10基础工程课程设计

课程设计说明书设计名称：《基础工程》（交通土建方向）课程设计题目：桩基础设计学生姓名：张鹏专业班级： 10土木工程（3）班学号： 2010714112成绩：指导教师：杨虹刘喜元日期： 2013年 6 月 29 日目录1.设计资料．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１2.桩基础类型的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．33.确定桩基根数及平面布置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34.桩基础设计计算与验算内容．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5桩顶作用力验算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 地面处纵向水平位移验算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8 桩身内力计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 验算单桩承载力．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 验算群桩承载力．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12 桩身配筋设计及截面承载力复核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13 桩身裂缝宽度及墩顶纵向水平为验算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14 5.承台设计与验算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17承台配筋承台与桩的连接方式选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17 验算承台强度．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18课程设计任务书土木工程专业 10 年级 3 班一、设计题目：桩基础设计计算二、设计资料1．地质与水文资料河床下0.5米土质为砂加卵石，粒径20-30mm，约占30%，其余45米以下地基土均为松散细砂夹砾石，地基土比例系数m=8100KN/m4；重度r=20.0KN/m3；内摩擦角Φ=35º；内聚力c=0；地基土的极限摩阻力q=55k]=320 KPa。

KPa；地基承载力基本容许值[fa0河床底面标高为-2.00 m；高水位3.80 m；低水位2.00 m；最大冲刷线标高为-4.00 m；一般冲刷线标高为-2.00m。

2．桥墩尺寸与材料桥墩横向宽为7.10 m；纵向宽为2.00 m；墩顶标高为7.028 m；墩身高为3.80m；桩身混凝土用C25，其受压弹性模量E h=2.9*107KPa，受弯弹性模量E=1.93*107KPa。

3．荷载情况作用在承台顶面中心的承载能力极限状态荷载如下表：4．施工条件根据地质条件，拟采用正循环旋转钻换浆法施工。

5．该桥梁上部结构为3×30m预应力混凝土简支T形梁桥。

三、设计计算内容1．综合分析工程地质条件、荷载情况、使用要求、上部结构条件等因素确定桩基持力层；2．选择桩材，确定桩的类型、尺寸和构造；3．确定单桩的轴向承载力设计值；4．根据上部结构荷载情况，初步拟定桩的数量及平面布置；5．根据桩的平面布置，初步拟定承台的尺寸及承台底标高；6．计算作用于单桩上的竖向及横向荷载并配筋；7．验算承台尺寸及强度；8．验算群桩的整体承载力；9．绘制桩和承台的布置图及施工图。

四、完成后应上交的材料根据上述条件：（1）拟定桩长、桩径及承台的尺寸并进行承台计算及验算；（2）进行单桩承载力的计算及验算；（3）进行基桩内力计算及桩顶位移、墩台顶位移验算；（4）画出桩身入土部分的弯矩、横向土抗力分布图；（5）按桩身截面最大弯矩进行配筋、验算并进行群桩的整体验算；（6）画3号施工图一张（施工图中需要算出一个桥墩的桩基础钢筋用量）。

五、参考文献、设计依据[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] 王晓谋，基础工程[M]. 北京：人民交通出版社，2012.7.[6] 叶镇国，水力学与桥涵水文[M]. 北京：人民交通出版社，2010.一．桩基础类型的选择地质与水文资料：河床下0.5米土质为砂加卵石，粒径20-30mm，约占30%，其余45米以下地基土均为松散细砂夹砾石。

施工条件为：正循环旋转钻换浆法施工。

根据以上条件选择桩的类型为摩擦型桩，拟定桩径为d=1m ，拟定桩底标高为-28.772m ，承台以下桩长L=30m ，则有：承台底面至最大冲刷线桩体长度m 228.5l 0=，最大冲刷线至桩底桩体长度h=24.771m 。

初步拟定承台尺寸为： 25.48⨯⨯()高宽长⨯⨯ 二． 确定桩基根数及平面布置 （一）桩的根数估计一个基础所需桩的根数可根据承台底面上的竖向荷载和单桩承载力容许值按下式估计：[]a R Nn μ≥ 式中：n ——桩的根数；N ——作用在承台底面上的竖向荷载； []a R ——单桩承载力的容许值（kN ）μ——考虑偏心荷载时各桩受力不均而适当增加桩根数的 经验系数，可取2.1~1.1=μkN 94802525.487680N =⨯⨯⨯+=[]q r A p l i ni q ik Ra +∑==121μ[][])h (r k f m q a r 32200-+=λ[]()[]kN........R a 3425933277224100332070807800772245514321=-+⨯⨯+⨯⨯⨯+⨯⨯⨯=44342593948021...n =⨯=考虑用两排桩对称布置，取n=6根。

（二）桩间距的确定依照施工方法为钻孔桩，中心距不应小于2.5倍的桩径，取桩中心距为2.5m 。

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，对于桩径小于或等于1m的桩不应小于0.5倍的桩径且不小于0.25m。

图1：桩身布置图（尺寸单位：cm)（三）桩的平面布置图:2 平面布置图(单位:厘米)三．桩基础设计计算与验算内容（一）桩顶作用力验算1.桩的计算宽度b 1()11+⋅⋅=d k k b f已知：()60261351190211.b ,n ,m d h ,m .l ,m d ,.k f ===+⨯====。

