《基礎(chǔ)工程》課程設(shè)計報告

課程名稱：基礎(chǔ)工程設(shè)計題目雙線高速鐵路某橋墩基礎(chǔ)設(shè)計匡設(shè)計題目雙線高速鐵路某橋墩基礎(chǔ)設(shè)計匡1=1院系：土木工程系專業(yè)：鐵道工程年級：二零零八級姓名：XXXX 指導(dǎo)教師：XXXXX西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)2019年6月5日課程設(shè)計任務(wù)書專業(yè)鐵道工程（橋梁組）姓名XXX學(xué)號XXXX開題日期：2019年5月20日 完成日期：2019年6月5日題目一、 設(shè)計的目的通過本課程設(shè)計，要求學(xué)生熟悉基礎(chǔ)設(shè)計的方法，掌握基礎(chǔ)設(shè)計的基本理論，培養(yǎng)綜合應(yīng)用基本知識和基本理論的能力。二、 設(shè)計的內(nèi)容及要求設(shè)計具體內(nèi)容見任務(wù)書：通過本課程設(shè)計，要求學(xué)生熟悉：綜合分析設(shè)計資料，對三種常用的橋梁基礎(chǔ)類型（剛性擴大基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)和沉井基礎(chǔ)）的技術(shù)合理性進行比較（限于課時，本次課程設(shè)計不考慮造價因素），選擇較為合理的基礎(chǔ)方案。對選定的基礎(chǔ)方案進行詳細設(shè)計。初步?jīng)Q定修筑基礎(chǔ)的施工方案。三、指導(dǎo)教師評語四、成績指導(dǎo)教師簽章)年月曰目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一、 工程概況 3\o"CurrentDocument"二、 工程地質(zhì)和水文地質(zhì) 3\o"CurrentDocument"三、 設(shè)計荷載 4\o"CurrentDocument"1、 恒載 4結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重 4附屬設(shè)施重(二期恒載) 4\o"CurrentDocument"2、 活載 4\o"CurrentDocument"四、 設(shè)計步驟 5\o"CurrentDocument"支座反力的確定： 5基底以上墩及土的重量和Gk的計算 5附加力(風(fēng)力) 6主力 6\o"CurrentDocument"基礎(chǔ)的選擇與檢算 8選定樁基類型 8選擇樁材與樁徑 8擬定承臺底面平面形狀及尺寸 9樁與承臺連接方式 10求R和樁數(shù)檢驗 10求樁頂荷載 10基樁豎向抗壓承載力驗算 11水平承載力檢驗 11承臺抗沖切驗算 11承臺底面形心處的位移計算 12樁基檢算 13\o"CurrentDocument"基礎(chǔ)配筋 16判斷大小偏心 17應(yīng)力檢算 17穩(wěn)定性檢算 17單根樁材料表 18\o"CurrentDocument"五、施工圖繪制 18\o"CurrentDocument"六、 規(guī)范及參考書 19某高速鐵路橋梁橋墩基礎(chǔ)設(shè)計

