基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)

1、一、已知技術(shù)參數(shù)和條件11.1、 地質(zhì)與水文資料11.2、 樁、墩尺寸與材料11.3、 荷載情況1二、任務(wù)和要求2三、計(jì)算33.1、 樁長(zhǎng)的計(jì)算33.2、 樁的內(nèi)力計(jì)算43.2.1 確定樁的計(jì)算寬度b143.2.2 計(jì)算樁的變形系數(shù)a43.2.3 計(jì)算墩柱頂外力斗Q、叫及局部沖刷線處樁上外力B、Q0、Mo43.2.5 局部沖刷線以下深度z處橫向土抗力當(dāng)計(jì)算.63.2.6 樁身配筋計(jì)算及樁身材料截面強(qiáng)度驗(yàn)算73.2.7 柱頂縱向水平位移計(jì)算93.3、 資料和現(xiàn)有基礎(chǔ)條件（包括實(shí)驗(yàn)室、主要儀器設(shè)備等）10致謝10一、已知技術(shù)參數(shù)和條件1.1、 地質(zhì)與水文資料地基土為密實(shí)細(xì)砂夾礫石，地基土水平向抗力

2、系數(shù)的比例系數(shù)；地基土的樁側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值（土層單一，故樁側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值用表示）；地基土內(nèi)摩擦角，粘聚力；地基土容許承載力基本容許值；士重度（已考慮浮力）；一般沖刷線高程為335.34m,常水位高程為339.00m,局部沖刷線高程為330.66m。1.2、 樁、墩尺寸與材料墩帽頂高程為346.88m,樁頂高程為339.00,墩柱頂高程為345.31m。墩柱直徑1.50m,樁直徑1.70m。樁身混凝土用C20,其受壓彈性模量。1.3、 荷載情況橋墩為單排雙柱式，橋面寬7m,設(shè)計(jì)荷載公路一R級(jí)，人行荷載3KN/m2兩側(cè)人行道各寬1.5m。上部為30m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁，每一根柱承受的荷載：兩跨恒載反

3、力N1=1341KN蓋梁自重反力N2=283KN系梁自重反力N3=76.40KN一根墩柱（直徑1.5m）自重=279.00KN。局部沖刷線以上樁（直徑1.7m）自重每延米（已扣除浮力）。局部沖刷線以下樁重（直徑1.7m）等于樁身自重與置換土重每延米的差值（已扣除浮力）。兩跨汽車荷載反力N5=800.60KN（已計(jì)入沖擊系數(shù)的影響）；一跨汽車荷載反力=400.30KN（已計(jì)入沖擊系數(shù)的影響）；車輛荷載反力已按偏心受壓原理考慮橫向分布的分配影響。兩跨人群荷載反力=270.00KN;一跨人群荷載反力=135.00KN。在順橋向引起的彎距M=120.09KNm在順橋向引起的彎距M=40.50KNm；制

4、動(dòng)力H=30.00KN（已按墩臺(tái)及支座剛度進(jìn)行分配）。縱向風(fēng)力：蓋梁部分W1=3.00KN對(duì)樁頂力臂7.06m；墩身部分W2=2.70KN對(duì)樁頂力臂3.15m；樁基礎(chǔ)要用沖抓錐鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，為摩擦樁2,12M.U-Vi-318.66（柱底高程）N2W了345.314339.00（常水位）.335.34（一般沖刷線高程）733M66（局部沖刷線高程）門318,66（柱底高程）1.65圖1（尺寸單位:m）二、任務(wù)和要求設(shè)計(jì)滿足要求的樁基礎(chǔ)，并形成圖紙（基樁構(gòu)造及鋼筋圖（橫截面，立面）與計(jì)算文件。計(jì)算文件包括以下內(nèi)容：1 .據(jù)單樁容許承載力擬定樁長(zhǎng)2 .樁結(jié)構(gòu)分析（1）計(jì)算樁頂受力（2）計(jì)算沿樁長(zhǎng)

