中南大學(xué)基礎(chǔ)工程專業(yè)課程設(shè)計

中南大學(xué)基礎(chǔ)工程專業(yè)課程設(shè)計中南大學(xué)《基礎(chǔ)工程》課程設(shè)計書題目：鐵路橋墩樁基礎(chǔ)設(shè)計姓名：xx學(xué)號：xx班級：xx班指導(dǎo)老師：鄭國勇2014年9月目錄第一部分設(shè)計任務(wù)書…………1第二部分設(shè)計說明書…………3133一、基本概況……………………4二、設(shè)計依據(jù)……………………4三、設(shè)計方案……………………4四、施工建議……………………5第三部分設(shè)計計算書…………6一、擬定尺寸……………………7二、樁的布置及樁的連接方式…………………8三、承臺底面形心處位移計算…………………12四、墩身彈性水平位移δ計算…………………15五、樁基檢算……………………11參考文獻……………21第一部分基礎(chǔ)工程課程設(shè)計任務(wù)書——鐵路橋墩樁基礎(chǔ)設(shè)計一、設(shè)計資料1.線路：雙線、直線、坡度4‰、線間距5m，雙塊式無砟軌道及雙側(cè)1.7m寬人行道，其重量為44.4kN/m。2.橋跨：等跨L=31.1m無砟橋面單箱單室預(yù)應(yīng)力混凝土梁，梁全長32.6m，梁端縫0.1m；梁高3m，梁寬13.4m，每孔梁重8530kN，簡支箱梁支座中心距梁端距離0.75m，同一橋墩相鄰梁支座間距1.6m。軌底至梁底高度為3.7m，采用盆式橡膠支座，支座高0.173m，梁底至支座鉸中心0.09m。3.建筑材料：支承墊石、頂帽、托盤采用C40鋼筋混凝土，墩身采用C30混凝土，樁身采用C30混凝土。4.地質(zhì)及地下水位情況：標高（m）地質(zhì)情況厚度（m）36.79~36.29耕地0.536.29~30.79軟塑砂粘土5.530.79~21.29粉砂9.521.29～19.89淤泥質(zhì)砂粘土(松軟)1.419.89～-3.51細砂(中密)23.4-3.51~-12.31粗砂(中密)8.8-12.31~-22.31中砂(中密)10.0-22.31~-29.31礫砂（中密）7.0-29.31~-46.31硬塑粘土17.0土層平均重度，土層平均內(nèi)摩擦角。地下水位標高：＋30.5m。5.標高：梁頂標高+53.483m，墩底＋35.81m。6.風(fēng)力：(橋上有車)。7.橋墩尺寸：如圖1。二、設(shè)計荷載1.承臺底外力合計：雙線、縱向、二孔重載：，，雙線、縱向、一孔重載：，，2.墩頂外力：雙線、縱向、一孔重載：，三、設(shè)計要求1.選定樁的類型和施工方法，確定樁的材料、樁長、樁數(shù)及樁的排列。2.檢算項目(1)單樁承載力檢算（雙線、縱向、二孔重載）；(2)群樁承載力檢算（雙線、縱向、二孔重載）；(3)墩頂水平位移檢算（雙線、縱向、一孔重載）；(4)樁身截面配筋計算（雙線、縱向、一孔重載）；(5)樁在土面處位移檢算（雙線、縱向、一孔重載）。3.設(shè)計成果：(1)設(shè)計說明書和計算書一份(2)設(shè)計圖（A3紙,最好是手工圖)一張四、附加說明1.如布樁需要，可變更圖1中承臺尺寸；2.任務(wù)書中荷載系按圖1尺寸進行計算的結(jié)果，如承臺尺寸變更，應(yīng)對其豎向荷載進行相應(yīng)調(diào)整。五、參考資料1.《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（TB10002.5-2005）2.《鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范》（TB10002.1-2005）3．《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（TB10002.3-2005）4.《鐵路橋涵混凝土和砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（TB10002.4-2005）5.《橋梁工程》邵旭東主編，人民交通出版社，2008年圖1橋墩及承臺尺寸示意圖第二部分設(shè)計說明書一、基本概況本課程設(shè)計任務(wù)要求完成鐵路橋墩樁基礎(chǔ)設(shè)計，橋梁計算跨度L=31.1m，梁全長32.6m，梁端縫。軌底至梁底3.7m，梁底至支座鉸中心，一孔梁總重8530KN。在荷載和承臺參考尺寸給定的情況下，要求確定樁數(shù)和樁的布置情況，對樁臺進行檢算使其承載力和變位滿足規(guī)范的要求，并完成樁的配筋設(shè)計。設(shè)計內(nèi)容及步驟如下：（1）集資料（2）確定樁的尺寸和樁數(shù)（3）墩臺底面形心處位移計算（4）樁基檢算（5）樁身截面配筋設(shè)計和強度、穩(wěn)定性、抗裂性檢算（6）繪制樁基礎(chǔ)布置和樁身鋼筋構(gòu)造圖二、設(shè)計依據(jù)《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》TB1002.5-2005《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50010-2002《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》TB1002.3-2005三、設(shè)計方案本設(shè)計采用鉆孔灌注樁，樁身采用C30混凝土，采用旋轉(zhuǎn)鉆。