基础综合项目工程双柱式桥墩钻孔灌注桩专业课程设计.doc

目录
1 设计任务书…………………………………………3
1.1 设计目………………………………………3
1.2 设计任务………………………………………3
1.2.1 设计资料…………………………………3
1.2.2 地质资料…………………………………3
1.2.3 材料………………………………………4
1.2.4 基本方案…………………………………4
1.2.5 计算荷载…………………………………4
1.2.6 设计规定…………………………………6
1.3 时间及进度安排………………………………6
1.4 建议参照资料…………………………………6
2 设计指引书…………………………………………8
2.1 拟定尺寸………………………………………8
2.2 荷载设计及荷载组合…………………………8
2.2.1 荷载计算…………………………………8
2.2.2桩顶荷载计算及桩顶荷载组合…………8
2.3 桩基设计计算与验算…………………………10
2.3.1桩长拟定及单桩承载能力验算…………10
2.3.2桩身内力及配筋计算……………………11
2.3.3单桩水平位移及墩台水平位移验算……12
3 设计计算书…………………………………………13
3.1 设计拟定尺寸…………………………………13
3.2 荷载计算及荷载组合…………………………13
3.3 桩基设计计算与验算…………………………14
3.3.1 承载能力极限状态荷载组合……………14
3.3.2 正常使用极限状态荷载组合……………17
3.4 桩基设计与验算………………………………20
3.4.1 桩长与单桩承载力验算…………………20
3.4.2 桩内力计算……………………………21
3.4.3 桩身配筋计算……………………………24
4 钢筋构造图…………………………………………29
4.1 钢筋用量计算…………………………………29
4.1.1 纵筋用量计算……………………………29
4.1.2 普通箍筋用量计算………………………29
4.1.3 横系梁主筋用量计算……………………29
4.1.4 横系梁箍筋用量计算……………………29
4.1.5 加劲箍筋用量计算………………………29
4.1.6 定位钢筋用量计算………………………30
4.1.7 伸入横系梁箍筋用量计算………………30
4.1.8 钢筋总用量………………………………30
4.2 配筋图…………………………………………30
4.3 三视图…………………………………………30
4 参照文献………………………………………………31
1 双柱式桥墩钻孔灌注桩设计任务书
1.1 设计目：
通过本课程设计，掌握承受竖向和水平力作用单排桩基本设计与计算，对相应规范有一定理解。
1.2 设计任务：
1.2.1 设计资料：
国内某公路桥墩采用桩（柱）式桥墩，初步拟定尺寸如下图所示。其上部构造为28米钢筋混凝土装配式T型梁桥，桥面宽7米。设计汽车荷载为公路-Ⅱ级。

(单位：mm)
1.2.2 地质资料：
标高30.00米以上桩侧土为软塑亚粘土，其各物理性质指标为：容重γ＝18.5KN/m3，土粒比重G=2.70，天然含水量ω=21%，ωL=22.7%，ωP=16.3%；m=7000kN/m4；桩周土极限摩阻力τ=40kPa；
标高30.00米如下桩侧及桩底均为硬塑性土，其各物理性质指标为：容重γ＝19.5KN/m3，土粒比重G=2.70，天然含水量ω=17.8%，ωL=22.7%，ωP=16.3%， m=15000kN/m4；桩周土极限摩阻力τ=65kPa；[σ0]=350kPa。
1.2.3 材料：桩采用C25混凝土浇注，混凝土弹性模量Eh=2.85×104MPa，所供钢筋有R235和HRB335。
1.2.4 基本方案：该桥墩基本由两根钻孔桩构成，旋转成孔。（钻头直径（即桩设计直径）取φ＝1.2~1.6m，桩底沉淀土厚度t=(0.1~0.3)d。上部柱直径为1.0m，在局部冲刷线处设立横系梁。）
1.2.5 计算荷载
①一跨上部构造自重G1（见下表）
②盖梁自重G2
③局部冲刷线以上一根桩重G3
最低水位： ，常水位：
④桩自重G4
⑤横系梁自重G5
⑥汽车荷载－Ⅱ级（活载）在墩柱顶反力
双孔布载G6 =536.68KN，单孔布载G7(见下表)
车辆荷载反力已按偏心受压原理考虑横向分布分派影响。
G7在顺桥向引起弯矩(见下表)
⑦水平荷载：
a.制动力：T=45.00KN,作用点在支座中心，距桩顶距离为12.6m。
b.纵向风力：
盖梁某些W1(见下表),对桩顶力臂为11.62m。
墩身某些W2(见下表),对桩顶力臂为4.96m。
荷载分组编号（学号个位）
G1
G7
M
荷载分组编号（学号十位）
W1

