基础综合重点工程优秀课程设计.doc

广东工业大学课程设计（论文）任务书

题目名称
桥梁群桩基础设计
学生学院
土木和交通工程学院
专业班级

姓 名

学 号

一、课程设计（论文）内容
在学习桥梁基础工程等课程基础上，依据给定基础资料（地质及水文资料，荷载）进行桥梁群桩基础设计，初步掌握桥梁桩基础设计和计算方法。

二、课程设计（论文）要求和数据
（一）基础资料
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58.6m；
地基百分比系数（密实卵石）；
地基承载力基础许可值；
桩周土摩阻力标准值；
土重度 (未计浮力)；
土内摩擦角。
地面(河床)标高69.50m；通常冲刷线标高63.54m；最大冲刷线标高60.85m；承台底标高67.54m；常水位标高69.80m，图1。承台平面图图2所表示。

纵桥向断面 横桥向断面

图1 桩基剖面图（单位：m） 图2 承台平面图（单位：m）

2 作用效应
上部为等跨30m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荷载以下。
永久作用及一孔可变作用 (控制桩截面强度荷载) 时:
∑N=40746kN
(制动力及风力)
∑M=4617.30kN.m（竖直反力偏心距、制动力、风力等引发弯矩)
永久作用及二孔可变作用(控制桩入土深度荷载)时:
∑N=46788.00kN
3 承台用C30混凝土，尺寸为9.8×5.6×2.0m，承台混凝土单位容重。
4 桩基础采取高桩承台式摩擦桩，依据施工条件，桩拟采取直径，以冲抓锥施工。
（二）关键设计依据规范
1 公路桥涵地基及基础设计规范（JTG D63- ）
2 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTGD62-）
三、课程设计（论文）应完成工作
设计满足要求群桩基础，并形成图纸和计算文件。计算文件包含以下内容：
1. 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，并画出对应分布图
（3） 桩顶纵向水平位移验算
2. 基桩桩身截面配筋并绘出基桩结构及钢筋图(横截面，立面)，进行桩截面强度校核
3 按地基土支承力确定和验算单桩轴向承载力
4．承台验算
验算项目：承台冲切承载力验算
四、课程设计（论文）进程安排
序号
设计（论文）各阶段内容
地点
起止日期
1
部署任务，设计内容讲解，查阅资料

.6.9
2
完成单桩桩顶荷载分配计算（群桩到单桩）

.6.9-.6.10
3
完成单桩设计

.6.11
4
完成桩基相关检算内容

.6.12
5
总结，撰写设计说明书

.6.13

五、应搜集资料及关键参考文件
[1] 中国行业标准.公路桥涵地基和基础设计规范(JTG D63-）.北京:人民交通出版社,
[2] 中国行业标准.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTGD62-）.北京:人民交通出版社，
[3] 叶见曙.结构设计原理.北京:人民交通出版社,
[4]廖朝华主编.墩台和基础（第二版）.北京:民交通出版社,

发出任务书日期： 年 06 月 6日 指导老师署名：吉小明
计划完成日期： 年 06 月 13日 基层教学单位责任人签章：

桥梁群桩基础设计
一、群桩结构分析
1.1、承台底面中心荷载计算：
1.1.1 恒载加一孔荷载：

1.1.2 恒载加二孔荷载：

1.2、桩长度初步计算：
因为地基土层单一，用确定单桩许可承载力《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，通常冲刷线以下深度为，
则：
桩（直径1.2m）自重每延米 q=KN

=8185.89+8.48h
计算[P]时取以下数据：桩桩径1.2m，冲抓锥成孔直径1.3m，桩周长U=×1.3=4.08m,A==1.13,=0.7,=0.8,=10,=1000KPa,
=10KN/(已扣除浮力)，=500KPa,所以得：
[P]=
=1083.78h+613.18=8185.89+8.48h
解得：h=7.04m 现取h=11.31m

1.3、单桩桩顶荷载计算：
1.3.1 桩计算宽度：
对于时：
式中：——桩形状换算系数，对于圆形截面，取0.9；
——桩直径，取1.2m；
——平行于水平作用方向桩间相互影响系数：
已知： ； ； ；
对于多排桩 ：
所以：

