橋臺(tái)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算書-2

1、基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)設(shè) 計(jì) 題 目： 橋 臺(tái) 樁 基 礎(chǔ) 設(shè) 計(jì) 所 屬 院 系 建 筑 工 程 學(xué) 院 專 業(yè)： 交 通 土 建 指 導(dǎo) 老 師： 艾 賢 臣 學(xué) 生 姓 名： 田 斌 學(xué) 號(hào)： 220102201107 班 級(jí)： 路橋10-3 上 交 日 期： 2013年 7月3日 成 績(jī)： 橋臺(tái)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算書一、 荷載計(jì)算（一）恒載恒載可以為橋臺(tái)自重，橋臺(tái)上土自重和上部恒載組成1、橋臺(tái)部分橋臺(tái)部分劃分塊如圖1.1圖1.2所示，分別計(jì)算自重，土重。圖1.2 橋臺(tái)分塊 橋臺(tái)自重計(jì)算表 表1.1 序號(hào)計(jì)算式豎直力對(duì)基底中心軸偏心彎矩備注1(2.5-0.35)×0.75×0.3

2、-0.3×0.3×0.3×2511.422.825-32.26彎矩正負(fù)值規(guī)定如下：逆時(shí)針取“+”號(hào)；順時(shí)針?lè)较蛉　啊碧?hào)2(2.5-0.35)×1.1×0.3-0.3×0.3×0.3×0.5×25502.817-140.8330.3×1.02×20.09×25179.31.925-345.1541.2×1.1×(1.45+4×0.8+3×4.7+1.34)×25662.971.5-994.4651×6.606×

3、;0.8×25132.121.0-132.1260.5×3×6.606×0.8×25198.18000.7×1.5×23×19.99482.762.35-1134.487(6.606-0.1)×0.7×19.5×20.0917842.354192.486295306.9792.2×(1.1+2+3.2)×1.5×4×25+1.2×3.3×1.5×25×6267300102.03.31.519.53579.1

4、500合計(jì)13047.912472.41 2）承臺(tái)及上部填土重力計(jì)算承臺(tái)及上部填土分塊如圖1.3、圖1.4所示圖1.3 承臺(tái)及上部填土分塊圖1.4 承臺(tái)及上部填土分塊（二）、土壓力計(jì)算： 土壓力按臺(tái)背豎直，即=0,臺(tái)后填土為水平，填土內(nèi)摩擦角 臺(tái)背與填土間的外摩擦角按，由資料上層： 天然級(jí)配沙礫 h1=1.5m =40°，=0，= =20°，=0， 下層： 原土 h2=8.726m c=30， =16° ， 換算土層重度 將兩層土的重度內(nèi)摩擦角按土層厚度進(jìn)行加權(quán)平均，得： 下部土 把粘聚力換成等效的內(nèi)摩擦角 換算土層內(nèi)摩擦角1、臺(tái)后填土表面五活載時(shí)土壓力計(jì)算臺(tái)后填

5、土自重引起的主動(dòng)土壓力按庫(kù)侖土壓力計(jì)算:式中： 墻后填土重度的加權(quán)平均值（）； H 土壓力作用的高度； B 土壓力作用的寬度；主動(dòng)土壓力作用系數(shù)。 土壓力作用系數(shù)如下： 0.104式中： 墻后填土內(nèi)摩擦角的加權(quán)平均值； 墻背與豎直線之間的夾角； 墻背與填土間的摩擦角； 填土面與水平面之間的傾角；主動(dòng)土壓力作用系數(shù)。臺(tái)后填土自重引起的主動(dòng)土壓力:其水平分力：=1263.5 作用點(diǎn)與基礎(chǔ)底面的距離：水平方向土壓力對(duì)基底形心軸的彎矩：豎向分力：652.14kN與基礎(chǔ)底面的距離：豎直方向土壓力對(duì)基底形心軸的彎矩：2、 臺(tái)后填土表面有汽車荷載時(shí)土壓力計(jì)算由汽車荷載換算成等代的均布土層厚度式中： 破壞棱體

