基礎(chǔ)工程設(shè)計課程

1、基礎(chǔ)工程課程設(shè)計計算書一 設(shè)計資料1.1 初始條件 東莞市?；⒏咚俟纺掣呒軜蛄?，上部構(gòu)造采用裝配式鋼筋混凝土簡支t梁，標(biāo)準(zhǔn)跨徑25m，計算跨徑24m。橋面寬度為米，參照公路橋梁地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范進(jìn)行設(shè)計計算。1.2 設(shè)計荷載汽車超20級，掛120，人群荷載3.5。后臺填土高度為8.5米。橋臺豎直反力為8676kn。1.3 材料臺帽、耳墻、臺身和基礎(chǔ)（承臺）為20號鋼筋混凝土。；后臺及溜坡填土的；填土的內(nèi)摩擦角粘聚力。1.4 地質(zhì)資料，上部尺寸見所附圖紙。二 基礎(chǔ)類型的選擇由于采用淺基礎(chǔ)的時候，其基礎(chǔ)深度不會超過5米，一般在3米左右，但是，此處地形在5米深度內(nèi)承載力很小，根本不能滿足橋臺穩(wěn)定性的

2、要求，故在此處選擇樁基礎(chǔ)作為承臺基礎(chǔ)。 另外，由于底下土層的極限摩阻力很下，不能滿足要求，此外，在距離地層表面13.8米的地方含有承載力很大的持力巖層，故在本地形時，柱樁基礎(chǔ)是最好的選擇。三 荷載計算3.1 上部構(gòu)造恒載反力及橋臺臺身、基礎(chǔ)上的土重計算，其值列表如下：恒載計算表序號計 算 式豎直力p(kn)對基地中心軸 偏心距 e(m)彎距m(kn.m)備注10.753.00.52528.133.2-90.02彎距正負(fù)值規(guī)定如下：逆時針方向取“-”號；順時針方向取“+”號。232.350.50.52544.062.7-118.9630.53.10.52519.381.45-28.140.531

3、6.9925637.13 1.45-932.8450.40.31.12539.90.65-6.43561.11.217.4925577.170.65-375.1670.55.41.8250.897.20.438.8881.45.40.825151.20.9-136.0891702.89 1.422418.10100.55.41417642.61.85-1188.81111.54.2142522050.000.00122238.080.39-872.8513211.140.39-82.3414上部構(gòu)造恒載86760.6-5205.6 各序號含義及承臺尺寸的設(shè)計見圖。3.2 土壓力的計算土壓力按臺

4、背豎直，；填土內(nèi)摩擦角，臺背（圬工）與填土間的外摩擦角計算；臺后填土為水平，。3.2.1 臺后填土表面無活載時土壓力的計算臺后填土表面無活載時土壓力的計算臺后填土自重所引起的主動土壓力計算式為 式中：=17.00kn/；b為橋臺的有效寬度取2.4m；h為自基底至臺土表面的距離等于10m；為主動土壓力系數(shù) =0.247 所以 kn其水平向的分力 離基礎(chǔ)底面的距離：對基底形心軸的彎距為 在豎直方向的分力=503.88作用點離基底形心軸的距離：對基底形心軸的彎距：3.2.2 臺后填土表面有汽車荷載時由汽車荷載換算的等代均布土層厚度為：式中：為破壞棱體長度，對于臺背為豎直時，而 所以有m又因為在破壞棱

5、體內(nèi)只能放一輛重車，因是4車道，故：則臺背在填土連同破壞棱體上車輛荷載作用下引起的土壓力為kn其水平向的分力 離基礎(chǔ)底面的距離：對基底形心軸的彎距為 在豎直方向的分力=624.81作用點離基底形心軸的距離：對基底形心軸的彎距：3.2.3 臺后填土表面為掛車荷載時 由于，在該長度范圍內(nèi)掛車荷載的輪重為，換算的等代土層厚度為則土壓力為kn其水平向的分力 離基礎(chǔ)底面的距離：對基底形心軸的彎距為 在豎直方向的分力=570.70作用點離基底形心軸的距離：對基底形心軸的彎距：3.2.4 臺前溜坡填土自重對橋臺前側(cè)面上的主動土壓力在計算時，以基礎(chǔ)前側(cè)邊緣垂線作為假想臺背，土表面的傾斜度以溜坡坡度為1：1.5

