中南大學基礎工程課程設計.doc

中南大學基礎工程課程設計書題 目：鐵路橋墩樁基礎設計姓 名：xx 學 號：xx班 級： xx班指導老師： 鄭國勇2014年9月目 錄 第一部分 設計任務書1第二部分 設計說明書31 33一、基本概況4二、設計依據(jù)4三、設計方案4四、施工建議5第三部分 設計計算書6一、擬定尺寸7二、樁的布置及樁的連接方式8三、承臺底面形心處位移計算12四、墩身彈性水平位移計算15五、樁基檢算11參考文獻21第一部分基礎工程課程設計任務書鐵路橋墩樁基礎設計一、設計資料1. 線路：雙線、直線、坡度4、線間距5m，雙塊 式無砟軌道及雙側1.7m寬人行道，其重量為44.4kN/m。2. 橋跨：等跨L=31.1m無砟橋面單箱單室預應力混凝土梁，梁全長32.6m，梁端縫0.1m；梁高3m，梁寬13.4m，每孔梁重8530kN，簡支箱梁支座中心距梁端距離0.75m，同一橋墩相鄰梁支座間距1.6m。軌底至梁底高度為3.7m，采用盆式橡膠支座，支座高0.173m，梁底至支座鉸中心0.09m。3. 建筑材料：支承墊石、頂帽、托盤采用C40鋼筋混凝土，墩身采用C30混凝土，樁身采用C30混凝土。4. 地質及地下水位情況：標高（m）地質情況厚度（m）36.7936.29耕地0.536.2930.79軟塑砂粘土5.530.7921.29粉 砂9.521.2919.89淤泥質砂粘土(松軟)1.419.89-3.51細砂(中密)23.4-3.51-12.31粗砂(中密)8.8-12.31-22.31中砂(中密)10.0-22.31-29.31礫砂（中密）7.0-29.31-46.31硬塑粘土17.0土層平均重度，土層平均內摩擦角。地下水位標高：30.5m。5. 標高：梁頂標高+53.483m，墩底35.81m。6. 風力：(橋上有車)。7. 橋墩尺寸：如圖1。二、設計荷載1. 承臺底外力合計：雙線、縱向、二孔重載：，雙線、縱向、一孔重載：，2. 墩頂外力：雙線、縱向、一孔重載：，三、設計要求1. 選定樁的類型和施工方法，確定樁的材料、樁長、樁數(shù)及樁的排列。2. 檢算項目(1) 單樁承載力檢算 （雙線、縱向、二孔重載）；(2) 群樁承載力檢算 （雙線、縱向、二孔重載）；(3) 墩頂水平位移檢算 （雙線、縱向、一孔重載）；(4) 樁身截面配筋計算 （雙線、縱向、一孔重載）；(5) 樁在土面處位移檢算（雙線、縱向、一孔重載）。3. 設計成果：(1) 設計說明書和計算書 一份(2) 設計圖（A3紙, 最好是手工圖) 一張四、附加說明1. 如布樁需要，可變更圖1中承臺尺寸；2. 任務書中荷載系按圖1尺寸進行計算的結果，如承臺尺寸變更，應對其豎向荷載進行相應調整。五、參考資料1. 鐵路橋涵地基和基礎設計規(guī)范（TB 10002.5-2005）2. 鐵路橋涵設計基本規(guī)范（TB 10002.1-2005）3鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規(guī)范（TB 10002.3-2005）4. 鐵路橋涵混凝土和砌體結構設計規(guī)范（TB 10002.4-2005）5. 橋梁工程邵旭東主編，人民交通出版社，2008年圖1 橋墩及承臺尺寸示意圖第二部分 設計說明書一、基本概況 本課程設計任務要求完成鐵路橋墩樁基礎設計，橋梁計算跨度L=31.1m，梁全長32.6m，梁端縫。軌底至梁底3.7m，梁底至支座鉸中心，一孔梁總重8530KN。在荷載和承臺參考尺寸給定的情況下，要求確定樁數(shù)和樁的布置情況，對樁臺進行檢算使其承載力和變位滿足規(guī)范的要求，并完成樁的配筋設計。設計內容及步驟如下： （1）集資料 （2）確定樁的尺寸和樁數(shù) （3）墩臺底面形心處位移計算 （4）樁基檢算 （5）樁身截面配筋設計和強度、穩(wěn)定性、抗裂性檢算 （6）繪制樁基礎布置和樁身鋼筋構造圖二、設計依據(jù)鐵路橋涵地基和基礎設計規(guī)范TB1002.5-2005混凝土結構設計規(guī)范GB50010-2002鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規(guī)范TB1002.3-2005三、設計方案本設計采用鉆孔灌注樁，樁身采用C30混凝土，采用旋轉鉆。持力層選在粗砂（中密）層，樁徑采用1.00m，樁長43m，樁端進入持力層深度2.3m，標高26.7m。確定樁數(shù)為8根兩排，對稱布置，樁列間中心距3.0m，排間中心距3.0m。地基容許承載力659kPa，單樁容許承載力3464.53kN。