基础工程计算书 -

'中南大学基础工程课程设计土木工程0713班费瑞振基础工程课程设计题目:　铁路桥墩桩基础设计指导教师:　郑国勇　　　　　　姓　　名:　　　　　　　　专　　业:　　　　　　　　　　学号:　　　　　2014年9月28日第19页共17页 中南大学基础工程课程设计土木工程0713班费瑞振基础工程课程设计任务书——铁路桥墩桩基础设计一．设计资料1.线路：双线、直线、坡度4‰、线间距5m，双块式无碴轨道及双侧1.7m宽人行道，其重量为44.4kN/m。2.桥跨：等跨L=31.1m无碴桥面单箱单室预应力混凝土梁，梁全长32.6m，梁端缝0.1m；梁高3m，梁宽13.4m，每孔梁重8530kN，简支箱梁支座中心距梁端距离0.75m，同一桥墩相邻梁支座间距1.6m。轨底至梁底高度为3.7m，采用盆式橡胶支座，支座高0.173m，梁底至支座铰中心0.09m。3.建筑材料：支承垫石、顶帽、托盘采用C40钢筋混凝土，墩身采用C30混凝土，桩身采用C30混凝土。4.地质及地下水位情况：土层平均重度γ＝20kN/m3，土层平均内摩擦角ϕ=28°。地下水位标高：＋30.5。5.标高：梁顶标高+53.483m，墩底＋35.81。6.风力：w＝800Pa(桥上有车)。7.桥墩尺寸：如图1。二．设计荷载1.承台底外力合计：双线、纵向、二孔重载：第19页共17页 中南大学基础工程课程设计土木工程0713班费瑞振N=18629.07kN，H=341.5kN，M=4671.75kN·m双线、纵向、一孔重载：N=17534.94kN，H=341.5kN，M=4762.57kN·m2.墩顶外力：双线、纵向、一孔重载：H=253.44kN，M＝893.16kN·m。三．设计要求1.选定桩的类型和施工方法，确定桩的材料、桩长、桩数及桩的排列。2.检算下列项目(1)单桩承载力检算（双线、纵向、二孔重载）；(2)群桩承载力检算（双线、纵向、二孔重载）；(3)墩顶水平位移检算（双线、纵向、一孔重载）；(4)桩身截面配筋计算（双线、纵向、一孔重载）；(5)桩在土面处位移检算（双线、纵向、一孔重载）。3.设计成果：(1)设计说明书和计算书一份(2)设计图(计算机绘图)一张四．附加说明1.如布桩需要，可变更图1中承台尺寸；2.任务书中荷载系按图1尺寸进行计算的结果，如承台尺寸变更，应对其竖向荷载进行相应调整。第19页共17页 中南大学基础工程课程设计土木工程0713班费瑞振图1桥墩及承台尺寸示意图第19页共17页 中南大学基础工程课程设计土木工程0713班费瑞振基础工程课程设计计算说明书——铁路桥墩桩基础设计1.铁路桥墩桩基础设计中所依据规范有《铁路桥涵地基和基础设计规范》TB1002.5《混凝土结构设计规范》GB50010-2002《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》TB1002.3-992．铁路桥墩桩基础设计内容及步骤①收集资料②拟定桩的尺寸及桩数③承台底面形心处的位移计算④墩身弹性水平位移计算⑤承载力、位移、稳定性、抗裂性检算及桩身截面配筋设计⑥绘制桩基础布置及桩身钢筋构造图第19页共17页 中南大学基础工程课程设计土木工程0713班费瑞振一、拟定基桩尺寸及桩数1、承台及桩身采用C30混凝土。2、设计桩径取，钻孔灌注桩；钻孔机具为Φ100cm旋转钻机。3、考虑选择较硬土层作为桩端持力层（强度较高、压缩性较低的粘性土、粉土、中密或密实的砂土、砾石土以及中风化或微风化的岩层，是常用的桩端持力层），根据地质条件，将桩端定在粗砂层。桩端全截面进入持力层的深度，对于砂土不宜小于1.5d，所以选择桩长l=40m，标高为-6.69m处，桩端进入持力层深度为3.18m。4、确定桩数n：，其中μ为经验系数，桥梁桩基采用1.3～1.8。计算单桩容许承载力：其中（A按设计桩径计算），第19页共17页 中南大学基础工程课程设计土木工程0713班费瑞振（U按成孔桩径计算，旋转钻成孔桩径比设计桩径增大30～50mm），为钻孔灌注桩极限摩阻力。查《基础工程》表6—21，得：软塑砂粘土：，；粉砂：，；淤泥质砂粘土：，；细砂（中密）：，；粗砂（中密）：，；查《基础工程》表6—20，取；查《桥规》表4.1.2～4.1.2-9，中密粗砂；查《桥规》表4.1.3，，；。当l>10d时，，则：取，则，取n=8根。二、确定桩在承台底面的布置1、承台尺寸采用图1中所示尺寸。