6、算得，則基礎(chǔ)邊緣至坡面的垂直距離為m，取為土的內(nèi)摩擦角35，主動土壓力系數(shù)為： 則主動土壓力為：在水平方向的分力 作用點離基礎(chǔ)底面的距離： 對基底形心軸的彎距為 豎直方向的分力 作用點離基底形心軸的距離 對基底形心軸的彎距為3.3 支座活載反力計算 按下列情況進(jìn)行計算支座反力：第一，橋上有汽車及人群荷載，臺后無活載；第二，橋上有汽車及人群荷載，臺后也有汽車荷載，而重車在臺后填土上；第三，橋上有掛車荷載，臺后無掛車。下面分別計算：3.3.1 橋上有汽車及人群荷載，臺后無活載3.3.1.1 汽車及人群荷載反力在橋跨上的汽車荷載布置如下圖所排列，反力影響線的縱距分別為： 所以有，支座反力 =1176

7、.59kn（以四行車隊計算，需折減30%）人群荷載的支座反力 支座反力作用點離基底形心軸的距離：對基底形心軸的彎距：3.3.1.2 汽車荷載制動力計算對于4車道的制動里按布置在荷載長度內(nèi)的一行汽車車隊總重的20%計算，但不得小于一輛車的60%依上述規(guī)定分別為：一行車隊總重的20% 一輛重車的60% 因此，取一輛重車的30%計算。簡支梁擺動支座應(yīng)計算的制動力為：3.3.2 橋上、臺后均有汽車荷載，重車在臺后3.3.2.1 汽車及人群荷載反力 由于支座作用點在基底形心軸的左側(cè)，為了使在活載的作用下得到最大的順時針向的力矩，因而將重車后軸貼近橋臺的后側(cè)邊緣，使得在橋跨上的活載所產(chǎn)生的逆時針向的力矩為

8、最小荷載布置如圖所示，反力影響線的縱距分別為：所以有，支座反力 =291.82kn（以四行車隊計算，需折減30%）人群荷載的支座反力 支座反力作用點離基底形心軸的距離：對基底形心軸的彎距：3.3.2.2 汽車荷載制動力計算同上，取一輛重車的30%計算。簡支梁擺動支座應(yīng)計算的制動力為：3.3.3 橋上有掛車荷載 對于平板掛車，全橋均以通過一輛車計算，在驗算時不需考慮人群荷載，其荷載布置如圖所示，反力影響線的縱距分別為：所以有，支座反力 =1039.80kn支座反力作用點離基底形心軸的距離：對基底形心軸的彎距：3.4 支座摩阻力計算擺動支座摩擦系數(shù)取，則支座摩阻力為：對基底的形心彎距為（方向按組合

9、荷載組合需要來決定）在以后的附加設(shè)計中，以支座摩阻力作為控制設(shè)計。3.5 荷載組合荷載組合共分為五種情況1、 橋上有活載，后臺無汽車荷載2、 橋上有活載，后臺也有汽車荷載3、 橋上無活載，后臺有汽車荷載4、 橋上無掛車，后臺有掛車5、 橋上有掛車，后臺無掛車 荷載組合匯總表 荷 載 組 合水平力（kn）豎直力（kn）彎距（kn.m）一主要373.3518680.2-6001.29附加807.1518680.2-2313.99二主要488.6817831.79-4916.80附加922.4817831.79-1229.5三主要488.6817496.22-4749.01附加922.4817496