墩頂水平位移4.672mm，容許水平位移為31.62mm。單樁承載力、群樁承載力和墩頂水平位移均符合要求。樁身承受最大彎矩57.215kN.m，選用2016的I級鋼筋，鋼筋面積。鋼筋采用環(huán)形對稱布置，凈保護層厚度60mm，主筋凈距為135.717mm。樁與承臺的聯(lián)結方式采用主筋伸入式，樁身伸入承臺板0.1m；主筋伸入承臺的長度0.8m。主筋在樁中長度為12.0m。箍筋采用8200mm。自樁頂以下10cm起向下每2m設置一道加勁箍筋（即骨架鋼筋），直徑為16。順鋼筋籠長度每隔2m沿圓周均勻設置4根骨架定位鋼筋，直徑為12。經(jīng)配筋驗算，截面應力和樁的穩(wěn)定性均符合要求。四、施工建議 地下水位標高為30.5m，樁伸入地下水位以下，施工時要注意加強排水措施，防止流砂等不良地質現(xiàn)象的發(fā)生。同時，施工時要加強對周圍的地基沉降的觀測，防止基礎施工引起的周邊建筑的不均勻沉降。鉆孔施工建議使用反循環(huán)法。第三部分 設計計算書一、基礎尺寸的確定1. 樁身及承臺均采用30混凝土。2. 設計樁徑采用，成孔樁徑為，鉆孔灌注樁，采用旋轉式鉆頭，鉆孔機具為直徑100cm的旋轉鉆機。3. 根據(jù)地質條件，選用粗砂層為持力層，樁端進入砂土持力層的臨界深度為，即樁端進入持力層的深度要大于1.50m，從承臺底面標高為33.31m，則取樁長。樁底標高為-6.69m，樁端進入持力層的深度為3.18m。4. 估算樁數(shù)：（按雙孔重載估算） 估算公式：單樁容許承載力為：其中，故： 該土層平均天然重度， 圖2由于樁側土為不同土層，應采用各土層容 重加權平均，在地下水位以上采用天然重 度，在地下水位以下采用浮重度：求得： 根據(jù)鐵路橋規(guī)表4.1.2-3，地基的基本承載力，深度修正系數(shù)，。故： 土質按較差處理，鉆孔灌注樁樁底支撐力折減系數(shù)根據(jù)鐵路橋規(guī)表6.2.2-3，各土層的極限承載摩阻力如下表：地質情況厚度極限摩阻力軟塑砂粘土2.5235粉砂9.545淤泥質砂粘土1.425細砂（中密）23.450粗砂（中密）3.1880則單樁的軸向受壓容許承載力： 取，按二孔重載估算樁數(shù)：，暫取，驗算后再作必要調整。二、樁的布置及樁的連接方式1. 布樁鐵路橋規(guī)6.3.2規(guī)定：鉆孔灌注樁中心距不應小于2.5倍成孔樁徑。當樁徑時，最外一排樁至承臺底板邊緣的凈距不得小于，且不得小于。滿足樁間距和承臺邊到樁凈距的前提下可得到樁在承臺底面的布置情況，如圖3。2. 樁與承臺連接方式連接方式采用主筋伸入式，樁伸入承臺板內，具體配筋見后面詳述。圖3 樁布置圖三、承臺底面形心處位移計算1. 設計荷載： 雙線、縱向、二孔重載： N=18629.07KN, H=341.5KN , M=4671.75 KN.m 雙線、縱向、一孔重載： N=17534.94KN, H=341.5KN , M=4762.57 KN.m 2. 計算，（1）樁的計算寬度其中： ，水平力作用方向上相鄰兩樁的凈距，故：由上述得：（2）基礎額變形系數(shù)其中：樁截面慣性矩C30混凝土受壓彈性模量 假定樁為彈性樁，則其計算深度：深度內存在兩層不同的土，則的換算公式為：其中：，則故樁的變形系數(shù)：樁的換算入土深度：，則樁為彈性樁，假設成立。 3. 計算單樁樁頂剛度其中 因的直徑（相鄰中心距）故： 因，故從上得又，,查表有，故 4. 計算承臺剛性系數(shù) 對于低承臺樁基，承臺處于軟塑砂粘土中，因此，承臺的計算寬度為：， 5. 計算承臺底面形心處的位移，樁基為豎直樁基，樁群對稱布置，則有：化簡后可得：（1）荷載情況1：雙線、縱向、二孔重載 N=18629.07 KN, H=341.5 KN, M=4671.75（2）荷載情況2：雙線、縱向、一孔重載 N=17534.94KN, H=341.5KN, M=4762.57 =m四、墩身彈性水平位移計算假定墩帽、托盤和基礎部分產(chǎn)生剛性轉動，將墩身分為四個部分，（由于墩身4-5段下部分在土中，故將其分為兩段，只計算土上部分風力），分別計算它們所受的風荷載,橋上有車時的風壓強度W=800Pa，縱向水平風力等于風荷載強度乘以迎風面積,分別計算出四部分的上下底邊長及中線長，然后計算出各個截面的彎矩，再求和即可得到托盤底面所受的總彎矩。1. 墩頂外力和縱向風力引起的力矩（1）墩頂外力：雙線、縱向、二孔重載 H=253.44KN, M=893.16（2）墩帽所受風力：作用點離墩帽底面的距離為（3）托盤所受風力：作用點離托盤底面的距離為其中短邊，長邊（4） 墩身所受風力： ， , 作用點離墩身底面的距離為: 示意圖如圖4所示：圖4 縱向風力示意圖計算由墩頂外力和縱向風力引起的彎矩，計算結果如下表。