6、長(zhǎng)度， ； H 橋臺(tái)高度，取10.226m； 破壞棱柱體滑動(dòng)面與水平面之間的夾角。=0.347破裂棱柱體長(zhǎng)度：10.226×0.3473.548m在破壞棱體范圍內(nèi)布滿均布荷載：3×140×2840將車輛荷載轉(zhuǎn)換為等效土層，厚度為： 臺(tái)背在填土連同破壞接體上車輛荷載作用下的引起的土壓力：水平方向的分力=作用點(diǎn)與基礎(chǔ)底面中心的距離：水平方向土壓力對(duì)基地形心軸的彎矩：豎向分力：1124.69kN與基礎(chǔ)底面的距離：豎直方向土壓力對(duì)基底形心軸的彎矩：3臺(tái)前溜坡填土自重對(duì)橋臺(tái)前側(cè)面的主動(dòng)土壓力在計(jì)算時(shí)，以基礎(chǔ)前側(cè)邊緣垂線作為假想臺(tái)背，土表面的傾斜度以溜坡坡度為1:1.5，算得

7、=-33.69°，則基礎(chǔ)邊緣至坡面的垂直距離為 主動(dòng)土壓力系數(shù)： 主動(dòng)土壓力為：水平方向的分力=作用點(diǎn)與基礎(chǔ)底面中心的距離：水平方向土壓力對(duì)基地形心軸的彎矩：豎向分力：233.45kN與基礎(chǔ)底面的距離：豎直方向土壓力對(duì)基底形心軸的彎矩： （三)、支座活載反力計(jì)算 按下列情況計(jì)算支座反力：第一，橋上有汽車及人群荷載，臺(tái)后無(wú)活載；第二，橋上有汽車及人群荷載，臺(tái)后也有汽車荷載，而重車在臺(tái)后填土上；第三，橋上無(wú)活載，臺(tái)后有汽車荷載。下面分別予以計(jì)算。1、橋上有汽車荷載及人群荷載，臺(tái)后無(wú)活載（1）汽車及人群荷載反力在橋跨上的汽車荷載布置如圖1.5所示：圖1.5 （尺寸單位m）支座反力：人群荷載

8、支座反力：支座反力作用點(diǎn)離基底形心軸的距離： 對(duì)基底形心軸的彎矩： （2）汽車荷載制動(dòng)力車道荷載的均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)滿布于是結(jié)構(gòu)產(chǎn)生最不利效應(yīng)的同號(hào)影響線上，而集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值只作用于相應(yīng)影響線中一個(gè)最大影響線的峰值處。而集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值只作用于在左側(cè)的平板橡膠支座上，則由一個(gè)設(shè)計(jì)車道上由汽車產(chǎn)生的制動(dòng)力標(biāo)準(zhǔn)值按公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范規(guī)定的車道荷載標(biāo)準(zhǔn)值在加載長(zhǎng)度上計(jì)算得總重力的 10%計(jì)算其單車道制動(dòng)力：（10.5×19.46+215）×10%=41.95 kN <165K N對(duì)于端部橋臺(tái)設(shè)滑板橡膠支座的簡(jiǎn)支梁橋臺(tái)，應(yīng)計(jì)的制動(dòng)力為： 0.3H=0.3×165=49

9、.5 KN制動(dòng)力對(duì)基地形心軸的彎矩：2橋上，太后均有汽車荷載為得到活載作用下最大豎直力在均部荷載Q=10.5滿跨布置集中荷載中集中荷載P=215布置在最大影響線峰值出車輛荷載后輪反力為后臺(tái)則支座反力為=（215+1/219.4610.5）30.78=742.25KN人群引起的支座反力對(duì)基底形心軸的彎矩：（四） 支座摩阻力計(jì)算 滑動(dòng)支座摩擦系數(shù)取 f=0.05 ，則支座摩阻力：=2398.08×0.05=119.904kN支座摩阻力與承臺(tái)底面的豎直距離：支座摩阻力與承臺(tái)底面形心軸的彎矩： kN.m（方向按荷載組合需要來(lái)確定）對(duì)于埋置式橋臺(tái)不計(jì)汽車荷載沖擊力，同時(shí)從以上對(duì)制動(dòng)力和支座摩阻

