夏開宗-基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)

1、橋梁基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)資料、基本資料1地質(zhì)及水文資料河床土質(zhì)為卵石土，粒徑 50-60mm約占60%, 20-30mm約占30%,石質(zhì)堅(jiān)硬，孔隙大部分由砂填充密實(shí)，卵石層深度達(dá)58.6m；地基比例系數(shù)m 120000kN/m4 （密實(shí)卵石）；地基承載力基本容許值 fa0 1000kPa；樁周土摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值qik 400kPa ；土的重度20.00kN / m3 （未計(jì)浮力）；土內(nèi)摩擦角 40：。地面（河床）標(biāo)高69.54m； 一般沖刷線標(biāo)高63.54m；最大沖刷線標(biāo)高60.85m；承臺(tái)底標(biāo)高67.54m；常水位標(biāo)高69.80m,如圖1。K乎訴I .圖1雙排樁計(jì)算例題圖2作用荷載上部為等跨30m的

2、鋼筋混凝土預(yù)應(yīng)力梁橋，荷載為縱向控制設(shè)計(jì)，作用于混凝土橋墩承臺(tái)頂面縱橋向的荷載如下永久作用及一孔可變作用（控制樁截面強(qiáng)度荷載）時(shí)：ZN=6757.40kN!H=320.60kN（制動(dòng)力及風(fēng)力）Wl=4617.30kN.m （豎直反力偏心距、制動(dòng)力、風(fēng)力等引起的彎矩 ）永久作用及二孔可變作用（控制樁入土深度荷載）時(shí)：ZN=7798kN3承臺(tái)尺寸：2.0m>9.8mX5.6mo擬定采用六根樁，設(shè)計(jì)直徑1.2m。樁身混凝土用20號(hào)，其受壓彈性模量日2.6 104Mpa ,承臺(tái)混凝土單位容重25.0KN /m3,采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，以沖抓錐施工。、設(shè)計(jì)依據(jù)規(guī)范1公路橋涵地基及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG

3、 D63-2007 ）2公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范（JTGD62-2004）、設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)滿足要求的群樁基礎(chǔ)，并形成圖紙與計(jì)算文件。計(jì)算文件包括以下內(nèi)容：1、選定樁徑、樁端持力層等；2、按最不利豎向荷載組合確頂樁長(zhǎng)、并進(jìn)行單樁豎向容許承載力驗(yàn)算；3、計(jì)算樁土變形系數(shù)，判斷剛性樁或彈性樁；4、按最不利樁頂彎矩組合，計(jì)算樁身內(nèi)力并繪制樁身彎矩與剪力分布圖，確定地面下樁身最大彎矩值；5、樁身截面配鋼筋與強(qiáng)度驗(yàn)算，并計(jì)算鋼筋用量。6、繪圖、參考文獻(xiàn)1、基礎(chǔ)工程，北京：交通人民出版社，20082、凌治平，易經(jīng)武.基礎(chǔ)工程.北京：人民交通出版社，20033、朱浮聲.地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與計(jì)算.北京：

4、人民交通出版社，20054、葉見曙.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理.北京：人民交通出版社，20045、JTG D63-2007公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（含條文說明）設(shè)計(jì)計(jì)算書1 .作用荷載的計(jì)算1.1 永久作用及一孔可變作用(控制樁截面強(qiáng)度荷載)z Z 2.0 5.6 9.8 (25 9.8)N1N 7035.46kN6H320.60KNMi M 320.60 2 5258.50kN m1.2 永久作用及二孔可變作用(控制樁入土深度荷載)2 22.0 5.6 9.8 (25 9.8)N2 N 8076.06 kN2.根據(jù)單樁容許承載力擬定樁長(zhǎng)2.1 選定樁徑，樁端持力層等樁徑選1.2m；樁端持力層為密實(shí)卵石層