2、查《桥规》知，当时，最外一排柱至承台底板边缘的净距不得小于且不得小于0.5m，且钻孔灌注桩的桩中心距不应小于，根据承台尺寸及以上布桩原则，桩的分布如下图所示：第19页共17页 中南大学基础工程课程设计土木工程0713班费瑞振图2.桩的布置图三、承台底面形心处位移计算1、设计荷载⑴承台底外力合计双线、纵向、二孔重载：N=18629.07kN，H=341.5kN，M=4671.75kN·m双线、纵向、一孔重载：N=17534.94kN，H=341.5kN，M=4762.57kN·m⑵墩顶外力双线、纵向、一孔重载：H=253.44kN，M＝893.16kN·m。2、承台底面形心处位移a,b,β⑴桩的计算宽度和变形系数由，对于圆截面桩：，，取，与外力作用面相互平行的平面内桩间净距为：，取。则，第19页共17页 中南大学基础工程课程设计土木工程0713班费瑞振桩截面的受挠刚度为：C30混凝土假定为弹性桩，承台底面下深度为，为软塑砂粘土和粉砂，查《基础工程》表6-7，取，；，；等效面积法换算地基系数：则基础变形系数：桩的换算入土深度：，假设成立，按弹性桩计算。⑵单桩桩顶刚度设计桩为钻孔灌注桩，所以，且，查《基础工程》表6-7，粗砂层取，取，查《基础工程》表6-15得：第19页共17页 中南大学基础工程课程设计土木工程0713班费瑞振则：⑶承台刚度系数桩对称布置：⑷计算承台计算宽度承台处于耕地软塑砂粘土中，，⑸承台底面形心处位移计算（单重、双重分别计算）双线、纵向、二孔重载下：N=18629.07KN,H=341.5KN,M=4671.75KN•m第19页共17页 中南大学基础工程课程设计土木工程0713班费瑞振双线、纵向、一孔重载下：N=17534.94KN,H=341.5KN,M=4762.57kN•m四、托盘底面水平位移及转角计算假定：墩帽、托盘和基础部分仅产生刚性转动，将墩身分为四部分，每部分高度相同，基本风荷载强度，桥上有车时风荷载强度采用，纵向水平风力等于风荷载强度乘以受风面积。1、和纵向风力引起的力矩（活载偏心所引起的弯矩已计入M中）墩帽所受风力：托盘所受风力：托盘风力合力作用点位置距下边缘距离为x，则：第19页共17页 中南大学基础工程课程设计土木工程0713班费瑞振图3.墩身受风面积分割图墩身各部分（梯形）形心轴距下边缘的距离计算公式为：，其中a为下边长度，b为上边长度。算例：1-2段所受水平风力：1-2段形心轴距2-2截面的距离：其他部分墩身所受风力及各截面弯矩值计算列表如下：表1.风力及截面弯矩值计算表各截面弯矩M水平力(KN)托盘顶0托盘底12-23-34-4墩底5第19页共17页 中南大学基础工程课程设计土木工程0713班费瑞振墩顶水平力152.064532.2241292.5442052.8642813.1843573.504墩帽风力H=2.880.8645.18413.82422.46431.10439.744托盘风力H=6.2404.82423.54442.26460.98479.704墩身H1-2=11.44320017.10851.43785.767120.096H2-3=11.673600017.45252.47387.494H3-4=11.9000000017.79353.493H4-5=12.13440000018.145墩顶弯矩893.16KN·m893.16893.16893.16893.16893.16893.16总计1046.0881435.3922240.1803079.6413954.4654865.3402、计算托盘底面的水平位移和转角由得：，，第19页共17页 中南大学基础工程课程设计土木工程0713班费瑞振表2.托盘水平位移和转角计算表单位KN*mmmm4KN/mradm1-2段1837.7863.001.5017.20844.0521071.25210-51.87810-52-3段2659.9113.004.5021.88256.0181071.42410-56.40810-53-4段3517.0533.007.5022.15256.7091071.86110-513.95810-54-5段4409.9033.0010.524.98463.9591072.06810-521.71410-5总计6.60510-543.95810-5五、桩基检算1、单桩承载力检算（双线、纵向、二孔重载）N=18629.07KNx=2.5β=0.888110-4rad查规范，取桩容重，则桩身自重：与桩入土部分同体积的土重为：则：所以，单桩承载力合格第19页共17页 中南大学基础工程课程设计土木工程0713班费瑞振2、群桩承载力验算（双线、纵向、二孔重载）检算条件：桩中心间距为5米，小于6d=6米，考虑群桩效应；检算方法：。