中南大學(xué)基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì).doc

中南大學(xué)基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)書(shū)題 目：鐵路橋墩樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)姓 名：xx 學(xué) 號(hào)：xx班 級(jí)： xx班指導(dǎo)老師： 鄭國(guó)勇2014年9月目 錄 第一部分 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1第二部分 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)31 33一、基本概況4二、設(shè)計(jì)依據(jù)4三、設(shè)計(jì)方案4四、施工建議5第三部分 設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)6一、擬定尺寸7二、樁的布置及樁的連接方式8三、承臺(tái)底面形心處位移計(jì)算12四、墩身彈性水平位移計(jì)算15五、樁基檢算11參考文獻(xiàn)21第一部分基礎(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)一、設(shè)計(jì)資料1. 線路：雙線、直線、坡度4、線間距5m，雙塊 式無(wú)砟軌道及雙側(cè)1.7m寬人行道，其重量為44.4kN/m。2. 橋跨：等跨L=31.1m無(wú)砟橋面單箱單室預(yù)應(yīng)力混凝土梁，梁全長(zhǎng)32.6m，梁端縫0.1m；梁高3m，梁寬13.4m，每孔梁重8530kN，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。3. 建筑材料：支承墊石、頂帽、托盤(pán)采用C40鋼筋混凝土，墩身采用C30混凝土，樁身采用C30混凝土。4. 地質(zhì)及地下水位情況：標(biāo)高（m）地質(zhì)情況厚度（m）36.7936.29耕地0.536.2930.79軟塑砂粘土5.530.7921.29粉 砂9.521.2919.89淤泥質(zhì)砂粘土(松軟)1.419.89-3.51細(xì)砂(中密)23.4-3.51-12.31粗砂(中密)8.8-12.31-22.31中砂(中密)10.0-22.31-29.31礫砂（中密）7.0-29.31-46.31硬塑粘土17.0土層平均重度，土層平均內(nèi)摩擦角。地下水位標(biāo)高：30.5m。5. 標(biāo)高：梁頂標(biāo)高+53.483m，墩底35.81m。6. 風(fēng)力：(橋上有車(chē))。7. 橋墩尺寸：如圖1。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：，三、設(shè)計(jì)要求1. 選定樁的類(lèi)型和施工方法，確定樁的材料、樁長(zhǎng)、樁數(shù)及樁的排列。2. 檢算項(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) 墩頂水平位移檢算 （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)明書(shū)和計(jì)算書(shū) 一份(2) 設(shè)計(jì)圖（A3紙, 最好是手工圖) 一張四、附加說(shuō)明1. 如布樁需要，可變更圖1中承臺(tái)尺寸；2. 任務(wù)書(shū)中荷載系按圖1尺寸進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果，如承臺(tái)尺寸變更，應(yīng)對(duì)其豎向荷載進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。五、參考資料1. 鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（TB 10002.5-2005）2. 鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范（TB 10002.1-2005）3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（TB 10002.3-2005）4. 鐵路橋涵混凝土和砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（TB 10002.4-2005）5. 橋梁工程邵旭東主編，人民交通出版社，2008年圖1 橋墩及承臺(tái)尺寸示意圖第二部分 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L=31.1m，梁全長(zhǎng)32.6m，梁端縫。軌底至梁底3.7m，梁底至支座鉸中心，一孔梁總重8530KN。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，對(duì)樁臺(tái)進(jìn)行檢算使其承載力和變位滿(mǎn)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 （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)鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范TB1002.5-2005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TB1002.3-2005三、設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)采用鉆孔灌注樁，樁身采用C30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)43m，樁端進(jìn)入持力層深度2.3m，標(biāo)高26.7m。確定樁數(shù)為8根兩排，對(duì)稱(chēng)布置，樁列間中心距3.0m，排間中心距3.0m。地基容許承載力659kPa，單樁容許承載力3464.53kN。墩頂水平位移4.672mm，容許水平位移為31.62mm。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57.215kN.m，選用2016的I級(jí)鋼筋，鋼筋面積。鋼筋采用環(huán)形對(duì)稱(chēng)布置，凈保護(hù)層厚度60mm，主筋凈距為135.717mm。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0.8m。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16。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?chē)牡鼗两档挠^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循環(huán)法。