2023年中南大学基础工程课程设计.doc
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：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（KPa）内摩擦角容重（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=6103.4KNH=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）恒载及二孔活载时N=6503.24KN（2）桩（直径 1.0m）自重每延米为 KN/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)=7853.4 KN H=310.25KN M=4123.6+310.25×2.0=4744.1KNM 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、 单桩允许承载力的拟定根据公路桥涵地基与基础设计规范中拟定单桩允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=U +m0 A0+K22(h3-3)当两跨活载时：Nh = + (38.5-35.2) ×11.78 +×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=×1.15=3.61m ，A=×1.02/4=0.785 , =0.70 , m0=0.8 , K2=6.0 ，0=550kpa 2= = (kN/) (已扣除浮力)1=30kpa , 2=110kpaP=×3.61×2.7×30 + (h-2.7)×110 + 0.7×0.8×0.785×550 + 6.0×(h+3.3-3) = Nh = 2102.18 + 5.89h所以，则解一元二次方程得：h=9.99m现取 h=10m，桩底标高为25.20m，桩的轴向承载力符合规定。具体见如下图2所示图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b1 b1=Kf·K0·K·d Kf=0.9 K0=1+1/d=2.0 d=1.0 又 ； ； n=2 ； =0.6 又有=2.0 < 0.6=3.6m故 K= = 0.6+×=0.822b1=0.9×2.0×0.822×1.0=1.48m2、桩的变形系数最大冲刷线以下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)/42=17.25103 KN/3 I=d4/64 =×14/64=0.049m4受弯构件：EI=0.67EhI=2.6 ×107 ×0.0491×0.67=8.5358×105 故m-1桩在最大冲刷线以下深度h=10m。其换算深度则为=0.496×10=4.96m (>2.5m)故按弹性桩计算2、 桩顶刚度系数1、2、3、4值计算l0=3.3m h=10m =1/2 (钻孔桩) A=0.785h=10m C0=10 m0=10×25×103=2.5×105 KN/ 按桩中心距计算面积，故取A0= =0.999EI又已知：=0.496×10=4.96m=0.496×3.3=1.637m由和查附表17、18、19，并用双内插法得:(，取4m) =0.25830 ; =0.44373 ; =1.057943、 计算承台底面原点0处位移、(二)计算作用在每根桩顶上的作用力、竖向力: = 水平力： =弯矩： 校核： 校核对的 校核对的 校核对的（二） 计算最大冲刷线处桩身弯矩，水平力，及轴向力 三、 最大弯矩及最大弯矩位置的计算 无量纲系数及由附表3、7查得，值计算列表如下，004.9601.0000084.5984.590.4090.24.960.196960.9980630.8084.43115.230.820.44.960.377390.9861759.0183.42142.431.230.64.960.529380.9586182.7881.09163.872.041.04.960.723050.85089113.0669.00182.062.861.44.960.764980.68694119.6258.11177.733.681.84.960.684880.49889107.1042.20149.304.502.24.960.531600.3202583.1327.09110.225.322.64.960.354580.1754655.4414.8470.286.133.04.960.193050.0759511.886.4218.3由表可得：四、 桩顶纵向水平位移验算桩在最大冲刷处水平位移和转角由 查附表1，2，5，6得 满足规定 所以，桩顶纵向水平位移 水平位移允许值 符合规定五、 桩身截面配筋计算（一） 配筋的计算 最大弯矩截面在Z=2.04处，此处设计最大弯矩为，设计最大竖向力 按公桥规采用简化法等效钢环法由截面强度的计算公式： 取以上两式的临界状态分析，整理得： 现拟定采用C20号混凝土，级钢筋， 1、 计算偏心距增大系数 又由于，故桩的计算长度为：长细比，故可不考虑纵向弯曲对偏心距的影响。2、 计算受压区高度系数 设 则 现采用试算法列表计算（见表2） 表2 受压区高度系数计算表ABCDNu(N)Nj(N)Nu/Nj0.962.5890.40112.20230.7446-0.00852383061829115921.32 0.972.61580.38652.2290.7251-0.00654403234029115921.38 0.982.64240.37172.25610.7061-0.00427426184229115921.46 0.992.66850.35662.28250.6874-0.00166452382629115921.55 12.69430.34132.30820.66920.001332482354929115921.66 1.012.71120.33112.33330.65130.00364505386429115921.74 1.022.72770.32092.35780.63370.006284531696029115921.83 1.032.7440.31082.38170.61650.009314561843329115921.93 1.042.75980.30062.40490.59970.012848596894129115922.05 1.052.77540.29062.42760.58320.016946637555229115922.19 由计算表可见，当=1.02时，计算纵向力与设计值之比较为合理，同时满足最小配筋率0.5%规定，故取=1.02，为设计值。3、 计算所需纵向钢筋的截面积 现选用 ， 布置如图3所示图3 钢筋布置示意图（尺寸单位：厘米）混凝土净保护层 ，符合规定。纵向钢筋间距为：（二） 对截面进行强度复核由前面的计算结果， ， ， 实际配筋率1、 在垂直与弯矩作用平面内 长细比，故纵向弯曲系数 混凝土截面面积，实际纵向钢筋面积则在垂直于弯矩作用平面内的承载力为2、 在弯矩作用面内 同样采用试算法可得，当=1.02时，与设计值接近，故取=1.02为计算值。在弯矩作用平面内的承载力为： 桩截面符合规定。 六、 承台结构设计计算图4 桩承台计算图（尺寸单位：厘米）承台（见图4）有效高度为： 1、 承台受冲切验算桩边冲切，计算冲跨比： 计算冲切系数： ，取 ，则 所以，满足规定。2、 桩向上冲切； ； ，所以，； 计算冲切系数； 取，所以 所以，满足规定。3、 抗剪承载力计算； ，所以，； ，剪切承载力截面高度影响系数对于截面 ，介于0.33.0之间 对于截面 ，取 抗剪承载力满足规定。4、 承台受弯承载力计算采用钢筋，则， ，则取用选用钢筋，间距, 则实用钢筋为混凝土保护层为，沿Y轴方向布置。 选用钢筋，间距，则实用钢筋为。混凝土保护层为,沿X方向布置。【参考资料】1、 凌治平，易经武主编，基础工程，北京：人民交通出版社，20232、 贾艳敏，高力主编。结构设计原理。北京：人民交通出版社，20233、 中华人民共和国行业标准。公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ024-85）。 北京：人民交通出版社，19864、 中华人民共和国行业标准。公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2023）。北京：人民交通出版社，2023
