基础工程计算书--

基础工程课程设计题目:铁路桥墩桩基础设计指导教师:郑国勇姓名:专业:学号:2014年9月28日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：双线、直线、坡度4‰、线间距5m，双块式无碴轨道及双侧1.7m宽人行道，其重量为44.4kN/m。2.桥跨：等跨L=31.1m无碴桥面单箱单室预应力混凝土梁，梁全长32.6m，梁端缝0.1m；梁高3m，梁宽13.4m，每孔梁重8530kN，简支箱梁支座中心距梁端距离0.75m，同一桥墩相邻梁支座间距1.6m。轨底至梁底高度为3.7m，采用盆式橡胶支座，支座高0.173m，梁底至支座铰中心0.09m。3.建筑材料：支承垫石、顶帽、托盘采用C40钢筋混凝土，墩身采用C30混凝土，桩身采用C30混凝土。4.地质及地下水位情况：土层平均重度γ＝20kN/m3，土层平均内摩擦角ϕ=28°。地下水位标高：＋30.5。5.标高：梁顶标高+53.483m，墩底＋35.81。6.风力：w＝800Pa(桥上有车)。7.桥墩尺寸：如图1。二．设计荷载1.承台底外力合计：双线、纵向、二孔重载：N=18629.07kN，H=341.5kN，M=4671.75kN·m双线、纵向、一孔重载：N=17534.94kN，H=341.5kN，M=4762.57kN·m2.墩顶外力：双线、纵向、一孔重载：H=253.44kN，M＝893.16kN·m。三．设计要求1.选定桩的类型和施工方法，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）；(3)墩顶水平位移检算（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(计算机绘图)一张四．附加说明1.如布桩需要，可变更图1中承台尺寸；2.任务书中荷载系按图1尺寸进行计算的结果，如承台尺寸变更，应对其竖向荷载进行相应调整。图1桥墩及承台尺寸示意图基础工程课程设计计算说明书——铁路桥墩桩基础设计1.铁路桥墩桩基础设计中所依据规范有《铁路桥涵地基和基础设计规范》TB1002.5《混凝土结构设计规范》GB50010-2002《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》TB1002.3-992．铁路桥墩桩基础设计内容及步骤①收集资料②拟定桩的尺寸及桩数③承台底面形心处的位移计算④墩身弹性水平位移计算⑤承载力、位移、稳定性、抗裂性检算及桩身截面配筋设计⑥绘制桩基础布置及桩身钢筋构造图一、拟定基桩尺寸及桩数1、承台及桩身采用C30混凝土。2、设计桩径取md0.1，钻孔灌注桩；钻孔机具为Φ100cm旋转钻机。3、考虑选择较硬土层作为桩端持力层（强度较高、压缩性较低的粘性土、粉土、中密或密实的砂土、砾石土以及中风化或微风化的岩层，是常用的桩端持力层），根据地质条件，将桩端定在粗砂层。桩端全截面进入持力层的深度，对于砂土不宜小于1.5d，所以选择桩长l=40m，标高为-6.69m处，桩端进入持力层深度为3.18m。4、确定桩数n：]/[PNn，其中μ为经验系数，桥梁桩基采用1.3～1.8。计算单桩容许承载力P：AmlfUii021=P其中22785.04mdA（A按设计桩径计算），mU299.3)05.00.1(（U按成孔桩径计算，旋转钻成孔桩径比设计桩径增大30～50mm），if为钻孔灌注桩极限摩阻力。查《基础工程》表6—21，得：软塑砂粘土：ml5.51，KPaf451；粉砂：ml5.92，KPaf402；淤泥质砂粘土：ml4.13，KPaf253；细砂（中密）：ml4.234，KPaf604；粗砂（中密）：ml18.35，KPaf805；查《基础工程》表6—20，取4.00m；查《桥规》表4.1.2～4.1.2-9，中密粗砂KPa4300；查《桥规》表4.1.3，52k，5.221'2kk；32/101020mKN。当l10d时，dkdk2'2220634，则：KPadkdk6301102.563-14105+4306342'2220630785.04.018.3804.23604.1255.9405.545299.321pKN145.4026取5.1，则941.6145.402607.186295.15.1PNn，取n=8根。二、确定桩在承台底面的布置1、承台尺寸采用图1中所示尺寸。2、查《桥规》知，当md1时，最外一排柱至承台底板边缘的净距不得小于d3.0且不得小于0.5m，且钻孔灌注桩的桩中心距不应小于d3，根据承台尺寸及以上布桩原则，桩的分布如下图所示：图2.桩的布置图三、承台底面形心处位移计算1、设计荷载⑴承台底外力合计双线、纵向、二孔重载：N=18629.07kN，H=341.5kN，M=4671.75kN·m双线、纵向、一孔重载：N=17534.94kN，H=341.5kN，M=4762.57kN·m⑵墩顶外力双线、纵向、一孔重载：H=253.44kN，M＝893.16kN·m。2、承台底面形心处位移a,b,β⑴桩的计算宽度0b和变形系数由dkkkbf00，对于圆截面桩：9.0fk，ddk)1(0，取mdh6)1(31，与外力作用面相互平行的平面内桩间净距为：mhmL6.36.0411，取0.1k。