基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)

1、基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、課程設(shè)計(jì)的目的與要求1. 教學(xué)目的基礎(chǔ)工程是土木工程專(zhuān)業(yè)的重要專(zhuān)業(yè)課，為了加強(qiáng)學(xué)生對(duì)基本理論的理解和新版公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范及公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范條文的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，必須在講完有關(guān)課程內(nèi)容后，安排2 周的課程設(shè)計(jì)，以提高學(xué)生的綜合運(yùn)用土力學(xué)及基礎(chǔ)工程知識(shí)的能力。課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是，通過(guò)進(jìn)一步的設(shè)計(jì)訓(xùn)練，使學(xué)生熟悉樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)和計(jì)算的基本原理和方法，具備設(shè)計(jì)普通橋梁樁基礎(chǔ)的基本技能；能夠根據(jù)不同的情況，合理選擇樁型、樁長(zhǎng)，熟練的進(jìn)行樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)算，并學(xué)會(huì)利用各種設(shè)計(jì)資料。2. 教學(xué)要求本設(shè)計(jì)對(duì)象為某公路橋梁，該橋梁的上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)完

2、成，本課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是完成橋墩基礎(chǔ)與地基的設(shè)計(jì)計(jì)算，要求同學(xué)按給定的條件完成相關(guān)的設(shè)計(jì)和計(jì)算工作。基本要求如下：1、時(shí)間要求：一般為兩周；2、任務(wù)要求：在教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立完成一項(xiàng)給定的設(shè)計(jì)任務(wù)，編寫(xiě)出符合要求的設(shè)計(jì)說(shuō)明（計(jì)算）書(shū)，并繪制必要的施工圖。3、知識(shí)和能力要求：在課程設(shè)計(jì)工作中，能綜合應(yīng)用各學(xué)科的理論知識(shí)與技能， 去分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題，使理論深化，專(zhuān)業(yè)技能得到進(jìn)一步延伸。通過(guò)課程設(shè)計(jì)， 使學(xué)生學(xué)會(huì)依據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行資料收集和整理，能正確運(yùn)用工具書(shū)，掌握樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)程序，方法和技術(shù)規(guī)范，提高工程設(shè)計(jì)計(jì)算，理論分析，技術(shù)文件編寫(xiě)的能力。二、設(shè)計(jì)資料1. 工程概況：某公路橋梁設(shè)計(jì)采用樁（柱

3、）式橋墩，初步擬定尺寸如圖1 所示。該橋梁上部結(jié)構(gòu)為 n 米鋼筋混凝土裝配式 T 梁橋，橋面寬 7 米，兩邊各 0.5 米人行道。該橋墩采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，為摩擦樁，樁的設(shè)計(jì)直徑d 及樁身材料如表 1 所示，樁1底沉渣厚度控制為 t =(0.20.6)d。表 1直徑（ m）材料跨徑 L（ m）基樁根數(shù)墩柱樁身混凝土鋼筋22171.301.401.401.501.501.601.601.70aC30AHRB335282bC25BHRB4003232 地質(zhì)與水文資料：河面常水位標(biāo)高為44.50m，地面（河床）標(biāo)高40.30m，一般沖刷線標(biāo)高 39.50m，最大沖刷線標(biāo)高為 35.50m，承臺(tái)頂面標(biāo)

4、高也為 40.30m，墩頂標(biāo)高： 49.90m。一般沖刷線以下的地質(zhì)情況如表2：層厚土層土層描述天然重度比例系數(shù)m推薦容許承載力 fa0表 2 極限摩阻力淤泥質(zhì)土3.6 m3m軟塑16 kN/m36000445 kpa25 kpakN/m粘土2.8m3.1m灰黃色，硬塑17 kN/m315000kN/m 4粗砂>50m>50m黃色，中密19 kN/m320000kN/m 4220 kpa60 kpa430 kpa95 kpa3.荷載情況（1）豎向力兩跨上部結(jié)構(gòu)自重反力 N 11200L 201.2 kN（取整），其中 L 為跨徑；（見(jiàn)表 1）蓋梁自重反力 N 2180 kN ；系梁

