基础工程双柱式桥墩钻孔灌注桩课程设计

第1页目录1设计任务书…………………………………………31.1设计目的………………………………………31.2设计任务………………………………………31.2.1设计资料…………………………………31.2.2地质资料…………………………………31.2.3材料………………………………………41.2.4基础方案…………………………………41.2.5计算荷载…………………………………41.2.6设计要求…………………………………61.3时间及进度安排………………………………61.4建议参考资料…………………………………62设计指导书…………………………………………82.1拟定尺寸………………………………………82.2荷载设计及荷载组合…………………………82.2.1荷载计算…………………………………82.2.2桩顶荷载计算及桩顶荷载组合…………82.3桩基设计计算与验算…………………………102.3.1桩长确定及单桩承载能力验算…………102.3.2桩身内力及配筋计算……………………112.3.3单桩水平位移及墩台水平位移验算……123设计计算书…………………………………………13第2页3.1设计拟定尺寸…………………………………133.2荷载计算及荷载组合…………………………133.3桩基设计计算与验算…………………………143.3.1承载能力极限状态荷载组合……………143.3.2正常使用极限状态荷载组合……………173.4桩基设计与验算………………………………203.4.1桩长与单桩承载力验算…………………203.4.2桩的内力计算……………………………213.4.3桩身配筋计算……………………………244钢筋构造图…………………………………………294.1钢筋用量计算…………………………………294.1.1纵筋用量计算……………………………294.1.2普通箍筋用量计算………………………294.1.3横系梁主筋用量计算……………………294.1.4横系梁箍筋用量计算……………………294.1.5加劲箍筋用量计算………………………294.1.6定位钢筋用量计算………………………304.1.7伸入横系梁箍筋用量计算………………304.1.8钢筋总用量………………………………304.2配筋图…………………………………………304.3三视图…………………………………………304参考文献………………………………………………31第3页1双柱式桥墩钻孔灌注桩设计任务书1.1设计目的：通过本课程设计，掌握承受竖向和水平力作用的单排桩基础的设计与计算，对相应规范有一定的了解。1.2设计任务：1.2.1设计资料：我国某公路桥墩采用桩（柱）式桥墩，初步拟定尺寸如下图所示。其上部结构为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800109008007001850700500015001500局部冲刷线35.0041.08一般冲刷线39.78最低水位常水位43.80第4页极限摩阻力τ=40kPa；标高30.00米以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基础方案：该桥墩基础由两根钻孔桩组成，旋转成孔。（钻头直径（即桩的设计直径）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，在局部冲刷线处设置横系梁。）1.2.5计算荷载①一跨上部结构自重G1（见下表）②盖梁自重G2③局部冲刷线以上一根桩重G3最低水位：，常水位：④桩自重G4⑤横系梁自重G5⑥汽车荷载－Ⅱ级（活载）在墩柱顶的反力双孔布载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的分配影响。第5页G7在顺桥向引起的弯矩(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：盖梁部分W1(见下表),对桩顶力臂为11.62m。墩身部分W2(见下表),对桩顶力臂为4.96m。荷载分组编号（学号个位）G1G7M荷载分组编号（学号十位）W1kNkNmkNkN1241540013505.22241540013515.23241539013525.44243540013535.852435400135荷载分组编号（学号百位）W262435390135kN7243539013513.08245040013523.29245040013502450390135第6页1.2.6设计要求①确定桩的长度，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的截面和相应轴力，配置钢筋，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全部设计计算工作、设计计算书编写在一周内完成（按五天计），严禁相互抄袭。⑥全部设计文件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相关参考书、设计规范：0.5天2）荷载计算及组合：0.5天3）桩长确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）完成设计说明书：1天7）完成设计图纸。1.天1.4建议参考资料第7页ⅰ规范：《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）《道路工程制图标准》（GB50162-92）ⅱ《结构设计原理》凌治平主编，人民交通出版社ⅲ《基础工程》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《墩台与基础》，人民交通出版社第8页2单排桩基础课程设计指导书2.1拟定尺寸桩径：参考选择范围：1.2m~1.6m。