夏開宗-基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)

1、橋梁基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)資料、基本資料1地質(zhì)及水文資料河床土質(zhì)為卵石土，粒徑 50-60mm約占60%, 20-30mm約占30%,石質(zhì)堅(jiān)硬，孔隙大部分由砂填充密實(shí)，卵石層深度達(dá)58.6m；地基比例系數(shù)m 120000kN/m4 （密實(shí)卵石）；地基承載力基本容許值 fa0 1000kPa；樁周土摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值qik 400kPa ；土的重度20.00kN / m3 （未計(jì)浮力）；土內(nèi)摩擦角 40：。地面（河床）標(biāo)高69.54m； 一般沖刷線標(biāo)高63.54m；最大沖刷線標(biāo)高60.85m；承臺底標(biāo)高67.54m；常水位標(biāo)高69.80m,如圖1。K乎訴I .圖1雙排樁計(jì)算例題圖2作用荷載上部為等跨30m的

2、鋼筋混凝土預(yù)應(yīng)力梁橋，荷載為縱向控制設(shè)計(jì)，作用于混凝土橋墩承臺頂面縱橋向的荷載如下永久作用及一孔可變作用（控制樁截面強(qiáng)度荷載）時(shí)：ZN=6757.40kN!H=320.60kN（制動(dòng)力及風(fēng)力）Wl=4617.30kN.m （豎直反力偏心距、制動(dòng)力、風(fēng)力等引起的彎矩 ）永久作用及二孔可變作用（控制樁入土深度荷載）時(shí)：ZN=7798kN3承臺尺寸：2.0m>9.8mX5.6mo擬定采用六根樁，設(shè)計(jì)直徑1.2m。樁身混凝土用20號，其受壓彈性模量日2.6 104Mpa ,承臺混凝土單位容重25.0KN /m3,采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，以沖抓錐施工。、設(shè)計(jì)依據(jù)規(guī)范1公路橋涵地基及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG

3、 D63-2007 ）2公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范（JTGD62-2004）、設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)滿足要求的群樁基礎(chǔ)，并形成圖紙與計(jì)算文件。計(jì)算文件包括以下內(nèi)容：1、選定樁徑、樁端持力層等；2、按最不利豎向荷載組合確頂樁長、并進(jìn)行單樁豎向容許承載力驗(yàn)算；3、計(jì)算樁土變形系數(shù)，判斷剛性樁或彈性樁；4、按最不利樁頂彎矩組合，計(jì)算樁身內(nèi)力并繪制樁身彎矩與剪力分布圖，確定地面下樁身最大彎矩值；5、樁身截面配鋼筋與強(qiáng)度驗(yàn)算，并計(jì)算鋼筋用量。6、繪圖、參考文獻(xiàn)1、基礎(chǔ)工程，北京：交通人民出版社，20082、凌治平，易經(jīng)武.基礎(chǔ)工程.北京：人民交通出版社，20033、朱浮聲.地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與計(jì)算.北京：

4、人民交通出版社，20054、葉見曙.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理.北京：人民交通出版社，20045、JTG D63-2007公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（含條文說明）設(shè)計(jì)計(jì)算書1 .作用荷載的計(jì)算1.1 永久作用及一孔可變作用(控制樁截面強(qiáng)度荷載)z Z 2.0 5.6 9.8 (25 9.8)N1N 7035.46kN6H320.60KNMi M 320.60 2 5258.50kN m1.2 永久作用及二孔可變作用(控制樁入土深度荷載)2 22.0 5.6 9.8 (25 9.8)N2 N 8076.06 kN2.根據(jù)單樁容許承載力擬定樁長2.1 選定樁徑，樁端持力層等樁徑選1.2m；樁端持力層為密實(shí)卵石層