式中：N——作用于假想实体基础底面形心上的所有竖向力；M——作用于地面或局部冲刷线以上外力对群桩形心的力矩；A——假想实体基础地面面积；W——假想实体基础地面的截面惯性矩。群桩承载力的检算图示如下图所示：桩身自重：；图4.假想实体基础示意图桩侧土的自重：承台自重：与承台入土部分相同体积的土重：所以，群桩承载力合格。3、桩在土面处位移检算（双线、纵向、一孔重载）⑴在《桥规》中查m、m0时，只适用于结构在地面处的最大位移为6mm，若超过6mm就不能采用“m”法进行计算，故需要对桩在土面处的位移进行检算。⑵根据检算公式：第19页共17页 中南大学基础工程课程设计土木工程0713班费瑞振4、墩顶水平位移检算（双线、纵向、一孔重载）所以，墩顶水平位移满足要求。5、桩身配筋计算（双线、纵向、一孔重载）⑴计算桩身弯矩由表3.桩身弯矩计算表αzzAmBm55.946Am-30.569BmMz00010-30.569-30.5690.20.490.1970.99811.021-30.508-19.4870.40.970.3770.98621.092-30.141-9.0490.61.460.5290.95929.595-29.3160.2790.81.950.6460.91336.141-27.9108.2311.02.440.7230.85140.449-26.01414.4351.22.920.7620.77442.631-23.66018.9711.43.410.7650.68742.799-21.00121.7981.63.900.7370.59441.232-18.15823.0741.84.390.6850.49938.323-15.25423.0692.04.870.6140.40734.910-12.44222.4682.25.360.5320.3229.763-9.78219.9812.45.850.4430.24324.784-7.42817.3562.66.330.3550.17519.860-5.35014.510第19页共17页 中南大学基础工程课程设计土木工程0713班费瑞振2.86.820.270.1215.105-3.66811.4373.07.310.1930.07610.798-2.3238.4753.58.530.0510.0142.853-0.4282.4254.09.7500000图5.桩身弯矩分布图⑵求偏心矩e主力加附加力，所以K=1.6查《基础工程》表6-25，得所以第19页共17页 中南大学基础工程课程设计土木工程0713班费瑞振⑶配筋根据灌注桩构造要求，桥梁桩基主筋宜采用光钢筋，主筋直径不宜小于16mm，净距不宜小于120mm，主筋净保护层不应小于60mm，在满足最小间距的情况下，尽可能采用单筋、小直径钢筋，以提高桩的抗裂性。所以，主筋采用Ⅰ级钢筋，桩身混凝土为C30，根据《桥规》规定，取，则：，选用816的Ⅰ级钢筋，则。取净保护层厚度，此时主筋净距为：。桩与承台的联结方式为主筋伸入式，桩身伸入承台板0.15m；主筋伸入承台的长度不小于45倍的主筋直径，取0.8m。主筋应配到4.0/α处一下2m处，故主筋在桩中长度为12m；箍筋采用，为增加钢筋笼刚度，顺钢筋笼长度每隔2m加一道的骨架钢筋。⑷判别大小偏心换算截面面积：换算截面惯性矩：第19页共17页 中南大学基础工程课程设计土木工程0713班费瑞振，故此桩属于小偏心受压构件。⑸应力校核小偏心受压构件为全截面受压，故受压区圆心角为360°，α=180°，则：配筋率为：，则：所以，桩的截面应力满足要求。⑹稳定性验算桩的计算长度，，，查《混凝土结构设计原理》表11-4查得=1.0，查表11-3得m=12.4，按轴心受压构件检算桩的稳定性。所以，桩的稳定性满足要求。⑺抗裂性验算由于桩属于小偏心受压，全截面受压，钻孔灌注桩现场浇灌，不需吊装，施工期间桩截面一般不出现拉应力，所以桩不产生裂缝。⑻钢筋及混凝土用量计算可得钢筋直径、长度、数量，混凝土体积等如下表所示：第19页共17页 中南大学基础工程课程设计土木工程0713班费瑞振表4.单桩材料用量表钢筋名称直径根数单根长（m）总长（m）总重（kg）受力纵筋16813.022104.176164.598环向箍筋8642.790178.5670.531骨架钢筋1662.61415.68424.781合计259.91混凝土名称标号直径（m）长度（m）体积（m3）桩C301.054034.636第19页共17页'