10、力的計(jì)算結(jié)果表明，支座阻力大于制動(dòng)力。因此在以后的附加組合中，以支座摩阻力為控制設(shè)計(jì)。五荷載組合作用分類作用名稱永久作用結(jié)構(gòu)重力土重力土側(cè)壓力可變作用汽車荷載人群荷載汽車制動(dòng)力支座摩阻力根據(jù)實(shí)際可能發(fā)生的組合，應(yīng)按五種情形進(jìn)行荷載組合，對(duì)應(yīng)三種情況，即：橋上有活載，臺(tái)后無(wú)汽車荷載；橋上有活載，臺(tái)后也有汽車荷載；橋上無(wú)活載，臺(tái)后有汽車荷載。荷載組合基本公式：式中： 承載能力極限狀態(tài)下作用基本組合的效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值； 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，該橋?yàn)橹袠?，?1；第i個(gè)永久作用效應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)，橋臺(tái)自重、恒重、填土自重取1.2，土的側(cè)向壓力取1.4 汽車荷載效應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)，取=1.4； 在作用效應(yīng)組合中除汽車荷

11、載效應(yīng)外的其它可變作用效應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)，人群荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.4， 在作用效應(yīng)組合中除汽車荷載效應(yīng)外的其它可變作用的組合系數(shù)。（一）臺(tái)后有汽車+汽車制動(dòng)力（1）主要組合 豎直力 =1.2×（11.14+50+179.3+662.97+132.12+198.18+482.76+1748+6295）+0.8×1.4×165+1.4×1184.76+1.4×155.82+1.4×795.61=26208.9kN 水平力 =1.4×2833.93-1×248.06=3719.44 kN 彎矩 =1.2×（2346.

12、15+2818.56+3495.45）+0.7×1.4×165×1.48-1×9663.7+1.4×（3198.85+484.46）-1×420.714+795.61×1.48×1.4=7352.23 kN.m （2）附加組合主要組合+支座摩阻力：豎直力 =26208.94kN水平力 =3719.44+0.7×1.4×118.09=3835.168 kN彎矩 =7158.45+0.7×1.4×1087.14=8223.85 kN.m主要組合+汽車驅(qū)動(dòng)力：豎直力 =26208.

13、94kN水平力 =3719.44+0.7×1.4×115.83=3832.95 kN彎矩 =7158.45+0.7×1.4×1066.33=8203.45 kN.m（二）橋上有活載，臺(tái)后也有汽車荷載（1）主要組合 豎直力 =1.2×（4917.49+11878.99+2361.79）+0.8×1.4×165+1.4×1200.06+1.4×155.82+1.4×795.61=26230.358 kN 水平力=1.4×（2833.77-248.06）+0.7×1.4×

14、（2870.53-2833.77）=3656.02 kN 彎矩 =1.2×（2346.15+2818.56+2361.79）+0.7×1.4×165×1.48-1×9845.92+1.4×（3240.162+484.46）-1×420.714+795.61×1.48×1.4=7227.84 kN.m （2）附加組合主要組合+支座摩阻力：豎直力 =26230.358 kN水平力 =3656.02+0.7×1.4×118.09=3771.75 kN彎矩 =7227.84+0.7×

15、1.4×1087.14=8293.23 kN.m主要組合+汽車驅(qū)動(dòng)力：豎直力 =26230.358 kN水平力 =3656.02+0.7×1.4×115.83=3769.53 kN彎矩 =7227.84+0.7×1.4×1066.33=8272.84 kN.m（三）橋上無(wú)活載，臺(tái)后有汽車荷載 豎直力 =1.2×（4917.49+11878.99+2398.08）+1.4×1200.06+1.4×155.82=24931.704 kN 水平力 =1.4×（2833.77-248.06）+0.7×1

16、.4×（2870.53-2833.77）+0.7×1.4×118.09=3771.75 kN 彎矩 =1.2×（2346.15+2818.56+2361.79）-9845.92+1.4×（3240.162+484.46）-1×420.714=7227.84 kN.m 荷載組合匯總表 表1.3荷載組合豎直力（kN）水平力（kN）彎矩（kN.m）一26208.943835.1688223.85二26208.943832.958203.45三26230.583771.758293.23四26230.3583769.538272.84五249