5、fa。 500kpa ,2.2 樁長的計(jì)算按單樁容許承載力公路橋涵地基及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D63-2007 )經(jīng)驗(yàn)公式初步反算樁長，樁徑選取為1.2m。沖抓錐成孔直徑1.25m設(shè)樁埋入最大沖刷線以下深度為h, 一般沖刷線以下深度為h3 ,1 nNhRa-u qikli Apm0 fa0k2 2 h 3 r2 i 11.22r樁(直徑1.2 m)自重每延米q (25 9.8) 17.18kN , 即：41 .NhN l0 2qh 8076.06 (67.54 60.85) 17.18 0.5 17.18 h8190.99 8.59h上式中Ra 一單樁軸向受壓承載力容許值( kN),樁身自重與

6、置換土重(當(dāng)自重計(jì)入浮力時(shí)，置換土重也計(jì)入浮力）的差值為荷載考慮。u一樁的周長 u 1.25 3.925m 2 1.25 i 12AP一樁端截面面積（m ）,對于擴(kuò)底樁，取擴(kuò)底截面面積Ap 1.227m4n一土的層數(shù)，n 1li 一承臺底面或局部沖刷線以下各土層的厚度（m）,擴(kuò)孔部分不計(jì)li hqik 一與h對應(yīng)的各土層與樁側(cè)白摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值（ kPa）, qik 400kPaq.一樁端處土的承載力容許值，當(dāng)持力層為砂土、碎石土?xí)r，若計(jì)算值超過下列值，宜按下列值采用：粉砂 1000 kPa;細(xì)砂1150 kPa;中砂、粗砂、礫砂 1450 kPa;碎石土 2750 kPafa。一樁端處土的承載力

7、基本容許值（ kPa） fa0 1000kPah一樁端的埋置深度（m）,對于有沖刷的樁基，埋深由一般沖刷線起算； 對無沖刷的樁基，埋深由天然地面線或?qū)嶋H開挖后的地面線起算，h的計(jì)算值不大于 40m,當(dāng)大于 40m時(shí)，按40m計(jì)算。k2地基土容許承載力隨深度的修正系數(shù)k2 10.02一樁端以上各土層的加權(quán)平均重度（kN/m3）,若持力層在水位以下且不透水時(shí),不論樁端以上土層的透水性如何，一律取飽和重度；當(dāng)持力層為透水層時(shí)，則水3中部分土層取浮重度。2 9.8kN/m一修正系數(shù) 0.7m0清底系數(shù)m00.81 n所以：R -u qikli Apm0fa0 k2 2 h 313.925 400 h

8、1.227 0.8 0,7 1000 10 9.8 h 2,69 3 2666.245 852.338h Nh 8190.99 8.59h所以解得，h 8.92m現(xiàn)取h 9m ,樁底標(biāo)高為-51.85m,2.69為一般沖刷線到最大沖刷線的高度，取h 8m符合樁的軸向承載力符合要求。3,群樁結(jié)構(gòu)分析3.1 樁頂受力計(jì)算3.1.1 樁的計(jì)算寬度b1已知：L=2.0m； h1 =3 (d+1) =6.6 m;n=2, b2 =0.6d 1.0時(shí)，b1 Kf K d 0,9 d 1 K所以bi 0.9 1.0 1 0,767 1.381式中：Kf一樁形狀換算系數(shù)，即在受力方向?qū)⒏鞣N不同的截面形狀的樁寬

9、度，乘以Kf換算為相當(dāng)于矩形截面寬度K平行于水力作用方向的樁間的相互影響系數(shù)K b2 U2 U 0,8020.6h1d 一樁徑或垂直于水平外力H作用方向樁的寬度3.1.2 樁的變形系數(shù)=0.1017(m4) 64C20混凝土的受壓彈性模量Eh 2.6 107 Kpa120000 1.3812.08 1 07 0.101 7WJ E=0.80 X2.6 1 07 =2.08 1 07 KN/ m2; I=0.600樁在最大沖刷線以下深度h=11m,其計(jì)算長度則為:h h 0.600 9.0=5.4>2.5,故按彈性樁計(jì)算。3.1.3 樁頂剛度系數(shù)Ppp、Phh、Pmh、Pmm值的計(jì)算11l