5、fa。 500kpa ,2.2 樁長(zhǎng)的計(jì)算按單樁容許承載力公路橋涵地基及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D63-2007 )經(jīng)驗(yàn)公式初步反算樁長(zhǎng)，樁徑選取為1.2m。沖抓錐成孔直徑1.25m設(shè)樁埋入最大沖刷線以下深度為h, 一般沖刷線以下深度為h3 ,1 nNhRa-u qikli Apm0 fa0k2 2 h 3 r2 i 11.22r樁(直徑1.2 m)自重每延米q (25 9.8) 17.18kN , 即：41 .NhN l0 2qh 8076.06 (67.54 60.85) 17.18 0.5 17.18 h8190.99 8.59h上式中Ra 一單樁軸向受壓承載力容許值( kN),樁身自重與

6、置換土重(當(dāng)自重計(jì)入浮力時(shí)，置換土重也計(jì)入浮力）的差值為荷載考慮。u一樁的周長(zhǎng) u 1.25 3.925m 2 1.25 i 12AP一樁端截面面積（m ）,對(duì)于擴(kuò)底樁，取擴(kuò)底截面面積Ap 1.227m4n一土的層數(shù)，n 1li 一承臺(tái)底面或局部沖刷線以下各土層的厚度（m）,擴(kuò)孔部分不計(jì)li hqik 一與h對(duì)應(yīng)的各土層與樁側(cè)白摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值（ kPa）, qik 400kPaq.一樁端處土的承載力容許值，當(dāng)持力層為砂土、碎石土?xí)r，若計(jì)算值超過下列值，宜按下列值采用：粉砂 1000 kPa;細(xì)砂1150 kPa;中砂、粗砂、礫砂 1450 kPa;碎石土 2750 kPafa。一樁端處土的承載力

7、基本容許值（ kPa） fa0 1000kPah一樁端的埋置深度（m）,對(duì)于有沖刷的樁基，埋深由一般沖刷線起算； 對(duì)無沖刷的樁基，埋深由天然地面線或?qū)嶋H開挖后的地面線起算，h的計(jì)算值不大于 40m,當(dāng)大于 40m時(shí)，按40m計(jì)算。k2地基土容許承載力隨深度的修正系數(shù)k2 10.02一樁端以上各土層的加權(quán)平均重度（kN/m3）,若持力層在水位以下且不透水時(shí),不論樁端以上土層的透水性如何，一律取飽和重度；當(dāng)持力層為透水層時(shí)，則水3中部分土層取浮重度。2 9.8kN/m一修正系數(shù) 0.7m0清底系數(shù)m00.81 n所以：R -u qikli Apm0fa0 k2 2 h 313.925 400 h

8、1.227 0.8 0,7 1000 10 9.8 h 2,69 3 2666.245 852.338h Nh 8190.99 8.59h所以解得，h 8.92m現(xiàn)取h 9m ,樁底標(biāo)高為-51.85m,2.69為一般沖刷線到最大沖刷線的高度，取h 8m符合樁的軸向承載力符合要求。3,群樁結(jié)構(gòu)分析3.1 樁頂受力計(jì)算3.1.1 樁的計(jì)算寬度b1已知：L=2.0m； h1 =3 (d+1) =6.6 m;n=2, b2 =0.6d 1.0時(shí)，b1 Kf K d 0,9 d 1 K所以bi 0.9 1.0 1 0,767 1.381式中：Kf一樁形狀換算系數(shù)，即在受力方向?qū)⒏鞣N不同的截面形狀的樁寬

9、度，乘以Kf換算為相當(dāng)于矩形截面寬度K平行于水力作用方向的樁間的相互影響系數(shù)K b2 U2 U 0,8020.6h1d 一樁徑或垂直于水平外力H作用方向樁的寬度3.1.2 樁的變形系數(shù)=0.1017(m4) 64C20混凝土的受壓彈性模量Eh 2.6 107 Kpa120000 1.3812.08 1 07 0.101 7WJ E=0.80 X2.6 1 07 =2.08 1 07 KN/ m2; I=0.600樁在最大沖刷線以下深度h=11m,其計(jì)算長(zhǎng)度則為:h h 0.600 9.0=5.4>2.5,故按彈性樁計(jì)算。3.1.3 樁頂剛度系數(shù)Ppp、Phh、Pmh、Pmm值的計(jì)算11l

