中南大学基础工程课程设计

中南大学基础工程课程设计题目：铁路桥墩桩基础设计姓名：学号：班级：指导老师：2014年9月22日2I基础工程课程设计任务书——铁路桥墩桩基础设计一、设计资料1.线路：级铁路干线，双线、直线、坡度4‰、线间距4.0m。2.桥跨：无碴桥面，单箱单室预应力混凝土梁，计算跨度040.0mL，梁全长40.6mL，梁端缝0.1mL。轨底至梁底3.36m，梁底至垫石顶0.5m，梁底至支座铰中心0.09m，一孔梁总重3100kN。3.地质及地下水位情况：标高(m)地质情况厚度(m)16.5~16.2耕地0.316.2~11.3软塑砂粘土4.911.3~3.2粉砂8.13.2~2.4淤泥质砂粘土（松软）0.82.4~24.4细砂（中密）26.824.4~30.9粗砂（中密）6.530.9~40.5中砂（中密）9.640.5~45.6砾砂（中密）5.145.6~58.7硬塑粘土13.1土层平均重度320kN/m，土层平均内摩擦角27，地下水位标高：+15.00m。4.成孔机具：Φ80cm、Φ100cm、Φ125cm、Φ150cm的旋转钻机。5.标高：轨底+29.88m，墩底+16.80m。6.风力：800Paw（桥上有车）。7.桥墩尺寸：如图1所示。二、设计荷载1.承台底外力合计：双线、纵向、二孔重载：20442.5kNN,936kNH,12610.7kNmM双线、纵向、一孔重载：318061.8kNN,936kNH,14674.37kNmM2.墩顶外力：双线、纵向、一孔重载：911.7kNH,5410kNmM说明：如因布桩需要加大承台尺寸时，增加部分自重应计入。图1桥墩尺寸示意图三、设计要求1.确定桩的材料、桩长、桩数及桩的排列；2.检算下列项目：（1）单桩承载力检算（双线、纵向、二孔重载）；（2）群桩承载力检算（双线、纵向、二孔重载）；4（3）墩顶位移检算（双线、纵向、一孔重载）；（4）桩身截面配筋计算（双线、纵向、一孔重载）；（5）桩在土面处位移检算（双线、纵向、一孔重载）。3.设计成果：（1）设计说明书和计算书一份（2）设计图纸（2号图）一张4.设计提高部分（在完成上面任务的基础上，再分三个层次）（1）层次一：运用老师提供的Fortran程序，进行承台底面形心处的变位检算；（2）层次二：对上述程序进行修改，部分或全部加入2中检算项目的内容；（3）层次三：调整涉及参数（如桩长、桩径、桩间距等），观察这些参数对运行结果（包括承台底面形心处的变位、墩顶位移等）的影响，加深对力学概念的理解。（4）提交相对的数据文件和结果文件（层次三还可写出心得体会）目录第一部分设计说明书………………………………………………………11一、基本概况……………………………………………………………………11二、设计依据……………………………………………………………………11三、设计方案……………………………………………………………………11四、施工建议……………………………………………………………………12第二部分设计计算书…………………………………………………………13一、拟定尺寸……………………………………………………………………13二、桩的布置及桩的连接方式…………………………………………………14三、承台底面形心处位移计算…………………………………………………15四、墩身弹性水平位移δ计算…………………………………………………18五、桩基检算……………………………………………………………………11六、电算结果……………………………………………………………………17第三部分设计提高部分……………………………………………………23一、桩长对计算数据的影响……………………………………………………23二、桩径对计算数据的影响……………………………………………………26三、桩间距对计算数据的影响…………………………………………………29参考文献……………………………………………………………………………311第一部分设计说明书一、基本概况本课程设计任务要求完成铁路桥墩桩基础设计，桥梁计算跨度040.0mL，梁全长40.6mL，梁端缝0.1mL。轨底至梁底3.36m，梁底至垫石顶0.5m，梁底至支座铰中心0.09m，一孔梁总重3100kN。在荷载和承台参考尺寸给定的情况下，要求确定桩数和桩的布置情况，対桩台进行检算使其承载力和变位满足规范的要求，并完成桩的配筋设计。设计内容及步骤如下：（1）搜集资料（2）确定桩的尺寸和桩数（3）墩台底面形心处位移计算（4）桩基检算（5）桩身截面配筋设计和强度、稳定性、抗裂性检算（6）绘制桩基础布置和桩身钢筋构造图二、设计依据《铁路桥涵地基和基础设计规范》TB10002.5-2005《混凝土结构设计规范》GB50010-2010《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》TB10002.3-2005三、设计方案本设计采用钻孔灌注桩，桩身采用C25混凝土，采用旋转钻。持力层选在粗砂（中密）层，桩径采用1.00m，桩长40m，桩端进入持力层深度2.3m，标高26.7m。确定桩数为8根两排，对称布置，桩列间中心距3.0m，排间中心距3.0m。地基容许承载力636.94kPa，单桩容许承载力3546.61kN。墩顶水平位移16.78mm，容许水平位移为31.62mm。单桩承载力、群桩承载力和墩顶水平位移均符合要求。桩身承受最大弯矩224.349kN.m，选用16Φ18的I级钢筋，钢筋面积24072mm。钢筋采用环形对称布置，净保护层厚度60mm，主筋净距为151mm。桩与承台的联结方式采用主筋伸入式，桩身伸入承台板0.1m；主筋伸入承台的长度0.9m。