10、0=6.69m; h=8m;-(根據(jù)公橋基規(guī)鉆挖孔樁米用-),22A=d =3.14 1.2 =1.1304 m2 , C0 m0h 1.2 105 9 1.08 1062d1.2Ahtan-3.14(2424440° 228 tan)12.69m，按樁中心距計(jì)算面4積， A0 - 3.22 8.038m2。故取：A0 8.038m2 4pp1I0 h 1A Eh C。 A。16.69 0.5 91.1304 2.6 10711.08 106 8.0382.016 106 0.953EI已知：hh 5.4( >4), 取 h=4, l I0 0.6 6.69 4.0 查教材基m

11、=0.67433礎(chǔ)工程附表 17、18、19 得：Xq =0.05989 Xm =0.1731233HH EIxq 0.6 0.05989 EI =0.0129EIMH2EIxm 0.62 0.17312EI =0.06232EImm EI m=0.6x0.67433EI=0.4046EI3.1.4按最不利樁頂彎矩組合，計(jì)算承臺底面原點(diǎn)O處位移ao、bo、 0 (單孔活載+恒載+制動(dòng)力等)N 7035.467382.43C0=n pp 1 0.953 EI EIn 22n MM PP x2 =6>0.4046EI +0.953 EI 6X1.62=17.0657EIi 1n HH 6&g

12、t;0.0129EI=0.0774EIn mh =6>0.06232EI=0.37392 EIn2 Mh 62 0.062322EI 2 0.1398( EI )2n17.0657EI 320.60 0.37392EI 5258.50 =ZZ -_ 2=0.0774EI 17.0657EI 0.1398(EI)(n MM PP X i ) H n MH M i 1 0n(2、2 2n hh n mm pp x i n mh i 16297.19EIn HH M n MH Hn HH ( n MMn 222ppXi) n mhi 10.0774EI 5258.50 0.37392EI 32

13、0.600.0774EI 17.0657EI 0.1398(EI )2446.103.1.5計(jì)算作用在每根樁頂上作用力PrQrM/7715669KN7382.43 446.10 _啜向力：p - pp c0i 0 =0.953EIEj1.6 El一 6355243KN水平力:Qi = HH a。一 MH彎矩：Mi =MM6297.19.446.10 .0 =0.0129EI 0.06232EI=53.43KNEIEI446.106297.19mh a0 =0.4046EI0.06232EI 1-EIEI211.949KN m校核：nQi 6 53.43 320.60H 320.60kNniPi

14、 nMi =3X7715.669 - 6355.243) %6+6 *211.949)=5258.40KN m i 1M 5258.50 nnPi =3X7715.669+6355.243)=42212.74N« N 7035.46 6KNi 13.2 計(jì)算最大沖刷線處樁身彎矩 M°,水平力Q0,及軸向力P0:M0 = Mi Qil0=-211.949KN m +53.43 6.69=145.497KN m Q°=53.43KN p0 =7715.669+1.1304 669 Q5-9.8)=7600.72KN3.3 最大沖刷線深度下沿樁身長度方向彎矩、剪力的計(jì)算

15、:由：Qz =0 得：CqM00.6 145.49701.63453.43由Cq =1.634 且h =5.4 ( >4)取h =4.0,查教材基石工程附表 13得4=0.8284 故 Zmax= 0.8284 1.381m0.6又由Zmax =0.860及h =5.4( >4 )取h=4.0,查教材基礎(chǔ)工程附表 13得Km =1.321 Mmax Km M0 =1.321X145.497=192.20 KN m采用無量綱法計(jì)算，由h=5.4>2.5,所以用摩察樁公式計(jì)算：一Q0M z Am M 0 BmQz Q0 AQM 0BQ一,Qn 53.43其中 = 89.05 Q0