設(shè)計任務(wù)一、工程概況該橋梁系高速鐵路干線上的特大橋(復(fù)線)，線路位于直線平坡地段。該地區(qū)地震烈度較低，不考慮地震設(shè)防問題。橋梁及橋墩部分的設(shè)計已經(jīng)完成，橋跨由8孔32m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土整體箱梁組成，見圖3-1和圖3-3。二、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)場地處的地質(zhì)剖面見圖3-2,相關(guān)土工試驗資料見表3-1。水文資料見圖3-1。表3-1 土工試驗成果表土層編號及名稱地質(zhì)年代比重Gs重度Y/kN/m3含水量w/%液限wL/%塑限wp/%平c/kPa滲透系數(shù)k/cm/s壓縮系數(shù)a/MPa-1地基承載力特征值(kpa)①軟粘土Q42.7214.991.585.055.06。17’10.12.8E-80.494100②砂粘土Q42.6918.834.543.028.012。05’19.43.4E-70.112190③粗砂中密Q32.6019.526.2//24。32’/2.7E-10.011350④強風(fēng)化砂巖K飽和單軸抗壓強度R=2.4MPa⑤中風(fēng)化砂巖K飽和單軸抗壓強度R=6.7MPa三、設(shè)計荷載1、 恒載結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重按《鐵路涵設(shè)計基本規(guī)范》(TB10002.1-2019)采用。按照圖紙?zhí)峁┎捎昧旱淖灾豎1:鋼筋混凝土重度25kN/m3,梁體混凝土用量259.8m3則：附屬設(shè)施重(二期恒載)軌下枕底道碴厚度為35cm。包括鋼軌、道碴、軌枕、防水層、保護層、人行道遮板、聲屏障、擋碴墻、電纜槽豎墻、蓋板等重量，直線梁按184kN/m計算，曲線梁按198kN/m計算。則：2、 活載列車豎向活載縱向計算分別采用ZK標(biāo)準(zhǔn)活載。恒載圖示：圖2恒載作用簡圖(尺寸單位：mm)、設(shè)計步驟支座反力的確定：根據(jù)提供的上部結(jié)構(gòu)恒載及活載，分雙線縱向主+附兩孔滿載、雙線縱向主+附一孔輕載兩種情況。先計算四個支座的支座反力，再把荷載計算到承臺底面形心處。(1)基底以上墩及土的重量和Gk的計算墩臺自重G的計算：頂帽及托盤鋼筋混凝土用量：66.63m3；墩身混鋼筋混凝土用量：83.62m3；吊籃：一個橋墩：Q235鋼材(12h+1529.3)kg；涂裝面積：72.43m2(重量可忽略)；支承墊石鋼筋混凝土用量：2.8m3。底座鋼筋混凝土用量：1x7-4x3,4+1x9.4x5.4=75.92心G=(66.63+83.62+2.8+75.92)x25+(L2x8+1529.3)x9.81:1000=5740.19S土的重量：基底以上土的體積：75.92m3；該土為軟粘土，其重度7=14?9kN/m3。該體積的軟粘土重量：75.92x14.9=1131.21kN（2）附加力（風(fēng)力）計算公式：式中：w一風(fēng)荷載強度（Pa）；W°—基本風(fēng)壓值（pa），查規(guī)范取550Pa；K1一風(fēng)載體型系數(shù)，L/b=2.19取1.1；K2—風(fēng)壓高度變化系數(shù)，取1.0；K3一地形、地理條件系數(shù)，取1.0。橋上有車時按上式值的80%計算。a） 頂帽風(fēng)力迎風(fēng)面積：頂帽風(fēng)力=0.484X2.1=1.12kN對基底產(chǎn)生的矩為：1.12X（0.188+14.2）=16.1kN?mb） 墩身風(fēng)力迎風(fēng)面積=67.4m2墩身風(fēng)力=67.4X0.484=32.62kN對基底產(chǎn)生的矩為：32.62X8=292.96kN?m總的縱向風(fēng)力H=1.12+32.62=33.72kN，取34kN。