10、.22-1061.71四462.8317488.07-4865.22五373.3518499.66-5892.97因此，可得第一種組合為最不利情況，應(yīng)進(jìn)行驗算。四 樁徑、樁長的擬定本方案采用就地鉆孔灌注鋼筋混凝土樁，樁身為實心斷面，鉆孔灌注樁設(shè)計直徑1.0m，以沖抓錘施工。另外，根據(jù)地質(zhì)條件及施工的需要，樁基礎(chǔ)采用低承臺基礎(chǔ)，樁為嵌言樁（柱樁），由于持力層深度的關(guān)系，樁長初步擬訂為14m，其中，深入持力層1.7m，滿足相關(guān)規(guī)范的要求。 五 基樁根數(shù)及平面布置5.1 樁的根數(shù)的估算 支承在基巖上或嵌入巖層中的單樁，其軸向受壓容許承載力，取決于樁底處巖石的強(qiáng)度和嵌入巖層的深度，鉆孔灌注樁單樁軸向受

11、壓容許承載力按下式計算： p=()其中系數(shù)、值可在下表中選取條件c1c2良好的0.60.05一般的0.50.04較差的0.40.03鉆孔樁系數(shù)、值可降低20%采用。，h=1.7m。所以，有： 3878.21kn考慮偏心荷載時各樁受力不均而適當(dāng)增加樁數(shù)的經(jīng)驗系數(shù)，取 則 =1.1=5.1加上實際需要，初步擬訂采用6跟鉆孔灌注樁來滿足實際需要。5.2 樁的間距的確定 由于，通常鉆孔成孔的，支撐或嵌固在巖層的柱樁中心間距不得小于2.0倍的成孔直徑。即。另外，為了避免承臺邊緣距樁身過近而發(fā)生破裂，并考慮到樁頂位置允許的偏差，邊樁外側(cè)到承臺邊緣的距離，對樁徑小于或等于1.0m的樁不應(yīng)小于0.5倍的樁徑，

12、且不小于0.25m，對大于1.0m的樁徑不應(yīng)小于0.3倍的樁徑并不小于0.5m。因此，在本設(shè)計中，設(shè)計樁徑為2.5m5.3 樁的平面布置樁數(shù)確定后，根據(jù)樁基受力情況選用兩排樁樁基，其形式采用行列式，有利于施工，同時這種布置可以盡量使樁受力均勻，發(fā)揮每根樁的承載能力。樁群橫截面的重心與荷載合力作用點接近，橋墩樁基礎(chǔ)中基樁采取對稱布置，樁柱布置使蓋梁發(fā)生的正負(fù)彎距接近，減少承臺所承受的彎曲應(yīng)力。樁的排列方式見下圖。六 樁基礎(chǔ)內(nèi)力的計算6.1 樁的計算寬度（為圓柱形） 因為有 其中 ， 所以有 =0.9m62 樁的變形系數(shù)a，；由于地面以下 自承臺底面之下4m只有一種土（角礫）所以，查表取m=600

13、00 kn/m所以 樁在地面線以下深度h=14m，其計算長度則為：，故按彈性樁計算。63 樁頂剛度系數(shù)、值計算 由于 其中 ；h=14.0m；由于為柱樁，所以有; ；按樁中心距計算面積,取，=4.91 = =1.85=1.502ei已知：查表得：；。所以有， =0.391ei =0.935ei64計算承臺底面原點o處位移、=617.42ei 0.422ei=2.532ei =60.391ei=2.346ei=60.346（ei）=5.504（ei）所以有， = =65 計算作用在每根樁頂上作用力、豎向力=1.26ei（1.25）=2457.68kn或3769.06kn。水平力=0.422ei-

14、0.391ei=62.23kn彎距0.935ei-0.391ei=180.77 kn.m校核：=6=373.38kn=373.35knkn.m=6001.29kn.m=18680.22kn.m=18680.2kn66 計算地面處樁身彎距、水平力及軸力 67 計算地面以下深度z處樁身截面彎距與水平壓應(yīng)力 由于有有樁身彎距式中的無量綱系數(shù)，可以根據(jù)及與有關(guān)的表格查取。所以有，值的計算如下表：zz=h=0.000.0401.0000-180.77-180.770.160.140.1001.0009.88-180.77-170.890.320.240.1970.99819.46-180.41-160.