10、0=6.69m; h=8m;-(根據(jù)公橋基規(guī)鉆挖孔樁米用-),22A=d =3.14 1.2 =1.1304 m2 , C0 m0h 1.2 105 9 1.08 1062d1.2Ahtan-3.14(2424440° 228 tan)12.69m，按樁中心距計(jì)算面4積， A0 - 3.22 8.038m2。故取：A0 8.038m2 4pp1I0 h 1A Eh C。 A。16.69 0.5 91.1304 2.6 10711.08 106 8.0382.016 106 0.953EI已知：hh 5.4( >4), 取 h=4, l I0 0.6 6.69 4.0 查教材基m

11、=0.67433礎(chǔ)工程附表 17、18、19 得：Xq =0.05989 Xm =0.1731233HH EIxq 0.6 0.05989 EI =0.0129EIMH2EIxm 0.62 0.17312EI =0.06232EImm EI m=0.6x0.67433EI=0.4046EI3.1.4按最不利樁頂彎矩組合，計(jì)算承臺(tái)底面原點(diǎn)O處位移ao、bo、 0 (單孔活載+恒載+制動(dòng)力等)N 7035.467382.43C0=n pp 1 0.953 EI EIn 22n MM PP x2 =6>0.4046EI +0.953 EI 6X1.62=17.0657EIi 1n HH 6&g

12、t;0.0129EI=0.0774EIn mh =6>0.06232EI=0.37392 EIn2 Mh 62 0.062322EI 2 0.1398( EI )2n17.0657EI 320.60 0.37392EI 5258.50 =ZZ -_ 2=0.0774EI 17.0657EI 0.1398(EI)(n MM PP X i ) H n MH M i 1 0n(2、2 2n hh n mm pp x i n mh i 16297.19EIn HH M n MH Hn HH ( n MMn 222ppXi) n mhi 10.0774EI 5258.50 0.37392EI 32

13、0.600.0774EI 17.0657EI 0.1398(EI )2446.103.1.5計(jì)算作用在每根樁頂上作用力PrQrM/7715669KN7382.43 446.10 _啜向力：p - pp c0i 0 =0.953EIEj1.6 El一 6355243KN水平力:Qi = HH a。一 MH彎矩：Mi =MM6297.19.446.10 .0 =0.0129EI 0.06232EI=53.43KNEIEI446.106297.19mh a0 =0.4046EI0.06232EI 1-EIEI211.949KN m校核：nQi 6 53.43 320.60H 320.60kNniPi

14、 nMi =3X7715.669 - 6355.243) %6+6 *211.949)=5258.40KN m i 1M 5258.50 nnPi =3X7715.669+6355.243)=42212.74N« N 7035.46 6KNi 13.2 計(jì)算最大沖刷線處樁身彎矩 M°,水平力Q0,及軸向力P0:M0 = Mi Qil0=-211.949KN m +53.43 6.69=145.497KN m Q°=53.43KN p0 =7715.669+1.1304 669 Q5-9.8)=7600.72KN3.3 最大沖刷線深度下沿樁身長(zhǎng)度方向彎矩、剪力的計(jì)算

15、:由：Qz =0 得：CqM00.6 145.49701.63453.43由Cq =1.634 且h =5.4 ( >4)取h =4.0,查教材基石工程附表 13得4=0.8284 故 Zmax= 0.8284 1.381m0.6又由Zmax =0.860及h =5.4( >4 )取h=4.0,查教材基礎(chǔ)工程附表 13得Km =1.321 Mmax Km M0 =1.321X145.497=192.20 KN m采用無量綱法計(jì)算，由h=5.4>2.5,所以用摩察樁公式計(jì)算：一Q0M z Am M 0 BmQz Q0 AQM 0BQ一,Qn 53.43其中 = 89.05 Q0

