中南大學(xué)基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)優(yōu)秀

1、課程設(shè)計(jì)書(shū)題目：鐵路橋墩樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)姓 名： *學(xué) 號(hào)： *班 級(jí)： 土木*班指導(dǎo)老師： *20*年*月基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)鐵路橋墩樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)I一、設(shè)計(jì)資料1. 線路： 級(jí)鐵路干線，雙線、直線、坡度、線間距。2. 橋跨：無(wú)碴橋面，單箱單室預(yù)應(yīng)力混凝土梁，計(jì)算跨度，梁全長(zhǎng)，梁端縫。軌底至梁底，梁底至墊石頂，梁底至支座鉸中心，一孔梁總重。3. 地質(zhì)及地下水位情況：標(biāo)高地質(zhì)情況厚度耕地0.3軟塑砂粘土粉砂淤泥質(zhì)砂粘土（松軟）細(xì)砂（中密）粗砂（中密）中砂（中密）礫砂（中密）硬塑粘土土層平均重度，土層平均內(nèi)摩擦角，地下水位標(biāo)高：。4. 成孔機(jī)具：、的旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)。5. 標(biāo)高：軌底，墩底。 6. 風(fēng)力：（橋上

2、有車）。 7. 橋墩尺寸：如圖1所示。二、設(shè)計(jì)荷載 1. 承臺(tái)底外力合計(jì)： 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：, 說(shuō)明：如因布樁需要加大承臺(tái)尺寸時(shí)，增加部分自重應(yīng)計(jì)入。圖1 橋墩尺寸示意圖三、設(shè)計(jì)要求1. 確定樁的材料、樁長(zhǎng)、樁數(shù)及樁的排列；2. 檢算下列項(xiàng)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）墩頂位移檢算 （雙線、縱向、一孔重載）；（4）樁身截面配筋計(jì)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(shè)計(jì)成果：（1）設(shè)計(jì)說(shuō)明

3、書(shū)和計(jì)算書(shū) 一份（2）設(shè)計(jì)圖紙（2號(hào)圖，鉛筆圖） 一張4. 設(shè)計(jì)提高部分（在完成上面任務(wù)的基礎(chǔ)上，再分三個(gè)層次）（1）層次一：運(yùn)用老師提供的Fortran程序，進(jìn)行承臺(tái)底面形心處的變位檢算；（2）層次二：對(duì)上述程序進(jìn)行修改，部分或全部加入2中檢算項(xiàng)目的內(nèi)容；（3）層次三：調(diào)整涉及參數(shù)（如樁長(zhǎng)、樁徑、樁間距等），觀察這些參數(shù)對(duì)運(yùn)行結(jié)果（包括承臺(tái)底面形心處的變位、墩頂位移等）的影響，加深對(duì)力學(xué)概念的理解。（4）提交相對(duì)的數(shù)據(jù)文件和結(jié)果文件（層次三還可寫(xiě)出心得體會(huì)）目 錄第一部分 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1一、基本概況1二、設(shè)計(jì)依據(jù)1三、設(shè)計(jì)方案1四、施工建議2第二部分 設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)3一、擬定尺寸3二、樁的布置及樁

4、的連接方式4三、承臺(tái)底面形心處位移計(jì)算5四、墩身彈性水平位移計(jì)算8五、樁基檢算11六、電算結(jié)果16第三部分 設(shè)計(jì)提高部分 23一、樁長(zhǎng)對(duì)計(jì)算數(shù)據(jù)的影響23二、樁徑對(duì)計(jì)算數(shù)據(jù)的影響26三、樁間距對(duì)計(jì)算數(shù)據(jù)的影響29參考文獻(xiàn)32第一部分 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一、基本概況本課程設(shè)計(jì)任務(wù)要求完成鐵路橋墩樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，橋梁計(jì)算跨度，梁全長(zhǎng)，梁端縫。軌底至梁底，梁底至墊石頂，梁底至支座鉸中心，一孔梁總重。在荷載和承臺(tái)參考尺寸給定的情況下，要求確定樁數(shù)和樁的布置情況，対樁臺(tái)進(jìn)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(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)內(nèi)容及步驟如下：（1）集資料 （2）確定樁的尺寸和樁數(shù) （3）墩臺(tái)底面形心處位移計(jì)算

