基础工程计算书

'基础工程课程设计计算书----WENZHILIN计算书一、设计资料1、工程概况该桥梁系某I级公路干线上的中桥（单线），线路位于直线平坡地段。该地区地震烈度较低，不考虑地震设防问题。桥梁及桥墩部分的设计已经完成，桥跨由4孔30m预应力钢筋混凝土梁组成。2、工程地质和水文地质河床标高为78.32m，桩顶与河床平齐，一般冲刷线标高为75.94m，局部冲刷线标高为73.62m。地基土为中密砂砾土，地基土比例系数m＝10000kN/m4；地基土极限摩阻力kPa；地基容许承载力＝430kPa,内摩擦角＝20o，土的密度=11.80kN/m2（已考虑浮力）。3、墩柱及桩的尺寸．采用双柱式墩（图1)。墩帽盖梁顶标高为84.72m，墩柱顶标高为83.32m；桩顶标高为78.32m。墩柱直径1.30m；桩的直径1.50m。桩身用C25混凝土；其受压弹性模量kPa。4、荷载情况．桥墩为单排双柱式，上部结构为30m预应力钢筋混凝土T梁，桥面净宽9m＋2×0.75m,设计汽车荷载为公路I级，人群荷载标准值为3.0kN/m2。桥梁处于I类环境，安全等级为二级。以顺桥向计算，计得至盖梁顶的各作用值见表1。图1双柱式桥墩计算图（标高单位为m，尺寸单位为cm）第14页共14页文志林 基础工程课程设计计算书----WENZHILIN表1作用值计算表（盖梁顶）根据表1，经计算求得作用一根桩顶荷载为：双跨结构重力=1467.30kN盖梁自重反力=263.90KN一根墩柱自重=165.22KN系梁自重反力=66.80KN每一延米桩重q=25.81KN两跨双列汽车荷载反力=1184.14KN两跨人群荷载反力=66.79KN单跨双列汽车荷载反力=280.40KN单跨人群荷载反力=32.11KN单跨双列汽车荷载弯矩=117.36KN.m单跨人群荷载弯矩=13.08KN.m水平制动力=32.5KN,制动力弯矩=208KN.m风力水平力=10.70KN,风力弯矩=44.24KN.m二、方案比较第14页共14页文志林 基础工程课程设计计算书----WENZHILIN1、刚性扩大基础当截面厚度一定时，其悬出部分长度应控制在一定范围内。a-a截面则不会出现裂缝，这时，基础内不需配置受力钢筋，这种基础称为刚性基础。刚性扩大基础属于浅基础，浅基础是指修建在天然地基上，基础底面的埋置深度小于基础窄边宽度，或埋入地层深度较浅（在5m以内），施工一般采用敞开挖基坑和敞坑排水修筑的基础，也称明挖基础或扩大基础。对于本工程若采用刚性扩大基础，其须埋于冲刷线以下不少于1m，刚性扩大基础的最小埋置深度为5.7m。因此，尽管持力层土层地质良好，考虑浅基础特点故不合适。2、沉井基础沉井基础的使用范围：（1）．上部荷载较大，而表层地基土的容许承载力不足，扩大基础开挖工作量大，以及支撑困难，但在一定深度下有好的持力层，采用沉井基础与其它深基础相比较，经济上较为合理时；（2）．在山区河流中，虽然土质较好，但冲刷大或河中有较大卵石不便桩基础施工时；（3）．岩层表面较平坦且覆盖层薄，但河水较深；采用扩大基础施工围堰有困难时。综上所述，本工程不须采用沉井基础。3、桩基础通常对下列情况，可考虑用桩基础方案：(1)当建筑物荷载较大，地基上部土层软弱或适宜的地基持力层位置较深，地下水位较高，采用浅基础或人工地基在技术上、经济上不合理；（2）河床冲刷较大，河道不稳定或冲刷深度不易计算正确，位于基础或结构物下面的土层有可能被侵蚀、冲刷，如果采用浅基础不能保证基础安全时；(3)当地基计算沉降过大或结构物对基础沉降变形与水平侧向位移较敏感，采用桩基础穿过松软（高压缩）土层，将荷载传到较坚实（低压缩性）土层，以减少建筑物沉降并使沉降较均匀；(4)承受较大的水平力，需要减少建筑物的水平位移和倾斜时，对稳定性要求较高；(5)在地震区，可液化地基中，采用桩基础可增加建筑物抗震能力，桩基础穿越可液化土层并伸入下部密实稳定土层，可消除或减轻地震对建筑物的危害。本工程对水平位移要求严格，且局部冲刷线集位置较深，采用桩基础具有造价低，强度高，沉降小而均匀，施工较两者简易，综上所述，本工程采用桩基础比较合理。三、设计计算内容第14页共14页文志林 基础工程课程设计计算书----WENZHILIN1．桩长的计算由于地基土层单一，为中密沙砾土，根据地质情况桩长不可确定，应按单桩轴向容许承载力公式反算桩长。设桩埋入局部冲刷线以下深度为l,一般冲刷线以下深度为h=l+(75.94-73.62)=l+2.32。桩身周长U=Πd=3.14×1.5=4.71m桩端面积==×3.14×=1.77㎡地基土与桩身侧的摩阻力=60kPa，修正系数λ取0.7清孔系数取0.9，=430KPa，=5,=11.8KN(已考虑浮力)；单桩轴向受压容许承载力单桩轴向受压容许承载力公式：;代人单桩轴向受压容许承载力公式得：计算单桩的竖向受力根据规范规定：按作用短期效应组合计算，且可变作用的频遇值系数均取1.0：桩身自重与置换土重的差值作为荷载考虑，汽车和人群荷载按两跨布载的支座反力计算为最不利。