基础工程课程设计(1).doc

目 录

一、已知技术参数和条件 1
1.1、地质与水文资料 1
1.2、桩、墩尺寸与材料 1
1.3、荷载情况 1
二、任务和要求 2
三、计算 3
3.1、桩长的计算 3
3.2、桩的内力计算 4
3.2.1确定桩的计算宽度b1 4
3.2.2计算桩的变形系数 4
3.2.3计算墩柱顶外力及局部冲刷线处桩上外力 4
3.2.5局部冲刷线以下深度z处横向土抗力计算 6
3.2.6桩身配筋计算及桩身材料截面强度验算 7
3.2.7柱顶纵向水平位移计算 9
四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等） 10
致谢 10

一、已知技术参数和条件
1.1、地质与水文资料
地基土为密实细砂夹砾石，地基土水平向抗力系数的比例系数；地基土的桩侧摩阻力标准值（土层单一，故桩侧摩阻力标准值用表示）；地基土内摩擦角 ，粘聚力；地基土容许承载力基本容许值 ；
土重度（已考虑浮力）；一般冲刷线高程为335.34m，常水位高程为339.00m，局部冲刷线高程为330.66m。
1.2、桩、墩尺寸与材料
墩帽顶高程为346.88m，桩顶高程为339.00，墩柱顶高程为345.31m。
墩柱直径1.50m，桩直径1.70m。桩身混凝土用C20，其受压弹性模量。
1.3、荷载情况
桥墩为单排双柱式，桥面宽7m，设计荷载公路—Ⅱ级，人行荷载3KN/m2,两侧人行道各宽1.5m。
上部为30m预应力钢筋混凝土梁，每一根柱承受的荷载：
两跨恒载反力N1=1341KN；盖梁自重反力N2=283KN；系梁自重反力N3=76.40KN；一根墩柱（直径1.5m）自重=279.00KN。局部冲刷线以上桩（直径1.7m）自重每延米（已扣除浮力）。局部冲刷线以下桩重（直径1.7m）等于桩身自重与置换土重每延米的差值（已扣除浮力）。
两跨汽车荷载反力N5=800.60KN（已计入冲击系数的影响)；一跨汽车荷载反力=400.30KN（已计入冲击系数的影响)；车辆荷载反力已按偏心受压原理考虑横向分布的分配影响。
两跨人群荷载反力=270.00KN；一跨人群荷载反力=135.00KN。
在顺桥向引起的弯距M=120.09KN·m；在顺桥向引起的弯距M=40.50KN·m；
制动力H=30.00KN（已按墩台及支座刚度进行分配）。
纵向风力：
盖梁部分W1=3.00KN，对桩顶力臂7.06m；
墩身部分W2=2.70KN，对桩顶力臂3.15m；
桩基础要用冲抓锥钻孔灌注桩基础，为摩擦桩。

二、任务和要求
设计满足要求的桩基础，并形成图纸（基桩构造及钢筋图(横截面，立面)）与计算文件。计算文件包括以下内容：
1.据单桩容许承载力拟定桩长
2.桩结构分析
（1）计算桩顶受力
（2）计算沿桩长度方向弯矩，水平压应力，并画出相应分布图
（3）桩顶纵向水平位移验算
3. 桩身截面配筋并绘出基桩构造及钢筋图(横截面，立面)，进行桩截面强度校核
4. 按地基土的支承力确定和验算单桩轴向承载力
三、计算
3.1、桩长的计算
由于地基土层单一，用《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）确定单桩轴向受压承载力允许值经验公式初步反算桩长，该桩埋入局部冲刷线以下深度为h，一般冲刷线以下深度为h3，则

根据《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）第1.0.8条，地基进行竖向承载力验算时，传至基底的作用效应应按正常使用极限状态的短期效应组合采用，且可变作用的频遇值系数均取1.0。当两跨活载时，桩底所承受的竖向荷载最大，则
计算[Ra]时取以下数据：桩的设计桩径1.70m，桩的周长，，，，，，（已扣除浮力），，所以得

现取h=12m，桩底高程为318.66m，桩周长为20.34m，上式计算中4.68为一般冲刷线到局部冲刷线的距离。
由上式计算可知，h=12m时，，桩的轴向受压承载力符合要求。
3.2、桩的内力计算
3.2.1确定桩的计算宽度b1

3.2.2计算桩的变形系数

其中
桩的换算深度，所以按弹性桩计算。
3.2.3计算墩柱顶外力及局部冲刷线处桩上外力
墩柱顶的外力计算按一跨活载计算。
根据《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）第1.0.5条，按承载能力极限状态要求，结构构件自身承载力应采用基本组合验算。
根据《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）第4.1.6条，恒载分项系数取1.2，汽车荷载、人群荷载及制动力作用的分项系数均取1.4，风荷载分项系数取1.1；当除汽车荷载（含汽车冲击力）外尚有一种可变作用参与组合时，其组合系数取0.6。