5、度方向彎矩，水平壓應(yīng)力，并畫(huà)出相應(yīng)分布圖（3）樁頂縱向水平位移驗(yàn)算3 .樁身截面配筋并繪出基樁構(gòu)造及鋼筋圖（橫截面，立面），進(jìn)行樁截面強(qiáng)度校核4 .按地基土的支承力確定和驗(yàn)算單樁軸向承載力三、計(jì)算3.1、 樁長(zhǎng)的計(jì)算由于地基土層單一，用公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(JTGD63-2007)確定單樁軸向受壓承載力允許值經(jīng)驗(yàn)公式初步反算樁長(zhǎng)，該樁埋入局部沖刷線以下深度為h,一般沖刷線以下深度為h3,則1nNh-Ral-u-q,liApmo-fa。k?2S3-3)2i1根據(jù)公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(JTGD63-2007)第1.0.8條，地基進(jìn)行豎向承載力驗(yàn)算時(shí)，傳至基底的作用效應(yīng)應(yīng)按正常使用極限狀

6、態(tài)的短期效應(yīng)組合采用，且可變作用的頻遇值系數(shù)均取1.0。當(dāng)兩跨活載時(shí)，樁底所承受的豎向荷載最大，則Nh=1.0M(N1+N2+N3+N4+l0q+hq)+1.0MN5+1.0MN7=1.0134128376.4279(339-330.66)34.05h7.261.0800.61.0270=3333.98+7.26h計(jì)算,_2n父17/2、Ap=2.27(m)4Ra時(shí)取以下數(shù)據(jù)：樁的設(shè)計(jì)樁徑1.70m,樁的周長(zhǎng)u="1.7=5.34(m),九=07m0=0.8k2=4fa0=400kpa九2=11.8KN/m3(日.扣除浮力)，qk=70kpa,所以得1/Ra=-x(5.34父70其八

7、)+2.27黑0.8黑0.7黑400+4黑11.8父(h+4.68-3)2=Nh=3333.987.26hh=11.23m現(xiàn)取h=12m樁底高程為318.66m,樁周長(zhǎng)為20.34m,上式計(jì)算中4.68為一般沖刷線到局部沖刷線的距離。由上式計(jì)算可知，h=12m時(shí)，Ra=3572.09KN>Nh=3333.98KN,樁的軸向受壓承載力符合要求。3.2、 樁的內(nèi)力計(jì)算3.2.1 確定樁的計(jì)算寬度blb1ukkf(d1)=1.00.9(1.7T)=2.43(m)3.2.2 計(jì)算樁的變形系數(shù)a=0.311(m-1mbi_5100002.43EI-0.82.551070.41其中I=0.04908

8、71.74=0.41m4;EI=0.8EcI樁的換算深度h=uh=0.311M12=3.732>2.5,所以按彈性樁計(jì)算3.2.3 計(jì)算墩柱頂外力P、Qi、Mi及局部沖刷線處樁上外力匕、Q0、M0墩柱頂?shù)耐饬τ?jì)算按一跨活載計(jì)算。根據(jù)公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(JTGD63-2007)第1.0.5條，按承載能力極限狀態(tài)要求，結(jié)構(gòu)構(gòu)件自身承載力應(yīng)采用基本組合驗(yàn)算。根據(jù)公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范(JTGD60-2004)第4.1.6條，恒載分項(xiàng)系數(shù)取1.2,汽車荷載、人群荷載及制動(dòng)力作用的分項(xiàng)系數(shù)均取1.4,風(fēng)荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.1;當(dāng)除汽車荷載(含汽車沖擊力)外尚有一種可變作用參與組合時(shí)，其組合系數(shù)

9、取0.6。P=1.2x(1341+283)+1.4父400.3+0.8父1.4父135=2660.42(KN)Qi=0.7父(1.4父30+1.1父3)=31.71(KN)Mi=1.4120.09+0.6父1.4父30十(346.88-345.31)+1.4父40.5+1.1M3工(7.06-6.31)=229.77(KNm)換算到局部沖刷線處：P0=2660.42+1.2父76.4+279+(34.05父8.34)=3427.67(KN)Q0=0.7父1.4父30+(1.1M3)=33.79(KN)M0=1.4%120.09+0.6義%.4乂30+(346.88-330.66)+1.4父40

