基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)(樁基礎(chǔ))(西南交通大學(xué))

課程名稱：基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)題目： 2#橋墩樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)院 系：專 業(yè)：年 級(jí)：姓 名：指導(dǎo)教師：西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)2017年6月5日目錄一、基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)任務(wù)書..........................................................................................................21.1設(shè)計(jì)題目...............................................................................................................................21.2設(shè)計(jì)目的...............................................................................................................................21.3基本資料...............................................................................................................................21.3.1設(shè)計(jì)的任務(wù)及建筑物的性質(zhì)和用途.................................................................................21.3.2基本資料............................................................................................................................31.4設(shè)計(jì)依據(jù)...............................................................................................................................41.5設(shè)計(jì)要求...............................................................................................................................51.6其它.......................................................................................................................................5二、承臺(tái)上部荷載計(jì)算.....................................................................................................................8三、高承臺(tái)樁基地基和基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與計(jì)算....................................................................................93.1樁基設(shè)計(jì)...............................................................................................................................93.1.1確定承臺(tái)尺寸.............................................................................................................92.1.2樁的設(shè)計(jì)....................................................................................................................93.2樁的內(nèi)力及位移計(jì)算..........................................................................................................113.2.1樁的內(nèi)力和變位計(jì)算...............................................................................................113.2.4群樁承載力的檢算...................................................................................................143.3樁頂水平位移檢算..............................................................................................................153.3.1樁在局部沖刷線處的水平位移和轉(zhuǎn)角...................................................................153.3.2在樁頂處的水平位移和轉(zhuǎn)角...................................................................................153.4樁與承臺(tái)的聯(lián)接強(qiáng)度檢算..................................................................................................163.5河床底面以下墩身及承臺(tái)和樁的工程量計(jì)算..................................................................17附錄一：樁身的彎矩、剪力及土的橫向抗力計(jì)算表及其分布圖................................................18附錄二：樁基礎(chǔ)橫斷面、平面及立面圖........................................................................................221一、基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)任務(wù)書——鐵路（公路）橋墩淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)1.1設(shè)計(jì)題目本課程的題目是“1#橋墩獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)”1.2設(shè)計(jì)目的柱下獨(dú)立基礎(chǔ)是橋梁工程中的常用基礎(chǔ)形式之一，在工程中應(yīng)用范圍較廣。為系統(tǒng)掌握此類基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法，通過本次課程設(shè)計(jì)應(yīng)全面掌握柱下獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)內(nèi)容與步驟及主要驗(yàn)算內(nèi)容與方法，了解現(xiàn)行《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB10002.5-2005）和《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（ JTGD60——2004）的有關(guān)規(guī)定，并初步具備獨(dú)立進(jìn)行該類基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的能力。1.3基本資料 設(shè)計(jì)的任務(wù)及建筑物的性質(zhì)和用途設(shè)計(jì)任務(wù)：根據(jù)已有建筑物的圖樣，所受上部結(jié)構(gòu)的荷載、地質(zhì)和水文地質(zhì)情況，遵照“中華人民共和國(guó)鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 TB10002.5—2005”（公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范JTGD60——2015）設(shè)計(jì)某鐵路（公路）干線上跨越某河流的橋梁之 1#號(hào)橋墩的地基和基礎(chǔ)。