则mb8.1119.00.10，4440491.064164mdI桩截面的受挠刚度为：C30混凝土PaEc71000.3467/101781.10491.01000.38.08.0mKNIEEIh假定为弹性桩，承台底面下深度为mdhm1.4105.12)1(2，为软塑砂粘土和粉砂，查《基础工程》表6-7，取41/7000mKNm，42/8000mKNm；mh52.279.3031.331，mh58.152.21.42；等效面积法换算地基系数：42222212211/2.76221.458.1)58.152.22(800052.270002mKNhhhhmhmmm则基础变形系数：41043.0101781.18.12.76225650EImb桩的换算入土深度：mml5.2417.164041043.0，假设成立，按弹性桩计算。⑵单桩桩顶刚度设计桩为钻孔灌注桩，所以5.0，且00l，ml40KNAEEAh747103562.2411000.3查《基础工程》表6-7，粗砂层取440105.2mKNm36400100.104105.2mKNlmcmmldd4823.10428tan0421428tan20，取md4022200566.12444mdAmKNAcEAll667000110077.1566.12100.11103562.2405.0011100l，ml0.4417.164041043.0查《基础工程》表6-15得：484.1985.0064.1MMHYY，，则：mKNEIYH46332103563.7064.1100.141043.0mKNEIYM56223106593.1985.0100.141043.0mKNEIM56410091.6484.1100.141043.0⑶承台刚度系数桩对称布置：mKNnbb/10616.810077.18661mKNnaa/10885.5103563.78542mKNnaa/102744.13106593.18553radmKNnxnii6265214107228.585.2810077.110091.68⑷计算',,,'''aaaa承台计算宽度mbB2.1212.1110承台处于耕地软塑砂粘土中，43/107mKNm，mKNhmCh/1075.15.270004mKNhCBmKNhCBmKNhCBhhaaahaaaa/10008.590125.21075.12.1210228.58712/1005.1165.21075.12.12102744.136/1055375.825.21075.12.1210885.52534530'524520''5450'⑸承台底面形心处位移计算（单重、双重分别计算）双线、纵向、二孔重载下：N=18629.07KN,H=341.5KN,M=4671.75KN•mradHMmMHamNbaaaaaaaaaabb42555552'''''32555552'''''36108881.01005.1110008.5901055375.85.3411005.1175.46711055375.810514.01005.1110008.5901055375.875.46711005.115.34110008.59010162.210616.807.18629双线、纵向、一孔重载下：N=17534.94KN,H=341.5KN,M=4762.57kN•mradHMmMHamNbaaaaaaaaaabb42555552'''''32555552'''''36109038.01005.1110008.5901055375.85.3411005.1157.47621055375.810516.01005.1110008.5901055375.857.47621005.115.34110008.59010035.210616.894.17534四、托盘底面水平位移'dδ及转角'β计算假定：墩帽、托盘和基础部分仅产生刚性转动，将墩身分为四部分，每部分高度相同，基本风荷载强度KPa800，桥上有车时风荷载强度采用8.0，纵向水平风力等于风荷载强度乘以受风面积。1、H和纵向风力引起的力矩（活载偏心所引起的弯矩已计入M中）墩帽所受风力：KNH88.28.08.06.05.7墩帽托盘所受风力：KNH6.248.08.05.121.79.5托盘托盘风力合力作用点位置距下边缘距离为x，则：mx773.05.121.79.55.1215.19.525.1325.16.021图3.墩身受风面积分割图墩身各部分（梯形）形心轴距下边缘的距离计算公式为：)(3)2(babahy，其中a为下边长度，b为上边长度。算例：1-2段所受水平风力：4432.118.08.03202.69.521H1-2段形心轴距2-2截面的距离：495.1)9.502.6(3)9.5202.6(321y其他部分墩身所受风力及各截面弯矩值计算列表如下：表1.风力及截面弯矩值计算表各截面弯矩M水平力(KN)托盘顶0托盘底12-23-34-4墩底5墩顶水平力44.253H152.064532.2241292.5442052.8642813.1843573.504墩帽风