哈工大威海桥梁基础工程课程设计

HHaarrbbiinnIInnssttiittuutteeooffTTeecchhnnoollooggyy桥桥梁梁基基础础工工程程课课程程设设计计院系：土木工程系班级：设计者：学号：指导教师：设计时间：年月哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学课程设计任务书哈尔滨工业大学课程设计任务书姓名：院（系）：土木工程系专业：班级：任务起至日期：31年月日至年月日课程设计题目：某公路桥2号桥墩的基础与地基设计工程概况本设计对象为某I级公路干线上的桥梁，该桥由5跨23m预应力钢筋混凝土梁组成，桥墩为混凝土实体桥墩，该桥位于直线平坡段上，与河流正交，该地区无流冰及地震，该河道不通航。该桥梁的上部结构及桥墩部分设计已经完成，其墩帽宽δ=3.2m，墩帽长b=8.7m，墩帽厚d=0.52m，墩帽重度25kN/m3；墩身坡m:1=20:1，墩身重度25kN/m3；墩帽顶面标高145.32m，墩帽尺寸简图及墩身坡度见图1。图1墩帽尺寸（单位：mm）工程地质和水文地质表1土的物理力学性质表土的名称层厚(m)饱和容重rsat内摩擦角φ粘聚力C(kPa)mkN/m4侧摩阻力标准值qik（kPa）基本允许承载力[fa0](kPa)细砂2.019.5340°/1500050270粉砂4.519.0133°/1600050190中砂19.6645°/2000060370哈尔滨工业大学课程设计任务书水文情况：设计水位：142.0m最低水位：130.5m河床：128.0m一般冲刷深度：127.0m局部冲刷深度：124.0m荷载情况上部结构为23m预应力钢筋混凝土梁，桥面净宽7m＋2×0.75m，设计汽车荷载为公路I级，人群荷载标准值为3.0kN/m2。因桥墩为实体墩故不计冲击力，同时因为线路为直线也不计离心力。以顺桥向计算为主，计得至墩台顶的各作用标准值见表2。表2墩台顶各作用标准值荷载情况P/kNH/kNM/(kN·m)结构重力(两跨)2097.60.00.0汽车双列双孔1073.70.069.0人群双孔103.50.00.0汽车双列单孔837.10.0192.5人群单孔51.80.011.9单孔制动力0.0165.00.0风压强度：1.25kPa。设计要求1．综合分析设计资料，对三种常用的桥梁基础类型（刚性扩大基础、桩基础和沉井基础）的技术合理性进行比较（限于课时，本次课程设计不考虑造价因素），选择较为合理的基础方案。2．对选定的基础方案进行详细设计。3．将以上全部成果整理成设计计算说明书和设计施工图。参考文献1.公路桥涵地基与基础设计规范JTGD63—20072.盛洪飞.桥梁墩台与基础工程（修订版）.哈尔滨工业大学出版社哈尔滨工业大学课程设计任务书-1-一、桩基的设计（一）承台尺寸的确定1．承台底面的标高：128.50m由于承台地面必须一直在水下，则设计承台顶部的标高和最低水位相同。2．承台高度的确定：选用C30混凝土，厚度选用2.0m。承台板的厚度不宜小于1.5m，混凝土强度等级不得低于C25。3．承台平面尺寸的确定：承台长为12m，宽为6.0m已知墩帽顶面标高为145.32m。墩帽的长为8.7m，宽为3.2m，墩身坡为20:1。承台底面标高为128.50m，承台厚度为2.0m。即承台顶面标高为130.5m。墩身高为145.320.52130.5014.3m由此可计算得出，墩身底面长度为8.5+2(14.3/20)=9.93m，宽度为4.93m。考虑材料刚性角要求，选取墩底加襟边2tan452c。故选取承台长为12m，宽为6.0m。（二）作用在承台底面重心处的荷载设计1．主力：包括恒载（包括浮力）、活载、冲击力和离心力，因为桥墩为实体故不计冲击力，同时当线路为直线也不计离心力。①垂直静载(结构重力+墩帽重+墩身重+承台重+承台台阶上土重)（1）结构重力：2097.6kN（2）墩帽重：333.32kN墩帽重2=d[（b-2）+]24423.23.143.2=0.5225[3.2(8.7-2)+]2=333.32kN（3）墩身重：10934.22kN墩身体积1212()AAAAHV=3哈尔滨工业大学课程设计任务书-2-其中，墩身顶部面积2111111b4A2213.143.08.53.03.0=23.57m4墩身底部面积2222221b4A2213.144.939.934.934.93=43.73m4故墩身体积V=314.3(23.5743.7523.5743.75)475.40m3墩身重475.402310934.22VkN（4）承台重：3600kN承台体积31262144mV承台重144253600kNV（5）承台台阶上土重：0因承台底面标高处于施工水位上，承台台阶上没有土层覆盖，故承台台阶上土重为0。②浮力常水位时：浮力1411.2kNF承台完全处于水位线以下。对于承台：31262144mV19.81441411.2kNFgV高水位时：浮力4784.33kNF承台和部分墩身处于水位线以下。对于承台：31262144mV19.81441411.2kNFgV对于墩身：1212'('')3HVAAAA，其中，'11.5Hm，'211111221'b'''413.143.78(9.653.78)3.78433.405mA哈尔滨工业大学课程设计任务书-3-222222221b413.144.939.934.934.934=26.585mA故311.5(33.40526.58533.40526.585)344.20m3V29.8344.203373.13kNFgV综上，123373.131411.24784.33kNFFF③活荷载一孔活载：车辆837.1kN，人群51.8kN二孔活载：车辆1373.7kN,人群103.5kN2．