建筑物的性質(zhì)和用途：該橋梁為等跨度 32M，梁全長(zhǎng) 32.6m，梁端縫 0.1m，梁高3.0m，梁寬鐵路按單線布置，公路按雙線布置 m，梁及上部體系自重按 870KN計(jì)，簡(jiǎn)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。橋面系為無渣橋面（公路不管有砟無砟），并設(shè)雙側(cè)人行道人行道寬 1m，荷載定為 3KN/m2，橋墩為混凝土實(shí)體橋墩，該橋位于直線平坡段上，與河流正交，該地區(qū)無流冰及地震，該河道不通航。2該橋除了為鐵路（公路）客貨運(yùn)服務(wù)外，亦為附近居民來往的通道。設(shè)計(jì)依“中華人民共和國(guó)鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 TB10002.5—2005”（“公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范 JTGD60——2015”）進(jìn)行設(shè)計(jì)，活載按鐵路標(biāo)準(zhǔn)活載，即“中—活載”或（公路標(biāo)準(zhǔn)荷載）。 基本資料一、 建筑物的立面示意圖如下：1#二、 建筑物場(chǎng)地地形圖及鉆孔布置圖如下：場(chǎng)地地形圖及鉆孔布置圖（單位： m） 水平比例尺 1：1000高水位：142.0m 施工水位：132.0m 常水位：132.0m一般沖刷深度： 河底以下 1.50m 局部沖刷深度： 河底以下 5.50m3水文情況：高水位：142.0m 施工水位：132.0m 常水位：132.0m一般沖刷深度： 河底以下 1.50m 局部沖刷深度： 河底以下 5.50m三、 墩帽尺寸簡(jiǎn)圖及墩身坡度墩帽寬δ=240cm墩帽長(zhǎng)墩帽厚墩身坡

b=546cmd=52cm1:m=1:20如右圖：?jiǎn)挝?cm四、 補(bǔ)充資料墩帽頂面在高水位以上3.72m。風(fēng)力：w=800Pa八、設(shè)計(jì)方案該基礎(chǔ)擬采用剛性基礎(chǔ)或柔性基礎(chǔ)，分別進(jìn)行設(shè)計(jì)。1、采用剛性基礎(chǔ)，試確定基礎(chǔ)埋深，并設(shè)計(jì)該剛性基礎(chǔ)2、采用柔性基礎(chǔ)，高度取 0.8m，基礎(chǔ)埋深與基底尺寸同 1，試設(shè)計(jì)該柔性基礎(chǔ)（驗(yàn)算基礎(chǔ)高度，進(jìn)行抗彎?rùn)z算與配筋）。1.4設(shè)計(jì)依據(jù)1、《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（ TB10002.5-2005）或（“公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范 JTGD60——2004”）41.5設(shè)計(jì)要求檢算相關(guān)內(nèi)容，設(shè)計(jì)滿足要求的剛性及柔性基礎(chǔ)，繪制基礎(chǔ)橫斷面、平面及配筋圖。該課程設(shè)計(jì)主要按如下步驟進(jìn)行：1、熟悉地基條件及上部結(jié)構(gòu)資料；2、確定合理的基礎(chǔ)埋置深度；3、確定地基承載力；4、確定基礎(chǔ)底面尺寸，驗(yàn)算地基承載力；5、基礎(chǔ)其它驗(yàn)算（偏心距、抗傾覆）；6、確定基礎(chǔ)高度和構(gòu)造尺寸；7、繪制基礎(chǔ)橫斷面、平面及配筋圖（柔性基礎(chǔ)）。1.6其它本課程設(shè)計(jì)應(yīng)于2014年月日前提交。根據(jù)學(xué)號(hào)尾號(hào)不同選擇下列方案學(xué)號(hào)尾號(hào)單數(shù)雙數(shù)備注鐵路規(guī)范公路規(guī)范剛性基礎(chǔ)任意檢算3種組合學(xué)號(hào)倒數(shù)第單數(shù)剛性基礎(chǔ)柔性基礎(chǔ)即可；柔性的選取一種荷載二位雙數(shù)柔性基礎(chǔ)剛性基礎(chǔ)組合即可參照2#號(hào)橋墩繪制設(shè)計(jì)資料總圖設(shè)計(jì)資料總示意圖： （單位cm）5參照2#號(hào)橋墩復(fù)合各層土的名稱、確定其允許承載力一、 地基承載力修正系數(shù) K經(jīng)查表，結(jié)果如上表：二、 各土層的地基的允許承載力的計(jì)算由于地基的尺寸和埋深還沒有確定，暫時(shí)無法確定地基的容許承載力。等后邊地基的尺寸和埋深確定后，再進(jìn)行計(jì)算。樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)1、選定樁基類型考慮樁基采用高承臺(tái)還是低承臺(tái)，考慮采用打入樁還是鉆孔樁等施工方法，確定設(shè)計(jì)為柱樁還是摩擦樁，設(shè)計(jì)應(yīng)說明理由。2、選擇樁徑與樁材確定樁所采用的材料；樁徑選擇時(shí)應(yīng)考慮施工機(jī)具或預(yù)制定型產(chǎn)品的直徑。3、承臺(tái)設(shè)計(jì)擬定承臺(tái)底面和頂面標(biāo)高，確定承臺(tái)平面尺寸。4、估算樁長(zhǎng)和樁數(shù)（1）、按縱向主+附兩孔重載（低水位）和單孔重載（低水位）計(jì)算承臺(tái)底面以上全部外力，6得出∑N、∑H、∑M。