土力学课设

1 《基础工程》课程设计 一、设计题目：桥梁工程钻孔灌注桩基的础设计

二、设计题目 《土力学地基基础课程设计》目的是培养学生的设计和应用能力，经过本课程设计的学习，要求学生能掌握桥梁地基桩基础设计方法。本课程的主要任务是培养学生： （1） 树立正确的设计思想，理论联系实际，具有创新思想； （2） 提高综合运用所学的理论知识独立分析和解决问题的能力； （3） 学会运用桥梁地基基础工程设计的基本理论、基本知识和基本能力，了解基础工程设计的一般规律； （4） 具有运用标准、规范，查阅技术资料的能力和分析计算能力，以及运用计算机绘图的能力。

三、设计内容 （5） 通过上部结构形式及荷载的要求，确定基础类别和形式； （6） 通过对地质资料的分析，确定基础的埋深及对地基的验算内容； （7） 根据设计题目要求的内容，通过查阅有关资料确定设计详细内容和设计步骤； （8） 验算桩基和承台的强度并进行配筋计算（选做）； （9） 编写课程设计报告； （10） 绘制所设计的基础施工图。

四、设计要求 （11） 绘图符合规范要求； （12） 提交纸质和电子文档设计成果一份； （13） 其余按学院、系规定。

五、设计过程 （一）桩基础的设计步骤 1）、承台位置选择：选择低承台 （在一般冲刷线以下）承台底面标高为0.2m 2）、柱桩桩基和摩擦桩桩基的考虑：选择摩擦桩（当土层很深，无较硬的土层作为桩端持力层虽然较坚硬，但桩的长径比l/d很大，传递到桩端的轴力较小，以致在极限荷载作用下，桩顶荷载绝大部分由桩侧阻力承受，桩端阻力可忽略不计，这种桩称为摩擦桩）。 根据最大冲刷线到桩底之间的距离大于4m和桩尖进入持力层的深度大于1m的两大原则确定持力层，即桩底标高为-14 桩型：钢筋混泥土灌注桩 成桩工艺：回钻，转进工艺 （二）桩径、桩长拟定

1）、桩径：选择桩径为80cm的桩。

2）、桩长：通过计算（承台地面标高到桩底的标高之差）得桩长为14.2m。 2

（三）估算单桩承载力特征值 





322122000hUP

Amii



U：按成孔直径计算，当无资料时，成孔直径可按规定采用，即回转钻按钻头直径增大3 ~5cm,所以取孔径为84.5cm（d=1d+4.5）。 根据U=πd得U=263.76cm=2.6376m。 ∑τi ιi —— 由图得τ1 = 70 kpa, τ2 =120kpa；ι1 =3.2m, ι2 =9.8m

则∑τi ιi ;=70×2.5+120×9.5=1315

m 0 —— 查表P116表（8-3），因为要满足t/d≤0.4，所以取t/d

值为0.3，经查表得m 0 =0.70。

λ0 —— 查表P116表（8-4），由图得h=2.0-(-14)=16m, d=80cm,得

h/d=1600/80=20,由题意得桩底土为密实粗砂，即持力层透水，则取λ0 为0.7。 A —— 因为桩径为80cm,所以

A=πd ²/4

即A=5024cm ²=0.5024m²

0—— 由题意得0=

500kpa

2—— 查表5-7（P65）得2=6.0（密实粗砂）

2—— 根据公式得2=212211/又因为Ⅱ为粘土层

所以有效mkN/10-201³， 332/5.9105.1910kN/m-mkN粗



由图可知m5.21，m5.62， 得2

=﹙2.5×10+9.5×9.5﹚／﹙2.5＋9.5﹚＝11.69

h—— 一般冲刷线到桩底的距离即h=14.8m

综上所诉求得



302212200hUP

Am

ii

 3

= 21[2.6376×1315+2×0.70×0.7×0.5024×500﹢

［6.0×11.69×﹙14.5－3﹚] ＝2253.6KN 即求得单桩轴向容许承受承载力为2253.6KN。 （4）桩平面布置 1）桩的根数估计 基础所需桩的根数可根据承台底面上的竖向荷载和单桩容许承载力按下式估算：