16、=53.43KNM0 =145.497KN0.6Am、Bm、Aq、Bq的值查教材基礎(chǔ)工程附表 3、4、7、8 ,計(jì)算如下表：表1樁身長度方向彎矩、剪力的計(jì)算zzAmBmAqBqMzQz0.0000.00.000001.000001.000000.00000145.49753.4300.1670.10.099600.999740.98833-0.00753154.32852.1490.3330.20.196960.998060.95551-0.02795162.75448.5910.5000.30.290100.993820.90468-0.05820170.43143.2560.6670.40

17、.377390.986170.83898-0.09554177.09136.4860.8330.50.457520.974580.76145-0.13747182.54128.6831.0000.60.529380.958610.67486-0.18191186.61620.1771.1670.70.592280.938170.58201-0.22685189.24311.2931.3330.80.645610.913270.48522-0.27087190.3702.2791.5000.90.689260.884070.38689-0.31245190.008-6.6051.6671.00.

18、723050.850890.28901-0.35059188.190-15.1641.8331.10.747140.814100.19388-0.38443184.982-23.2012.0001.20.761830.774150.10153-0.41335180.477-30.6602.1671.30.767610.731610.01477-0.43690174.803-37.3512.3331.40.764980.68694-0.06586-0.45486168.069-43.2272.5001.50.754660.64081-0.13952-0.46715160.438-48.2402.

19、6671.60.737340.59373-0.20555-0.47378152.046-54.3432.8331.70.713810.54625-0.26359-0.47496143.043-55.5473.0001.80.684880.49889-0.31345-0.47103133.576-57.8683.1671.90.651390.45219-0.35501-0.46223123.799-59.3203.3332.00.614130.40658-0.38839-0.44914113.844-59.961zzAmBmAqBqMzQz3.6672.20.531600.32025-0.431

20、74-0.4117993.934-59.0164.0002.40.443340.24262-0.44647-0.3631274.780-55.5554.3332.60.354580.17546-0.43651-0.3073257.104-50.1514.6672.80.269960.11979-0.40641-0.2485341.469-43.4115.0003.00.193050.07595-0.36065-0.1905228.242-35.9025.8333.50.050810.01354-0.19975-0.016726.495-12.1326.6674.00.000050.00009-

21、0.00002-0.000450.018-0.040口 Ju西力圖圖2樁身長度方向彎矩、剪力圖3.4樁頂縱向水平位移驗(yàn)算：樁在最大沖刷線處水平位移X0和轉(zhuǎn)角0的計(jì)算:由 Z =0h=5.4> 4 取 h=4 查教材基礎(chǔ)工程附表1、2、5、6得:Ax =2.44066A =-1.6210Bx =1.6210B =-1.75058Q0 x0 Ax3EI53.43 2.44066 370.62.08 100.1017M0 Q2Bx2ei145.497 1.621=2_70.62.08 100.1017=0.801mm<6mm符合規(guī)范要求QoEI EI145.497一2阻% ( 1.621

22、0)0.62 2.08 107 0.10170.6 2.08 107 0.1017(1.75058)= 3.144 10 * 4 rad樁頂縱向水平位移驗(yàn)算:由 h=5.4>4,取 4,l l00.6 5.4 3.24,由附表 14、15 可查得：A+ =42.69124A1 = Bx1 =12.54773B 1 =4.99058XiQ0_AM0 B3EI x 2EI Xi1/ 53.43 42.6912427( 145.497 12.54773) =7.39mm0.62 2.08 107 0.10170.6Q。AJM0.B02EI 1 EI 11/ 53.43 12.547733,7(