（2）、樁長(zhǎng)確定：①、柱樁：樁尖需插入硬層一定深度（如1.0米）；②、摩擦樁樁：先按材料強(qiáng)度定出樁的材料軸向承載力[P材],然后假定不同的樁長(zhǎng)，通過試算確定由土阻力確定的軸向承載力[P土]，當(dāng)[P土]接近[P材]時(shí)，所對(duì)應(yīng)的樁長(zhǎng)即為合適的樁長(zhǎng)。[P材]一般應(yīng)按實(shí)際材料強(qiáng)度計(jì)算得到，也可近似取以下值：鋼筋混凝土預(yù)制樁：Φ=40㎝[P材]=800KNΦ=50㎝[P材]=1000KN預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土預(yù)制樁：Φ=55㎝[P材]=1200KN鋼筋混凝土鉆孔樁：Φ=80㎝[P材]=2000KNΦ=100㎝[P材]=3000KNΦ=125㎝[P材]=4500KN（3）、確定樁數(shù)Nn[p]式中，n為樁數(shù)（取整），∑ N為承臺(tái)底中心所受豎向外力， μ為考慮彎矩的影響而使樁頂軸向力增大的系數(shù)，一般取 1.1～1.5。[P]為[P材]與[P土]中的較小者。5、配合承臺(tái)設(shè)計(jì)進(jìn)行樁的布置注意：應(yīng)滿足樁的布置原則6、按低承臺(tái)簡(jiǎn)化計(jì)算法進(jìn)行檢算。若不通過重新設(shè)計(jì)，直至滿足此項(xiàng)要求。7、按“m”法進(jìn)行單樁軸向承載力檢算及樁身配筋內(nèi)力計(jì)算。1）、計(jì)算單樁變形系數(shù)α；2）、計(jì)算單樁樁頂剛度系數(shù)ρ1、ρ2、ρ3、ρ4；3）、計(jì)算承臺(tái)中心變位a、b、β和樁頂內(nèi)力Ni、Hi、Mi；4）、樁身的彎矩、剪力及土橫向抗力計(jì)算，并繪制樁身彎矩圖、剪力圖及土橫向抗力圖；5）、單樁的軸向承載力檢算Nimax [P]8、群樁檢算注：以上檢算荷載取縱向主 +附兩孔重載（低水位）9、墩頂水平位移檢算10、樁與承臺(tái)的聯(lián)接強(qiáng)度檢算。11、河床底面以下墩身及承臺(tái)和樁的工程量計(jì)算。7二、承臺(tái)上部荷載計(jì)算具體步驟見課程設(shè)計(jì)一，此處由Excel中的計(jì)算表得：活載布置圖示一孔輕載一孔輕載二孔重載二孔滿載水位高水位，計(jì)浮力常水位，計(jì)浮力常水位，計(jì)浮力常水位，計(jì)浮力力或力矩N或HMN或HMN或HMN或HM豎向荷載9683.040.009683.040.009683.040.009683.040.00主力（豎向-2158.300.00-1212.270.00-1212.270.00-1212.270.00水浮力力）豎向活載1521.98532.691521.98532.692973.9542.183032.763.92制動(dòng)力或牽引力341.845404.49341.845404.49341.845404.49341.845404.49附加力（水2.0030.902.0030.902.0030.902.0030.90頂帽風(fēng)力平力）墩身風(fēng)力12.21166.0655.01562.6258.12562.6258.12562.62ΣN(kN)或ΣM(kN.m)9046.736134.149992.766513.6911846.566040.1911513.546040.19ΣH(Kn)356.05398.85398.85398.85以下計(jì)算?。?N 11846.56kN M 6040.19kNm H 398.85kN8三、 高承臺(tái)樁基地基和基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與計(jì)算3.1樁基設(shè)計(jì)確定承臺(tái)尺寸1.承臺(tái)底面的標(biāo)高：128m，則l0 3.5m2.承臺(tái)高度：按經(jīng)驗(yàn)承臺(tái)采用 C30混凝土，厚度定為 2m。3.承臺(tái)平面尺寸：由以上資料可得：墩身高 9.8m，墩身坡1:20計(jì)算墩身底面的平面尺寸：底面長(zhǎng)為：5.460.215.72（1/20）6.046m底面寬為：2.40.215.72（1/20）2.986m根據(jù)構(gòu)造原則，鉆孔灌注樁不應(yīng)小于2.5倍成孔樁徑，且外側(cè)與承臺(tái)邊緣距離對(duì)直徑大于0.3d。初步選定承臺(tái)尺寸為： 8m 6m 2m驗(yàn)算：63.18）/22（8 6.24）/22