P

Nn

式中：—— 考虑偏心受压荷载时各桩受力不均而适当增加桩数的经验系数，可取=1.1~1.2.在此取=1.2； n —— 桩的根数；

[P] —— 单桩容许承载力或单桩承载力设计值，KN；

N—— 作用在承台地面上的竖向荷载，KN；

求得n=1.2×﹙7346.8/1814﹚ ≈5 桩数的确定还需要考虑满足桩基础水平承载力要求的问题。若有水平静载 试验资料，可用各单桩水平承载力之和作为桩基础的水平承载力（为偏安全考 虑），来校核按式估算的桩数，在此选择桩数为6即n=6。 2）桩间距的确定 桩基础内基桩的布置应根据荷载、地基土质、基桩承载力等决定，采用多 排式。考虑到桩与桩侧土的共同工作条件和施工的需要，钻孔桩的摩擦桩 中心距不得小于2.5倍成孔直径，桩的最大中心距一般也不超过5~6倍桩径。为

了避免承台边缘距桩身过进而发生破裂，边桩外侧到承台边缘的距离a，对于桩径小于或等于1m的桩不应小于0.5倍桩径且不小于250mm，对于桩径大于1m的桩不应小于0.3倍桩径并不小于500mm。

即桩间距L应满足的条件：2.5d≤L≤（5~6）d，即 2m≤L≤(4~4.8)m;

当d≤100mm时，250mm≤a且a≥0.5d;当d＞100mm时, 500mm≤a且a≥0.3d综上所述取桩间距L为2m，边桩外侧到承台边缘的距离a 4

为0.4m。 3）桩的平面布置 承台的平面尺寸和形状应根据上部结构(墩台身)底部尺寸和形状以及基桩的平面布置而定，在此选择的是圆端形。承台厚度应保证承台有足够的强度和刚度，道路桥梁墩台多采用钢筋混凝土或混凝土刚性承台，其厚度宜为桩直径的1.0~2.0倍，且不小于1.5m。混凝土强度等级为C15以上。 因此选择厚度H=3.6m,混凝土强度等级为C25。并求得承台平面尺

寸为5.6×3.6=20.16m ² （5）验算桩的受力

1）桩的计算宽度 当d≥1.0m时 )1(1dkkbf 当d<1.0m时 )5.05.1(1dkkbf

式中:1b—— 桩的计算宽度（m）, 1b≤2d d—— 桩径或垂直于水平外力作用方向桩的宽度（m）；

fk——桩形状换算系数，视水平力作用面（垂直于水平力作用方向）而定，圆形或圆形端截面fk=0.9；矩形截面fk=1.0；对圆端形与矩形组合截面fk=)1.01(da;

k——平行于水平力作用方向的桩间互相影响系数； 1L——平行于水平力作用方向的桩间净距；梅花形布桩时，若相邻两排桩中心距c小于（d+1）时，可按水平力作用面各桩间的投影距离计算。

1h——地面或局部冲刷线以下桩的计算埋入深度，可取1h=3(d+1),但不得大于地面或局部冲刷线以下桩入土深度h；

2b——与平行于水平力作用方向的一排桩的桩数n有关的系数，当n=1 5

时，2b=1.0；n=2时，2b=0.6；n=3时，2b=0.5；n≥4时，2b=0.45 因为d=0.8m，所以)5.05.1(1dkkbf，由题意得1h=4.6m满足1L<0.61h(1.2<0.6×3.6=2.16) ; fk=0.9 则11226.01hLbbk （n=6,取2b=0.45根据规范） =0.45+ 6.045.01·6.42.1 =0.69 综上所述: )5.05.1(1dkkbf

=0.69×0.9(1.5×0.8+0.5)

=1.05m 承台重量G=KNv7565.16.36.525 2)桩基中桩的变形系数 桩的变形系数可按下式计算： 51EI

mb





IEEIc8.0

式中：——桩的变形系数；

cE——桩的混凝土抗压弹性模量（C25混凝土的cE 为

2.8×410Mpa）； I——桩的毛面积惯性矩；

44402.0648.014.364mdI

EI——桩的的抗弯刚度，对以受弯为主的钢筋混凝土

桩，根据现行《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设 计规范》（JTG D26）规定采用；