23、 145.497 4.99) =-1.45 10 rad 0.6 2.08 107 0.10170.6樁頂?shù)目v向水平位移Xi7.39mm水平位移的容許值0.530 2.74cm =27.4mm>7.39mm,符合要求。4.樁身截面的配筋計(jì)算及截面強(qiáng)度的校核4.1 各種參數(shù)及系數(shù)的計(jì)算最大彎矩發(fā)生在最大沖刷線以下Zmax1.381m處，該處 M max 192.20KN m計(jì)算樁最大彎矩控制截面的軸向力式中1NjPiq M ” ZmaxqikzmaxNj控制截面的軸向力;Pi單樁樁頂最大豎向力，已求出Pi7035.46 KN ；q 樁每延米的自重（包括浮力）1 22qik 樁周土摩阻力標(biāo)準(zhǔn)

24、值，已知qik400Kpac沖抓錐成孔面周長，c d1.25 3.925m所以，計(jì)算得：Nj 7035.46 17.18 6.69 0.5 17.18 1.381 400 3.925 1.381 4994.09KNMj 192.20kN mNj192.204994.090.0385m 38.5mm樁的半徑r=1200/2=600mm,混凝土保護(hù)層取as 80mm則 rs 520mm,grs/r 520/600 0.867樁的長細(xì)比：b I569 13.08 >4.4，應(yīng)考慮偏心距增大系數(shù)d 1.2e038.51 0.2 2.7 里 0.2 2.7 0.293h01120l015.69 彳

25、 彳2 1.15 0.01 1.15 0.01 1.019>1h1.22 = 11400e0/hg2l0 h215.691400 38.5/11201.00.293 1 2.499e0 2.499 38.5 96.21mm4.2 計(jì)算配筋率采用C20混凝土，鋼筋擬采用HRB335鋼筋，即：fcd 9.2MPafsd 280MPa ,計(jì)算受壓區(qū)高度系數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式得：fcdBr A( e0)9.2fsdC( e。) Dgr 28022 -Nu Ar fcd C r fsd600B 96.21A96.21C 0.867 600 D5520 B 885.132 A26938.8C 14565

26、6DA(0.6)2 9.2 103 C (0.6)2 280 106 3312A 100800C采用試算法列表計(jì)算，根據(jù)規(guī)范，系數(shù) A、B、C、D查附表所得:表2受壓區(qū)高度的計(jì)算aBCDNu(kN)Nj(kN)Nu/Ni0.751.96810.62711.40301.2706-0.011684867.124994.090.970.761.99940.62061.45291.2392-0.011714906.354994.090.980.772.03060.61361.50131.2086-0.011724951.164994.090.990.782.06170.60611.54821.1787

27、-0.011705002.404994.091.000.792.09260.59821.59381.1496-0.011645060.674994.091.010.802.12340.58981.63811.1212-0.011555126.024994.091.03由表中計(jì)算可見，當(dāng)=1.00時(shí)，計(jì)算縱向力Nu與設(shè)計(jì)值Nj相近，且大于設(shè)計(jì)值。且強(qiáng)度不要求配筋.現(xiàn)按構(gòu)造要求?。?.5% （全部縱向鋼筋）。4.3 配筋并繪制基樁構(gòu)造及鋼筋布置圖鋼筋的面積為：_2. _2 2As - 1.20.5%. 5652mm4現(xiàn)選用12根_=25的HRB335鋼筋，鋼筋的面積為：As=5888 mm2；實(shí)際

28、配筋率為：5888/冗（6002 0.52%圖3樁基配筋構(gòu)造圖4.4 對截面進(jìn)行強(qiáng)度復(fù)核在垂直于彎矩作用平面內(nèi)長細(xì)比lo/d 15.69/1.2 13.08,故穩(wěn)定系數(shù)0.9356 ；混凝土截面積為ACd2/4 1130400mm2,實(shí)際縱向鋼筋面積 AS=5888mm2；,則在垂直于彎矩作用平面的承載力為： ,Nu 0.9 (fcdA f sdAs)0.9 0.9536 ( 9.2 1 03 1.1304 280 1 03 0.005888)10340.35KN > ( 4994.09 KN )在彎矩作用平面內(nèi)，根據(jù)公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范JTG D632007求得：e。BQ D g