0.705 1 tan450.44 1 tan45滿足材料剛性角的要求。樁的設(shè)計(jì)1．樁材選擇根據(jù)本工程的特點(diǎn)，選擇鋼筋混凝土鉆孔灌注摩擦樁，鉆孔灌注樁可以用于各類土層，摩擦樁置于壓縮性土層2．確定樁徑初步選定樁徑為 1.0m，成孔樁徑1.05m。3．確定樁長(zhǎng)將樁地設(shè)置在良好的土層中，設(shè)樁長(zhǎng)L>10d，計(jì)算單樁允許承載力[P]：[P]1Ufilim0A[]2已知：[σ0，]=3000KN材1UliimA[[0]k22(h3)][P]20.51.05（1402.550（h3.5）80）0.70.6414.80.251.051.052.520.17(h3.5)182.371h110[P材]=3000故h17.5m，則l0=3.5m，此時(shí)[P土]=3081kN4．確定樁數(shù)nN[p][p][P]為[P材]與[P土]中的較小者,故[p]=3000kNnN1.311846.56根3000=5.136[p]根據(jù)構(gòu)造原則，鉆孔灌注樁不應(yīng)小于 2.5倍成孔樁徑綜上，承臺(tái)設(shè)計(jì)滿足要求，設(shè)置 6根樁，行列式排列，布置圖如下：103.2樁的內(nèi)力及位移計(jì)算樁的內(nèi)力和變位計(jì)算1.決定樁的計(jì)算寬度 b0群樁：b0=0.9(d+1)k其中k為構(gòu)件相互影響系數(shù)樁間凈距L0=4—1=3m構(gòu)件局部沖刷線以下的計(jì)算深度 h0 17.5mn=2，故c=0.6由于L0=3.5m<0.6h0=10.5m，1cL00.733所以Kch10.6故b0=0.9(d+1)K=1.32m2.計(jì)算樁基變形系數(shù)查表取m=20000KN/m4，Eh=32106KPaI=d4=14=0.049m4，6464EI=0.67EhI=0.67321060.049=1.05106KNm2則：5mb05200001.310.478m1EI1.05106因?yàn)?h 0.47817.5 8.365m 4，所以應(yīng)該按彈性長(zhǎng)樁設(shè)計(jì)。3.計(jì)算樁基中樁頭處的剛度系數(shù) ρ1 ρ2 ρ2 ρ4計(jì)算ρ1已知條件：ξ=0.5，l0=3.5m，h=17.5m，Eh=32106KPaEA=2.512107kN，C0moh2000010200000kN/m3A01(0.517.5tan18.5)26.01m24A02S27.75m246.01m2A0minA01,A02Ad2/40.785m2111l0h13.50.510.761060.723EI117.51EhAC0A00.7853.21072000006.01②計(jì)算ρρ3ρ42l00.4783.51.673，h0.47817.58.365m4m，取4m查表得：xQ0.23421xm0.42514.фm1.04226故：23EIxQ0.47830.23421EI0.0256EI32EIxm0.47820.42514EI0.0971EIEIm0.4781.04226EI0.497EI計(jì)算承臺(tái)座板豎直位移b、水平位移、轉(zhuǎn)角β和樁頂內(nèi)力Ni、Hi、Mi4.aN11846.562730.88/EIb60.723EIn1n(n41xi2)Hn3Mai1nn2(n42)n221xi3i1nnnn

41xi260.497EI0.723EI62220.33EIi1260.0256EI0.1536EI360.0971EI0.5826EI（n2223）（0.5826EI）0.3394（EI）a20.34EI398.850.5826EI6040.194176.79/EI0.1536EI20.33EI（EI2）0.3394nn13H12M398.850.5826EI0.1536EI6040.19416.59/EInn0.1536EI20.33EI（EI2222）2(nn41xi)31i1Ni（1bxi)0.723EI(2730.88/EI22576.81kN416.59/EI)1371.40kNHia234176.79/EI0.0256EI416.59/EI0.0971EI66.475Mi 4 a3 416.59/EI 0.498EI 4176.79/EI 0.0971EI 198.kN12校核：nHi 66.475 6 398.85kN HnxiNi nMi 3 (2576.81 1372.14) 2 6 (-198)i 16040.02kNm M 6040.19kNmnnNi3(2576.81+1372.14)11846.85kNN11846.56kNi 15.樁身的彎矩、剪力及土的橫向抗力由公式可以得M0 Mi Hil0 198 66.475 17.5 965.31kNQ0 94.69kNN 2576.810.7853.515 2618.02kN①在局部沖刷線以下深度Z處柱截面彎矩Mz計(jì)算MzQ0AmM0Bm無量綱系數(shù)Am、Bm由附表3-3、3-7查得，Mz值詳及其彎矩分布圖見附錄一。②在局部沖刷線以下深度Z處柱截面橫向水平抗力z計(jì)算zQ0A2M0BQ0zAx2M0zBxb1b1b1b1無量綱系數(shù)Ax、Bx由附表3-1、3-5查得，z值及其橫向水平抗力分布圖見附錄一③在局部沖刷線以下深度Z處柱截面剪力Qz計(jì)算MzQ0AQM0BQ無量綱系數(shù)Am、Bm由附表3-4、3-8查得，Qz值及其剪力分布圖見附錄一。136.驗(yàn)算單樁軸向受壓容許承載力承載力取決于樁身材料強(qiáng)度和樁周巖土層的阻力，但摩擦樁往往由土阻力控制設(shè)計(jì)。