1
2415
400
135
0
5.2
2
2415
400
135
1
5.2
3
2415
390
135
2
5.4
4
2435
400
135
3
5.8
5
2435
400
135
荷载分组编号（学号百位）
W2
6
2435
390
135

7
2435
390
135
1
3.0
8
2450
400
135
2
3.2
9
2450
400
135

0
2450
390
135

1.2.6 设计规定
①拟定桩长度，进行单桩承载力验算。
②桩身强度计算，求出桩身弯矩图（用坐标纸绘制）定出最大桩身弯矩值及其相应截面和相应轴力，配备钢筋，验算截面强度，计算出主筋长度，螺旋钢筋长度，钢筋总用量。
③验算墩顶纵桥向水平位移。
④绘制桩基布置图及桩身配筋图。
⑤所有设计计算工作、设计计算书编写在一周内完毕（按五天计），禁止互相抄袭。
⑥所有设计文献采用课程设计专用设计用纸和课程设计资料袋。
1.3 时间及进度安排：
1）布置设计内容及准备有关参照书、设计规范： 0.5天
2）荷载计算及组合：0.5天
3）桩长拟定及单桩承载力验算： 0.5天
4）配筋计算及墩顶位移验算： 1天
5）设计校核： 0.5天
6）完毕设计阐明书： 1天
7）完毕设计图纸。 1.天
1.4 建议参照资料
ⅰ规范：《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-）
《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-）
《公路桥涵地基与基本设计规范》（JTG D63-）
《道路工程制图原则》（GB50162-92）
ⅱ《构造设计原理》凌治平主编，人民交通出版社
ⅲ《基本工程》凌治平主编，人民交通出版社
ⅳ《桥梁工程》
ⅴ公路桥涵设计手册《墩台与基本》，人民交通出版社

2 单排桩基本课程设计指引书
2.1 拟定尺寸
桩径：参照选取范畴：1.2m~1.6m。
桩长：据所选定持力层选取。
摩擦桩桩长不应不大于4m，桩底端部应尽量达到该土层桩端阻力临界深度。普通不适当不大于1m。
横系梁：梁高取（0.8~1.0）d；梁宽取（0.6~1.0）d。详见《公路桥涵地基与基本设计规范》(JTG D63-)第5.2.5条第3款
2.2 荷载计算及荷载组合
2.2.1 荷载计算
浮力考虑参见《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-）第4.2.4条
墩柱自重应考虑常水位和最低水位两种状况。
钢筋混凝土重度取25KN/m3；有效重度取15KN/m3。
2.2.2 桩顶荷载计算及桩顶荷载组合
参见《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-）第4.1关于条款及《公路桥涵地基与基本设计规范》(JTG D63-) 第1.0.5条~1.0.11条关于条款。
可列表计算

内力

荷载名称
常水位
最低水位
N
(kN)
H
(kN)
M
(kN.m)
N
(kN)
H
(kN)
M
(kN.m)
1
永久作用G1+G2+G3+G5

2
汽车荷载，双跨

3
汽车荷载，单跨

4
制动力

5
风力W

常水位荷载组合

常水位

按承载能力极限状态
按正常使用极限状态

N
(kN)
H
(kN)
M
(kN.m)
N
(kN)
H
(kN)
M
(kN.m)
1+2

1+3

1+2+4+5
Nmax
H
M

N
H
Mmax
1+3+4+5
Nmax
H
M

N
H
Mmax
最低水位荷载组合

最低水位

按承载能力极限状态
按正常使用极限状态

N
(kN)
H
(kN)
M
(kN.m)
N
(kN)
H
(kN)
M
(kN.m)
1+2

1+3

1+2+4+5
Nmax
H
M

N
H
Mmax
1+3+4+5
Nmax
H
M

N
H
Mmax
2.3 桩基设计计算与验算
2.3.1 桩长拟定及单桩承载能力验算
桩长计算可以依照持力层位置拟定，再依照单桩容许承载力验算来修正，也可以依照单桩单桩承载力验算公式反算桩长。
地基承载能力验算依照《公路桥涵地基与基本设计规范》(JTG D63-) 第1.0..8条规定，验算荷载采用正常使用极限状态荷载组合。取能产生最大竖向轴向力Nmax荷载组合伙为控制荷载。