5、自重反力 N 350 kN一根墩柱自重 :q局部沖刷線以上一根樁自重每延米直徑d15(kN ) 42（已扣除浮力），其中 d 為樁2q局部沖刷線以下一根樁自重每延米（2） 水平力及彎矩d3.2(kN ) 4（已扣除浮力）設(shè)計(jì)汽車(chē)荷載為公路 -級(jí)；（具體數(shù)值見(jiàn)表 3）荷載類(lèi)型N表 3M 1M 25kN序號(hào)N6kNN 7kNN8kNkNmkNm820420300120100.0840.1920470320150125.2040.61020520340170140.5443.3N 5 ：兩跨汽車(chē)荷載反力（已計(jì)入沖擊系數(shù)的影響） ； N 6 ：一跨汽車(chē)荷載反力（已計(jì)入沖擊系數(shù)的影響）；車(chē)輛荷載反力已按

6、偏心受壓原理考慮橫向分布的分配影響。N 7 兩跨人群荷載反力； N8 一跨人群荷載反力M 1 :N 6 在順橋向引起的彎矩；M 2 :N8 在順橋向引起的彎矩（3） 制動(dòng)力H35.00 kN，對(duì)局部沖刷線力臂14.70m（已按墩臺(tái)及支座剛度進(jìn)行分配）；縱向風(fēng)力：蓋梁部分 W14.00 kN，對(duì)局部沖刷線力臂14.05m ；墩身部分W23.30 kN：對(duì)局部沖刷線力臂9.00m三、設(shè)計(jì)內(nèi)容1）根據(jù)給定的橋梁上部結(jié)構(gòu)資料和相應(yīng)的地質(zhì)、水文條件，設(shè)計(jì)合理的樁基礎(chǔ)的尺寸。A 根據(jù)給定的計(jì)算結(jié)果，確定單樁樁頂?shù)耐饬?。B 根據(jù)地質(zhì)條件，確定合理樁長(zhǎng)，進(jìn)行樁的內(nèi)力計(jì)算和配筋設(shè)計(jì)；C承臺(tái)設(shè)計(jì)及驗(yàn)算2）結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

7、包括樁的應(yīng)力驗(yàn)算、位移驗(yàn)算。四、設(shè)計(jì)要求1）編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)包括設(shè)計(jì)資料、各部尺寸及確定依據(jù)、各部?jī)?nèi)力計(jì)算和配筋設(shè)計(jì)， 以及各部位的標(biāo)高。設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)要求用計(jì)算機(jī)完成，并上打印件（A4紙）2） 用計(jì)算機(jī)繪制結(jié)構(gòu)構(gòu)造圖。結(jié)構(gòu)構(gòu)造圖包括樁和承臺(tái)的鋼筋布置，要求用計(jì)算機(jī)完成完整的施工圖。五 圖紙要求1、設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)，項(xiàng)目齊全，步驟正確，計(jì)算無(wú)誤。2、施工圖用 A4 紙繪制，繪圖比例自定。圖面安排合理，整潔。六、課程設(shè)計(jì)的學(xué)時(shí)分配內(nèi)容學(xué)時(shí)地點(diǎn)時(shí)間集中學(xué)習(xí)半天教室周一計(jì)算與設(shè)計(jì)三天半教室周一周四繪圖三天機(jī)房周五周二第一次檢查一天教室周三修改半天機(jī)房周四交計(jì)算書(shū)和圖紙半天教室周五七、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)1. 平

8、時(shí)表現(xiàn)： 10 分2. 圖紙： 40 分3. 計(jì)算書(shū)： 40 分4. 答辯： 10 分八. 參考資料1、劉輝. 趙暉. 基礎(chǔ)工程 . 北京：人民交通出版社， 20082、王曉謀 . 基礎(chǔ)工程 . 北京：人民交通出版社， 20103、朱浮聲 . 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與計(jì)算 . 北京：人民交通出版社， 20054 、中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) . JTG D60-2004公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范 .北京：人民交通出版社， 20075 、中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) . JTG D63-2007公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 .北京： 人民交通出版社， 2007橋梁?jiǎn)闻艠痘A(chǔ)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)一、樁長(zhǎng)的計(jì)算根據(jù)地質(zhì)條件及豎向力，確定