1.3.2 桩变形系数：

式中： ——桩变形系数；
——桩抗弯刚度，对以受弯为主钢筋混凝土桩，依据现行规范采取；
——桩混凝土抗压弹性模量，C30混凝土；
则=0.8×=2.40KN/;
——桩毛面积惯性矩，
——非岩石地基水平向抗力系数百分比系数，；
所以，计算得：

桩在最大冲刷线以下深度h=11.31m，其计算长度则为：
故按弹性桩计算。
1.3.3 桩顶刚度系数、、、值计算：
已知： ； (依据《公桥基规》钻挖孔桩采取)，

,易知该值大于相邻底面中心距为直径所得面积，故按桩中心距计算面积，故取：

已知：（＞4），取=4，
查教材《桥梁基础工程》附表17、18、19得：=0.05568 =0.16498 =0.65853
所以

1.3.4 计算承台底面原点O处位移、、：
对于竖直桩，且各桩直径相同时：

1.3.5 计算作用在每根桩顶上作用力、、：
竖向力：
水平力：
弯矩：
校核：

1.4、 最大冲刷线深度处荷载计算
从单桩桩顶荷载计算中，已得出计算最大冲刷线深度荷载所需要数据，计算以下：
弯矩
水平力
竖向力

1.5、最大冲刷线深度下沿桩长度方向弯矩、水平压应力计算
1.5.1 桩身最大弯矩处及最大弯矩计算：
由：=0 得：
由 且=7.02＞4 取=4.0，查教材《基础工程》附表13得
故
又由=0.813 及＞4 取=4.0，查教材《基础工程》附表13得=1.296

1.5.2 最大冲刷线深度下沿桩身长度方向弯矩、水平压应力计算：
采取无量钢法计算，由=7.02＞2.5，所以用摩察桩公式计算：

其中 =54.11kN =149.48kN
、、、 值查教材《基础工程》附表3、4、7、8 ，计算以下表：

0.00
0.0
0.00000
1.00000
1.00000
0.00000
149.48
54.11
0.16
0.1
0.09960
0.99974
0.98833
-0.00753
158.13
52.78
0.32
0.2
0.19696
0.99806
0.95551
-0.02795
166.38
49.11
0.48
0.3
0.29010
0.99382
0.90468
-0.0582
173.87
43.56
0.65
0.4
0.37739
0.98617
0.83898
-0.09554
180.35
36.54
0.81
0.5
0.45752
0.97458
0.76145
-0.13747
185.61
28.46
0.97
0.6
0.52938
0.95861
0.67486
-0.18191
189.49
19.66
1.13
0.7
0.59228
0.93817
0.58201
-0.22685
191.93
10.47
1.29
0.8
0.64561
0.91327
0.48522
-0.27087
192.86
1.15
1.45
0.9
0.68926
0.88407
0.38689
-0.31245
192.31
-8.02
1.61
1.0
0.72305
0.85089
0.28901
-0.35059
190.29
-16.85
1.77
1.1
0.74714
0.81410
0.19388
-0.38443
186.90
-25.14
1.94
1.2
0.76183
0.77415
0.10153
-0.41335
182.21
-32.81
2.10
1.3
0.76761
0.73161
0.01477
-0.43690
176.35
-39.69
2.26
1.4
0.76498
0.68694
-0.06586
-0.45486
169.45
-45.72
2.42
1.5
0.75466
0.64081
-0.13952
-0.46715
161.65
-50.84
2.58
1.6
0.73734
0.59373
-0.20555
-0.47378
153.10
-55.03
2.74
1.7
0.71381
0.54625
-0.26359
-0.47496
143.95
-58.28
2.90
1.8
0.68488
0.49889
-0.31345
-0.47103
134.35
-60.61
3.06
1.9
0.65139
0.45219
-0.35501
-0.46223
124.44
-62.05
3.23
2.0
0.61413
0.40658
-0.38839
-0.44914
114.37
-62.64
3.55
2.2
0.53160
0.32025
-0.43174
-0.41179
94.27
-61.53
3.87
2.4
0.44334
0.24262
-0.44647
-0.36312
74.96
-57.81
4.19
2.6
0.35458
0.17546
-0.43651
-0.30732
57.17
-52.10
4.52
2.8
0.26996
0.11979
-0.40641
-0.24853
41.47
-45.02
4.84
3.0
0.19305
0.07595
-0.36065
-0.19052
28.20
-37.17
5.65
3.5
0.05081
0.01354
-0.19975
-0.01672
6.46
-12.36
6.45
4.0
0.00005
0.00009
-0.00002
-0.00045
0.02
-0.04

