中南大学基础工程课程设计

中南大学土木工程学院基础工程课程设计1《基础工程》课程设计设计说明书班级：交建1305班姓名：王俊杰学号：0403130526中南大学土木工程学院基础工程课程设计1一、设计资料1、地质及水文（1）河床土质：从地面（河床）至标高32.5m为软塑粘土，以下为密实粗砂，深度达30米。（2）水文：地面（河床）标高为40.5m，一般冲刷线标高为38.5m，最大冲刷线为35.2m，常水位42.5m。2、土质指标表1土质指标类型地基系数m（KN/m4）极限摩阻力τ（KPa）内摩擦角ф容重（扣除浮力）（KN/m3）软塑粘土8×1033020º12密实粗砂25×10311038º123、桩、承台尺寸与材料规范规定：钻（挖）孔灌注的摩擦桩中心距不得小于2.5倍成孔直径，所以取：承台尺寸：7.0m×5.0m×2.0m。（1）拟定采用四根桩，设计直径为1.0m。（2）桩身及承台混凝土用20号，其受压弹性模量Eh=2.6×104Mpa。（3）平面布置图如下图1所示：图1平面布置图4、荷载情况(1)上部为等跨25m的预应力梁桥，混凝土桥墩，承台顶面上纵桥向荷载为：恒载及一孔活载时：∑N=6103.4KN∑H=310.25KN(制动力及风力)∑M=4123.6KN（竖直力偏心、制动力、风力等引起的弯矩）中南大学土木工程学院基础工程课程设计1恒载及二孔活载时∑N=6503.24KN（2）桩（直径1.0m）自重每延米为78.11154)0.1(2qKN/m(已扣除浮力)(3)故,作用在承台底面中心的荷载力为:∑N=6103.4+(7.0×5.0×2.0×25)=7853.4KN∑H=310.25KN∑M=4123.6+310.25×2.0=4744.1KN•M恒载及二孔活载时:∑N=6503.24+(7.0×5.0×2.0×25)=8253.24KN(4)则拟定桩基础采用冲抓钻孔灌注桩基础,为摩擦桩。二、单桩容许承载力的确定根据《公路桥涵地基与基础设计规范》中确定单桩容许承载力的经验公式初步反算桩的长度，设该桩埋入最大冲刷线以下深度为h，一般冲刷线以下深度为h3，则：Nh=[P]=21U∑iil+λm0A{[σ0]+K2γ2(h3-3)}当两跨活载时：Nh=424.8253+(38.5-35.2)×11.78+21×11.78h(kN)=2102.18+5.89h(kN)计算[P]时取以下数据：桩的设计桩径为1.0m，冲抓锥成孔直径为1.15m，U=π×1.15=3.61m，A=π×1.02/4=0.785㎡,λ=0.70,m0=0.8,K2=6.0，[σ0]=550kpaΥ2=7.2812)]5.322.35([12)5.325.40(hh=hh3.5126.63(kN/㎡)(已扣除浮力)τ1=30kpa,τ2=110kpa[P]=21×3.61×[2.7×30+(h-2.7)×110]+0.7×0.8×0.785×{550+6.0×hh3.5126.63(h+3.3-3)}=Nh=2102.18+5.89h所以，则解一元二次方程得：h=9.99m中南大学土木工程学院基础工程课程设计1现取h=10m，桩底标高为25.20m，桩的轴向承载力符合要求。具体见如下图2所示100500100100100300100100200100200330100042.50040.50038.50032.500常水位河床最大冲刷线软塑粘土密实粗砂承台承台400100CC一般冲刷线35.202002003301000图2双排桩断面图（a）横桥断面图（b）纵桥断面图三、桩顶及最大冲刷线处荷载Pi、Qi、Mi及P0、Q0、M0的计算（一）参数计算1、桩的计算宽度b1b1=Kf·K0·K·d∵Kf=0.9K0=1+1/d=2.0d=1.0∴KdKddb8.119.01又mL0.20.10.31；mdh0.6)1(31；n=2；'b=0.6又有1L=2.00.61h=3.6m故K=11''6.0)1(hLbb=0.6+6.0)6.01(×0.60.2=0.822∴b1=0.9×2.0×0.822×1.0=1.48m中南大学土木工程学院基础工程课程设计12、桩的变形系数α51EImb最大冲刷线以下hm=2(d+1)=2×2=4,h1=2.7m,h2=4-2.7=1.3mm=[m1h12+m2(2h1+h2)h2]/hm2=[8.0×103×2.72+25×103×(2×2.7+1.3)3.1]/42=17.25103KN/m3I=πd4/64=π×14/64=0.049m4受弯构件：EI=0.67EhI=2.6×107×0.0491×0.67=8.5358×105故4960049.010742.1481102517573...αm-1桩在最大冲刷线以下深度h=10m。