故此處按土的阻力計(jì)算單樁允許承載力 [P]由于樁端置于透水土中，計(jì)算樁身自重和與樁入土部分同體積的土重時(shí)均應(yīng)考慮水的浮力。由中計(jì)算可知[P土]=3054kN樁身自重:1.052(1.023.517.5)23411.75kN4與樁同體積土重：(1.023.51.05217.5)20.17361.09kN4在雙孔重載時(shí)，軸向力最大，最不利荷載組合為縱向主+附，軸向允許承載力可提高20%。NGG2618.02411.75361.092668.68kN錯(cuò)誤！未找到引用源。1.2[P]，錯(cuò)誤！未1.230813k6N97找到引用源。 通過驗(yàn)算。群樁承載力的檢算1.樁基承載力的檢算：將樁視為群樁實(shí)體基礎(chǔ)：基底應(yīng)力應(yīng)滿足：

N MA W內(nèi)摩擦角 φ取所穿越土層平均值(23 1 16 2.5 18.5 14)/17.5 18.4計(jì)算群樁實(shí)體的邊長(zhǎng) b′、a′bb2htan461217.5tan18.47.83m4aa2htan81217.5tan18.449.83m4群樁實(shí)體的基底面積為A=7.83 9.83=76.98m22群樁實(shí)體基底縱向截面模量為 W=9.837.83=100.44m36樁底處地基容許承載力為：0 k1r1(b 2) k2r2(h 3)=414.8+2.5 20.17 (17.53) 1037kPa14（的計(jì)算公式中h從一般沖刷線開始計(jì)算）NN6(2310)(1.05217.5123.5)10.378.626.6217.541.0526 1010.37 11846.56 9924.41=21770.97N4M6040.19398.853.57436.165kNmmaxNM21770.977436.165356.851037KPaAW76.98100.44NM21770.977436.165208.78KPa0minAW-100.4476.98滿足要求。3.3樁頂水平位移檢算樁在局部沖刷線處的水平位移和轉(zhuǎn)角因樁下端在土層內(nèi)，且h>2.5，故x0和0x0xy0Q0AxM0Bx3EI2EI0y0Q0AM0B2EIEI其中M0MiQil019866.4753.534.66kNmQ0Qi66.475kN系數(shù)Ax、Bx、A和B可根據(jù)z=0及h=8.365查表得：Ax=2.441，Bx=1.621，A=-1.621，B=-1.751算得x066.4752.44134.661.6211.385103m1.385mm31.251060.47821.251060.478066.475106(1.621)0.47834.66106(1.751)4.79104rad0.47821.251.25經(jīng)計(jì)算可知，局部沖刷線橫向位移x0滿足不大于6mm的要求。15在樁頂處的水平位移和轉(zhuǎn)角已知，l00.4783.51.673，h0.47817.58.365m4，查附表3-14、3-15、3-16，可得Ax115.89214，A1Bx16.39204,B13.5508。x0QAx1MBx13EI2EI66.47515.89234.666.3920.851m0.47831.251060.47821.251061(QA1MB1)2EIEI(66.4751066.3934.661063.5508)1.251.250.47820.4780.0169rad水平位移容許值[]0.5L0.5322.83cm，符合要求。3.4樁與承臺(tái)的聯(lián)接強(qiáng)度檢算本設(shè)計(jì)中樁的類型為鉆孔灌注樁，因此樁與承臺(tái)的連接方式采用主筋伸入式，樁身伸入承臺(tái)內(nèi)0.20m；主筋采用螺紋鋼筋，伸入承臺(tái)內(nèi)的主筋長(zhǎng)度不得小于 35倍鋼筋直徑，且由于樁頂鋼筋設(shè)計(jì)成喇叭形，所以主筋伸入承臺(tái)內(nèi)的長(zhǎng)度不得小于 1m；箍筋直徑采用 8mm，箍筋間距采用 200mm，如圖所示163.5河床底面以下墩身及承臺(tái)和樁的工程量計(jì)算1.承臺(tái)挖方量承臺(tái)體積V1 8 6 2 96m3，根據(jù)規(guī)范選取承臺(tái)基坑開挖放坡系數(shù)為 1:0.5，基坑邊線距承臺(tái)邊緣為 1.0m，具體尺寸如下圖所示：圖1承臺(tái)挖方尺寸示意圖已知開挖基坑為四棱臺(tái)體，上底面積S18648m2，下底面積S210880m2，h=2m，由此可得承臺(tái)開挖方量為：V土1h(S1S2S1S2)12(48804880)126.64m333172.混凝土灌注樁挖方量已知混凝土灌注樁 h=21m，d=1m，n=6，則有：V1d2Hn11221698.96m3244綜上，土挖方量： V 96 126.64 222.64m3所需混凝土方量： V 126.64 98.96 225.6m318附錄一：樁身的彎矩、剪力及土的橫向抗力計(jì)算表及其分布圖191.樁身的彎矩及其分布圖yyAMBMMy00.00000.0000