完全版基础工程课程设计(19)(1).docx

基础工程课程设计计算书
一 设计资料
1.1 初始条件
东莞市常虎高速公路某高架桥梁，上部构造采用装配式钢筋混凝土简支T梁，标准跨径25m，计算跨径24m。桥面宽度为米，参照《公路桥梁地基基础设计规范》进行设计计算。
1.2 设计荷载
汽车—超20级，挂—120，人群荷载3.5。后台填土高度为8.5米。桥台竖直反力为8676KN。
1.3 材料
台帽、耳墙、台身和基础（承台）为20号钢筋混凝土。；后台及溜坡填土的；填土的内摩擦角粘聚力。
1.4 地质资料，上部尺寸见所附图纸。
二 基础类型的选择
由于采用浅基础的时候，其基础深度不会超过5米，一般在3米左右，但是，此处地形在5米深度内承载力很小，根本不能满足桥台稳定性的要求，故在此处选择桩基础作为承台基础。
另外，由于底下土层的极限摩阻力很下，不能满足要求，此外，在距离地层表面13.8米的地方含有承载力很大的持力岩层，故在本地形时，柱桩基础是最好的选择。
三 荷载计算
3.1 上部构造恒载反力及桥台台身、基础上的土重计算，其值列表如下：

恒载计算表
序号
计 算 式
竖直力p(KN)
对基地中心轴 偏心距 e(m)
弯距M(KN.m)
备注
1
0.753.00.525
28.13
3.2
-90.02
弯距正负值规定如下：逆时针方向取“-”号；顺时针方向取“+”号。
2
32.350.50.525
44.06
2.7
-118.96
3
0.53.10.525
19.38
1.45
-28.1
4
0.5316.9925
637.13
1.45
-932.84
5
0.40.31.1253
9.9
0.65
-6.435
6
1.11.217.4925
577.17
0.65
-375.16
7
0.55.41.8250.8
97.2
0.4
38.88
8
1.45.40.825
151.2
0.9
-136.08
9

1702.89
1.42
2418.10
10
0.55.41417
642.6
1.85
-1188.81
11
1.54.21425
2205
0.00
0.00
12

2238.08
0.39
-872.85
13

211.14
0.39
-82.34
14
上部构造恒载
8676
0.6
-5205.6

各序号含义及承台尺寸的设计见图。
3.2 土压力的计算
土压力按台背竖直，；填土内摩擦角，台背（圬工）与填土间的外摩擦角计算；台后填土为水平，。
3.2.1 台后填土表面无活载时土压力的计算
台后填土表面无活载时土压力的计算
台后填土自重所引起的主动土压力计算式为

式中：=17.00kN/；B为桥台的有效宽度取2.4m；H为自基底至台土表面的距离等于10m；为主动土压力系数

=0.247
所以 kN
其水平向的分力

离基础底面的距离：
对基底形心轴的弯距为

在竖直方向的分力
=503.88
作用点离基底形心轴的距离：
对基底形心轴的弯距：
3.2.2 台后填土表面有汽车荷载时
由汽车荷载换算的等代均布土层厚度为：
式中：为破坏棱体长度，对于台背为竖直时，
，而

所以有m
又因为在破坏棱体内只能放一辆重车，因是4车道，故：

则台背在填土连同破坏棱体上车辆荷载作用下引起的土压力为
KN
其水平向的分力

离基础底面的距离：
对基底形心轴的弯距为

在竖直方向的分力
=624.81
作用点离基底形心轴的距离：
对基底形心轴的弯距：
3.2.3 台后填土表面为挂车荷载时
由于，在该长度范围内挂车荷载的轮重为，换算的等代土层厚度为
则土压力为
KN
其水平向的分力

离基础底面的距离：
对基底形心轴的弯距为

在竖直方向的分力
=570.70
作用点离基底形心轴的距离：
对基底形心轴的弯距：
3.2.4 台前溜坡填土自重对桥台前侧面上的主动土压力
在计算时，以基础前侧边缘垂线作为假想台背，土表面的倾斜度以溜坡坡度为1：1.5算得，则基础边缘至坡面的垂直距离为m，取为土的内摩擦角35，主动土压力系数为：