（3）主力支座編號：圖3支座編號（橫向）簡圖a）情況1：雙線縱向主+附兩孔滿載圖4兩孔滿載簡圖（尺寸單位：mm）列車活載動力系數(shù)：, 0996 … 。= +0.913,l4一結(jié)構(gòu)計算跨度，單位山川-0.20.996 0.996本設(shè)計：。= +0.913= +0.913牝1.15-0.2 <32-0.2此時支座反力計算：左跨部分：由對稱性：Fn1=Fn2=Fn3=Fn4=7522.38kN此時荷載計算到承臺底面形心處：圖5兩孔重載時承臺地面受力簡圖Fk一對應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時，上部結(jié)構(gòu)傳至承臺底部的豎向力;G*一基底以上基礎(chǔ)、土等的自重之和。b）情況2：雙線縱向主+附一孔輕載圖6單孔輕載簡圖（尺寸單位：mm）此時支座反力計算：左跨部分：由對稱性：Fn1=Fn廣6803.95kN右跨部分：由對稱性：Fn3=Fn4=6192kN此時荷載計算到承臺底面形心處:偏心距e=1.7+0.7=2.4mMk一豎向合力和風(fēng)力產(chǎn)生的偏心矩。圖7單孔輕載時承臺底面受力簡圖基礎(chǔ)的選擇與檢算（1） 選定樁基類型考慮樁基為低承臺，采用鉆孔灌入樁，確定設(shè)計為端承樁。（2） 選擇樁材與樁徑圖8土層分布圖a） 樁身采用C25混凝土。b） 設(shè)計樁徑采用d=1m，成孔樁徑為1.05m,鉆孔灌注樁，采用旋轉(zhuǎn)式鉆頭。c） 畫出土層分布圖如圖8所示，選用強分化砂巖層為持力層，樁端進入持力層的臨界深度為1.5d=1.5m，即樁端進入持力層要大于1.5m，從承臺底面到粗砂中密層底部深度為19.10m，則取樁長l=22m。樁底標(biāo)高12.13m，進入持力層2.90m。d） 估算樁數(shù)：（按雙孔重載估算）估算公式：n=p.4+氣R式中：（Fk+G「一豎向承載力總和（kN）；R一基樁的豎向承載力設(shè)計值；p一經(jīng)驗系數(shù)。由教材表5-6查得樁的極限側(cè)阻力的標(biāo)準(zhǔn)值qslk為：軟粘土：IL=1.22，q1^=21kPa，l1=2.59m;砂粘土：Il=0.43，q球=70kPa，12=8.45m;粗砂中密：q弘=74kPa，＜=8m；強分化砂巖：R'=2.4MPa，14=2.96m。由教材表5-7查得樁的極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值qpk為：強分化砂巖：h=25m，取qk=6300kPa。故：由于樁端端阻力承受主要豎向力，取門c二°，門s二七=門廣1.0，y=y=1.65。故：取|i=1.3，則估算樁數(shù)：暫時取n=6根，驗算后作必要調(diào)整。（3）擬定承臺底面平面形狀及尺寸查《鐵路橋規(guī)》，當(dāng)?shù)骎1m時，最外一排樁至承臺底板邊緣的凈距不得小于0.5d（設(shè)計樁徑）且不得小于0.25m，且鉆孔灌注樁中心距不應(yīng)小于2.5成孔樁徑，滿足樁間距和和承臺邊到樁凈距的前提下得到樁在承臺底面的布置情況，如下圖（單位：cm）：圖9樁在承臺底面的布置（尺寸單位：cm）由上圖可知樁中心距，a在（3-4）d之間，所以樁端處地基中各樁傳來的壓力將相互重疊。（4）樁與承臺連接方式采用主筋伸入式，樁伸入承臺板內(nèi)10cm，具體配筋見后面詳述。（5） 求R和樁數(shù)檢驗計算考慮群樁效應(yīng)下的基礎(chǔ)豎向承載力設(shè)計值R并檢驗樁數(shù)是否合適根據(jù)式（5-67）可知其中a） 求側(cè)阻、端阻群樁系數(shù)門代七。這兩個系數(shù)可根據(jù)s./d^Bc/1由表5-20查得，但由于橫向和縱向s.不相等，查表時應(yīng)采取平均值，即以s/d=3.45和B/1=5.4/22=0.245,按樁周為砂土，用內(nèi)插法從表5-20得出b） 求承臺底的土抗力群樁效應(yīng)系數(shù)門/這個系數(shù)可按式5-70計算。首