10、.5+1.仔(3乂15.442.7義11.49)=661.86(KNm)3.2.4 局部沖刷線以下深度z處樁截面的彎矩Mz及樁身最大彎矩Mmax#算局部沖刷線以下深度z處樁截面的彎矩Mz計(jì)算Am661.86Bm=108.65Am661.86Bm.Q033.79Mz-AMM0BM-0.311由Qz=。得：Cq:MoQo0.311661.8633.79=6.092無(wú)量綱系數(shù)Am、Bm由附表3、附表7分別查的，Mz計(jì)算列表如下，其結(jié)果以圖表示。Mz計(jì)算列表表3-2-4-17=azzAmBmQ/a,AmMoBmMz0.00.000.000001.000000.00661.86661.860.20.64

11、0.196920.9980521.40660.57681.970.41.290.377060.9860740.97652.64693.610.61.930.528320.9582757.40634.24691.640.82.570.643180.9124669.88603.92673.801.03.220.718480.8494278.06562.20640.261.23.860.754250.7717381.95510.78592.731.44.500.753460.6832781.86452.23534.091.85.790.662780.4918872.01325.56397.572.2

12、7.070.496350.3091653.93204.62258.552.68.360.306890.1606233.34106.31139.653.09.650.140680.0600015.2939.7155.003.511.250.023580.00632.564.176.734.014.230.000050.000090.0050.060.06樁身最大彎矩Mmax及最大彎矩位置計(jì)算0.481=1.55(m)0.311/7M由Cq=6.092及h=3.732,查附表i3得:7Mm-=0.481,故由ZMmaxE.481及h=3.732,查附表i3得：Km*.053。Mmax=KmM0=1

13、.053661.86=696.94(KNm)al,v腦柵3.2.5局部沖刷線以下深度z處橫向土抗力Pzx計(jì)算PZx=*Axbi二2Mobi_2-o0.31133.79-A0.3112661.86ZBx=ZAxZBx2.432.43=4.323ZAX26.344ZBx無(wú)量綱系數(shù)8、Bx由附表1,、附表5分別查的，巳計(jì)算列表如下，其結(jié)果以圖表示。pzx計(jì)算列表表3-2-4-1Z=azzABaQ/b1ZA2,aMo/b1,ZBxpzx(kpa)00.002.496001.631590.000.000.000.20.642.144301.300751.856.858.700.41.291.827401

14、.009793.1610.6413.800.61.931.525500.758243.9611.9915.940.82.571.244640.544964.3011.4915.7913.220.989370.368124.289.7013.971.23.860.762710.225173.967.1211.071.44.500.566180.11313.434.177.601.85.790.26212-0.032922.04-1.560.482.27.070.06360-0.100090.60-5.80-5.202.68.36-0.05501-0.11731-0.62-8.04-8.6539.

15、65-0.12322-0.10826-1.60-8.56-10.153.511.25-0.17527-0.08343-2.67-7.69-10.3663.2.6樁身配筋計(jì)算及樁身材料截面強(qiáng)度驗(yàn)算由上可知，最大彎矩發(fā)生在局部沖刷線以下z=1.55m處，該處Mj=696.94KNm計(jì)算軸向力此時(shí)，根據(jù)公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范(JTGD60-2004)第4.1.6條，包載分項(xiàng)系數(shù)取1.2,汽車荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.4,人群荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.4;人群荷載組合系數(shù)取0.8,則12=1.2134128376.427934.05(339-330.66)7.261.55uqkzj21.4400.30.81.41351

16、=1.2x(2274.63-><5.34x70x1.55)+711.62=3093.54(KN)縱向鋼筋的面積樁內(nèi)豎向鋼筋按含筋率0.2%配置：2 4/2、Ag=1.720.2%=45.4104(m2)4現(xiàn)選用12根22的HRB335級(jí)鋼筋：Ag=45.4父10-4(m2),fsd=280MPa樁采用C20混凝土，fcd=9.2MPa計(jì)算偏心距增大系數(shù)4因?yàn)殚L(zhǎng)細(xì)比：%J0hF341247.8617.5iI/A0.4251所以偏心距增大系數(shù)：=1一1(上)121400e0/h0h其中：M696.94e00.225m；h0=r%=0.850.765=1.615(m)；Nmax3093.