则主动土压力为：

在水平方向的分力

作用点离基础底面的距离：
对基底形心轴的弯距为

竖直方向的分力

作用点离基底形心轴的距离

对基底形心轴的弯距为

3.3 支座活载反力计算
按下列情况进行计算支座反力：第一，桥上有汽车及人群荷载，台后无活载；第二，桥上有汽车及人群荷载，台后也有汽车荷载，而重车在台后填土上；第三，桥上有挂车荷载，台后无挂车。下面分别计算：
3.3.1 桥上有汽车及人群荷载，台后无活载
3.3.1.1 汽车及人群荷载反力
在桥跨上的汽车荷载布置如下图所排列，反力影响线的纵距分别为：

所以有，支座反力
=1176.59KN（以四行车队计算，需折减30%）
人群荷载的支座反力
支座反力作用点离基底形心轴的距离：
对基底形心轴的弯距：
3.3.1.2 汽车荷载制动力计算
对于4车道的制动里按布置在荷载长度内的一行汽车车队总重的20%计算，但不得小于一辆车的60%
依上述规定分别为：
一行车队总重的20%
一辆重车的60%
因此，取一辆重车的30%计算。
简支梁摆动支座应计算的制动力为：
3.3.2 桥上、台后均有汽车荷载，重车在台后
3.3.2.1 汽车及人群荷载反力
由于支座作用点在基底形心轴的左侧，为了使在活载的作用下得到最大的顺时针向的力矩，因而将重车后轴贴近桥台的后侧边缘，使得在桥跨上的活载所产生的逆时针向的力矩为最小
荷载布置如图所示，反力影响线的纵距分别为：

所以有，支座反力
=291.82KN（以四行车队计算，需折减30%）
人群荷载的支座反力
支座反力作用点离基底形心轴的距离：
对基底形心轴的弯距：
3.3.2.2 汽车荷载制动力计算
同上，取一辆重车的30%计算。
简支梁摆动支座应计算的制动力为：
3.3.3 桥上有挂车荷载
对于平板挂车，全桥均以通过一辆车计算，在验算时不需考虑人群荷载，其荷载布置如图所示，反力影响线的纵距分别为：

所以有，支座反力
=1039.80KN
支座反力作用点离基底形心轴的距离：
对基底形心轴的弯距：
3.4 支座摩阻力计算
摆动支座摩擦系数取，则支座摩阻力为：

对基底的形心弯距为
（方向按组合荷载组合需要来决定）
在以后的附加设计中，以支座摩阻力作为控制设计。
3.5 荷载组合
荷载组合共分为五种情况
1、 桥上有活载，后台无汽车荷载
2、 桥上有活载，后台也有汽车荷载
3、 桥上无活载，后台有汽车荷载
4、 桥上无挂车，后台有挂车
5、 桥上有挂车，后台无挂车
荷载组合汇总表

荷 载 组 合
水平力（KN）
竖直力（KN）
弯距（KN.m）
一

主要
373.35
18680.2
-6001.29
附加
807.15
18680.2
-2313.99
二
主要
488.68
17831.79
-4916.80
附加
922.48
17831.79
-1229.5
三
主要
488.68
17496.22
-4749.01
附加
922.48
17496.22
-1061.71
四
462.83
17488.07
-4865.22
五
373.35
18499.66
-5892.97
因此，可得第一种组合为最不利情况，应进行验算。

四 桩径、桩长的拟定
本方案采用就地钻孔灌注钢筋混凝土桩，桩身为实心断面，钻孔灌注桩设计直径1.0m，以冲抓锤施工。另外，根据地质条件及施工的需要，桩基础采用低承台基础，桩为嵌言桩（柱桩），由于持力层深度的关系，桩长初步拟订为14m，其中，深入持力层1.7m，满足相关规范的要求。