16、=53.43KNM0 =145.497KN0.6Am、Bm、Aq、Bq的值查教材基礎(chǔ)工程附表 3、4、7、8 ,計(jì)算如下表：表1樁身長(zhǎng)度方向彎矩、剪力的計(jì)算zzAmBmAqBqMzQz0.0000.00.000001.000001.000000.00000145.49753.4300.1670.10.099600.999740.98833-0.00753154.32852.1490.3330.20.196960.998060.95551-0.02795162.75448.5910.5000.30.290100.993820.90468-0.05820170.43143.2560.6670.40

17、.377390.986170.83898-0.09554177.09136.4860.8330.50.457520.974580.76145-0.13747182.54128.6831.0000.60.529380.958610.67486-0.18191186.61620.1771.1670.70.592280.938170.58201-0.22685189.24311.2931.3330.80.645610.913270.48522-0.27087190.3702.2791.5000.90.689260.884070.38689-0.31245190.008-6.6051.6671.00.

18、723050.850890.28901-0.35059188.190-15.1641.8331.10.747140.814100.19388-0.38443184.982-23.2012.0001.20.761830.774150.10153-0.41335180.477-30.6602.1671.30.767610.731610.01477-0.43690174.803-37.3512.3331.40.764980.68694-0.06586-0.45486168.069-43.2272.5001.50.754660.64081-0.13952-0.46715160.438-48.2402.

19、6671.60.737340.59373-0.20555-0.47378152.046-54.3432.8331.70.713810.54625-0.26359-0.47496143.043-55.5473.0001.80.684880.49889-0.31345-0.47103133.576-57.8683.1671.90.651390.45219-0.35501-0.46223123.799-59.3203.3332.00.614130.40658-0.38839-0.44914113.844-59.961zzAmBmAqBqMzQz3.6672.20.531600.32025-0.431

20、74-0.4117993.934-59.0164.0002.40.443340.24262-0.44647-0.3631274.780-55.5554.3332.60.354580.17546-0.43651-0.3073257.104-50.1514.6672.80.269960.11979-0.40641-0.2485341.469-43.4115.0003.00.193050.07595-0.36065-0.1905228.242-35.9025.8333.50.050810.01354-0.19975-0.016726.495-12.1326.6674.00.000050.00009-

21、0.00002-0.000450.018-0.040口 Ju西力圖圖2樁身長(zhǎng)度方向彎矩、剪力圖3.4樁頂縱向水平位移驗(yàn)算：樁在最大沖刷線處水平位移X0和轉(zhuǎn)角0的計(jì)算:由 Z =0h=5.4> 4 取 h=4 查教材基礎(chǔ)工程附表1、2、5、6得:Ax =2.44066A =-1.6210Bx =1.6210B =-1.75058Q0 x0 Ax3EI53.43 2.44066 370.62.08 100.1017M0 Q2Bx2ei145.497 1.621=2_70.62.08 100.1017=0.801mm<6mm符合規(guī)范要求QoEI EI145.497一2阻% ( 1.621

22、0)0.62 2.08 107 0.10170.6 2.08 107 0.1017(1.75058)= 3.144 10 * 4 rad樁頂縱向水平位移驗(yàn)算:由 h=5.4>4,取 4,l l00.6 5.4 3.24,由附表 14、15 可查得：A+ =42.69124A1 = Bx1 =12.54773B 1 =4.99058XiQ0_AM0 B3EI x 2EI Xi1/ 53.43 42.6912427( 145.497 12.54773) =7.39mm0.62 2.08 107 0.10170.6Q。AJM0.B02EI 1 EI 11/ 53.43 12.547733,7(