9、合理樁長(zhǎng)NhRa1 nU2 i 1qik liAp m0f a0k 2 2 (h3) r二、基樁內(nèi)力計(jì)算1 、確定樁的計(jì)算寬度 b1b1K fK 0K b(或d)5 mb12 計(jì)算樁的變形系數(shù)EI3、計(jì)算樁頂外力 P0、Q0、M0：4、計(jì)算局部沖刷以下深度 Z處樁身截面彎距 M ZMQ0ZAmM 0 Bm5、計(jì)算局部沖刷以下深度 Z 處土的橫向抗力pcZpcZQ0ZAxb1M 0 ZB2xb16、計(jì)算樁在地面處水平位移 x0 與轉(zhuǎn)角0xQ0A0a3EIxM 0 Ba2 EIxQ0AM 0 B0a3EIa EI三、配筋計(jì)算1、縱向鋼筋面積： 按含筋率 0.2%配置2、計(jì)算偏心距增大系數(shù)3、計(jì)算截

10、面實(shí)際偏心 e0 距eM maxN0max4、求軸向力偏心距 e0 并試算列表根據(jù)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JTG D62-20040eBf cdAfcdD gf sdr C Cf sd5、截面承載力復(fù)核rf2NuArCsduMBr 3f Cd ArD gr 3f sd6、裂縫寬度驗(yàn)算Ne- 2ss59.42s2rf cu , k( 2.80s 0 - 1.0)r-1.653四、承臺(tái)的設(shè)計(jì)計(jì)算1 樁頂處的局部受壓驗(yàn)算jPjAc Ram2 樁對(duì)承臺(tái)的沖剪驗(yàn)算pju Rt0jmmj3 承臺(tái)抗彎及抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算m1ASi Pii 1m2BSi Pii 1M AM B五、參考資料1、劉輝.

11、 趙暉. 基礎(chǔ)工程 . 北京：人民交通出版社， 20082、王曉謀 . 基礎(chǔ)工程 . 北京：人民交通出版社， 20103、中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JTGD62-2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范北京：人民交通出版社， 20044 、中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) . JTG D60-2004公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范 .北京：人民交通出版社， 20075 、中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) . JTG D63-2007公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 .北京： 人民交通出版社， 2007課程設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)一、荷載計(jì)算N11200d 2L 121.2KN1.52120022 201.22110 KNN 4h4449

12、.940.325424.115 KNd 21.52q151526.507KN44d 21.52q3.23.25.655 KN44二、樁長(zhǎng)計(jì)算用公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 （ JTG D63-2007）確定單樁軸向受壓承載力容許值經(jīng)驗(yàn)公式初步反算樁長(zhǎng)，該樁埋入局部沖刷線以下深度為h，一般沖刷線以下深度為 h3，則N hRa1 nu2 i1qik l iApm0f a 0k2 2 ( h3)式中：Nh 單樁受到的全部豎直荷載（KN）根據(jù)公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 （ JTGD63-2007）第 1.0.8條，地基進(jìn)行豎向承載力驗(yàn)算時(shí)，傳至基底的作用效應(yīng)應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)的短期效應(yīng)組合采用，且可變

13、作用的頻遇值系數(shù)均取 1.0. 當(dāng)兩跨活載時(shí)，樁底所承受的豎向荷載最大，則Nh1.0N1N2N 3N 4l 0qhq1.0N 51.0N 74241.955.65 h KN計(jì)算1.52Ra時(shí)取以下數(shù)據(jù)：樁的設(shè)計(jì)樁徑 1.50m，樁周長(zhǎng) u21.54.71 m ，Ap4qk95KN ， 所以得1.77 m，0.7 ，m0=0.8，k25 ， fa0430KPa ， 28.235 kN m3，aR14.71252.5603.93.5902h0.83.23.51.770.80.74305 8.235h0.83264.538283.56Nh4241.955.65hh17.5 m現(xiàn)取 h18 m ，樁底

