中南大學(xué)《基礎(chǔ)工程》課程設(shè)計(jì)

1、基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)班級(jí)：交建1305班姓名：王俊杰學(xué)號(hào)：0403130526設(shè)計(jì)資料1、地質(zhì)及水文(1) 河床土質(zhì)：從地面(河床)至標(biāo)高 32.5m為軟塑粘土，以下為密實(shí)粗砂， 深度達(dá)30米。(2) 水文：地面(河床)標(biāo)高為 40.5m, 般沖刷線標(biāo)高為 38.5m，最大沖刷線 為35.2m，常水位 42.5m。2、土質(zhì)指標(biāo) 表1 土質(zhì)指標(biāo)類型地基系數(shù) m( KN/m 4)極限摩阻力T(KPa)內(nèi)摩擦角e容重(扣除浮力)(KN/m3)軟塑粘土38X 103020o12密實(shí)粗砂325X 1011038o123、樁、承臺(tái)尺寸與材料規(guī)范規(guī)定：鉆(挖)孔灌注的摩擦樁中心距不得小于2.5倍成孔直

2、徑，所以?。撼信_(tái)尺寸：7.0m x 5.0m x 2.0m。(1) 擬定采用四根樁，設(shè)計(jì)直徑為1.0m。(2) 樁身及承臺(tái)混凝土用 20號(hào)，其受壓彈性模量 Eh =2.6 x 104Mpa(3) 平面布置圖如下圖1所示：圖1 平面布置圖4、荷載情況(1)上部為等跨25m的預(yù)應(yīng)力梁橋，混凝土橋墩，承臺(tái)頂面上縱橋向荷載為: 恒載及一孔活載時(shí)：刀 N=6103.4KN刀H=310.25KN(制動(dòng)力及風(fēng)力)刀M=4123.6KN (豎直力偏心、制動(dòng)力、風(fēng)力等引起的彎矩)恒載及二孔活載時(shí)刀 N=6503.24KN(2) 樁(直徑1.0m )自重每延米為2q 一匕0 15 11.78 KN/nm已扣除浮力

3、)4(3) 故,作用在承臺(tái)底面中心的荷載力為：刀 N=6103.4+(7.0 X 5.0 X 2.0 X 25)=7853.4 KN 刀 H=310.25KN刀M=4123.6+310.25X 2.0=4744.1KN?M恒載及二孔活載時(shí)：刀 N=6503.24+(7.0 X 5.0 X 2.0 X 25)=8253.24KN(4) 則擬定樁基礎(chǔ)米用沖抓鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，為摩擦樁。單樁容許承載力的確定根據(jù)公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范中確定單樁容許承載力的經(jīng)驗(yàn)公式初步反算樁的長(zhǎng)度，設(shè)該樁埋入最大沖刷線以下深度為h，一般沖刷線以下深度為 h3，則：Nh=P=丄 U刀 li i + 入 mA(T +K2

4、 丫 2(h3-3)2當(dāng)兩跨活載時(shí):M = 8253.24 + (38.5-35.2)4X 11.78 + 1 X 11.78h (kN)2=2102.18 + 5.89h(kN)計(jì)算P時(shí)取以下數(shù)據(jù)：樁的設(shè)計(jì)樁徑為1.0m，沖抓錐成孔直徑為 1.15m,(T 0=550kpaU=nX 1.15=3.61m, A=nX 1.02/4=0.785 m2入=0.70 , m 0=0.8 , K 2=6.0Y =(40.5 32.5) 12 h (35.2 32.5) 1228 h 2.7空空(kN/ m)5.3 h(已扣除浮力)t1=30kpat 2=110kpa1P=寸 X 3.61 X 2.7

5、X 30 + (h-2.7) X 110 + 0.7 X 0.8 X0.785 X 550 + 6.0 X 63.6 12h (h+3.3-3) = N h = 2102.18 + 5.89h5.3 h所以，則解一元二次方程得：h=9.99m現(xiàn)取h=10m 樁底標(biāo)高為25.20m,樁的軸向承載力符合要求。 具體見(jiàn)如下圖2所示圖2雙排樁斷面圖(a)橫橋斷面圖(b)縱橋斷面圖三、樁頂及最大沖刷線處荷載P、Q、M及Po、Q、M0的計(jì)算(一)參數(shù)計(jì)算1、樁的計(jì)算寬度b1b1=Kf K0-Kdv Kf=0.9K0=1 + 1/d=2.0 b10.91 dK d 1.8Kd又 L13.01.02.0m ;

6、h1又有L1 =2.0 2.5m)故按彈性樁計(jì)算2、樁頂剛度系數(shù)p 1、p 2、p 3、p 4值計(jì)算d 210=3.3mh=10m E =1/2 (鉆孔樁)A= 鄉(xiāng)=0.785m2v h=10mC0=10 mb=10X 25X 103=2.5 X 105 KN/m3按樁中心距計(jì)算面積，故取A)=3247.07m211I。 h 1AECo Ao152.5 107.073.3 1020.785 2.6 1070.67=0.999EI又已知：h h =0.496 X 10=4.96ml0 =0.496 X 3.3=1.637m由h和|0查附表17、18、19,并用雙內(nèi)插法得：（h 4.89m 4m，