15、950.640.440.3780.98637.34-178.24-140.90.950.640.5310.95952.45-173.36-120.911.270.840.6480.91464.01-165.22-101.211.591.040.7280.85371.91-154.20-82.292.061.340.7770.73576.75-132.87-56.122.381.540.7680.64575.86-116.60-40.743.172.040.6380.41063.02-74.12-11.13.812.440.4720.23946.62-43.203.424.763.040.207

16、0.04120.45-7.4113.046.354.04-0.184-0.181-18.1832.7214.54水平壓應(yīng)力： 式中的無量綱系數(shù)，可以根據(jù)及與有關(guān)的表格查取。所以有，值的計算如下表：zz=0.000.02.4011.6000000.160.12.2481.4306.39-7.43-1.040.320.22.0801.27511.82-13.26-1.440.640.41.7730.98820.15-20.55-0.40.950.61.4750.74025.14-23.082.061.270.81.2020.53127.32-22.095.231.591.00.9520.35926

17、.01-18.667.352.061.30.6340.16323.41-11.0212.392.381.50.4600.07017.16-3.4613.73.172.00.157-0.0588.926.0314.953.812.40.030-0.0832.0510.3612.414.763.0-0.028-0.056-2.398.736.346.354.000000以圖的形式表示為： 七 樁基礎(chǔ)內(nèi)力驗算71 樁頂縱向水平位移驗算樁在地面處水平位移與轉(zhuǎn)角和=-1.53mm（方向是向左）6mm符合規(guī)范的相關(guān)要求 =rad水平位移容許值，符合要求。72 群樁基礎(chǔ)承載力驗算 由于采用嵌巖柱樁，因此，可

18、以認(rèn)為群樁起初的承載力等于各樁承載力之和所以，群樁基礎(chǔ)承載力無軟弱下臥土層，所以不需要驗算73 群樁基礎(chǔ)沉降演算 由于是采用嵌巖柱樁，地基底部沉降不大，其沉降量可以忽略不計。故不需要驗算。74 承臺計算741 樁頂處的局部受壓驗算由其中 ，(c20混凝土)所以有又因為，其中=1.00，=1.00，=1.2。所以有（滿足）742 樁對承臺的沖剪驗算 樁深入承臺深度為0.5m 由于剛性角而布置范圍角 因為有，所以可以不必驗算743 承臺抗彎抗剪強(qiáng)度驗算承臺抗彎抗剪強(qiáng)度經(jīng)過驗算發(fā)現(xiàn)符合規(guī)范的要求。八 配筋計算8.1 樁基礎(chǔ)配筋計算樁身最大彎距處z=0m， 確定計算軸向力時恒載荷載的安全系數(shù)為1.2，

19、活載為1.4所以，有：彎距m=180.77kn.m；采用c20混凝土，級鋼筋，則有8.1.1 計算偏心距增大系數(shù) 由于樁的兩端固定 所以有長細(xì)比所以，應(yīng)考慮縱向彎曲對偏心距的影響取則截面的有效高度為又因為， 所以，取，則 所以有，8.1.2 配筋率的計算及鋼筋的選擇由公式有 又有， 采用試算發(fā)列表計算如下abcd（n）n（n）/n0.992.66850.35662.28250.6874-0.01413456481347669400.961.002.69430.34132.30820.6692-0.01274476388747669401.001.012.71120.33112.33330.6513-0.01191488095947669401.021.022.72770.32092.35780.6337-0.0110500950247669401.05因此可以得出，當(dāng)?shù)臅r候即可以滿足縱向力的要求又因為，而規(guī)范規(guī)定，所以取計算所以有故，選用1618，其，實際的配筋率。鋼筋布置圖如圖所示：混凝土保護(hù)