换算到局部冲刷线处：
3.2.4局部冲刷线以下深度z处桩截面的弯矩Mz及桩身最大弯矩M max计算
局部冲刷线以下深度z处桩截面的弯矩Mz计算

无量纲系数由附表3、附表7分别查的，Mz计算列表如下，其结果以图表示。
Mz计算列表 表3-2-4-1
=αz
z
AM
BM
Q0/α·AM
M0BM
Mz
0.0
0.00
0.00000
1.00000
0.00
661.86
661.86
0.2
0.64
0.19692
0.99805
21.40
660.57
681.97
0.4
1.29
0.37706
0.98607
40.97
652.64
693.61
0.6
1.93
0.52832
0.95827
57.40
634.24
691.64
0.8
2.57
0.64318
0.91246
69.88
603.92
673.80
1.0
3.22
0.71848
0.84942
78.06
562.20
640.26
1.2
3.86
0.75425
0.77173
81.95
510.78
592.73
1.4
4.50
0.75346
0.68327
81.86
452.23
534.09
1.8
5.79
0.66278
0.49188
72.01
325.56
397.57
2.2
7.07
0.49635
0.30916
53.93
204.62
258.55
2.6
8.36
0.30689
0.16062
33.34
106.31
139.65
3.0
9.65
0.14068
0.06000
15.29
39.71
55.00
3.5
11.25
0.02358
0.0063
2.56
4.17
6.73
4.0
14.23
0.00005
0.00009
0.005
0.06
0.06

‚桩身最大弯矩及最大弯矩位置计算
由得：
由及，查附表13得：，故
由及，查附表13得：。

3.2.5局部冲刷线以下深度z处横向土抗力计算

无量纲系数由附表1,、附表5分别查的，计算列表如下，其结果以图表示。
pzx计算列表 表3-2-4-1
Z-=αz
z
Ax
Bx
αQ0/b1·Z-Ax
α2M0/b1·Z-Bx
pzx(kpa)
0
0.00
2.49600
1.63159
0.00
0.00
0.00
0.2
0.64
2.14430
1.30075
1.85
6.85
8.70
0.4
1.29
1.82740
1.00979
3.16
10.64
13.80
0.6
1.93
1.52550
0.75824
3.96
11.99
15.94
0.8
2.57
1.24464
0.54496
4.30
11.49
15.79
1
3.22
0.98937
0.36812
4.28
9.70
13.97
1.2
3.86
0.76271
0.22517
3.96
7.12
11.07
1.4
4.50
0.56618
0.1131
3.43
4.17
7.60
1.8
5.79
0.26212
-0.03292
2.04
-1.56
0.48
2.2
7.07
0.06360
-0.10009
0.60
-5.80
-5.20
2.6
8.36
-0.05501
-0.11731
-0.62
-8.04
-8.65
3
9.65
-0.12322
-0.10826
-1.60
-8.56
-10.15
3.5
11.25
-0.17527
-0.08343
-2.67
-7.69
-10.36
3.2.6桩身配筋计算及桩身材料截面强度验算
由上可知，最大弯矩发生在局部冲刷线以下z=1.55m处，该处
计算轴向力时，根据《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）第4.1.6条，恒载分项系数取1.2，汽车荷载分项系数取1.4，人群荷载分项系数取1.4；人群荷载组合系数取0.8，则

纵向钢筋的面积
桩内竖向钢筋按含筋率0.2%配置：

现选用12根Φ22的HRB335级钢筋：，
桩采用C20混凝土，
‚计算偏心距增大系数η
因为长细比：
所以偏心距增大系数：
其中：
ƒ计算截面实际偏心距

④根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62—2004）求轴向力偏心距

其中：r=0.85m，ρ=0.002，并设g=0.9，则

以下采用试算法列表计算
由表可见，当时，，与实际的很接近，故取0.71为计算值。
表3-2-4-1
ξ
A
B
C
D
(e0)(mm)
e0(mm)
(e0)/e0
0.7
1.81
0.65230
1.1294
1.44
0.33
0.32
1.03
0.71
1.84
0.64830
1.1876
1.40
0.32
0.32
1.01
0.72
1.87
0.64370
1.244
1.37
0.31
0.32
0.98
⑤截面承载力复核

满足要求。
根据受弯分布，桩基的钢筋骨架宜至桩底，如考虑分段配筋，在截面处为界：

按均质材料验算该截面应力：
截面面积
截面弹性抵抗矩
截面未出现拉应力，且小于，可在此处（z=0.07m）截面切除一半主钢筋。
⑥裂缝宽度计算
根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62—2004）第6.4.5条，圆形截面钢筋混凝土偏心受压构件，当按作用短期效应组合计算的截面受拉区最外缘钢筋应力，可不必验算裂缝宽度。

其中：
作用短期效应组合下桩身最大弯矩及最大弯矩位置位于局部冲刷线以下处，此位置所对应的
则
说明在作用短期效应组合下桩身弯矩最大截面最外缘钢筋处于受压状态，可不必验算裂缝宽度。
3.2.7柱顶纵向水平位移计算
桩在局部冲刷线处水平位移和转角：

因为z=0m，查附表的：所以
由
墩顶纵桥向水平位移的计算：
，查附表14和附表15得：。
由式中计算得：。
故由，得：。
四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）
(1)、王晓谋.基础工程.北京：人民交通出版社，2004
(2)、中华人民共和国行业标准.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTGD62-2004）.北京：人民交通出版社，2004
(3)、叶见曙.结构设计原理. 北京：人民交通出版社，2004
(4)、中华人民共和国行业标准.公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007 ）. 北京：人民交通出版社，2007
(5) 江祖铭等主编.墩台与基础.北京：人民交通出版社，1994
致谢
感谢指导老师在百忙中对我在设计中不理解内容的解答，为我顺利完成设计提供了莫大的帮助；感谢同学间的帮助，互相讨论，完成作业。接下来的学习生活中，我会继续努力，保质保量的完成老师交待的各项学习内容、作业。
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