17、54h=2r=1.7m；1=0.22.7包=0.576；2=1.150.01"=1.031,故取2=1。hoh1/20.34、2J=1十父()父1父0.576=1.42314000.225/1.6151.7計(jì)算截面實(shí)際偏心距Qeomax1.423696.94max3093.54=0.321(m)根據(jù)公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范(JTGD62-2004)求軸向力偏心距e0e0-BfcdDDgfsdAfcdCf其中：r=0.85m,p=0.002,并設(shè)g=0.9,貝U9.2B0.0020.9280D9.2B0.504DCe0=0.85=0.859.2A0.002280C9.2

18、A0.56C以下采用試算法列表計(jì)算由表可見(jiàn)，當(dāng)之=0.71時(shí)，(e°)=0.322mm,與實(shí)際的e°=0.321mm很接近，故取0.71為計(jì)算值。表3-2-4-1七ABCD(e0)(mm)e0(mm)(e0)/e00.71.810.652301.12941.440.330.321.030.711.840.648301.18761.400.320.321.010.721.870.643701.2441.370.310.320.98截面承載力復(fù)核Nu=Ar2fcdC：r2fsd=1.84285029.21.18760.0028502280ucsu=12724.28(KN)Nj-

19、3093.54(KN)Mu=Br3fcdD；gr3fsd=0.648385039.21.40450.0020.98503280=4097.58(KNm)Mj=696.94(KNm)滿足要求。根據(jù)受彎分布，樁基的鋼筋骨架直至樁底，如考慮分段配筋，在z=7.07m截面處為界：M=258.55(KNm)一八1八八八、，N-1.2(2263.387.267.07-5.34707.07)1.4400.30.81.4135=1903.61(KN)按均質(zhì)材料驗(yàn)算該截面應(yīng)力：截面面積A=-1.72=2.27(m2)4截面彈性抵抗矩二d33W=0.482(m)321903.61258.55cr=±2.

20、270.4821.380.3年)截面未出現(xiàn)拉應(yīng)力，且小于fcd,可在此處(z=0.07m)截面切除一半主鋼筋。裂縫寬度計(jì)算根據(jù)公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范(JTGD622004)第6.4.5條，圓形截面鋼筋混凝土偏心受壓構(gòu)件，當(dāng)按作用短期效應(yīng)組合計(jì)算的截面受拉區(qū)最外緣鋼筋應(yīng)力Gss-24MPa,可不必驗(yàn)算裂縫寬度。N一d4二ss=59.422s(2.8q-1)-1.65:3二rfcu,kr其中.r=850mm;fcu,k=20MPa;'=1.0由于1P/(2r)=11.96<14;P=0.002作用短期效應(yīng)組合下樁身最大彎矩Ms=704.55MPa及最大彎矩位置位于局

21、部沖刷線以下z="5m處，此位置所對(duì)應(yīng)的Ns=2400.75KN;4=也Ns理旻=293(mm)2400.75224007501293/、-2ss=59.422(2.8-1)-1.65(0.002)3貝U二850220850=-110.84MPa)<24(MPa)說(shuō)明在作用短期效應(yīng)組合下樁身彎矩最大截面最外緣鋼筋處于受壓狀態(tài),可不必驗(yàn)算裂縫寬度。3.2.7柱頂縱向水平位移計(jì)算樁在局部沖刷線處水平位移x0和轉(zhuǎn)角%:_Q0,M0px0_3AX_2BX:EI:EI因?yàn)閦=0m,查附表的：AX=2.469,BX=1.63159,Ap=1.63159,B(p=1.75417,所以33.79X00.31138.3641062.469661.860.31128.3641061.63159=