先求出承臺內(nèi)區(qū)、外區(qū)的凈面積牛七和承臺底地基土凈面積氣叩、*可根據(jù)s/d=3.45和B/1=5.4/22=0.245由表5-21內(nèi)插法查得，由于承臺下的砂粘土屬于高壓縮性土，故門：按B/1<0.2取值。按s/d=3.45和B/1<0.2,用內(nèi)插法得按式（5-70）得（6） 求樁頂荷載豎向力Fk+氣=25991.9+6871.40=32863.3kN;承臺高度h為2m，則承臺所受的彎矩（繞y軸）（繞軸方式：水平向右為y軸，向上為x軸）按式（5-60），各基樁所受的平均豎向壓力設(shè)計值為按式（5-61），基樁最大和最小豎向壓力設(shè)計值為（7） 基樁豎向抗壓承載力驗算基礎(chǔ)偏心受壓時，驗算時要同時滿足式（5-72）Y0N<R和式（5-73）'0Nmax<1.2R兩個條件，設(shè)計樁基的安全等級為一級，則建筑基樁重要性系數(shù)數(shù)0=1.2。驗算如下兩項驗算均滿足要求。（8） 水平承載力檢驗水平力H=34kN,水平力和豎向力的合力與鉛垂線的夾角34 ....0=arctan =0.074。<5。，故可以不驗算基樁的水平承載力。25991.9（9） 承臺抗沖切驗算設(shè)計承臺厚2.0m，沖切破壞錐體的有效高度h=1.9m。0a）柱對承臺的沖切驗算。根據(jù)公式（5-93），（5-94），（5-95）式中：匕一作用于沖切破壞錐體上的沖切力設(shè)計值；匕一承臺混凝土抗拉強度設(shè)計值；吃一沖切破壞錐體有效高度中線周長；h0一承臺沖切破壞錐體的有效高度；a—沖切系數(shù)；人一沖跨比，*=a0/h0，a0為沖跨，即柱（墻）邊或承臺變階處到樁邊的水平距離；當(dāng)a0V0.20h0時，取a0=0.20h0；第11頁當(dāng)氣〉0.20%，取%=h0，人滿足0"1.0；F一作用于柱或墻底的豎向荷載設(shè)計值;E七一沖切破壞錐體范圍內(nèi)各基樁的凈反力（不計承臺和承臺上土自重）設(shè)計值之和。設(shè)計一級樁基，y0=1.2由于在x方向a-166mm,在y方向a-200mm。采用兩者平均值，即a=183mm=15.6m(5.666+4.42+3.5)=15.6m + 2)承臺混凝土選用C30，抗拉強度設(shè)計值ft=1430kPa,則滿足要求。（10）承臺底面形心處的位移計算a） 設(shè)計荷載：雙線、縱向、二孔重載：雙線、縱向、一孔輕載：b） 計算七、aI "敬aa?.?鐵路E=0.8E=0.8x2.8x107=2.24x107kPah假定樁為彈性樁，則其計算深度：hm深度內(nèi)存在兩層不同的土，則地基比例系數(shù)m的換算公式為:

其中m1=5000kN/m4,h1=2.59m,m2=8000kN/m4,h2=1.51m則而偵l=0.407x22=8.954>2.5,則樁為彈性樁，按彈性樁計算。c）計算單樁樁頂剛度p、p、p、p12 3 4其中:1P11P1=l三l\ 1°AE C0A。=5.138x105kN/m1.0x22 1 + 0.785x2.8x107149662.436x7.069又al=0.407x22=8.954>4.0，查表有Y=1.064,Y=0.985,'=1.48HMMi.計算承臺剛性系數(shù)對于低承臺樁基，承臺完全處于軟塑砂粘土中，因此，承臺的計算寬度為:..ii. 計算承臺底面形心處的位移a.b樁基為豎直樁基，樁群對稱布置，Yba=y弗=yab=y=0，則有:￡Nb= Ybb由上式得承臺形心位移：』a疽'邸￡HT：由上式得承臺形心位移：』Q七廠YaPvpY'￡M-y￡HY'y'—y'2

aaPPaP荷載情況1一雙線、縱向、二孔重載:荷載情況2一雙線、縱向、單孔重載:（11）樁基檢算a）群樁承載力檢算（按雙孔重載計算）將樁群看作一個實體基礎(chǔ)，則實體基礎(chǔ)為一臺體，臺體底面由于內(nèi)摩擦角（中=24。32'）較頂面放大，底面尺寸：樁自重：G1=22x0.785x25x6=2590.5kN樁側(cè)土重：G2=117.454x（2.59x14.9+8.45x18.8+10.96x19.5）-117.454x6=47588.955kN承臺重：G3=25x（10.4x5.4x1+3.4x7.4x1）=2033kN承臺部分土重：G'=20x（10.4x5.4x1+3.4x7.4x1）=1626.4kN3b） 墩頂水平位移檢算（按一孔重載）墩高：H=14.35m則墩頂位移c） 結(jié)構(gòu)在土面處的位移（按一孔輕載）在《橋規(guī)》中查m、m0時，只適用于結(jié)構(gòu)在地面處的最大位移為6mm，若超過6mm就不能采用“m”法進行計算，故需要對樁在土面處的位移進行檢算。墩身埋于土中高度：h'=38.46-37=1.46m???可以用m法直接查表計算d） 樁身截面配筋設(shè)計（一孔重載）樁身彎矩計算H0=\ap2-ppj=0.299x10-4x7.891x104-2.063x10-4x1.795x1051=34.67kNM0=Pp4-ap3=2.063x10-4x6.864x105-0.299x10-4x1.795x105=136.24kN?m..?任意深度z處樁身截面彎矩：

M^列表計算如下:aZZ(m)AMBm41.332AM1.994BMM(kN-m)00.00010136.248136.2480.20.4770.1970.99816.781135.976152.7570.40.9550.3770.98632.114134.341166.4550.61.4320.5290.95945.062130.662175.7240.81.9090.6460.91355.029124.394179.4231.02.3870.7230.85161.588115.947177.5351.22.8640.7620.77464.910105.456170.3661.43.3410.7650.68765.16693.602158.7681.63.8190.7370.59462.78180.931143.7121.84.2960.6850.49958.35167.988126.3392.04.7730.6140.40752.30355.453107.7562.25.2510.5320.3245.31843.59988.9172.45.7280.4430.24337.73733.10870.8452.66.2050.3550.17530.24023.84354.0842.86.6830.270.1223.00016.35039.3493.07.1600.1930.07616.44110.35526.7953.58.3530.0510.0144.3441.9076.2524.09.547000.0000.0000.000由表知：Mmax=179.423kN-mii.計算偏心距初始偏心距：e=M-max=179.423=0.037m0N. 4834.73偏心距放大系數(shù)：n=——矣廠-KN

1— aW12c

其中，影響系數(shù)a=0.1 +0.16=—0^,+0.16=0.618TOC\o"1-5"\h\z八ce 0.0370.2+—0 0.2+ \o"CurrentDocument"h 2.00計算長度：l=0.5(/+40)=0.5x(0+_^^)=4.914m，(a為變形一 0.407系數(shù)）主力+主力+附加力所以K=0.6=1.008貝^丑= =1.0081 KN [ 0.6x4834.731— 1— a丸2E" 0618x冗2X2.8x107x0.0491l2^ . 4.9142c3-基礎(chǔ)配筋根據(jù)灌注樁構(gòu)造要求，橋梁樁基主筋宜采用光圓鋼筋，主筋直徑不宜小于16mm，凈距不宜小于120mm，且任一情況下不得小于80mm，主筋凈保護層不應(yīng)小于60mm。在滿足最小間距的情況下，盡可能采用單筋、小直徑的鋼筋，以提高樁的抗裂性，所以主筋采用I級鋼筋。樁身混凝土為C25，根據(jù)《橋規(guī)》規(guī)定，取rmin=0.5%,則選用16618的I級鋼筋，A=4072mm2，取凈保護層厚度s，實a=60mm，采用對稱配筋，則主筋凈距為：s2nR 2兀x（500一60一9） 一d= 一18=151.253mm>120mm，符合要16 16求。樁與承臺的聯(lián)結(jié)方式為主筋伸入式，樁身伸入承臺板0.1m，主筋伸入承臺的長度（算至彎鉤切點）對于光圓鋼筋不得不小于45倍主筋直徑（即810mm），取900mm,主筋應(yīng)配到4/a處以下2m處

(約為11.55m)，取其