持力層選在粗砂（中密）層，樁徑采用1.00m，樁長43m，樁端進入持力層深度2.3m，標高26.7m。確定樁數(shù)為8根兩排，對稱布置，樁列間中心距3.0m，排間中心距3.0m。地基容許承載力659kPa，單樁容許承載力3464.53kN。墩頂水平位移4.672mm，容許水平位移為31.62mm。單樁承載力、群樁承載力和墩頂水平位移均符合要求。樁身承受最大彎矩57.215kN.m，選用20Φ16的I級鋼筋，鋼筋面積。鋼筋采用環(huán)形對稱布置，凈保護層厚度60mm，主筋凈距為135.717mm。樁與承臺的聯(lián)結(jié)方式采用主筋伸入式，樁身伸入承臺板0.1m；主筋伸入承臺的長度0.8m。主筋在樁中長度為12.0m。箍筋采用Φ8@200mm。自樁頂以下10cm起向下每2m設(shè)置一道加勁箍筋（即骨架鋼筋），直徑為Φ16。順鋼筋籠長度每隔2m沿圓周均勻設(shè)置4根骨架定位鋼筋，直徑為Φ12。經(jīng)配筋驗算，截面應(yīng)力和樁的穩(wěn)定性均符合要求。四、施工建議地下水位標高為30.5m，樁伸入地下水位以下，施工時要注意加強排水措施，防止流砂等不良地質(zhì)現(xiàn)象的發(fā)生。同時，施工時要加強對周圍的地基沉降的觀測，防止基礎(chǔ)施工引起的周邊建筑的不均勻沉降。鉆孔施工建議使用反循環(huán)法。第三部分設(shè)計計算書一、基礎(chǔ)尺寸的確定1.樁身及承臺均采用30混凝土。2.設(shè)計樁徑采用，成孔樁徑為，鉆孔灌注樁，采用旋轉(zhuǎn)式鉆頭，鉆孔機具為直徑100cm的旋轉(zhuǎn)鉆機。3.根據(jù)地質(zhì)條件，選用粗砂層為持力層，樁端進入砂土持力層的臨界深度為，即樁端進入持力層的深度要大于1.50m，從承臺底面標高為33.31m，則取樁長。樁底標高為-6.69m，樁端進入持力層的深度為3.18m。4.估算樁數(shù)：（按雙孔重載估算）估算公式：單樁容許承載力為：其中，故：該土層平均天然重度，圖2由于樁側(cè)土為不同土層，應(yīng)采用各土層容重加權(quán)平均，在地下水位以上采用天然重度，在地下水位以下采用浮重度：求得：根據(jù)《鐵路橋規(guī)》表4.1.2-3，地基的基本承載力，深度修正系數(shù)，。故：土質(zhì)按較差處理，鉆孔灌注樁樁底支撐力折減系數(shù)根據(jù)《鐵路橋規(guī)》表6.2.2-3，各土層的極限承載摩阻力如下表：地質(zhì)情況厚度極限摩阻力軟塑砂粘土2.5235粉砂9.545淤泥質(zhì)砂粘土1.425細砂（中密）23.450粗砂（中密）3.1880則單樁的軸向受壓容許承載力：取，按二孔重載估算樁數(shù)：，暫取，驗算后再作必要調(diào)整。二、樁的布置及樁的連接方式1.布樁《鐵路橋規(guī)》6.3.2規(guī)定：鉆孔灌注樁中心距不應(yīng)小于2.5倍成孔樁徑。當(dāng)樁徑時，最外一排樁至承臺底板邊緣的凈距不得小于，且不得小于。滿足樁間距和承臺邊到樁凈距的前提下可得到樁在承臺底面的布置情況，如圖3。2.樁與承臺連接方式連接方式采用主筋伸入式，樁伸入承臺板內(nèi)，具體配筋見后面詳述。圖3樁布置圖三、承臺底面形心處位移計算1.設(shè)計荷載：雙線、縱向、二孔重載：N=18629.07KN,H=341.5KN,M=4671.75KN.m雙線、縱向、一孔重載：N=17534.94KN,H=341.5KN,M=4762.57KN.m2.計算，（1）樁的計算寬度其中：，水平力作用方向上相鄰兩樁的凈距，故：由上述得：（2）基礎(chǔ)額變形系數(shù)其中：樁截面慣性矩C30混凝土受壓彈性模量假定樁為彈性樁，則其計算深度：深度內(nèi)存在兩層不同的土，則的換算公式為：其中：，則故樁的變形系數(shù)：樁的換算入土深度：，則樁為彈性樁，假設(shè)成立。3.計算單樁樁頂剛度其中因的直徑（相鄰中心距）故：因，故從上得又，,查表有，，故4.計算承臺剛性系數(shù)對于低承臺樁基，承臺處于軟塑砂粘土中，因此，承臺的計算寬度為：，5.計算承臺底面形心處的位移，，樁基為豎直樁基，樁群對稱布置，，則有：化簡后可得：（1）荷載情況1：雙線、縱向、二孔重載N=18629.07KN,H=341.5KN,M=4671.75（2）荷載情況2：雙線、縱向、一孔重載N=17534.94KN,H=341.5KN,M=4762.57=m四、墩身彈性水平位移δ計算假定墩帽、托盤和基礎(chǔ)部分產(chǎn)生剛性轉(zhuǎn)動，將墩身分為四個部分，（由于墩身4-5段下部分在土中，故將其分為兩段，只計算土上部分風(fēng)力），分別計算它們所受的風(fēng)荷載,橋上有車時的風(fēng)壓強度W=800Pa，縱向水平風(fēng)力等于風(fēng)荷載強度乘以迎風(fēng)面積,分別計算出四部分的上下底邊長及中線長，然后計算出各個截面的彎矩，再求和即可得到托盤底面所受的總彎矩。