中南大学基础综合项目工程专业课程设计(2).doc

《基础工程》课程设计

设计说明书

班级：交建1305班

姓名：王俊杰

学号：

一、 设计资料
1、 地质及水文
（1） 河床土质：从地面（河床）至标高32.5m为软塑粘土，以下为密实粗砂，深度达30米。
（2） 水文：地面（河床）标高为40.5m，通常冲刷线标高为38.5m，最大冲刷线为35.2m，常水位42.5m。
2、 土质指标
表1 土质指标
类型
地基系数m（KN/m4）
极限摩阻力τ（KPa）
内摩擦角ф
容重（扣除浮力）（KN/m3）
软塑粘土
8×103
30
20º
12
密实粗砂
25×103
110
38º
12
3、 桩、承台尺寸和材料
规范要求：钻（挖）孔灌注摩擦桩中心距不得小于2.5倍成孔直径，
所以取：
承台尺寸：7.0m×5.0m×2.0m。
（1） 确定采取四根桩，设计直径为1.0m。
（2） 桩身及承台混凝土用20号，其受压弹性模量Eh =2.6×104Mpa。
（3） 平面部署图以下图1所表示：

图1 平面部署图

4、 荷载情况
(1)上部为等跨25m预应力梁桥，混凝土桥墩，承台顶面上纵桥向荷载为：
恒载及一孔活载时：
∑N=6103.4KN
∑H=310.25KN (制动力及风力)
∑M=4123.6KN （竖直力偏心、制动力、风力等引发弯矩）
恒载及二孔活载时
∑N=6503.24KN
（2）桩（直径 1.0m）自重每延米为
KN/m(已扣除浮力)
(3) 故,作用在承台底面中心荷载力为:
∑N=6103.4+(7.0×5.0×2.0×25)=7853.4 KN
∑H=310.25KN
∑M=4123.6+310.25×2.0=4744.1KN•M
恒载及二孔活载时:
∑N=6503.24+(7.0×5.0×2.0×25)=8253.24KN
(4)则确定桩基础采取冲抓钻孔灌注桩基础,为摩擦桩。

二、 单桩许可承载力确实定
依据《公路桥涵地基和基础设计规范》中确定单桩许可承载力经验公式初步反算桩长度，设该桩埋入最大冲刷线以下深度为h，通常冲刷线以下深度为h3，则：
Nh=[P]=U∑ +λm0 A{[σ0]+K2γ2(h3-3)}
当两跨活载时：
Nh = + (38.5-35.2) ×11.78 +×11.78h (kN)
=2102.18 + 5.89h (kN)
计算[P]时取以下数据：
桩设计桩径为1.0m ，冲抓锥成孔直径为1.15m，
U=π×1.15=3.61m ，A=π×1.02/4=0.785㎡ ,
λ=0.70 , m0=0.8 , K2=6.0 ，[σ0]=550kpa
Υ2=
= (kN/㎡) (已扣除浮力)
τ1=30kpa , τ2=110kpa
[P]=×3.61×[2.7×30 + (h-2.7)×110] + 0.7×0.8×0.785×{550 + 6.0×(h+3.3-3)} = Nh = 2102.18 + 5.89h
所以，则解一元二次方程得：h=9.99m
现取 h=10m，桩底标高为25.20m，桩轴向承载力符合要求。
具体见以下图2所表示

图2 双排桩断面图 （a）横桥断面图 （b）纵桥断面图

三、桩顶及最大冲刷线处荷载Pi、Qi、Mi及P0、Q0、M0计算
（一） 参数计算
1、 桩计算宽度b1
b1=Kf·K0·K·d
∵Kf=0.9 K0=1+1/d=2.0 d=1.0
∴
又 ； ； n=2 ； =0.6
又有
=2.0 < 0.6=3.6m
故 K= = 0.6+×=0.822
∴b1=0.9×2.0×0.822×1.0=1.48m
2、桩变形系数α

最大冲刷线以下
hm=2(d+1)=2×2=4 , h1=2.7m , h2=4-2.7=1.3m
m=[m1h12 + m2(2h1 + h2)h2]/hm2
=[8.0×103×2.72 + 25×103×(2×2.7 + 1.3)]/42
=17.25103 KN/3
I=πd4/64 =π×14/64=0.049m4
受弯构件：
EI=0.67EhI=2.6 ×107 ×0.0491 ×0.67=8.5358×105
故m-1
桩在最大冲刷线以下深度h=10m。

其换算深度则为
=0.496×10=4.96m (>2.5m)
故按弹性桩计算
2、 桩顶刚度系数ρ1、ρ2、ρ3、ρ4值计算
l0=3.3m h=10m ξ=1/2 (钻孔桩) A==0.785
∵h=10m ∴C0=10 m0=10×25×103=2.5×105 KN/
按桩中心距计算面积，故取A0=

=0.999EI
又已知：=0.496×10=4.96m
=0.496×3.3=1.637m
由和查附表17、18、19，并用双内插法得:(，取4m)
=0.25830 ; =0.44373 ; =1.05794