G—桩身自重与置换土重（当自重计入浮力时，置换土重也计入浮力）差值
gR—地基承载力容许值抗力系数。按《公路桥涵地基与基本设计规范》(JTG D63-) 第5.3.7条规定取值。
[Ra] —单桩轴向受压承载力容许值。
由于γR 取值不同，应取永久荷载+汽车荷载及永久荷载+可变荷载两种工况验算。
2.3.2 桩身内力及配筋计算
(1)计算桩计算宽度
圆形截面桩：
(2)计算桩土变形系数 ，并判断桩与否为弹性桩
(3)计算最大冲刷线处桩顶荷载
按《公路桥涵地基与基本设计规范》(JTG D63-) 第1.0.5条规定基本构造设计当按承载能力极限状态设计时，应采用作用效应基本组合和偶尔组合（本设计不考虑）进行验算。控制荷载应取按承载能力极限状态设计时，能产生最大弯矩及相应轴力较小工况进行验算。
(4)桩身内力计算可列表进行，相应格式可参照下表：
求出桩身弯矩及剪力图（用坐标纸绘制）
Z

Z

(5) 配筋计算
a．桩身最大弯矩值及其相应截面位置拟定
可由桩身弯矩图（用坐标纸绘制）拟定（图解法），也可计算出系数CQ后，查表求得（数解法）。
b．求出最大弯矩和相应轴力后，配筋计算及截面强度验算课参见《构造设计原理》关于偏心受压构件强度计算某些。
最大弯矩及相应轴力应取设计值，要考虑荷载分项系数。
桩基构造规定详见《公桥基规》第5.2.2条及5.2.5条第3款关于规定。
钢筋布置要考虑：
（1）主筋钢种、直径，与承台联结方式及主筋截断；
（2）箍筋直径、间距，加强筋设立。
2.3.3 单桩水平位移及墩台水平位移验算
作用效应按正常使用极限状态组合
取最大冲刷线处，查表求得桩身水平位移x0 ，规定 。
墩台顶水平位移验算参照教材关于章节。
3 设计计算书
3.1 设计拟定尺寸
桩径：1.5m。
桩长：14m。
横系梁：梁高：1.2m 梁宽：1.2m
3.2 荷载计算
①两跨上部构造自重
②盖梁自重
③冲刷线以上每根桩自重
最低水位时：G3=(pai*0.5^2*4.78*1.5)+0.5(8+6)*0.7*1.85*
常水位时：G3’=(pai*0.5^2*2.1*25)+(pai*0.5^2*8.8*15)=
④桩自重（每延米）：

第一层：
第二层：
⑤横系梁：
⑥汽车荷载（公路II级）：
双孔：
单孔：
⑦水平荷载：
制动力：
风力：
内力

荷载名称
常水位
最低水位
N
(kN)
H
(kN)
M
(kN.m)
N
(kN)
H
(kN)
M
(kN.m)
1
永久作用G1+G2+G3+G5
1661.45
0
0
1693.00
0
0
2
汽车荷载，双跨
536.68
0
0
536.68
0
0
3
汽车荷载，单跨
400
0
135
400
0
126
4
制动力
0
45
567
0
45
567
5
风力W
0
8.2
75.30
0
8.2
75.30
3.3 荷载组共计算
3.3.1承载能力极限状态
①常水位（N）