5、 （4）樁基檢算 （5）樁身截面配筋設(shè)計(jì)和強(qiáng)度、穩(wěn)定性、抗裂性檢算 （6）繪制樁基礎(chǔ)布置和樁身鋼筋構(gòu)造圖二、設(shè)計(jì)依據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2002鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范三、設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)采用鉆孔灌注樁，樁身采用C25混凝土，采用旋轉(zhuǎn)鉆。持力層選在粗砂（中密）層，樁徑采用1.00m，樁長(zhǎng)40m，樁端進(jìn)入持力層深度m，標(biāo)高m。確定樁數(shù)為8根兩排，對(duì)稱布置，樁列間中心距3.0m，排間中心距m。地基容許承載力Pa，單樁容許承載力N。墩頂水平位移mm，容許水平位移為mm。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N.m，選用1618的I級(jí)鋼筋，鋼筋

6、面積。鋼筋采用環(huán)形對(duì)稱布置，凈保護(hù)層厚度60mm，主筋凈距為151mm。樁與承臺(tái)的聯(lián)結(jié)方式采用主筋伸入式，樁身伸入承臺(tái)板0.1m；主筋伸入承臺(tái)的長(zhǎng)度m。主筋在樁中長(zhǎng)度為12.0m。箍筋采用8200mm。自樁頂以下10cm起向下每2m設(shè)置一道加勁箍筋（即骨架鋼筋），直徑為18。順?shù)摻罨\長(zhǎng)度每隔2m沿圓周均勻設(shè)置4根骨架定位鋼筋，直徑為12。經(jīng)配筋驗(yàn)算，截面應(yīng)力和樁的穩(wěn)定性均符合要求。四、施工建議 地下水位標(biāo)高為30.5m，樁伸入地下水位以下，施工時(shí)要注意加強(qiáng)排水措施，防止流砂等不良地質(zhì)現(xiàn)象的發(fā)生。同時(shí)，施工時(shí)要加強(qiáng)對(duì)周圍的地基沉降的觀測(cè)，防止基礎(chǔ)施工引起的周邊建筑的不均勻沉降。鉆孔施工建議使用反

7、循環(huán)法。第二部分 設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)一、擬定尺寸1. 樁身采用混凝土。2. 設(shè)計(jì)樁徑采用，成孔樁徑為，鉆孔灌注樁，采用旋轉(zhuǎn)式鉆頭。3. 作出土層分布圖，如圖，根據(jù)地質(zhì)條件，選用粗砂層為持力層，樁端進(jìn)入砂土持力層的臨界深度為，即樁端進(jìn)入持力層的深度要大于0m，從承臺(tái)底面到細(xì)沙層底部深度為m，則取樁長(zhǎng)。樁底標(biāo)高為，樁端進(jìn)入持力層的深度為m。4. 估算樁數(shù)：（按雙孔重載估算）估算公式：?jiǎn)螛度菰S承載力為：其中，故：該土層平均天然重度，由于樁側(cè)土為不同土層，應(yīng)采用各土層容圖2土層分布圖重加權(quán)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)，地基的基本承載力，深度修正系數(shù)，。故：土質(zhì)

8、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(zhì)情況厚度極限摩阻力軟塑砂粘土240粉砂50淤泥質(zhì)砂粘土25細(xì)砂（中密）50粗砂（中密）80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(yàn)算后再作必要調(diào)整。二、樁的布置及樁的連接方式1. 布樁鐵路橋規(guī)規(guī)定：鉆孔灌注樁中心距不應(yīng)小于倍成孔樁徑。當(dāng)樁徑時(shí)，最外一排樁至承臺(tái)底板邊緣的凈距不得小于，且不得小于。滿足樁間距和承臺(tái)邊到樁凈距的前提下可得到樁在承臺(tái)底面的布置情況，如圖3。2. 樁與承臺(tái)連接方式連接方式采用主筋伸入式，樁伸入承臺(tái)板內(nèi)，具體配筋見(jiàn)后面詳述。圖3樁布置圖三、承臺(tái)底面