3、 计算承台底面原点0处位移、、

(二)计算作用在每根桩顶上作用力、、
竖向力:
=

水平力：

=

弯矩：

校核：
校核正确

校核正确

校核正确
（二） 计算最大冲刷线处桩身弯矩，水平力，及轴向力

三、 最大弯矩及最大弯矩位置计算

无量纲系数及由附表3、7查得，值计算列表以下，

0
0
4.96
0
1.0000
0
84.59
84.59
0.409
0.2
4.96
0.19696
0.99806
30.80
84.43
115.23
0.82
0.4
4.96
0.37739
0.98617
59.01
83.42
142.43
1.23
0.6
4.96
0.52938
0.95861
82.78
81.09
163.87
2.04
1.0
4.96
0.72305
0.85089
113.06
69.00
182.06
2.86
1.4
4.96
0.76498
0.68694
119.62
58.11
177.73
3.68
1.8
4.96
0.68488
0.49889
107.10
42.20
149.30
4.50
2.2
4.96
0.53160
0.32025
83.13
27.09
110.22
5.32
2.6
4.96
0.35458
0.17546
55.44
14.84
70.28
6.13
3.0
4.96
0.19305
0.07595
11.88
6.42
18.3

由表可得：

四、 桩顶纵向水平位移验算
桩在最大冲刷处水平位移和转角
由 查附表1，2，5，6得

满足要求

所以，桩顶纵向水平位移

水平位移许可值[△]
符合要求

五、 桩身截面配筋计算
（一） 配筋计算
最大弯矩截面在Z=2.04处，此处设计最大弯矩为，设计最大竖向力

按《公桥规》采取简化法——等效钢环法
由截面强度计算公式：

取以上两式临界状态分析，整理得：

现确定采取C20号混凝土，Ⅰ级钢筋，
1、 计算偏心距增大系数

又因为，故桩计算长度为：

长细比，故可不考虑纵向弯曲对偏心距影响。
∴
2、 计算受压区高度系数

设 则

现采取试算法列表计算（见表2）

表2 受压区高度系数ξ计算表
ζ
A
B
C
D
ρ
Nu(N)
Nj(N)
Nu/Nj
0.96
2.589
0.4011
2.
0.7446
-0.00852
3830618
2911592
1.32
0.97
2.6158
0.3865
2.229
0.7251
-0.00654
4032340
2911592
1.38
0.98
2.6424
0.3717
2.2561
0.7061
-0.00427
4261842
2911592
1.46
0.99
2.6685
0.3566
2.2825
0.6874
-0.00166
4523826
2911592
1.55
1
2.6943
0.3413
2.3082
0.6692
0.001332
4823549
2911592
1.66
1.01

2.7112
0.3311
2.3333
0.6513
0.00364
5053864
2911592
1.74
1.02
2.7277
0.3209
2.3578
0.6337
0.006284
5316960
2911592
1.83
1.03
2.744
0.3108
2.3817
0.6165
0.009314
5618433
2911592
1.93
1.04
2.7598
0.3006
2.4049
0.5997
0.012848
5968941
2911592
2.05
1.05
2.7754
02906
2.4276
0.5832
0.016946
6375552
2911592
2.19

由计算表可见，当ξ=1.02时，计算纵向力和设计值之比较为合理，同时满足最小配筋率0.5%要求，故取ξ=1.02，为设计值。
3、 计算所需纵向钢筋截面积

现选择 ， 部署图3所表示

图3 钢筋部署示意图（尺寸单位：厘米）
混凝土净保护层 ，符合要求。
纵向钢筋间距为：
（二） 对截面进行强度复核
由前面计算结果， ， ，
实际配筋率
1、 在垂直和弯矩作用平面内
长细比，故纵向弯曲系数
混凝土截面面积，
实际纵向钢筋面积
则在垂直于弯矩作用平面内承载力为

2、 在弯矩作用面内

一样采取试算法可得，当ξ=1.02时，和设计值靠近，故取ξ=1.02为计算值。
在弯矩作用平面内承载力为：

∴桩截面符合要求。

六、 承台结构设计计算

图4 桩承台计算图（尺寸单位：厘米）
承台（见图4）有效高度为：

1、 承台受冲切验算
桩边冲切，计算冲跨比：

计算冲切系数：

∵，取 ，则

所以，满足要求。

2、 桩向上冲切
； ； ，所以，
；
计算冲切系数；

取，所以

所以，满足要求。
3、 抗剪承载力计算
； ，所以，； ，
剪切承载力截面高度影响系数

对于Ⅰ—Ⅰ截面
，介于0.3∽3.0之间

∴

对于Ⅱ—Ⅱ截面
，取

∴

∴抗剪承载力满足要求。

4、 承台受弯承载力计算

采取钢筋，则， ，则取用
∴

选择钢筋，间距, 则实用钢筋为
混凝土保护层为，沿Y轴方向部署。

选择钢筋，间距，则实用钢筋为。
混凝土保护层为,沿X方向部署。

【参考资料】
1、 凌治平，易经武主编，基础工程，北京：人民交通出版社，
2、 贾艳敏，高力主编。结构设计原理。北京：人民交通出版社，
3、 中国行业标准。公路桥涵地基和基础设计规范（JTJ024-85）。 北京：人民交通出版社，1986
4、 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（JTG D62-）。北京：人民交通出版社，