附加力：①制动力：165kN②风力（忽略横向风力，只考虑纵向风力）从不利荷载考虑，包括常水位和高水位时的风荷载：风压强度为：1.25kPa墩帽：118.70.521.255.655kN,5.6550.2616.393.647kNmpM墩身：常水位时：墩身一部分位于水平面以上，此时28.70.29.9314.3131.77m2A2131.771.25164.72kNP，2164.727.151177.734MkNm高水位时：332.8(8.70.28.78)1.2530.24kN30.241.442.336kNm2Mp3、作用力系表(考虑主力和纵向的附加力)哈尔滨工业大学课程设计任务书-4-表1承台底面重心处荷载组合计算表荷载类型双跨布载，高水位双跨布载，常水位单跨布载，高水位单跨布载，常水位NH力臂MNH力臂MNH力臂MNH力臂M上部结构重力2097.62097.61073.71073.7墩帽自重333.32333.32333.32333.32墩身自重10934.2210934.2210934.2210934.22承台自重3600360036003600水浮力-4784.33-1411.2-4784.33-1411.2汽车荷载1073.7691073.769837.1192.5837.1192.5人群荷载103.5103.551.811.951.811.9制动力16516.52940.316517.822940.316517.822940.316517.822940.3风荷载墩帽5.6516.5693.6475.6516.5693.6475.6516.5693.6475.6516.5693.647墩身30.241.442.336164.747.151177.73430.241.442.336164.747.151177.734承台短期效应组合N13035.916409.03311794.6815164.81H191.92292.79191.92292.79M3042.293893.843042.293893.84哈尔滨工业大学课程设计任务书-5-二、桩的设计1、桩材选择：根据本工程的特点，选择钢筋混凝土钻孔灌注桩。2、桩径：初步选定桩径为1.2m，成孔桩径1.25m。3、桩长和桩数的估算：根据构造措施，钻孔中径不小于2.50m，边桩外侧距承台边缘的距离不小于0.5倍桩径。设置8根桩，行列式排列，布置图如下：该地基土由三层土组成，根据《公路基规》中确定单桩轴向受压承载力容许值的经验公式初步反算桩长。设该灌注桩局部冲刷线以下的桩长为良好地基，则由轴向受压承载力要求得：2-[]yiiRaiMxNNRnx桩身自重置换土重（局部冲刷线以下）Ni为一根桩受到全部竖向荷载，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）的差值作为荷载考虑。采用正常使用极限状态的短期效应组合，各系数取值如下：桩身混凝土重度：325/kNm每米桩重（考虑浮力）：22()1.2(2510)16.96/44wqdkNm上层土的有效重度为：319.53109.53KN/m厚度：2m中层土的有效重度为：319.01109.01KN/m厚度：4.5m底层土的有效重度为：319.66109.66KN/m厚度：4.5m1503003003001501503001501200600哈尔滨工业大学课程设计任务书-6-桩身截面积为：2221.21.13m44Ad桩的自由长度：0l桩顶标高-局部冲刷线标高=128.5-124.0=4.5m桩数：8当两跨布载，常水位时2max0216409.0331.2511.78(4.5)9.012.51.3893139.66(2..842203.5)1.13881.253210.86(+h)2(2)yiihhhMxNNqlAhAnx当单跨布载，常水位时max022(+h)-2(2)11260.413209.841.2511.78(4.5)9.012.51.139.66(2.5)1.13881542.7721.250.86yiiMxNNqlAhAnxhhhR为单桩轴向受压容许承载力的抗力系数，按《公桥规基》表5.3.7选用。因计算使用阶段，短期效应组合，荷载仅包括结构自重、汽车和人群荷载，所以，1R。aR为摩擦桩—钻孔灌注桩的单桩轴向受压承载力容许值112naikipriRuqlAq00223(3)raqmfkh桩的设计直径d=1.0m,采用旋转钻施工，5cmd，则（1）桩周长：1.23.77mu（2）桩端面积：221.441.13m44Ad（3）清底系数：00.8m（4）修正系数λ，按4~20Ld，桩端为透水性土选用，λ=0.70（5）0af为桩端土的承载力基本容许值，第三层土0370kPaaf（6）2k为承载力容许值随深度的修正系数，中密中砂取24.0k（7）2为桩端至一般冲刷线各土层的加权平均重度，当持力层为透水性土哈尔滨工业大学课程设计任务书-7-时，水中部分土层取浮重度。近似取#3号土的浮重度：3219.66109.66KN/m（8）3h为桩端的埋置深度，对有冲刷的桩基，埋深由一般冲刷线起算33hh单桩轴向容许承载力：002231(3)2aikipaRuqlAmfkh13.77502.5602.5+1.130.80.737049.66332hh187.01137.55h（k