基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)

1、基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)低樁承臺(tái)群樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院橋梁工程 2013.12低樁承臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)1、基本資料1.1某跨線橋主橋上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，跨徑組成為（60+100+60）m，橋面凈寬11m，設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)為公路級(jí)。采用盆式橡膠支座、等截面單箱雙室薄壁橋墩（如下圖示）。圖1樁基礎(chǔ)縱橋向及橫橋向斷面圖1.2主墩高度18m，箱壁厚度0.75m，縱隔板厚度0.8m，墩身頂部1.5m及底部2m均為實(shí)心段，矩形墩底截面尺寸為(4×14)m2 ，采用30號(hào)混凝土(C30)。作用于墩身底截面中心處的設(shè)計(jì)荷載為：豎直力Nz=74958kN水平力Hx=2895kN縱橋向彎矩 My=38209

2、 kN·m（坐標(biāo)規(guī)定：縱橋向x軸、橫橋向y軸、豎向z軸）1.3主墩基礎(chǔ)擬采用12根鉆孔灌注樁群樁基礎(chǔ)，混凝土標(biāo)號(hào)25(C25)。承臺(tái)頂面與地面平齊，厚度為3.5m。1.4地質(zhì)資料 自地面向下16m深度范圍內(nèi)為中密細(xì)砂加礫石（土層），往下為密實(shí)中粗砂加礫石（土層）。地基土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)為:土層：=55kpa ，=19.8kN/m3 ， m=10000kN/m4,土層：=70kpa,=500kpa,=21.8KN/m3 m=20000kN/m41.5設(shè)計(jì)參數(shù)承臺(tái)及基樁材料重度 =25kN/m3，基樁設(shè)計(jì)有關(guān)參數(shù)為：Ec=2.8×107kN/m2,=0.85, m0=0.8,

3、 K2=6樁徑d=1.8m，縱橋向3排，橫橋向4排,如圖1所示 2、主墩群樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)（以縱橋向控制設(shè)計(jì)）2.1、承臺(tái)平面尺寸的擬定根據(jù)上面的地質(zhì)資料、上部結(jié)構(gòu)形式、荷載大小以及基樁材料性質(zhì)，并且根據(jù)07規(guī)范中樁基礎(chǔ)樁徑要求：鉆（挖）孔灌注樁中心距不應(yīng)小于2.5倍的樁徑等要求，初步確定承臺(tái)的尺寸為。承臺(tái)如下圖2所示。圖2 承臺(tái)即樁基礎(chǔ)布置圖（單位尺寸m）2.2、基樁的平面布置由于規(guī)范中有要求，鉆孔灌注樁（摩擦樁）中心距不應(yīng)小于樁徑的2.5倍（即小于）取樁中心距為5m。為了避免承臺(tái)邊緣距離樁身過近而發(fā)生破裂，并考慮樁頂位置允許的偏差，邊樁外側(cè)到承臺(tái)邊緣的距離，對(duì)于樁徑大于1m的裝不應(yīng)小于0.3倍的

4、樁徑并不小于0.5m?；鶚镀矫娴牟贾萌缟蠄D2所示。2.3、擬定樁長(zhǎng)并驗(yàn)算單樁軸向受壓容許承載力采用公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D632007）確定單樁軸向受壓承載力容許值經(jīng)驗(yàn)公式初步反算樁長(zhǎng)，由上面基本資料可知，承臺(tái)頂面與地面平齊，而承臺(tái)高3.5m，即基樁的頂面在地面以下3.5m處。根據(jù)地質(zhì)情況，擬將樁基礎(chǔ)打入土層以下L2處，基樁在土層的高度則為12.5m。則樁徑為1.8m，樁周長(zhǎng)，所以得：承臺(tái)底面中心處的荷載為：樁底所受的豎向荷載為：由得：解得 那么現(xiàn)擬定樁長(zhǎng)為21m，即。由上式計(jì)算可知當(dāng)h=21m時(shí)，樁的軸向受力承載力符合要求。2.4、彈性樁的判斷2.4.1樁的計(jì)算寬度b1已知，d

5、=1.8m，n=3，所以2.4.2樁的變形系數(shù)所以樁的長(zhǎng)度h為21m，那么，故應(yīng)按彈性樁計(jì)算。2.5、樁頂荷載分配并校核2.5.1樁頂剛度系數(shù)值計(jì)算取已知：。88查附表17、附表18、附表19得：,，那么：2.5.2計(jì)算承臺(tái)底面中心的、由于承臺(tái)埋入地面以下較淺，相比活載效應(yīng)承臺(tái)側(cè)面土的水平抗力較小，在設(shè)計(jì)時(shí)可以偏安全的不考慮承臺(tái)側(cè)面土的水平抗力與樁和樁側(cè)土共同作用抵抗和平衡水平外荷載作用。=其中：=0.2868=120.0221=0.2652=2.5.3計(jì)算作用在每根樁上作用力、第一排和第三排樁的=（+）=0.284中間一排樁的豎向荷載水平力=彎矩=校核：2.5.4計(jì)算樁頂處的=、=241.2

6、5、 、=7952.82.6、確定樁長(zhǎng)并驗(yàn)算單樁軸向受壓容許承載力在確定樁長(zhǎng)時(shí)，需采用最大的豎向荷載進(jìn)行控制設(shè)計(jì)，即豎向荷載應(yīng)該采用：由及可得：那么，確定樁的長(zhǎng)度為24m，實(shí)際的由上式計(jì)算可知當(dāng)h=24m時(shí)，樁的軸向受力承載力符合要求。2.7、單樁內(nèi)力及位移計(jì)算與驗(yàn)算2.7.1承臺(tái)底面以下深度z處樁的彎矩及樁身最大彎矩計(jì)算無量綱系數(shù)由附表3、附表7分別查得，計(jì)算列表如下表1計(jì)算，其結(jié)果圖以圖3表示。表1計(jì)算表z00.00010.00106.33106.330.20.710.196960.99806168.50106.12274.620.41.420.377390.98617322.86104.