17、31.7043771.757227.84五種荷載組合的匯總表如表1.3所示，荷載組合的計(jì)算結(jié)果表明：對(duì)地基承載力驗(yàn)算，以荷載（一）（二）中的組合最為不利；穩(wěn)定性驗(yàn)算時(shí)，水平力以荷載（一）中的組合最不利，彎矩以荷載（三）中的組合最不利。綜上所述，最不利的荷載組合如下:=26230.358 kN =3835.168 kN =8293.23 kN.m二、樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)樁徑取1.2m，設(shè)計(jì)資料中21.00m-38.00m為密實(shí)的礫類土，擬定樁長(zhǎng)27m.（一）計(jì)算樁頂1樁的計(jì)算寬度查教材表318得=0.9 mn=2時(shí)，則=0.9×1.83×0.802×1.2=1.59m2. 樁

18、-土的變形系數(shù)查教材表316得查基礎(chǔ)工程教材表4-1得，在00.5m的范圍內(nèi)，m=18MN/m4；在0.53m的范圍內(nèi)，m=14MN/M40.417樁在最大沖刷線以下深度24m，則其計(jì)算長(zhǎng)度： 0.417×27=10.008m2.5m屬于彈性樁，按彈性樁計(jì)算.3. 計(jì)算樁頂剛度系數(shù)式中： = kN.m 綜上所述：=樁的換算深度：， 取。 查附表17.18.19得 。 4計(jì)算承臺(tái)底面中心處的位移、= 5計(jì)算各樁樁頂所受作用力、豎向力: =0.716EI×( 水平力: = 彎矩: =校核：三 樁基礎(chǔ)強(qiáng)度驗(yàn)算1、單樁承載力演算式中 U樁的直徑，本樁采用沖擊鉆，鉆頭增大80mmA-

19、樁底截面積，=1.1304。p=6222.33kN=4436.27kN故樁長(zhǎng)滿足要求確定樁長(zhǎng)Pi+qh=3.141.28（1460+1504.5+180）+0.70.7450+52120.6 求得：=0.045樁長(zhǎng)：0.5+16+4.5+0.045=21.045 m.，所以樁長(zhǎng)24米滿足要求。2、樁內(nèi)力及位移計(jì)算=-818.58KNmQI=476.45KN=4436.28KN3、計(jì)算最大沖刷線以下深度Z處樁截面上的彎矩MZ及水平壓應(yīng)力zx內(nèi)力匯總表 表1.3=a(kn.m)00401.000000818.58818.580.480.240.196960.99806226.18812.19103

20、8.370.960.440.377390.98617433.38802.521235.901.440.640.529380.95861607.92780.091388.012.401.040.723050.85089830.33797.141627.742.881.240.761830.77415874.86629.981504.843.841.640.737340.59373846.74483.161329.994.802.040.614130.40658705.25330.861036.115.762.440.443340.24262509.12197.44706.56圖1.5 內(nèi)力匯總圖

21、最大彎矩為1627.74 kN.m,最大彎矩所在位置是2.4m4、樁頂縱向水平位移驗(yàn)算 樁在最大沖刷線處的水平位移和水平位移轉(zhuǎn)角：查附表1，得=2.044066 查附表5，得 =1.62100 <6mm查附表2，得= -1.62100+9查附表6，得= -1.75058樁頂縱向水平位移：水平位移容許值： 17.95mm，所以樁頂縱向水平位移符合要求5.樁身截面配筋的驗(yàn)算（1）配筋的計(jì)算最大彎矩截面在Z=2.4m處，此處設(shè)計(jì)的最大彎矩為恒載安全系數(shù)1.2，活載安全系數(shù)1.4，最大承載力：由截面強(qiáng)度計(jì)算公式得取以上兩式的臨界狀態(tài)分析，整理得 現(xiàn)擬定采用C20混凝土，HRB鋼筋，。、 計(jì)算偏心