五 基桩根数及平面布置
5.1 桩的根数的估算
支承在基岩上或嵌入岩层中的单桩，其轴向受压容许承载力，取决于桩底处岩石的强度和嵌入岩层的深度，钻孔灌注桩单桩轴向受压容许承载力按下式计算：
[p]=()
其中系数、值可在下表中选取
条件
C1
C2
良好的
0.6
0.05
一般的
0.5
0.04
较差的
0.4
0.03
钻孔桩系数、值可降低20%采用。，h=1.7m。
所以，有：
3878.21kN
考虑偏心荷载时各桩受力不均而适当增加桩数的经验系数，取
则 =1.1=5.1
加上实际需要，初步拟订采用6跟钻孔灌注桩来满足实际需要。
5.2 桩的间距的确定
由于，通常钻孔成孔的，支撑或嵌固在岩层的柱桩中心间距不得小于2.0倍的成孔直径。即。另外，为了避免承台边缘距桩身过近而发生破裂，并考虑到桩顶位置允许的偏差，边桩外侧到承台边缘的距离，对桩径小于或等于1.0m的桩不应小于0.5倍的桩径，且不小于0.25m，对大于1.0m的桩径不应小于0.3倍的桩径并不小于0.5m。因此，在本设计中，设计桩径为2.5m
5.3 桩的平面布置
桩数确定后，根据桩基受力情况选用两排桩桩基，其形式采用行列式，有利于施工，同时这种布置可以尽量使桩受力均匀，发挥每根桩的承载能力。桩群横截面的重心与荷载合力作用点接近，桥墩桩基础中基桩采取对称布置，桩柱布置使盖梁发生的正负弯距接近，减少承台所承受的弯曲应力。桩的排列方式见下图。

六 桩基础内力的计算
6.1 桩的计算宽度（为圆柱形）
因为有
其中
，

所以有
=0.9m
6．2 桩的变形系数a
，

；由于地面以下
自承台底面之下4m只有一种土（角砾）
所以，查表取m=60000 kN/m
所以
桩在地面线以下深度h=14m，其计算长度则为：
，故按弹性桩计算。
6．3 桩顶刚度系数、、、值计算
由于
其中 ；h=14.0m；由于为柱桩，所以有;

；
按桩中心距计算面积,取，=4.91 =
=1.85=1.502EI
已知：

查表得：；；。所以有，

=0.391EI
=0.935EI
6．4计算承台底面原点o处位移、、

=617.42EI
0.422EI=2.532EI
=60.391EI=2.346EI
=60.346（EI）=5.504（EI）
所以有，

=
=
6．5 计算作用在每根桩顶上作用力、、
竖向力==1.26EI（1.25）=2457.68KN或3769.06KN。
水平力==0.422EI-0.391EI=62.23kN
弯距0.935EI-0.391EI=180.77 KN.m
校核：=6=373.38kN=373.35kN
kN.m
=6001.29kN.m
=18680.22kN.m=18680.2kN
6．6 计算地面处桩身弯距、水平力及轴力

6．7 计算地面以下深度Z处桩身截面弯距与水平压应力
由于有
有桩身弯距
式中的无量纲系数，可以根据及与有关的表格查取。
所以有，值的计算如下表：

Z
Z=
h=

0.00
0.0
4
0
1.000
0
-180.77
-180.77
0.16
0.1
4
0.100
1.000
9.88
-180.77
-170.89
0.32
0.2
4
0.197
0.998
19.46
-180.41
-160.95
0.64
0.4
4
0.378
0.986
37.34
-178.24
-140.9
0.95
0.6
4
0.531
0.959
52.45
-173.36
-120.91
1.27
0.8
4
0.648
0.914
64.01
-165.22
-101.21
1.59
1.0
4
0.728
0.853
71.91
-154.20
-82.29
2.06
1.3
4
0.777
0.735
76.75
-132.87
-56.12
2.38
1.5
4
0.768
0.645
75.86
-116.60
-40.74
3.17
2.0
4
0.638
0.410
63.02
-74.12
-11.1
3.81
2.4
4
0.472
0.239
46.62
-43.20
3.42
4.76
3.0
4
0.207
0.041
20.45
-7.41
13.04
6.35
4.0
4
-0.184
-0.181
-18.18
32.72
14.54

水平压应力：
式中的无量纲系数，可以根据及与有关的表格查取。
所以有，值的计算如下表：

Z

Z=

0.00
0.0
2.401
1.600
0
0
0
0.16
0.1
2.248
1.430
6.39
-7.43
-1.04
0.32
0.2
2.080
1.275
11.82
-13.26
-1.44
0.64
0.4
1.773
0.988
20.15
-20.55
-0.4
0.95
0.6
1.475
0.740
25.14
-23.08
2.06
1.27
0.8
1.202
0.531
27.32
-22.09
5.23
1.59
1.0
0.952
0.359
26.01
-18.66
7.35
2.06
1.3
0.634
0.163
23.41
-11.02
12.39
2.38
1.5
0.460
0.070
17.16
-3.46
13.7
3.17
2.0
0.157
-0.058
8.92
6.03
14.95
3.81
2.4
0.030
-0.083
2.05
10.36
12.41
4.76
3.0
-0.028
-0.056
-2.39
8.73
6.34
6.35
4.0
0
0
0
0
0
以图的形式表示为：