29、fsd rAfCd C fsd9.2B 0.005 0.867 280D (6009.2A 0.005 280C9.2B 1.2138D 6009.2A 1.4C以下采用試算法列表計(jì)算，各系數(shù)查規(guī)范得:表3求的計(jì)算值A(chǔ)BCD(e)(mm)e0(mm)(e0)/ e00.942.53430.42952.14330.7847111.8196.211.16210.952.56180.41552.17260.7645107.1196.211.11330.962.58900.40112.20120.7446102.4696.211.06500.972.61580.38652.22900.725197.9

30、096.211.0180.982.64240.37172.25610.706193.4296.210.9710.992.66850.35662.28250.687488.9996.210.925由計(jì)算表可見，當(dāng) =1.018時(shí)，(e0) 97.90mm,與設(shè)計(jì)的e0 96.21mm很接近，故取 =1.018為計(jì)算值、在彎矩作用平面內(nèi)的承載力為：22 -Nu Ar fcd C r fsd23232.6158 0.59.2 102.2290 0.005 0.867 0.5280 106692.73KN > N ( 4994.09 KN )33'M U Br fcd Dpgr f sd

31、33330.3865 0.6 9.2 100.7251 0.005 0.867 0.6280 10958.16(KN m) > M j 192.20(KN m)綜上計(jì)算，均滿足要求5承臺的強(qiáng)度檢驗(yàn)5.1承臺沖切承載力驗(yàn)算對于圓形截面樁換算為邊長等于0.8倍的圓柱直徑的方形樁，即a 0.8d 0.96m；取 h0 2.0 0.1 1.9m其向上沖切承臺的沖切承載力按下列規(guī)定計(jì)算：角樁'ay、'ax、°Fld 0.6 ftdh0apx(by-) apy(bx 1)a px0.8x 0.2apy0.8y 0.2式中：Fid 一角樁豎向力設(shè)計(jì)值,F1d 8076.06K

32、N ；bx、by 一承臺邊緣至樁內(nèi)邊緣的水平距離，根據(jù)上尺寸圖,計(jì)算得 bx 1.68m、bv 1.68mxyax、ay 一沖跨，為樁邊緣至相應(yīng)柱或墩臺邊緣的水平距離，其值不應(yīng)大于h0,這里取 ax ay 0.2h0 0.38m；y沖跨比，xax/h0 0.2, y ay/h0 0.2apxapy 一分別與沖跨比 xy對應(yīng)的沖切承載力系數(shù)。0.80.8apx x 0.20.2 0.20.8apy py y 0.220.2 0.2根據(jù)安全等級為二級進(jìn)行驗(yàn)算,所以,八ay、,八ax、r0.6 ftdh0apx(by )apy(bx)0.6 1.06 106 1.9 2 1.68 + 0.38/2

33、+ 2 1.68 + 0.38/29038.83KNr0F1d( 1.0 8076.06 8076.06KN )所以，角樁滿足要求邊樁滿足bp 2h0 4.76m b( 5.6m),進(jìn)行下式驗(yàn)算： (°F1d0.6ftdh0apx(bp h°) 0.667 (2bx a*)式中：Fid 一邊樁豎向力設(shè)計(jì)值;bx 一承臺邊緣至樁內(nèi)邊緣的水平距離;bp一方樁的邊長;0.6ftdAapx(bp ho) 0.667 (2bx a*) 6_-0.6 1.06 101.9 2 (0.96 1.9) 0.667 (2 1.68 0.38)0.6 1.06 106 1.9 2 0.8 1.9 0.667 2 1.6 0.389926.50KNr0Fld(1.0 8076.06 8076.06KN)5.2承臺抗彎驗(yàn)算Mycd Nidyci8076.06 (3.7 3.5) 4 6