桩长：据所选定的持力层选择。摩擦桩的桩长不应小于4m，桩底端部应尽可能达到该土层的桩端阻力的临界深度。一般不宜小于1m。横系梁：梁高取（0.8~1.0）d；梁宽取（0.6~1.0）d。详见《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTGD63-2007)第5.2.5条第3款2.2荷载计算及荷载组合2.2.1荷载计算浮力的考虑参见《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）第4.2.4条墩柱自重应考虑常水位和最低水位两种情况。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》（JTGD60-2004）第4.1有关条款及《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTGD63-2007)第1.0.5条~1.0.11条有关条款。可列表计算第9页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+G52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+21+31+2+4+5NmaxHMNHMmax1+3+4+5NmaxHMNHMmax最低水位荷载组合第10页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+21+31+2+4+5NmaxHMNHMmax1+3+4+5NmaxHMNHMmax2.3桩基设计计算与验算2.3.1桩长确定及单桩承载能力验算桩长的计算可以根据持力层位置拟定，再根据单桩容许承载力的验算来修正，也可以根据单桩单桩承载力的验算公式反算桩长。地基承载能力验算根据《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTGD63-2007)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的荷载组合作为控制荷载。𝑁𝑚𝑎𝑥+𝐺≤𝛾𝑅[𝑅𝑎]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）的差值第11页—地基承载力容许值抗力系数。按《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTGD63-2007)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)计算桩的计算宽度圆形截面桩：𝑏𝑡=(𝑑+1)×0.9(2)计算桩土变形系数，并判断桩是否为弹性桩(3)计算最大冲刷线处桩顶荷载按《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTGD63-2007)第1.0.5条规定基础结构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然组合（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的工况进行验算。(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）ZZZhhmAmBmAH0mBM0ZM第12页ZZZhhqAqBqAH0qBM0ZQ(5)配筋计算a．桩身最大弯矩值及其相应的截面位置的确定可由桩身弯矩图（用坐标纸绘制）确定（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《结构设计原理》有关偏心受压构件强度计算部分。最大弯矩及相应轴力应取设计值，要考虑荷载分项系数。桩基构造要求详见《公桥基规》第5.2.2条及5.2.5条第3款有关规定。钢筋布置要考虑：（1）主筋钢种、直径，与承台的联结方式及主筋的截断；（2）箍筋的直径、间距，加强筋的设置。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，要求。墩台顶水平位移验算参照教材有关章节。第13页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：1.2m3.2荷载计算①两跨上部结构自重𝐺1=2435𝐾𝑁②盖梁自重𝐺2=1.85×(1.5+5.0+1.5)×0.8×25+0.5×(8+6)×0.7×1.85×25=522.625𝐾𝑁③冲刷线以上每根桩自重最低水位时：𝐺3=(𝜋×0.52×4.78×15)+[𝜋×0.52×(10.9−4.78)×25]=176.390𝐾𝑁常水位时：𝐺3‘=(𝜋×0.52×2.1×25)+(𝜋×0.52×8.8×15)=144.833KN④桩自重（每延米）：𝛾1sat=𝛾(𝐺𝑠−1)𝐺𝑠(1+𝜔)+𝛾𝜔=18.5×(2.7−1)2.7×(1+0.21)+10=19.627𝐾𝑁/𝑚3𝛾1’=𝛾1sat−𝛾𝜔=9.627𝐾𝑁/𝑚3𝛾2′=𝛾(𝐺𝑠−1)𝐺𝑠(1+𝜔)=19.5×(2.7−1)2.7×(1+0.178)=10.423𝐾𝑁/𝑚3第一层：𝐺4=𝜋/4×1.52×(15−9.627)=9.490𝐾𝑁/𝑚第14页第二层：𝐺4=𝜋/4×1.52×(15−10.423)=8.084𝐾𝑁/𝑚⑤横系梁：𝐺5=(0.8𝑑×0.8𝑑×3.5)×1.5=75.6𝐾𝑁⑥汽车荷载（公路II级）：双孔：𝐺6=536.68𝐾𝑁单孔：𝐺7=400𝐾𝑁M=135KN∙m⑦水平荷载：制动力：T=45.00KNM=567KN∙m风力：