第三部分 設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)一、基礎(chǔ)尺寸的確定1. 樁身及承臺(tái)均采用30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，鉆孔機(jī)具為直徑100cm的旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)。3. 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1.50m，從承臺(tái)底面標(biāo)高為33.31m，則取樁長(zhǎng)。樁底標(biāo)高為-6.69m，樁端進(jìn)入持力層的深度為3.18m。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， 圖2由于樁側(cè)土為不同土層，應(yīng)采用各土層容 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)表4.1.2-3，地基的基本承載力，深度修正系數(shù)，。故： 土質(zhì)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2.5235粉砂9.545淤泥質(zhì)砂粘土1.425細(xì)砂（中密）23.450粗砂（中密）3.1880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)6.3.2規(guī)定：鉆孔灌注樁中心距不應(yīng)小于2.5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(mǎn)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)底面形心處位移計(jì)算1. 設(shè)計(jì)荷載： 雙線、縱向、二孔重載： N=18629.07KN, H=341.5KN , M=4671.75 KN.m 雙線、縱向、一孔重載： N=17534.94KN, H=341.5KN , M=4762.57 KN.m 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C30混凝土受壓彈性模量 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，樁群對(duì)稱(chēng)布置，則有：化簡(jiǎn)后可得：（1）荷載情況1：雙線、縱向、二孔重載 N=18629.07 KN, H=341.5 KN, M=4671.75（2）荷載情況2：雙線、縱向、一孔重載 N=17534.94KN, H=341.5KN, M=4762.57 =m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(chē)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 H=253.44KN, M=893.16（2）墩帽所受風(fēng)力：作用點(diǎn)離墩帽底面的距離為（3）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: 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墩身5-5墩頂彎矩893.16893.16893.16893.16893.16893.16墩頂水平力152.064532.2241292.5442052.8642813.1843325.133墩帽風(fēng)力1.086.4817.2828.0838.8846.152托盤(pán)風(fēng)力06.02929.42952.82976.22991.985墩身風(fēng)力1-20021.31364.225107.137136.0312-300021.88865.66495.143-4000022.3252.378墩身風(fēng)力4-50000010.283總計(jì)1046.3041437.8932253.7263113.0464016.5744650.2622、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1845.81033.6117.20755.1623 2-3段2683.38636.619.56475.86943-4段3564.8139.622.15216.64564-5段4333.4182.0212.1124.49447.3483總 計(jì)注：（1）墩身為C30混凝土：；（2）：分段高度；（3）：分段水平力作用點(diǎn)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） N=18629.07KN， ，則樁頂內(nèi)力： 樁身C30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(mǎn)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：H=2.5+12+1.5+0.6=16.6m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0001v0.20.5090.1970.9981.173 55.638 56.812 0.41.0180.3770.9862.246 54.970 57.215 0.61.5270.5290.9593.152 53.464 56.616 0.82.0360.6460.9133.848 50.900 54.748 1.02.5450.7230.8514.306 47.444 51.750 1.23.0530.7620.7744.540 43.151 47.690 1.43.5620.7650.6874.557 38.300 42.858 1.64.0710.7370.5944.390 33.116 37.506 1.84.5800.6850.4994.080 27.819 31.899 2.05.0890.6140.4073.657 22.690 26.347 2.25.5980.5320.323.417 17.840 21.257 2.46.1070.4430.2432.639 13.547 16.186 2.66.6160.3550.1752.114 9.756 11.870 2.87.1250.270.121.609 6.690 8.300 3.07.6340.1930.0761.150 4.237 5.387 3.58.9060.0510.0140.304 0.780 1.084 4.010.17800000由表知： （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=0.6（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)層不應(yīng)小于60mm。在滿(mǎn)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C30，根據(jù)橋規(guī)規(guī)定，取=0.5%,則選用2016的I級(jí)鋼筋，取凈保護(hù)層厚度，