9、形心處位移計(jì)算1. 設(shè)計(jì)荷載： 雙線、縱向、二孔重載：, , 雙線、縱向、一孔重載：, , 2. 計(jì)算，（1）樁的計(jì)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(chǔ)額變形系數(shù)其中：樁截面慣性矩C25混凝土受壓彈性模量則假定樁為彈性樁，則其計(jì)算深度：深度內(nèi)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(shè)成立。 3. 計(jì)算單樁樁頂剛度其中：因的直徑（相鄰中心距）故：因，故從上述得又，查表有，故 4. 計(jì)算承臺(tái)剛性系數(shù)對(duì)于低承臺(tái)樁基，承臺(tái)處于軟塑砂粘土中，因此，承臺(tái)的計(jì)算寬度為：， 5. 計(jì)算承臺(tái)底面形心處的位移，樁基為豎直樁基

10、，樁群對(duì)稱布置，則有：化簡(jiǎn)后可得：（1）荷載情況1：雙線、縱向、二孔重載, , （2）荷載情況2：雙線、縱向、一孔重載, , 四、墩身彈性水平位移計(jì)算假定墩帽、托盤(pán)和基礎(chǔ)部分產(chǎn)生剛性轉(zhuǎn)動(dòng)，將墩身分為四個(gè)部分，（由于墩身4-5段下部分在土中，故將其分為兩段，只計(jì)算土上部分風(fēng)力），分別計(jì)算它們所受的風(fēng)荷載,橋上有車時(shí)的風(fēng)壓強(qiáng)度W=800Pa，縱向水平風(fēng)力等于風(fēng)荷載強(qiáng)度乘以迎風(fēng)面積,分別計(jì)算出四部分的上下底邊長(zhǎng)及中線長(zhǎng)，然后計(jì)算出各個(gè)截面的彎矩，再求和即可得到托盤(pán)底面所受的總彎矩。1.墩頂外力和縱向風(fēng)力引起的力矩（1）墩頂外力：雙線、縱向、二孔重載, （2）墩帽所受風(fēng)力：作用點(diǎn)離墩帽底面的距離為（3

11、）托盤(pán)所受風(fēng)力：作用點(diǎn)離托盤(pán)底面的距離為其中短邊，長(zhǎng)邊（4）墩身所受風(fēng)力：，作用點(diǎn)離墩身底面的距離為，作用點(diǎn)離墩身底面的距離為，作用點(diǎn)離墩身底面的距離為（5）承臺(tái)所受風(fēng)力：作用點(diǎn)離地面的距離為示意圖如圖4所示：圖4縱向風(fēng)力示意圖計(jì)算由墩頂外力和縱向風(fēng)力引起的彎矩，計(jì)算結(jié)果如下表。墩身各截面彎矩值計(jì)算表截面位置項(xiàng)目托盤(pán)頂0-0墩身1-1墩身2-2墩身3-3墩身4-4承臺(tái)底5-5墩頂彎矩墩頂水平力墩帽風(fēng)力托盤(pán)風(fēng)力0墩身風(fēng)力1-2002-30003-40000承臺(tái)風(fēng)力4-500000總計(jì)2、托盤(pán)底面水平位移計(jì)算和轉(zhuǎn)角托盤(pán)底面水平位移和轉(zhuǎn)角計(jì)算表1-2段2-3段61.08633-4段1.55594-5

