
5、对截面进行强度复核
由前面的计算结果：mm e 3.320=η；mm a 80=；mm r g 520=；87.0=g 实际配筋率013074.0)1200/(147794422
=??==
ππμd A g
。
① 在垂直于弯矩作用平面内
长细比7579.5/<=d l p ，故纵向弯曲系数00.1=?。
混凝土截面积为2211309734/mm d A h ==π，实际纵向钢筋面积214779mm A g =，
则在垂直于弯距作用平面内的承载力为：
???
?
??'
+=g
g s h a c b u A R A R N γγ?γ11 kN
N kN j 154.6535616.15006)1477928025
.11
11309738.1325.11(95.01=>=??+????= ② 在弯距作用平面内
C
A D
B
C A
D B r R C AR gR D BR e g
a g a 2508.38.1392.16968280600
280
011610.08.13280
87.0011610.08.130++=
???+????+?=
++=
'μμη
现采用试算法列表计算：
当ξ=时，0e η=，与设计的0e η=很接近，故取ξ=为计算值。在弯矩作用平面内的承载力为：
g s
b a
c b u R r C Ar R N 22μγγ
γγ+=
kN
N kN j 154.6535992.13768280
)600(011610.07532.225
.195
.0)600(9982.28.1325.195.022=>=????+???=
g s
b a
c b u R r D Br R M 23μγγ
γγ+=
m
kN M m kN j ?=>?=????+???=
97.210592.289280
)600(011610.03361.025
.195
.0)600(1277.08.1325.195.023
桩身配筋图如下：
6、按地基土的支承力确定和验算桩基的承载能力：
∑+=
r p i ik a q A l q u R 2
1
[]{}
)3(2200-+=h k f m q a r γλ
其中：
22
131.14
m d A ==
π，m d u 08.4)1.0(=+=π
70.0=λ，8.00=m ，m h 14=，[]kPa f a 10000=，0.102=k ，
32/101020m kN =-=γ，kN Pi 24.7735=
[]{})3(2200-+=h k f m q a r γλ
[]
kPa
840)38(101010007.08.0=-??+??=
∑+=
r p
i
ik a q A l q u R 21
kN 256.128661176131.131.1150008.42
1
=?+???=
96.1631.1121
96.1669.624.7735??+?+=+G Pi
[]a R K kN <=6.7944 7、承台的强度检验： ）桩顶处的局部受压荷载
''
31.0,0.8, 1.25,
7735.241.000.8 1.257735.247735.241.03,13.4, 1.54
/ 1.03 1.13113.410/1.5410136.40j so si o
so si o i j a m j c a m P r r P r r P KN
P KN
R MPa r A R r KN
??ββ======???=====???=∑∑
'/j
i c a m P A R βγ∴<, 符合要求。
）承台冲切承载力验算承台的强度检验
桩对承台的冲剪验算
1、柱或墩台向下冲切承台的冲切承截力计算
[])(2)(26.000x x py y y px td ld b a b h f F αααγ+++≤
由设计图
知：0=ld F ，所以符合规范要求。
2、角桩
???
???+'++'≤)2()2(6.000x x py y y px td ld a b a a b a h f F γ
[]kN
10176)2.08.1(2)2.08.1(2210606.0=+?++????=
kN kN F ld 1017624.77350≤=γ
符合规范要求。
）边桩
[])2(667.0)(6.0000x x p px td ld a b h b a h f F +?++'≤γ
[]
)2(667.0)(6.000x x p px td a b h b a h f +?++'
[]kN
8990)4.08.12(667.0)22.1(2210606.0=+??++????= kN kN F ld 899024.77350≤=γ 符合规范要求。
因为基桩在承台的布置范围不超过墩台边缘以刚性角向外扩散范围，故不验算桩对承台的冲剪强度。