14、高程為 20.5m，樁總長(zhǎng)為 24m由上式計(jì)算可知 h18 m ，時(shí)， Ra4478.124kNNh4343.651 kN樁的軸向受壓承載力符合要求。 三、樁的內(nèi)力計(jì)算 (1) 確定樁的計(jì)算寬度 b1b1kkfd110.91.712.43 m(2) 計(jì)算樁的變形系數(shù) 5 mb1EI5200002.430.351 m 10.80.412.8107其中I0.049087 1.540.41 m4, EI0.8Ec I樁的換算深度 hh0.351186.3182.5 所以按彈性樁計(jì)算。（3）計(jì)算墩柱頂外力 Pi ,Qi , M i 及局部沖刷線處樁上外力墩柱頂?shù)耐饬τ?jì)算按一跨活載計(jì)算。P0 ,Q0,

15、M 0根據(jù)公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 （ JTGD632007）第 1.0.5條，按承載能力極限狀態(tài)要求，結(jié)構(gòu)構(gòu)件自身承載力應(yīng)采用作用效應(yīng)基本組合驗(yàn)算。根據(jù)公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JTGD60 2004）第 4.1.6 條，恒載分項(xiàng)系數(shù)取 1.2 ， 汽車(chē)荷載、人群荷載及制動(dòng)力作用的分項(xiàng)系數(shù)均取1.4 ，風(fēng)荷載分項(xiàng)系數(shù)取 1.1 ，當(dāng)除汽車(chē)荷載（含汽車(chē)沖擊力）外尚有一種可變作用參與組合時(shí)，其組合系數(shù)取0.8 ，當(dāng)除汽車(chē)荷載（含汽車(chē)沖擊力）外尚有兩種可變作用參與組合時(shí)，其組合系數(shù)取0.7 ，當(dāng)除汽車(chē)荷載（含汽車(chē)沖擊力）外尚有三種可變作用參與組合時(shí)，其組合系數(shù)取0.6.pi1.221101801.4

16、4701.40.8 1503574 kNQi0.71.4351.1 437.38 kN(3) 換算到局部沖刷線處：p035741.25042426.51 94429.108 kNQ00.71.4351.143.339.92 kNM 01.4125.200.61.43550.635.51.440.61.1414.053.39711.206kNM（4） 局部沖刷線以下深度z 處樁截面的彎矩 Mz及樁身最大彎矩 Mmax計(jì)算局部沖刷線以下深度z 處樁截面的彎矩 Mz計(jì)算MQ0AM B40A711.21B113.73 A711.21Bzm0m0.39mmmm無(wú)量綱系數(shù) Am、Bm由附表 3 和附表 7

17、 分別查得， Mz計(jì)算列表如表 4-16 ，其結(jié)果以圖（ 4-32a ）表示之。Mz計(jì)算列表表（ 4-16 ）ZzZAmBmQ0AmM 0BmM z0.00000.00.000711.21.000000.00711.2110.20.5698061.1390.19690.37730.9980622.401709.744732.1744.20.40.60.81.01.21.41.861.70942.27922.84903.41883.98865.12820.9861742.9211701.26910.52930.9586160.207681.69890.64560.9132473.427649.4

18、2150.72300.8508980.234605.05510.76180.7741586,644550.51350.76490.6869487.003483.63830.68480.4988977.897345.4787741.8722.8683.3637.1570.6423.32.26.2670.53160.3202560.460213.02273.48082.67.407480.35450.1754640.327105.095145.23.08.54703.59.97153050810.190.050.0759521.95632.8454.800.013545.77870.0285.81

19、樁身最大彎矩 Mmax及最大彎矩位置計(jì)算由Qz0 得：CQM 00.351710.026.2429Q040由CQ6.2429 及h0.4084 查附表 13 得：zmax0.408 ，故zmax0.3511.16 m由 zmax0.408 及h4 查附表 13 得： km1.031M maxkM M 01.031 711.21733.2575kNm（5）局部沖刷線以下深度z 處橫向土抗力 pzx 計(jì)算Q2 M0.35139.920.3512711.21p0 ZA0 ZBZAZB5.766ZA36.053ZBzxbxbx2.43x2.43xxx11無(wú)量綱 Ax、Bx 由附表 1 和附表 5 分別