23、 145.497 4.99) =-1.45 10 rad 0.6 2.08 107 0.10170.6樁頂?shù)目v向水平位移Xi7.39mm水平位移的容許值0.530 2.74cm =27.4mm>7.39mm,符合要求。4.樁身截面的配筋計(jì)算及截面強(qiáng)度的校核4.1 各種參數(shù)及系數(shù)的計(jì)算最大彎矩發(fā)生在最大沖刷線以下Zmax1.381m處，該處 M max 192.20KN m計(jì)算樁最大彎矩控制截面的軸向力式中1NjPiq M ” ZmaxqikzmaxNj控制截面的軸向力;Pi單樁樁頂最大豎向力，已求出Pi7035.46 KN ；q 樁每延米的自重（包括浮力）1 22qik 樁周土摩阻力標(biāo)準(zhǔn)

24、值，已知qik400Kpac沖抓錐成孔面周長(zhǎng)，c d1.25 3.925m所以，計(jì)算得：Nj 7035.46 17.18 6.69 0.5 17.18 1.381 400 3.925 1.381 4994.09KNMj 192.20kN mNj192.204994.090.0385m 38.5mm樁的半徑r=1200/2=600mm,混凝土保護(hù)層取as 80mm則 rs 520mm,grs/r 520/600 0.867樁的長(zhǎng)細(xì)比：b I569 13.08 >4.4，應(yīng)考慮偏心距增大系數(shù)d 1.2e038.51 0.2 2.7 里 0.2 2.7 0.293h01120l015.69 彳

25、 彳2 1.15 0.01 1.15 0.01 1.019>1h1.22 = 11400e0/hg2l0 h215.691400 38.5/11201.00.293 1 2.499e0 2.499 38.5 96.21mm4.2 計(jì)算配筋率采用C20混凝土，鋼筋擬采用HRB335鋼筋，即：fcd 9.2MPafsd 280MPa ,計(jì)算受壓區(qū)高度系數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式得：fcdBr A( e0)9.2fsdC( e。) Dgr 28022 -Nu Ar fcd C r fsd600B 96.21A96.21C 0.867 600 D5520 B 885.132 A26938.8C 14565

26、6DA(0.6)2 9.2 103 C (0.6)2 280 106 3312A 100800C采用試算法列表計(jì)算，根據(jù)規(guī)范，系數(shù) A、B、C、D查附表所得:表2受壓區(qū)高度的計(jì)算aBCDNu(kN)Nj(kN)Nu/Ni0.751.96810.62711.40301.2706-0.011684867.124994.090.970.761.99940.62061.45291.2392-0.011714906.354994.090.980.772.03060.61361.50131.2086-0.011724951.164994.090.990.782.06170.60611.54821.1787

27、-0.011705002.404994.091.000.792.09260.59821.59381.1496-0.011645060.674994.091.010.802.12340.58981.63811.1212-0.011555126.024994.091.03由表中計(jì)算可見，當(dāng)=1.00時(shí)，計(jì)算縱向力Nu與設(shè)計(jì)值Nj相近，且大于設(shè)計(jì)值。且強(qiáng)度不要求配筋.現(xiàn)按構(gòu)造要求取：0.5% （全部縱向鋼筋）。4.3 配筋并繪制基樁構(gòu)造及鋼筋布置圖鋼筋的面積為：_2. _2 2As - 1.20.5%. 5652mm4現(xiàn)選用12根_=25的HRB335鋼筋，鋼筋的面積為：As=5888 mm2；實(shí)際

28、配筋率為：5888/冗（6002 0.52%圖3樁基配筋構(gòu)造圖4.4 對(duì)截面進(jìn)行強(qiáng)度復(fù)核在垂直于彎矩作用平面內(nèi)長(zhǎng)細(xì)比lo/d 15.69/1.2 13.08,故穩(wěn)定系數(shù)0.9356 ；混凝土截面積為ACd2/4 1130400mm2,實(shí)際縱向鋼筋面積 AS=5888mm2；,則在垂直于彎矩作用平面的承載力為： ,Nu 0.9 (fcdA f sdAs)0.9 0.9536 ( 9.2 1 03 1.1304 280 1 03 0.005888)10340.35KN > ( 4994.09 KN )在彎矩作用平面內(nèi)，根據(jù)公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范JTG D632007求得：e。BQ D g