（1）

（2）

（1）

（2）

②常水位（H）

③常水位（M）

④最低水位（N）

（1）

（2）

（1）

（2）

⑤最低水位（H）

⑥最低水位（M）

3.3.2正常使用极限状态
①常水位（N）

②常水位（H）

③常水位（M）

④最低水位（N）

⑤最低水位（H）

⑥最低水位（M）

常水位荷载组合

常水位

按承载能力极限状态
按正常使用极限状态

N
(kN)
H
(kN)
M
(kN.m)
N
(kN)
H
(kN)
M
(kN.m)
1+2
2745.09
0.00
0.00
2037.12
0.00
0.00
1+3
2553.74
0.00
0.00
1941.45
0.00
88.20
1+2+4+5
2745.09
50.41
613.64
2037.12
51.15
623.48
2519.69
69.31
851.78
1+3+4+5
2049.74
50.41
613.64
1941.45
51.15
93.65
2385.74
69.31
984.08

最低水位荷载组合

最低水位

按承载能力极限状态
按正常使用极限状态

N
(kN)
H
(kN)
M
(kN.m)
N
(kN)
H
(kN)
M
(kN.m)
1+2
2782.96
0.00
0.00
2068.68
0.00
0.00
1+3
2591.60
0.00
0.00
1973.00
0.00
88.20
1+2+4+5
2782.95
50.41
613.64
2068.68
51.15
623.48
2557.55
69.31
851.78
1+3+4+5
2591.60
50.41
790.04
1973.00
51.15
93.65
2423.60
69.31
975.26
3.4 桩基设计与验算
3.4.1桩长与单桩承载力

周长：
面积：

3.4.2桩内力计算
①计算宽度

②桩变形系数计算

③局部冲刷线处外力计算

④桩身内力计算
弯矩：

Z

Am
Bm

0.00
0
0.00000
1.00000
0.00
975.26
975.26
0.32
0.1
0.0996
0.99974
22.41
975.01
997.42
0.65
0.2
0.19696
0.99806
44.32
973.37
1017.69
0.97
0.3
0.2901
0.99382
65.28
969.23
1034.51
1.30
0.4
0.37739
0.98617
84.92
961.77
1046.70
1.62
0.5
0.45752
0.97458
102.96
950.47
1053.42
1.95
0.6
0.52938
0.95861
119.13
934.89
1054.02
2.27
0.7
0.59228
0.93817
133.28
914.96
1048.24
2.60
0.8
0.64561
0.91324
145.28
890.65
1035.93
2.92
0.9
0.68926
0.88407
155.10
862.20
1017.30
3.25
1
0.72305
0.85089
162.71
829.84
992.55
3.57
1.1
0.74714
0.81410
168.13
793.96
962.09
3.90
1.2
0.76183
0.77415
171.43
755.00
926.43
4.22
1.3
0.76761
0.73161
172.74
713.51
886.25
4.55
1.4
0.76498
0.68694
172.14
669.95
842.09
4.87
1.5
0.75466
0.64081
169.82
624.96
794.78
5.19
1.6
0.73734
0.59373
165.92
579.04
744.96
5.52
1.7
0.71381
0.54625
160.63
532.74
693.36
5.84
1.8
0.68488
0.49889
154.12
486.55
640.67
6.17
1.9
0.65439
0.45219
147.26
441.00
588.26
6.49
2
0.61413
0.40658
138.20
396.52
534.72
7.14
2.2
0.5316
0.32025
119.63
312.33
431.95
7.79
2.4
0.44334
0.24262
99.76
236.62
336.38
8.44
2.6
0.35458
0.17546
79.79
171.12
250.91
9.09
2.8
0.26996
0.11979
60.75
116.83
177.58
9.74
3
0.19305
0.07595
43.44
74.07
117.51
11.36
3.5
0.05081
0.01354
11.43
13.21
24.64
12.99
4
0.00005
0.00009
0.01
0.09
0.10