1.6、桩顶纵向水平位移验算：
桩在最大冲刷线处水平位移和转角计算：
由 =0 ＞4 取 =4 查教材《基础工程》附表1、2、5、6 得：
=2.44066 =-1.62100 = 1.6210 =-1.75058

故符合规范要求

由 ＞4m，取4， 可查得：

桩顶纵向水平位移
水平位移许可值=27.4mm>
故桩顶水平位移满足要求。

二、桩身截面配筋及截面强度校核

多种参数及系数计算：
最大弯矩发生在最大冲刷线以下处，该处
计算桩最大弯矩控制截面轴向力

式中 ——控制截面轴向力；
——单桩桩顶最大竖向力，已求出；
——桩每延米自重（包含浮力），；
——桩周土摩阻力标准值，已知
——冲抓锥成孔面周长，
所以，计算得：

计算偏心距

现确定采取C30混凝土，HRB335钢筋，
因故桩计算长度：
长细比可不考虑纵向弯曲对偏心矩影响，取。
① 计算受压区高度系数

取,,

则配筋率由下式计算：
计算结果以下表：

A
B
C
D

Nu（KN）
Nj(KN)
Nu/Nj
1.19
2.9578
0.16
2.6928
0.3836
0.006634
11304.56
5232.7
2.160368
1.20
2.9684
0.1517
2.7085
0.3714
0.009978
11414.77
5232.7
2.18143
1.21
2.9787
0.1435
2.7238
0.3594
0.013801
11534.6
5232.7
2.20433
1.22
2.9886
0.1355
2.7387
0.3476
0.018169
11665.2
5232.7
2.229288
1.23
2.9982
0.1277
2.7532
0.3361
0.023197
11809.51
5232.7
2.256868
由计算表可见，当=1.21时，计算纵向力和设计值之比较为合理，故取=1.21，=0.013801为计算值。
② 计算所需纵向钢筋截面积

现采取2628，，部署图所表示。混凝土净保护层C=80-31.6/2=64.2mm>25mm，纵向钢筋间净距为136mm>80mm。

三、对截面进行强度复核
由前面计算结果：；；；
实际配筋率。
① 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，
则在垂直于弯距作用平面内承载力为：

② 在弯距作用平面内

现采取试算法列表计算（见表4）

A
B
C
D

1.2
2.9684
0.1517
2.7085
0.3714
39.16169
37.0
1.058424
1.21
2.9787
0.1435
2.7238
0.3594
37.22212
37.0
1.006003
1.22
2.9886
0.1355
2.7387
0.3476
35.3422
37.0
0.955195
1.23
2.9982
0.1277
2.7532
0.3361
33.52355
37.0
0.906042

当=1.21时，=37.22mm，和设计=37.0mm很靠近，故取=1.21为计算值。在弯矩作用平面内承载力为：

四、按地基土支承力确定和验算单桩轴向承载能力

，
，，，，，
，

验算单桩许可承载力，应以最不利荷载组累计算出受轴向力最大一根基桩进行验算：

所以，单桩轴向承载力满足要求。
五、承台冲切承载力验算

对于圆形截面桩换算为边长等于0.8倍圆柱直径方形桩，即；

对于柱或墩台向下冲切承台冲切承载力验算，因为作用于冲切破坏锥体上冲切力设计值为0.故不进行验算；
对于柱或墩台向下冲切破坏锥体以外角桩和边桩，依据设计采取规范设计值：
即
其向上冲切承台冲切承载力按下列要求计算：
1）角桩

式中：—角桩竖向力设计值，；
、—承台边缘至桩内边缘水平距离，依据上尺寸图，
计算得、
、—冲跨，为桩边缘至对应柱或墩台边缘水平距离，其值不应大于，这里取；
、—冲跨比，，
、—分别和冲跨比、对应冲切承载力系数。
；
依据安全等级为二级进行验算，所以

所以，角桩满足要求

2）边桩
满足，进行下式验算：

式中：—边桩竖向力设计值；
—承台边缘至桩内边缘水平距离；
—方桩边长；

所以，边桩验算也满足要求。
因为基桩在承台部署范围不超出墩台边缘以刚性角向外扩散范围，故不验算桩对承台冲剪强度。