7、86427.720.62.130.529380.95861452.88101.93554.810.82.840.645610.91324552.3297.10649.4213.550.723050.85089618.5790.48709.041.24.260.761830.77415651.7482.32734.061.44.960.764980.68694654.4473.04727.481.65.670.737340.59373630.7963.13693.921.86.380.684880.49889585.9153.05638.9627.090.614130.40658525.3943

8、.23568.622.27.800.53160.32025454.7834.05488.832.48.510.443340.24262379.2825.80405.072.69.220.354580.17546303.3418.66322.002.89.930.269960.11979230.9512.74243.69310.640.193050.07595165.158.08173.233.512.410.050810.0135443.471.4444.91414.180.000050.000090.040.010.05圖3 圖4由得：由查附表13得：，故：，2.7.2承臺(tái)底面以下深度z處樁

9、的橫向土抗力計(jì)算無量綱系數(shù)由附表1、附表5分別查得，計(jì)算列表如下表2計(jì)算，其結(jié)果圖以圖4表示。表2計(jì)算表z00.00 2.440661.6210.00 0.00 0.00 0.20.71 2.117791.2908813.99 1.06 15.05 0.41.42 1.802731.0006423.81 1.64 25.46 0.62.13 1.502680.7498129.78 1.85 31.62 0.82.84 1.22370.5372732.33 1.76 34.09 13.55 0.970410.3611932.05 1.48 33.53 1.24.26 0.745880.21908

10、29.56 1.08 30.64 1.44.96 0.551750.1079325.51 0.62 26.13 1.65.67 0.38810.0242220.51 0.16 20.67 1.86.38 0.25386-0.0357215.09 -0.26 14.83 27.09 0.14696-0.075729.71 -0.62 9.09 2.27.80 0.06461-0.09944.69 -0.90 3.80 2.48.51 0.00348-0.11030.28 -1.09 -0.81 2.69.22 -0.03986-0.11136-3.42 -1.19 -4.61 2.89.93 -

11、0.06902-0.10544-6.38 -1.21 -7.59 310.64 -0.08741-0.09471-8.66 -1.17 -9.83 3.512.41 -0.10495-0.05698-12.13 -0.82 -12.95 414.18 -0.10788-0.01487-14.25 -0.24 -14.50 2.7.3樁頂縱向水平位移計(jì)算樁在承臺(tái)底面處（即樁頂處）水平位移：因?yàn)?，查附表得：，樁頂水平位?.25cm<6cm,符合規(guī)范要求。2.8、樁身截面配筋設(shè)計(jì)及樁截面強(qiáng)度驗(yàn)算由上面的計(jì)算可知，在z=4.47m處，該處，在該處的軸向力為：2.8.1縱向含筋面積計(jì)算樁內(nèi)豎向鋼

12、筋按含筋率0.2%配置：現(xiàn)選取12跟的HRB335級(jí)鋼筋,其面積為：2.8.2計(jì)算偏心距增大系數(shù)長(zhǎng)細(xì)比，應(yīng)考慮縱向彎矩對(duì)偏心距的影響。取，則截面有效高度那么偏心距增大系數(shù)2.8.3求軸向力偏心距取，那么以下采用試算發(fā)列表計(jì)算，試算表如下表3所示，其各系數(shù)通過查表得到：表3試算表ABCD0.751.96870.62711.37441.32420.3030.2911.0420.761.99940.62061.42831.28910.2950.2911.0130.772.03060.61361.48061.25490.2860.2910.984由上表可見，當(dāng)故取0.71為計(jì)算值。2.8.4截面承載力

13、復(fù)核故承載力滿足要求。樁身配筋圖如下圖5所示：鋼筋圖5樁身配筋圖2.9、群樁基礎(chǔ)承載力和沉降量驗(yàn)算2.9.1群樁基礎(chǔ)承載力驗(yàn)算由于基樁中心距為5m，小于6倍的樁徑，故需要進(jìn)行群樁基礎(chǔ)承載力驗(yàn)算。樁為偏心受壓構(gòu)件，在進(jìn)行承載力驗(yàn)算時(shí)應(yīng)滿足以下條件：因?yàn)闃妒秦Q直的，故：，上式中?。?，而其中則所以故群樁地基承載力滿足要求。2.9.2沉降量驗(yàn)算由于樁的中心距小于6倍樁徑，故還需要對(duì)群樁基礎(chǔ)進(jìn)行沉降驗(yàn)算，將群樁基礎(chǔ)作為實(shí)體基礎(chǔ)考慮，07規(guī)范中采用分層總和法計(jì)算沉降，其公式如下所示：所給材料中沒有，這是實(shí)驗(yàn)而得的數(shù)據(jù)，故沉降無法計(jì)算得出具體數(shù)據(jù)。規(guī)范中還要求：（1）相鄰墩臺(tái)間不均勻沉降差值（不包括施工中的沉降），不應(yīng)使橋面形成大于0.2%