由
由附表B：

剪力：
Z

Am
Bm

0.00
0
1
0
69.31
0
69.31
0.32
0.1
0.98833
-0.00753
68.5011523
-2.2618614
66.2392909
0.65
0.2
0.95551
-0.02795
66.2263981
-8.395621
57.8307771
0.97
0.3
0.90135
-0.05820
62.4725685
-17.482116
44.9904525
1.30
0.4
0.83898
-0.09554
58.1497038
-28.6983052
29.4513986
1.62
0.5
0.76145
-0.13747
52.7760995
-41.2932386
11.4828609
1.95
0.6
0.67486
-0.18191
46.7745466
-54.6421258
-7.8675792
2.27
0.7
0.58201
-0.22685
40.3391131
-68.141203
-27.8020899
2.60
0.8
0.48522
-0.27087
33.6305982
-81.3639306
-47.7333324
2.92
0.9
0.38689
-0.31245
26.8153459
-93.853731
-67.0383851
3.25
1
0.28901
-0.35059
20.0312831
-105.3102242
-85.2789411
3.57
1.1
0.19388
-0.38443
13.4378228
-115.4750834
-102.0372606
3.90
1.2
0.10153
-0.41335
7.0370443
-124.162073
-117.1250287
4.22
1.3
0.01477
-0.43690
1.0237087
-131.236022
-130.2123133
4.55
1.4
-0.06586
-0.45486
-4.5647566
-136.6308468
-141.1956034
4.87
1.5
-0.13952
-0.46715
-9.6701312
-140.322517
-149.9926482
5.19
1.6
-0.20555
-0.47378
-14.2466705
-142.3140364
-156.5607069
5.52
1.7
-0.26359
-0.47496
-18.2694229
-142.6684848
-160.9379077
5.84
1.8
-0.31345
-0.47103
-21.7252195
-141.4879914
-163.2132109
6.17
1.9
-0.35501
-0.46223
-24.6057431
-138.8446474
-163.4503905
6.49
2
-0.38839
-0.44914
-26.9193109
-134.9126732
-161.8319841
7.14
2.2
-0.43174
-0.41179
-29.9238994
-123.6934802
-153.6173796
7.79
2.4
-0.44647
-0.36312
-30.9448357
-109.0739856
-140.0188213
8.44
2.6
-0.43651
-0.30732
-30.2545081
-92.3127816
-122.5672897
9.09
2.8
-0.40641
-0.24853
-28.1682771
-74.6534414
-102.8217185
9.74
3
-0.36065
-0.19052
-24.9966515
-57.2283976
-82.2250491
11.36
3.5
-0.19975
-0.01672
-13.8446725
-5.0223536
-18.8670261
12.99
4
-0.00002
-0.00045
-0.0013862
-0.135171
-0.1365572

3.4.3 桩身配筋计算

计算轴力Nj 恒载系数1.2 活载系数1.4

①纵筋面积：
按含筋率为0.2%配备

取8根φ25 HRB335钢筋

桩柱采用C25混凝土

②偏心距增大系数
长细比

取
截面有效高度

因此偏心距增大系统

③截面实际偏心距

④轴力偏心距
设

ξ
A
B
C
D
(e0)
e0
(e0)/ e0
0.40
0.8667
0.5414
-0.4749
1.8801
0.554
0.566
0.98
0.39
0.8369
0.5304
-0.5227
1.8711
0.566
0.566
1
0.38
0.8074
0.5191
-0.5707
1.8609
0.577
0.566
1.02

⑤截面承载力复核

⑥裂缝宽度验算

因此不必验算宽度
⑦纵向水平位移（桩顶）

因此

由于

因此

墩顶水平位移：

由附表14和附表15可知

墩顶内力：

因此

4 钢筋构造图
4.1 钢筋用量计算
4.1.1 纵筋用量计算

4.1.2 桩身普通箍筋用量
箍筋间距取200mm<15d，且不不不大于300mm，箍筋焊接长度取100mm，选φ10H235钢筋

4.1.3 横系梁主筋用量
搭接长度取900mm>35主筋直接

取配筋率

选6根φ25HRB335钢筋

4.1.4 横系梁箍筋用量
间距取400mm，选φ10R235钢筋

取9根钢筋

4.1.5 加劲箍筋用量
选用φ25R235钢筋

4.1.6 定位钢筋用量
选用φ25R235钢筋

4.1.7 伸入横系梁箍筋用量

4.1.8 总用量

4.2 配筋图
见附图一
4.3 三视图
见附图二

5 参照文献
ⅰ规范：《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-）
《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-）
《公路桥涵地基与基本设计规范》（JTG D63-）
《道路工程制图原则》（GB50162-92）
ⅱ《构造设计原理》凌治平主编，人民交通出版社
ⅲ《基本工程》凌治平主编，人民交通出版社
ⅳ《桥梁工程》
ⅴ公路桥涵设计手册《墩台与基本》，人民交通出版社