七 桩基础内力验算
7．1 桩顶纵向水平位移验算
桩在地面处水平位移与转角和

=
=-1.53mm（方向是向左）〈6mm
符合规范的相关要求

=rad
水平位移容许值，符合要求。
7．2 群桩基础承载力验算
由于采用嵌岩柱桩，因此，可以认为群桩起初的承载力等于各桩承载力之和
所以，群桩基础承载力
无软弱下卧土层，所以不需要验算
7．3 群桩基础沉降演算
由于是采用嵌岩柱桩，地基底部沉降不大，其沉降量可以忽略不计。故不需要验算。
7．4 承台计算
7．4．1 桩顶处的局部受压验算
由
其中 ，(C20混凝土)
所以有
又因为，其中=1.00，=1.00，=1.2。
所以有（满足）
7．4．2 桩对承台的冲剪验算
桩深入承台深度为0.5m
由于刚性角
而布置范围角
因为有，所以可以不必验算
7．4．3 承台抗弯抗剪强度验算
承台抗弯抗剪强度经过验算发现符合规范的要求。
八 配筋计算
8.1 桩基础配筋计算
桩身最大弯距处Z=0m，
确定计算轴向力时恒载荷载的安全系数为1.2，活载为1.4
所以，有：

弯距M=180.77KN.m；采用C20混凝土，级钢筋，则有
8.1.1 计算偏心距增大系数

由于桩的两端固定 所以有
长细比
所以，应考虑纵向弯曲对偏心距的影响
取
则截面的有效高度为
又因为，

所以，取，
则

所以有，
8.1.2 配筋率的计算及钢筋的选择
由公式有

又有，

采用试算发列表计算如下

A

B

C

D

（N）

N（N）
/N
0.99
2.6685
0.3566
2.2825
0.6874
-0.01413
4564813
4766940
0.96
1.00
2.6943
0.3413
2.3082
0.6692
-0.01274
4763887
4766940
1.00
1.01
2.7112
0.3311
2.3333
0.6513
-0.01191
4880959
4766940
1.02
1.02
2.7277
0.3209
2.3578
0.6337
-0.0110
5009502
4766940
1.05
因此可以得出，当的时候即可以满足纵向力的要求
又因为，而规范规定，所以取计算
所以有
故，选用1618，其，
实际的配筋率。
钢筋布置图如图所示：

混凝土保护层厚度C=50-9=41mm>25mm,纵向钢筋间距为175.95mm>80mm
满足规范的要求。
8.1.3 承载力复核
在垂直与弯矩作用平面内

则在垂直于弯矩作用平面内的承载力为

8.2 承台的配筋计算
承台的受力情况是比较复杂的，为了使承台的受力较为均匀并防止承台因桩顶荷载作用而发生破碎和断裂，应该在承台底部桩顶平面上设置一层钢筋网如附图所示钢筋网在越过桩顶钢筋处不截断，并应与桩顶主筋连接。钢筋网也可以根据基桩和墩台的布置，按带状布设。具体设计尺寸及根数间钢筋配置详图。

九 小结
通过本次课程设计，我对桩基础的设计有了一个比较全面的理解，对天然地基上的基础的选择，尤其是桩基础中柱桩的选择及设计有了一个比较深刻的认识。但是，由于是初步涉及到承台基础的设计，所以，我们的设计内容不是那么的全面，精确，优良。但是，经过了这次的设计，使得我们对全本书的内容以及其他学科的知识加以了结合。对我们以后的工作设计打下了坚实的基础，对我们以后的学习也起到了推动的作用。
十 参考文献
1、凌治平.易经武.基础工程.北京：人民交通出版社，2003
2、朱浮声.地基基础设计与计算.北京：人民交通出版社，2005
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（JTJ024-85）. 北京：人民交通出版社，1986
5、贾艳敏、高力.混凝土结构设计原理.人民交通出版社.2004
6、赵明华.土力学与基础工程.武汉理工大学出版社.2003年