767065160601606011122.....h l .b b k =⨯-+=⋅-+= ()m ...b 381119076701=+⨯⨯=2.桩的变形系数αEImb 15=α; 48100m /kN m =; kPa .E 710931⨯=; 4440491064114364m ..d I =⨯==π 1754115004910109313818100-=⨯⨯⨯=m ....α桩在最大冲刷线以下深度：m .h 77224=，其计算长度则为：5219107722441150....h h >=⨯==α，故按弹性桩计算。

3.桩顶刚度系数ρPP 、ρHH 、ρMH 、ρMM 值计算 作用于承台地面的荷载：竖向力：kN .N 94802525487680=⨯⨯⨯+= 水平力： 弯 矩：m kN .M ⋅=⨯+=3190254602269A C AE h l PP 00011++=ξρkPa .E ,m .A ,m .h ,m .l 74010931785077224228521⨯=====，ξ302200653772248100m /kN ..mh C =⨯==⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯+⨯=⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅+=22222209144585241434357722421143442m .m ...tan ..S tan h d A πϕπ 取小值20914m .A =EI.m kN .......A C AE h l --PP 48500188459218914220065311093178507722421228512171000=⋅=⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯+⨯⨯⨯+=⎪⎪⎭⎫⎝⎛++=ξρ已知,m m ...h h 419107722441150>=⨯==α取用m h 4=m ...l l 1513222854115000=⨯==α查附表17、附表18、附表19得：947650350520177830.,.x ,.x MM Q ===ϕ。

由式：MMMMMHQHHEI EIx EIx ϕαραραρ===23 可得：EI.EI EI .EIx EI .EIx MMMMMHQHH38996005935001239023======ϕαραραρ 4.计算承台底面原点O 处位移000β,,c aEI.EI .n N c HH 7332574850694800=⨯==ρ ()()2121202MHn i PP MM HH MH ni PP MMn x n n Mn H x n a i i ρρρρρρρ-∑+⋅+∑+===EI ..EI .EI .x n n i PP MM i 8866356251648503899606212=⨯⨯+⨯=∑+=ρρEI.n EI..n ,EI .EI .n MH MH HH 12680356100593506074340012390622==⨯==⨯=ρρρ()EI .EI .EI .EI .EI ..EI .a 24566111831268088663560743403190356105460886635620=-⨯⨯+⨯=()()EI .EI .EI .EI ..EI .EI .n x n n Hn M n MHni PP MM HH MH HH i 4802091041126808866356074340546035610319074340222120=-⨯⨯+⨯=-∑+⋅+⋅==ρρρρρρβ 5.计算作用在每根桩顶上的作用力i P 、i Q 、i M 竖向力：⎩⎨⎧=⎪⎭⎫ ⎝⎛±=+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛kN .kN .EI ..EI .EI .x c P i i PP 609484022114802091041251733257485000βρ 水平力：kN.EI..EI .EI .a Q MH HH i 75764802091041059350245661118301239000=-⨯=-=βρρ弯矩：mkN .EI..EI .EI .a M MH MM i ⋅-=⨯-⨯=-=592572456611183059350480209104138996000ρβρ校核：kN ..nQ i 546075766=⨯=()()kN kN .....nM P x iini i 319096318959257625169484221131≈=-⨯+⨯-⨯=+∑=()kN ..P ni i 948069484221131=+⨯=∑=6.计算最大冲刷线处桩身弯矩0M 、竖向力0Q 、水平力0Pm kN ....l Q M M i i ⋅=⨯+-=+=66143228575765925700kN .Q 75760=9622721522857850422110....P =⨯⨯+=（二）地面处纵向水平位移验算1.最大冲刷线处纵向位移计算桩在最大冲刷线处纵向水平位移0x 、转角0ϕxx B EI M A EI Q x 20300αα+=ϕϕααϕB EI M A EI Q 0200+=由m z 0=查附表的750581621001621001440662.B ,.A ,.B ,.A x x -=-===ϕϕmm.m .........x 2940042906210012594690641150661434406225946906411507576220==⨯⨯+⨯⨯=()()rad.-.-...1.62100- (001420750581259469064115066)1432594690641150757620=⨯⨯+⨯⨯=ϕ（三）桩身内力计算1.大弯矩max M 及最大弯矩位置m axM z 的计算由0z Q =得：77024.075.7666.1434115.00=⨯==Q M C Q α由 77024.0=Q C 及4=h 查附表13得：017.1max=Z74.24115.0017.1max ==Z 825.1=M Km KN M K M M .67.23856.144651.10max =⨯=⨯= 4115.0=α 417.10>=h αm m z B M A Q M 00+⋅=α无量纲系数m A 及m B 由附表3、7查得，z M 值计算列表如下：表1图3：弯矩分布图 2.在最大冲刷线以下各截面的横向土抗力计算B Z b M A Z b Q p x x zx 10210αα+=无量纲系数x A 及x B 由附表1、5查得，zx σ值计算列表如下：表2图4：土抗力分布图（四）验算单桩承载力灌注桩每延米总重：kN .d q ,kN .d q 77511154625192542120=⨯==⨯=ππ桩底的最大竖向力：kN ......N max 8241877224775112177511228542211=⨯⨯+⨯+=单桩容许承载力：[][]()[]()[]kN.......h k f m A l q R a p i ni ik a 34259332772241033207080785077224551432132122001=-+⨯+⨯⨯⨯+⨯⨯⨯=-++=∑=γλμ[]a max R N <单桩桩底最大竖向力小于单桩容许承载力，满足要求。