22、距增大系數(shù)因，故樁的計(jì)算長(zhǎng)度 長(zhǎng)細(xì)比 ，可不考慮縱向彎曲對(duì)偏心距的影響，取。、 計(jì)算受壓區(qū)高度系數(shù)設(shè)g=0.9，則 受壓區(qū)高度系數(shù)計(jì)算表 表1.5ABCD0.621.55480.66660.61391.73870.0042544375093.11.1480.631.58680.66660.67391.71030.0049350855093.10.9980.641.61880.66610.73731.67630.0057252645093.11.030.651.65080.66510.80801.63430.00675471.85093.11.074 由計(jì)算表可知，當(dāng)=0.64時(shí)，計(jì)算縱向力與設(shè)

23、計(jì)值之比較為合理，故取=0.64，=0.00572為計(jì)算值。計(jì)算所需縱向鋼筋的截面積現(xiàn)選用832，鋼筋布置如圖1.7所示：1228圖1.7 鋼筋布置示意圖（單位mm） 混凝土保護(hù)層厚度,縱向鋼筋間凈距為350mm>251.14（2）對(duì)截面進(jìn)行強(qiáng)度復(fù)核由前面的計(jì)算結(jié)果可知： ，g=0.9實(shí)際配筋率： 、在垂直于彎矩作用平面內(nèi)混凝土截面面積 實(shí)際縱向鋼筋截面面積 則垂直于彎矩作用平面內(nèi)的承載力 、 在彎矩作用平面內(nèi)采用圖表法列表計(jì)算受壓區(qū)高度系數(shù)計(jì)算表 表1.6ABCD0.621.55480.66660.61391.7387329.8023091.0310.631.58680.66660.6

24、7391.7103319.6283090.9990.641.61880.66610.73731.6763309.1473091.035 由計(jì)算表可知，當(dāng)=0.64時(shí)，計(jì)算得到的偏心距與設(shè)計(jì)值之比較為合理，故取=0.64作為計(jì)算值。在彎矩作用平面內(nèi)的承載力綜上所述，樁截面符合強(qiáng)度要求。四、承臺(tái)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度驗(yàn)算1、樁頂處的局部受壓驗(yàn)算式中 承臺(tái)內(nèi)一根樁承受的最大計(jì)算軸向力kN， ，其中結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，荷載組合系數(shù)=0.8，結(jié)構(gòu)安全系數(shù)1.2；材料安全系數(shù)；混凝土抗壓強(qiáng)度，取11mpa；局部承壓時(shí)提高系數(shù)，局部受壓時(shí)計(jì)算面積，當(dāng)C2r時(shí)，取2r ；當(dāng)局部受壓面積邊緣至構(gòu)件邊緣的最小距離C2r時(shí)，取最小

25、值；承臺(tái)內(nèi)基樁橫截面的面積，。所以，在承載力驗(yàn)算公式中。左邊=右邊=左邊右邊，滿足要求，所以承臺(tái)不需要配筋。2、樁對(duì)承臺(tái)的沖剪驗(yàn)算 式中 承臺(tái)受壓沖剪，破裂椎體平均周長(zhǎng)；承臺(tái)內(nèi)樁頂周長(zhǎng)，承臺(tái)頂面受樁沖剪后預(yù)計(jì)破裂面周長(zhǎng)（m）,樁頂承臺(tái)沖剪破裂線按向上擴(kuò)張。臺(tái)頂面受樁計(jì)算沖剪后預(yù)計(jì)錨固長(zhǎng)取700mm，樁伸入承臺(tái)150mm 混凝土抗剪極限強(qiáng)度；求得 滿足要求3.-+承臺(tái)抗剪及抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算驗(yàn)算如下兩個(gè)危險(xiǎn)截面如下圖：圖1.8 危險(xiǎn)截面圖1. 對(duì)截面I-I，將該部分簡(jiǎn)化為圖示的梁，圖1.9 I-I截面簡(jiǎn)化圖I-I斷面右面部分自重為： 2.2 對(duì)I-I面求矩有 KN.m根據(jù)規(guī)范，鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的受拉鋼筋配筋率不得小于45，且不小于2.45=1.72設(shè)配筋率 所需鋼筋面積 As= bh=0.4% 22001500=13200選用1832鋼筋，=14476，采用一層布筋，間距：85.6mm受壓區(qū)高度x=801.98