12、段總計(jì)注：（1）墩身為C30混凝土：；（2）：分段高度；（3）：分段中線到墩頂?shù)木嚯x，（4）計(jì)算彎矩五、樁基檢算 1. 單樁承載力檢算（按二孔重載計(jì)算），則樁頂內(nèi)力：樁身C25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(jì)算）將樁群看作一個(gè)實(shí)體基礎(chǔ)，則實(shí)體基礎(chǔ)為一臺(tái)體，臺(tái)體底面由于內(nèi)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(cè)土重：承臺(tái)重：承臺(tái)部分土重：故：3. 墩頂水平位移檢算（按一孔重載計(jì)算）墩高：則墩頂位移4. 結(jié)構(gòu)在土面處的位移（按一孔重載計(jì)算）在橋規(guī)中查，時(shí)，只適用于結(jié)構(gòu)在地

13、面處的最大位移為6mm，若超過(guò)6mm就不能采用“”法進(jìn)行計(jì)算，故需要對(duì)樁在土面處的位移進(jìn)行檢算。墩身埋于土中高度：可以用法直接查表計(jì)算。5. 樁身截面配筋設(shè)計(jì)（按一孔重載計(jì)算）（1）樁身彎矩計(jì)算因此，任意深度z處樁身截面彎矩：列表計(jì)算，如下表所示：計(jì)算表000101.02.03.04.000000由表知：圖6 樁身彎矩分布圖（2）計(jì)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(jì)算長(zhǎng)度（此式中為變形系數(shù)）安全系數(shù)K=1.6（主力+附加力）則：（3）配筋根據(jù)灌注樁構(gòu)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(hù)層

14、不應(yīng)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(jí)鋼筋。樁身混凝土為C25，根據(jù)橋規(guī)規(guī)定，取=0.5%,則選用1618的I級(jí)鋼筋，取凈保護(hù)層厚度，采用對(duì)稱配筋，則主筋凈距為：，符合要求。樁與承臺(tái)的聯(lián)結(jié)方式為主筋伸入式，樁身伸入承臺(tái)板，主筋伸入承臺(tái)的長(zhǎng)度（算至彎鉤切點(diǎn)）對(duì)于光圓鋼筋不得不小于45倍主筋直徑（即810mm），取900mm,主筋應(yīng)配到處以下2m處（即）,取其長(zhǎng)度為12m，則主筋總長(zhǎng)為13m。箍筋采用8200mm。為增加鋼筋籠剛度，自樁頂以下10cm起向下每2m設(shè)置一道加勁箍筋（即骨架鋼筋），直徑為18。順?shù)摻罨\長(zhǎng)度每隔2m沿圓周

15、均勻設(shè)置4根骨架定位鋼筋，直徑為12。樁身截面配筋如設(shè)計(jì)圖紙。（4）判斷大小偏心換算截面面積：換算截面慣性矩：核心距：故屬大偏心構(gòu)件。（5）應(yīng)力檢算故應(yīng)力符合要求。（6）穩(wěn)定性檢算樁計(jì)算長(zhǎng)度，查混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理得，故穩(wěn)定性滿足要求。（7）抗裂驗(yàn)算鉆孔灌注樁現(xiàn)場(chǎng)澆灌，不需吊裝，施工期間樁截面一般不出現(xiàn)拉應(yīng)力，所以樁不產(chǎn)生裂縫。6.工程材料表（1）鋼筋鋼筋材料表類 型型號(hào)單根長(zhǎng)（mm）根數(shù)總長(zhǎng)（m）總重（kg）總計(jì)（kg）受力縱筋181300012816643328環(huán)向箍筋82790528骨架鋼筋18259556定位鋼筋12700192（2）混凝土混凝土材料表等級(jí)體積（m3）樁C25六、電算結(jié)果