其换算深度则为hh=0.496×10=4.96m(2.5m)故按弹性桩计算2、桩顶刚度系数ρ1、ρ2、ρ3、ρ4值计算l0=3.3mh=10mξ=1/2(钻孔桩)A=42d=0.7852m∵h=10m∴C0=10m0=10×25×103=2.5×105KN/3m按桩中心距计算面积，故取A0=2207.743m中南大学土木工程学院基础工程课程设计1157000107.7105.2167.0106.2785.010213.311ACAEhl=0.999EI又已知：hh=0.496×10=4.96m00ll=0.496×3.3=1.637m由h和0l查附表17、18、19，并用双内插法得:(hm89.4m4，取4m)Q=0.25830;m=0.44373;m=1.05794EIEIQ032.032EIEIm109.023EIEIm525.043、计算承台底面原点0处位移0a、0b、00bEIEInN32.1965999.044.78531EIEIEIiNnix091.115.14999.0525.0421214EIEIEIEIEIninnMnHinaEIEInEIEInEIEInninixx48.4480)(190.0091.11128.01.4744436.025.310091.11)(190.0)436.0()(436.0109.04128.0031.04223212142312140222332中南大学土木工程学院基础工程课程设计1EIEIEIEIEIEIninnHnMnNnix84.603)(190.0091.11128.025.310436.01.4744128.0)(22312142320(二)计算作用在每根桩顶上的作用力iP、iQ、iM竖向力:EIEIEIbPii84.6035.132.1965999.0001=KNKN5.105821.2868水平力：EIEIEIEIaQi48.4480109.048.4480032.00302=kN56.77弯矩：EIEIEIEIaMi48.4480109.084.603525.00304mkN36.171校核：25.31024.31056.774HnQikN校核正确)36.171(45.1)5.105821.2868(21iiniinMPxmkNMmkN1.47447.4743校核正确kNPkNnPnii4.785342.7853)5.105821.2868(21校核正确（二）计算最大冲刷线处桩身弯矩0M，水平力0Q，及轴向力0PkNPkNQmLLkNlQMMii07.2907153.3785.021.286856.7759.843.356.7736.1710000中南大学土木工程学院基础工程课程设计1三、最大弯矩maxM及最大弯矩位置maxZ的计算496.0mmh0.496.410496.0mmzBMAQM00无量纲系数mA及mB由附表3、7查得，zM值计算列表如下，ZZZhhmAmBmAQ0mBM0zM004.9601.0000084.5984.590.4090.24.960.196960.9980630.8084.43115.230.820.44.960.377390.9861759.0183.42142.431.230.64.960.529380.9586182.7881.09163.872.041.04.960.723050.85089113.0669.00182.062.861.44.960.764980.68694119.6258.11177.733.681.84.960.684880.49889107.1042.20149.304.502.24.960.531600.3202583.1327.09110.225.322.64.960.354580.1754655.4414.8470.286.133.04.960.193050.0759511.886.4218.3由表可得：mkNM06.182maxmZ04.2max四、桩顶纵向水平位移验算桩在最大冲刷处水平位移0x和转角0由0Zmh96.4查附表1，2，5，6得44066.2xA62100.1A62100.1xB75058.1BmmmmmEIEIBEIMAEIQxx6470.210470.262100.1496.059.8444066.2496.056.7732320300满足要求中南大学土木工程学院基础工程课程设计1mEIlQradBEIMAEIQQ3530355020010088.1105358.833.356.77310887.0)75058.1(10553.8495.0358.69)62100.1(10553.8495.056.77)(mEIMlxmkNMm3522010093.1105358.823.336.171236.171所以，桩顶纵向水平位移xxlxxmQ0001mm07.1510093.110088.1)103.3(10948.010470.23333水平位移容许值[△]mmcmL255.2255.05.0mmx2507.151符合要求五、桩身截面配筋计算（一）配筋的计算最大弯矩截面在Z=2.04m处，此处设计最大弯矩为mkNMj06.182，设计最大竖向力kNNj62.280804.2610.3305.078.1104.25.007.2907按《公桥规》采用简化法——等效钢环法由截面强度的计算公式：rfrfeNrfrfNDgBCAsdcdjsdcdj3300220取以上两式的临界状态分析，整理得：DgreCeABrffsdcd00中南大学土木工程学院基础工程课程设计1现拟定采用C20号混凝土，Ⅰ级钢筋，mpafcd2.9mpafsd1951、计算偏心距增大系数mmNMejj82.6462.280806.1820又因为mmh0.496.4，故桩的计算长度为：mllpp68.5496.00.43.35.0)0.4(5.0长细比mmdlp768.5，故可不考虑纵向弯曲对偏心距的影响。∴0.12、计算受压区高度系数mmdrmme50021000282.6482.640.10