29、fsd rAfCd C fsd9.2B 0.005 0.867 280D (6009.2A 0.005 280C9.2B 1.2138D 6009.2A 1.4C以下采用試算法列表計(jì)算，各系數(shù)查規(guī)范得:表3求的計(jì)算值A(chǔ)BCD(e)(mm)e0(mm)(e0)/ e00.942.53430.42952.14330.7847111.8196.211.16210.952.56180.41552.17260.7645107.1196.211.11330.962.58900.40112.20120.7446102.4696.211.06500.972.61580.38652.22900.725197.9

30、096.211.0180.982.64240.37172.25610.706193.4296.210.9710.992.66850.35662.28250.687488.9996.210.925由計(jì)算表可見，當(dāng) =1.018時(shí)，(e0) 97.90mm,與設(shè)計(jì)的e0 96.21mm很接近，故取 =1.018為計(jì)算值、在彎矩作用平面內(nèi)的承載力為：22 -Nu Ar fcd C r fsd23232.6158 0.59.2 102.2290 0.005 0.867 0.5280 106692.73KN > N ( 4994.09 KN )33'M U Br fcd Dpgr f sd

31、33330.3865 0.6 9.2 100.7251 0.005 0.867 0.6280 10958.16(KN m) > M j 192.20(KN m)綜上計(jì)算，均滿足要求5承臺(tái)的強(qiáng)度檢驗(yàn)5.1承臺(tái)沖切承載力驗(yàn)算對(duì)于圓形截面樁換算為邊長(zhǎng)等于0.8倍的圓柱直徑的方形樁，即a 0.8d 0.96m；取 h0 2.0 0.1 1.9m其向上沖切承臺(tái)的沖切承載力按下列規(guī)定計(jì)算：角樁'ay、'ax、°Fld 0.6 ftdh0apx(by-) apy(bx 1)a px0.8x 0.2apy0.8y 0.2式中：Fid 一角樁豎向力設(shè)計(jì)值,F1d 8076.06K

32、N ；bx、by 一承臺(tái)邊緣至樁內(nèi)邊緣的水平距離，根據(jù)上尺寸圖,計(jì)算得 bx 1.68m、bv 1.68mxyax、ay 一沖跨，為樁邊緣至相應(yīng)柱或墩臺(tái)邊緣的水平距離，其值不應(yīng)大于h0,這里取 ax ay 0.2h0 0.38m；y沖跨比，xax/h0 0.2, y ay/h0 0.2apxapy 一分別與沖跨比 xy對(duì)應(yīng)的沖切承載力系數(shù)。0.80.8apx x 0.20.2 0.20.8apy py y 0.220.2 0.2根據(jù)安全等級(jí)為二級(jí)進(jìn)行驗(yàn)算,所以,八ay、,八ax、r0.6 ftdh0apx(by )apy(bx)0.6 1.06 106 1.9 2 1.68 + 0.38/2

33、+ 2 1.68 + 0.38/29038.83KNr0F1d( 1.0 8076.06 8076.06KN )所以，角樁滿足要求邊樁滿足bp 2h0 4.76m b( 5.6m),進(jìn)行下式驗(yàn)算： (°F1d0.6ftdh0apx(bp h°) 0.667 (2bx a*)式中：Fid 一邊樁豎向力設(shè)計(jì)值;bx 一承臺(tái)邊緣至樁內(nèi)邊緣的水平距離;bp一方樁的邊長(zhǎng);0.6ftdAapx(bp ho) 0.667 (2bx a*) 6_-0.6 1.06 101.9 2 (0.96 1.9) 0.667 (2 1.68 0.38)0.6 1.06 106 1.9 2 0.8 1.9 0.667 2 1.6 0.389926.50KNr0Fld(1.0 8076.06 8076.06KN)5.2承臺(tái)抗彎驗(yàn)算Mycd Nidyci8076.06 (3.7 3.5) 4 6