代入数据得：由（取）解得14.35m取=15m,则桩底高程为73.62-15=58.62m,同时桩的轴向承载力满足要求。2.桩的计算宽度和桩的变形系数计算1）.桩的的计算宽度因d=1.5m>1.0m,对单排桩k=1.0,圆形桩所以第14页共14页文志林 基础工程课程设计计算书----WENZHILIN2）.计算桩的变形系数因为，所以按弹性桩计算。3．计算墩帽顶上受力，及桩在局部冲刷处受力,,按承载力极限状态作为效应基本组合计算。汽车和人群荷载按一跨布载时的支座反力计算作为最不利。墩帽顶上受力2)最大冲刷线处受力第14页共14页文志林 基础工程课程设计计算书----WENZHILIN4.柱底最大压应力验算桩端最大和最小压应力应满足下式要求：　　　　　　在=+-中的桩端土的承载容许值则有满足要求5．墩柱顶纵向水平位移验算按承载能力极限状态作用效应基本组合进行验算，根据步骤4的计算可知桩的最大冲刷线处受力为,第14页共14页文志林 基础工程课程设计计算书----WENZHILIN；墩帽顶上受力为，。墩柱顶纵向水平位移：其中桩在最大冲刷线处的水平位移和转角为：,(其中Z最大冲刷线以下的深度),。第14页共14页文志林 基础工程课程设计计算书----WENZHILIN其中式中：所以，墩顶水平位移为：第14页共14页文志林 基础工程课程设计计算书----WENZHILIN6．桩身截面强度验算1），确定最大弯矩及截面位置计算最大冲刷线以下深度Z处的桩身截面弯矩,计算公式：的计算结果见表2最大冲刷线以下深度Z处的桩身截面弯矩值表2004.9801.00000767.190.600.24.980.196960.99806798.281.200.44.980.377390.98617819.011.810.64.980.529380.95861823.012.110.74.980.592280.93817817.732.410.84.980.645610.91324807.433.011.04.980.723050.85089772.404.221.44.980.764980.68694653.585.421.84.980.684880.49889496.046.632.24.980.531600.32025333.637.832.64.980.352580.1754694.009.043.04.980.193050.0759590.20得到图：第14页共14页文志林 基础工程课程设计计算书----WENZHILIN由2)桩身配筋及强度验算按最大弯矩所在截面（Z=1.65m）的内力进行配筋和强度验算，并按承载能力极限状态作用效应基本组合计算内力。该截面的弯矩组合设计值为：；该截面的轴向组合设计值为：桩内竖向钢筋按含筋率0.5%配置，则。现选用2422（HRB335）钢筋，取混凝土保护层厚度取60mm,则实际配筋率为纵向钢筋间净距，满足规定的净距不应小于80mm且不大于350的要求。HRB335钢筋抗压强度设计值，桩身混凝土强度等级采用,其抗压强度;偏心距，桩的计算长度。因长细比，所以考虑纵向弯曲影响，考虑第14页共14页文志林 基础工程课程设计计算书----WENZHILIN偏心距增大系数。纵向钢筋所在圆周半径：圆形截面有效高度：圆形截面高度：h=2r=1.50m,距增大系数为：①．在垂直弯矩作用平面内长细比混凝土截面面积为，实际纵向钢筋面积，则在垂直于弯矩作用平面的承载力为②,在弯矩作用平面内以下采用试算法列表计算(见表3)表3ABCD0.661.68270.66350.87661.59330.354第14页共14页文志林 基础工程课程设计计算书----WENZHILIN0.641.61880.66610.73731.67630.3760.631.58680.66660.67341.71030.3350.621.55480.66660.61391.73870.3980.611.52880.66610.55711.76360.4080.601.49080.66510.50211.78560.4190.471.07990.5982-0.14291.90840.578由上表可见，当=0.60时，弯矩作用面的承载力为：计算结果表明截面符合承载力要求。3），配置箍筋箍筋选用10，满足直径大于由于长细比：，故可按螺旋箍筋柱设计。核心面积直径：核心面积：纵向钢筋配筋：第14页共14页文志林 基础工程课程设计计算书----WENZHILIN由于得（）。现取10单肢箍筋的面积，。由于构造要求应满足，故取S=60mm>10mm.截面复核满足要求，故混凝土保护层不会脱落。7．裂缝宽度验算由于偏心距，桩长,计算长度又考虑到，故偏心距增大系数。作用短期效应组合作用长期效应组合第14页共14页文志林 基础工程课程设计计算书----WENZHILIN截面受拉区最外缘钢筋应力=因为第14页共14页文志林'