16、1. 電算輸入文件2 6 2 0 0.5 2 290000002. 電算輸出文件 * * 第 一 部 分 原 始 數(shù) 據(jù) * * 樁類型組數(shù) 土層數(shù) 作用力H方向上一排樁的樁數(shù) 2 6 2 最小樁間凈距 LS= 2.00(米) 樁材砼彈性模量 E= 0.2900E+08(kN/m2)地基比例系數(shù)(kN/m4) 內(nèi)摩擦角(度) 第I土層的厚度(米) I IT D DB LO LI AH X 荷載類型I 水平力H(kN) 軸向力N(kN) 彎矩M(kN.m) * * 第 二 部 分 計(jì) 算 結(jié) 果 * * 基礎(chǔ)的變形系數(shù)a及樁頂剛度系數(shù)I AF LO1 LO2 LO3 LO4 1 承 臺(tái) 剛 度

17、矩 陣 I K1 K2 K3 * 荷載類型NP= 1 (單孔輕載) * 承 臺(tái) 位 移 水平位移(毫米) 豎向位移(毫米) 轉(zhuǎn)角(rad) I= 1 第 1 根樁的樁頂位移 J A1(J) A2(J) P2(J) 第 1 根 樁 樁 身 內(nèi) 力 J H(m) My(kN.m) Qy(kN) dy(kN/m) I= 2 第 2 根樁的樁頂位移 J A1(J) A2(J) P2(J) 第 2 根 樁 樁 身 內(nèi) 力 J H(m) My(kN.m) Qy(kN) dy(kN/m) * 荷載類型NP= 2 (單孔重載) * 承 臺(tái) 位 移 水平位移(毫米) 豎向位移(毫米) 轉(zhuǎn)角(rad) I= 1

18、第 1 根樁的樁頂位移 J A1(J) A2(J) P2(J) 第 1 根 樁 樁 身 內(nèi) 力 J H(m) My(kN.m) Qy(kN) dy(kN/m) I= 2 第 2 根樁的樁頂位移J A1(J) A2(J) P2(J) * 荷載類型NP= 3 (雙孔重載) * 承 臺(tái) 位 移水平位移(毫米) 豎向位移(毫米) 轉(zhuǎn)角(rad) I= 1 第 1 根樁的樁頂位移 J A1(J) A2(J) P2(J) 第 1 根 樁 樁 身 內(nèi) 力J H(m) My(kN.m) Qy(kN) dy(kN/m) I= 2 第 2 根樁的樁頂位移 J A1(J) A2(J) P2(J)3. 手算與電算結(jié)果

19、對(duì)照表基礎(chǔ)變形系數(shù)及樁頂剛度系數(shù)電算結(jié)果手算結(jié)果承臺(tái)剛度系數(shù)電算結(jié)果手算結(jié)果承臺(tái)位移荷載情況水平位移(mm)豎向位移(mm)轉(zhuǎn)角(rad)一孔重載電算結(jié)果手算結(jié)果雙孔重載電算結(jié)果手算結(jié)果第三部分 設(shè)計(jì)提高部分一、樁長(zhǎng)對(duì)計(jì)算數(shù)據(jù)的影響1. 樁長(zhǎng)對(duì)基礎(chǔ)變形系數(shù)及樁頂剛度系數(shù)的影響樁長(zhǎng)（m）35363738394041424344分析表中數(shù)據(jù)及圖中數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)可以得知：（1）樁長(zhǎng)對(duì)沒(méi)有影響；（2）在同一持力層，隨著樁長(zhǎng)的增加，逐漸減??；并且持力層越好，越大；（3）隨著樁長(zhǎng)的增加，、均逐漸緩慢增加。2. 樁長(zhǎng)對(duì)承臺(tái)剛度系數(shù)的影響樁長(zhǎng)（m）35363738394041424344分析表中數(shù)據(jù)及圖中數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)可以得知：（1）隨著樁長(zhǎng)的增加，、逐漸增加；（2）在同一持力層，隨著樁長(zhǎng)的增加，、均逐漸減??；3. 樁長(zhǎng)對(duì)承臺(tái)位移的影響樁長(zhǎng)（m）水平位移(mm)豎向位移(mm)轉(zhuǎn)角(rad)35363738