墩身各截面彎矩值計算表截面位置項目托盤頂0-0墩身1-1墩身2-2墩身3-3墩身4-4墩身5-5墩頂彎矩893.16893.16893.16893.16893.16893.16墩頂水平力152.064532.2241292.5442052.8642813.1843325.133墩帽風力1.086.4817.2828.0838.8846.152托盤風力06.02929.42952.82976.22991.985墩身風力1-20021.31364.225107.137136.0312-300021.88865.66495.143-4000022.3252.378墩身風力4-50000010.283總計1046.3041437.8932253.7263113.0464016.5744650.2622、托盤底面水平位移計算和轉角 托盤底面水平位移和轉角計算表1-2段1845.81033.6117.20755.1623 2-3段2683.38636.619.56475.86943-4段3564.8139.622.15216.64564-5段4333.4182.0212.1124.49447.3483總 計注：（1）墩身為C30混凝土：；（2）：分段高度；（3）：分段水平力作用點到墩頂?shù)木嚯x，（4）計算彎矩五、樁基檢算 1. 單樁承載力檢算（按二孔重載計算） N=18629.07KN， ，則樁頂內力： 樁身C30混凝土容重，土平均重度則樁自重：樁入土部分同體積土重：則 故單樁軸向受壓承載力滿足要求。2. 群樁承載力檢算（按二孔重載計算）將樁群看作一個實體基礎，則實體基礎為一臺體，臺體底面由于內摩擦角（）較頂面放大（如圖5）。底面尺寸： 圖5 群樁承載力檢算示意圖樁自重：樁側土重：承臺重：承臺部分土重：故：3. 墩頂水平位移檢算（按一孔重載計算）墩高：H=2.5+12+1.5+0.6=16.6m則墩頂位移4. 結構在土面處的位移（按一孔重載計算）在橋規(guī)中查，時，只適用于結構在地面處的最大位移為6mm，若超過6mm就不能采用“”法進行計算，故需要對樁在土面處的位移進行檢算。墩身埋于土中高度：可以用法直接查表計算。5. 樁身截面配筋設計（按一孔重載計算）（1）樁身彎矩計算因此，任意深度z處樁身截面彎矩：列表計算，如下表所示：計算表0001v0.20.5090.1970.9981.173 55.638 56.812 0.41.0180.3770.9862.246 54.970 57.215 0.61.5270.5290.9593.152 53.464 56.616 0.82.0360.6460.9133.848 50.900 54.748 1.02.5450.7230.8514.306 47.444 51.750 1.23.0530.7620.7744.540 43.151 47.690 1.43.5620.7650.6874.557 38.300 42.858 1.64.0710.7370.5944.390 33.116 37.506 1.84.5800.6850.4994.080 27.819 31.899 2.05.0890.6140.4073.657 22.690 26.347 2.25.5980.5320.323.417 17.840 21.257 2.46.1070.4430.2432.639 13.547 16.186 2.66.6160.3550.1752.114 9.756 11.870 2.87.1250.270.121.609 6.690 8.300 3.07.6340.1930.0761.150 4.237 5.387 3.58.9060.0510.0140.304 0.780 1.084 4.010.17800000由表知： （2）計算偏心距初始偏心距：偏心距放大系數(shù)：其中：影響系數(shù)計算長度（此式中為變形系數(shù)） 安全系數(shù)K=0.6（主力+附加力）則：（3）配筋根據(jù)灌注樁構造要求，橋梁樁基主筋宜采用光圓鋼筋，主筋直徑不宜小于16mm，凈距不宜小于120mm，且任一情況下不得小于80mm，主筋凈保護層不應小于60mm。在滿足最小間距的情況下，盡可能采用單筋、小直徑的鋼筋，以提高樁的抗裂性，所以主筋采用I級鋼筋。樁身混凝土為C30，根據(jù)橋規(guī)規(guī)定，取=0.5%,則選用2016的I級鋼筋，取凈保護層厚度，