20、查得， pzx 計(jì)算列表如表 4-17 ，其結(jié)果以圖4-32b 表示之。Pzx 計(jì)算列表表 4-17ZazzAXBXQ0 ZAxb1M 02ZBxb1pzx0.00.0062.44061.621000.000.000.000.20.5692.11778090.41.1391.80270.60.81.01.21.41.82.22.6486-0.11136-0.60773.08.5-0.0-0.0947-1.51-10-1147087411.37.883.59.9-0.1-0.0569-2.12-7.-9.715049582840631,7091.502642.27981.22372002.849

21、10.97043.4180.74588863.98850.55175.1280.2538266.2670.0646817.407-0.0391.290882.449.4211.861.000644.1614.6118.770.749815.2016.4221.620.537275.6415.6921.330.361195.6013.1818.780.219085.169.6014.760.107934.455.429.79-0.035722.63-2.350.28-0.099400.82-7.55-6.73-10.5-11.10局部沖刷線200 400 600 800M(kN·m)局

22、部沖刷線0p(kp12345678910z(m)a)-30-20-101012345678910z(m)2030b)圖4-32樁身配筋計(jì)算及樁身材料強(qiáng)度驗(yàn)算 由上可知最大彎矩發(fā)生在局部沖刷線以下=1.38m處，該處 M j =814.641（5 KN m）計(jì)算軸力N j =1.2（ 2110+180+50+435.8+34.059+7.261.385-0.55.34601.385 ）+1.4520+0.81.4150= 4125.33 （ KN ）四、配筋驗(yàn)算縱向鋼筋面積樁內(nèi)豎向鋼筋按含筋率0.2%配置gA =1.720.2%=45.410 4(m2)4現(xiàn)選用10根22的HRB335 級(jí)鋼筋A(yù)

23、 =45.6210 4 (m2 )， f =280 Mpagsd樁柱采用C25砼， fcd11.5 Mpa (m2 )2 計(jì)算偏心距增大系數(shù)l p長(zhǎng)細(xì)比：iloh63.81717.5;eM max0INmaxA747.7244552.990.164meo1ho1.66m; h2r1.7m;0.22.70.47l p21.150.010951,iho20.953 實(shí)際偏心距111400e0 / h011l p2()h12(34 /1.5) 20.470.9514000.1642 /1.661.5128eM max0N max1.5128747.240.2483(m)4125.33求軸向偏心距 e

24、or0.85m,0.002, 并設(shè) g0.9則eBf cd0Af cdDgf sdCCf sdr = 11.5B11.5 A0.504D 0.56C0.85(e0)(e0 ) / e0ABCDe00.62.40.42.00.80.10.11.07785599507483690264220.62.40.42.00.80.10.10.9878256882426664364290.62.50.42.40.80.10.10.9906343343205557426426截面承載力復(fù)核uN2.4782 850211.52.08240.002850228021433(KN )N juM0.4568 8503

25、11.50.8266 0.0020.985032803482(KN m)M j 滿足要求根據(jù)彎矩分布，樁基的鋼筋骨架宜至樁底，如考慮分段配筋，在 =6.27 m截面處為界： M= 299.9201 （ KNm）N1.2(2268.2418050435.86.277.260.55.34606.27)1.45200.81.41704477.7536 KN按均質(zhì)材料驗(yàn)算截面應(yīng)力：截面面積 A1.7242.27 m2d 2截面彈性抵抗矩W0.48232帶入NM AW2.28=Mpa1.35截面未出現(xiàn)拉應(yīng)力，且小于裂縫寬度驗(yàn)算f cd , 此處（=6.27m）截面切除一半主鋼筋M s=1.2814.6415=977.5698KN m Ns =0.754552.99=3414.74250e = M s =286mmNs=59.423414