1.墩頂外力和縱向風(fēng)力引起的力矩（1）墩頂外力：雙線、縱向、二孔重載H=253.44KN,M=893.16（2）墩帽所受風(fēng)力：作用點離墩帽底面的距離為（3）托盤所受風(fēng)力：作用點離托盤底面的距離為其中短邊，長邊墩身所受風(fēng)力：，,作用點離墩身底面的距離為: 示意圖如圖4所示：圖4縱向風(fēng)力示意圖計算由墩頂外力和縱向風(fēng)力引起的彎矩，計算結(jié)果如下表。墩身各截面彎矩值計算表截面位置項目托盤頂0-0墩身1-1墩身2-2墩身3-3墩身4-4墩身5-5墩頂彎矩893.16893.16893.16893.16893.16893.16墩頂水平力152.064532.2241292.5442052.8642813.1843325.133墩帽風(fēng)力1.086.4817.2828.0838.8846.152托盤風(fēng)力06.02929.42952.82976.22991.985墩身風(fēng)力1-20021.31364.225107.137136.0312-300021.88865.66495.143-4000022.3252.378墩身風(fēng)力4-50000010.283總計1046.3041437.8932253.7263113.0464016.5744650.2622、托盤底面水平位移計算和轉(zhuǎn)角托盤底面水平位移和轉(zhuǎn)角計算表1-2段1845.81033.6117.20755.16232-3段2683.38636.619.56475.86943-4段3564.8139.622.15216.64564-5段4333.4182.0212.1124.49447.3483總計注：（1）墩身為C30混凝土：；（2）：分段高度；（3）：分段水平力作用點到墩頂?shù)木嚯x，（4）計算彎矩五、樁基檢算1.單樁承載力檢算（按二孔重載計算）N=18629.07KN，，，則樁頂內(nèi)力：樁身C30混凝土容重，土平均重度則樁自重：樁入土部分同體積土重：則故單樁軸向受壓承載力滿足要求。2.群樁承載力檢算（按二孔重載計算）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（）較頂面放大（如圖5）。底面尺寸：圖5群樁承載力檢算示意圖樁自重：樁側(cè)土重：承臺重：承臺部分土重：故：3.墩頂水平位移檢算（按一孔重載計算）墩高：H=2.5+12+1.5+0.6=16.6m則墩頂位移4.結(jié)構(gòu)在土面處的位移（按一孔重載計算）在《橋規(guī)》中查，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“”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：可以用法直接查表計算。5.樁身截面配筋設(shè)計（按一孔重載計算）（1）樁身彎矩計算因此，任意深度z處樁身截面彎矩：列表計算，如下表所示：計算表0001v0.20.5090.1970.9981.17355.63856.8120.41.0180.3770.9862.24654.97057.2150.61.5270.5290.9593.15253.46456.6160.82.0360.6460.9133.84850.90054.7481.02.5450.7230.8514.30647.44451.7501.23.0530.7620.7744.54043.15147.6901.43.5620.7650.6874.55738.30042.8581.64.0710.7370.5944.39033.11637.5061.84.5800.6850.4994.08027.81931.8992.05.0890.6140.4073.65722.69026.3472.25.5980.5320.323.41717.84021.2572.46.1070.4430.2432.63913.54716.1862.66.6160.3550.1752.1149.75611.8702.87.1250.270.121.6096.6908.3003.07.6340.1930.0761.1504.2375.3873.58.9060.0510.0140.3040.7801.0844.010.17800000由表知：（2）計算偏心距初始偏心距：偏心距放大系數(shù)：其中：影響系數(shù)計算長度（此式中為變形系數(shù)）安全系數(shù)K=0.6（主力+附加力）則：（3）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C30，根據(jù)《橋規(guī)》規(guī)定，取=0.5%,則選用20Φ16的=