主筋在桩中长度为12.0m。箍筋采用Φ8@200mm。自桩顶以下10cm起向下每2m设置一道加劲箍筋（即骨架钢筋），直径为Φ18。顺钢筋笼长度每隔2m沿圆周均匀设置4根骨架定位钢筋，直径为Φ12。经配筋验算，2截面应力和桩的稳定性均符合要求。四、施工注意事项地下水位标高为15.00m，桩伸入地下水位以下，施工时要注意加强排水措施，防止流砂、管涌等不良地质现象的发生；同时，施工时要加强对周围地基沉降的观测，防止基础施工而引起的周边建筑不均匀沉降；钻孔施工适宜使用反循环法。3耕地粉砂淤泥质砂粘土细砂粗砂中砂砾砂硬塑粘土软塑砂粘土16.516.211.33.22.4-24.4-30.9-40.5-45.6-58.7-26.7土层名称标高（m）15.040第二部分设计计算书一、拟定尺寸1.桩身采用C25混凝土。2.设计桩径采用=1.00md，成孔桩径为1.05m，钻孔灌注桩，采用旋转式钻头。3.作出土层分布图，如图2，根据地质条件，选用粗砂层为持力层，桩端进入砂土持力层的临界深度为1.5=1.50md，即桩端进入持力层的深度要大于1.50m，从承台底面到细沙层底部深度为37.7m，则取桩长=40ml。桩底标高为26.7m，桩端进入持力层的深度为2.3m。4.估算桩数：（按双孔重载估算）估算公式：=[]Nnp单桩容许承载力为：01[][]2iiPUflmA其中1.053.299mUdd（按成孔直径计算）2221.00==0.785m44dAd（按设计直径计算）10ld，故：02222[](43)6kdkd该土层平均天然重度320/kNm，由于桩侧土为不同土层，应采用各土层容图2土层分布图重加权平均，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：'3201010kN/m求得：32(16.515.0)20(16+26.7)1010.35kN/m16.5+26.7根据《铁路桥规》表4.1.2-3，地基的基本承载力0=430kPa，深度修正系数2=5k，4'221==2.52kk。故：02222[](43)6kdkd430510.35(41.003)62.510.351.00636.94kPa土质按较差处理，钻孔灌注桩桩底支撑力折减系数00.4m根据《铁路桥规》表6.2.2-3，各土层的极限承载摩阻力il如下表：地质情况厚度mil（）极限摩阻力kPaif（）软塑砂粘土240粉砂8.150淤泥质砂粘土0.825细砂（中密）26.850粗砂（中密）2.380则单桩的轴向受压容许承载力：01[][]2iiPUflmA13.299(402508.1250.85026.8802.3)0.40.785636.9423546.61kN取1.3，按二孔重载估算桩数：1.320442.57.5[]3546.61NnP，暂取8n，验算后再作必要调整。二、桩的布置及桩的连接方式1.布桩《铁路桥规》6.3.2规定：钻孔灌注桩中心距不应小于2.5倍成孔桩径。当桩径1md时，最外一排桩至承台底板边缘的净距不得小于0.5d，且不得小于0.25m。满足桩间距和承台边到桩净距的前提下可得到桩在承台底面的布置情况，如图3。2.桩与承台连接方式连接方式采用主筋伸入式，桩伸入承台板内10cm，具体配筋见后面详述。51103003003001101103001105201120图3桩布置图三、承台底面形心处位移计算1.设计荷载：双线、纵向、二孔重载：20442.5kNN,936kNH,12610.7kNmM双线、纵向、一孔重载：18061.8kNN,936kNH,14674.37kNmM2.计算0b，（1）桩的计算宽度0b00=fbKKKb其中：0.9fK，0=1.50.5/=2Kdd（）水平力作用方向上相邻两桩的净距112.0m0.60.63(1)3.6mLhd=2n，'=0.6b故：11110.62.00.60.8220.60.66LbKbh由上述得：00==0.920.8221.00=1.48fbKKKb（2）基础额变形系数05mbEI6其中：桩截面惯性矩440.0491m64dIC25混凝土受压弹性模量73.010kPahE则770.80.83.0102.410kPahEE7642.4100.04911.17810kPa/mEI假定桩为弹性桩，则其计算深度：m=2(+1)=2(1.05+1)=4.1mhdmh深度内存在两层不同的土，则m的换算公式为：21121222+(2+)=mmhmhhhmh其中：4411226000kN/m2.0m8000kN/m2.1mmhmh，，，，则21121222(2)mmhmhhhmh24260002.08000(22.02.1)2.17524.093kN/m4.1故桩的变形系数：-105567524.0931.480.394m1.17810mbEI桩的换算入土深度：0.3944015.762.5l，则桩为弹性桩，假设成立。3.计算单桩桩顶刚度1234、、、100011CllAEA其中：2720040m3.010kPa0.785m0.54dllEA，，，，因0A的直径272tan1240tan=10.47m3m44Ddl（相邻中心距）故：222037.069m44DA因4010lmm，故3007524.09340300963.71kN/mCmlml从上述得510700117.58010kN/m0+0.540110.7853.010300963.717.069CllAEA又00l，0.3944015.764.0l，查表有=1.064HY，0.985MY，1.484M7故336420.3941.178101.0647.66610kNmHEIY226530.394