7、取 4m）Q =0.25830 ; m =0.44373=1.057943EI q 0.032EI 2EI m 0.109EIEI m 0.525EI3、計(jì)算承臺(tái)底面原點(diǎn) 0處位移a0、b0、1 N 7853.41965.320 n 14 0.999EI EIXi4 0.525 EI0.999EI4 1.52 11.091EIn 24 0.031EI0.128EIn 34 0.109EI0.436EIa。n 3M(n 3)2 (0.436EI)20.190(EI)211.091EI310.25 0.436EI 4744.10.128EI 11.091 0.190(EI)21i1Xii 1448

8、0.48EIn 2M n 3Ho NJ022n 2 n 4 i xiI)i 1603.84El0.128EI 4744.1 0.436EI 310.250.128EI11.091EI0.190(EI)2(二）計(jì)算作用在每根樁頂上的作用力R、Qi、M i豎向力：Pi1 b0 i 00.999EI1965.32 彳匸 603.842868.21KN1.5=EIEI1058.5KN水平力：Qi2a03 00.032EI竺空0.109EI竺空EIEI= 77.56kN彎矩:Mi3a00.525EI603.84 c 4480.48n a ca匚U.l U9EIEIEI171.36kN?m4 0XiRi

9、14743.7kN?mM 4744.1kN?m校核正確nRi 12 (2868.21 1058.5)7853.42kNR 7853.4kN校核:nQ4 77.56 310.24 H 310.25 kN 校核正確nM i 2 (2868.21 1058.5) 1.54 ( 171.36)校核正確（二）計(jì)算最大沖刷線處樁身彎矩 M0，水平力Q0，及軸向力R0M0 Mi Qil0171.36 77.56 3.3 84.59kNQ077.56kNF02868.21 0.785 3.3 15 2907.07kN三、最大彎矩Mmax及最大彎矩位置Zmax的計(jì)算0.496h 0.496 104.96m 4.

10、0mQ0Mz0?Am MBm無(wú)量綱系數(shù)Am及Bm由附表3、7查得，Mz值計(jì)算列表如下，ZZZhhAmBm?AmM 0BmM z004.9601.0000084.5984.590.4090.24.960.196960.9980630.8084.43115.230.820.44.960.377390.9861759.0183.42142.431.230.64.960.529380.9586182.7881.09163.872.041.04.960.723050.85089113.0669.00182.062.861.44.960.764980.68694119.6258.11177.733.681

11、.84.960.684880.49889107.1042.20149.304.502.24.960.531600.3202583.1327.09110.225.322.64.960.354580.1754655.4414.8470.286.133.04.960.193050.0759511.886.4218.3由表可得：Mmax 182.06kN?mZmax2.04m四、樁頂縱向水平位移驗(yàn)算樁在最大沖刷處水平位移 x0和轉(zhuǎn)角04.96m查附表1,2， 5, 6 得2.440661.62100Bx 1.62100 B1.750582.470 10弊B2 El77.5632.4406684弓90.

12、496 EI0.496 EI2.470mm 6mm1.62100滿足要求77.560(Q0(2eiA M0ElB )0.887 103 radQI。77.563.33Q3EI3 8.5358 105M171.36kN ?mxmMl：171.363.322EI52 8.5358 10所以，樁頂縱向水平位移X1X。0I0 XQXm1.088 10 3m1.093 10 3m0.495 8.553 105( 1.6210069.3585( 1.75058)0.495 8.553 1052.470 10 30.948 10 3(3.3 10)1.088 10 31.093 1015.07 mm水平位移

13、容許值 0.5. L 0.5. 252.5cm 25mmx1 15.07 25mm符合要求五、樁身截面配筋計(jì)算（一）配筋的計(jì)算最大彎矩截面在 Z=2.04 m處，此處設(shè)計(jì)最大彎矩為 M j 182.06kN ?m，設(shè)計(jì)最大豎向力N j 2907.070.5 2.04 11.780.5 30 3.610 2.042808.62kN按公橋規(guī)采用簡(jiǎn)化法一一等效鋼環(huán)法由截面強(qiáng)度的計(jì)算公式:20Nj fcdArf c r2s330Nj 3 fcdBr fsdDg r取以上兩式的臨界狀態(tài)分析，整理得:Br A e0C eDgr現(xiàn)擬定采用C20號(hào)混凝土，1級(jí)鋼筋，fcd 9.2mpasd 195mpa1、計(jì)

14、算偏心距增大系數(shù)182.062808.6264.82mm又因?yàn)?h 4.96m 4.0m，故樁的計(jì)算長(zhǎng)度為:lp 0.5 (lp 4.0)0.53.35.68mpp0.496長(zhǎng)細(xì)比 5.68m 7m，故可不考慮縱向彎曲對(duì)偏心距的影響。d1.02、計(jì)算受壓區(qū)高度系數(shù)e01.0 64.8264.82mmd 1000r 500mm2 2設(shè)g0.87則G0.87 500435mmagrrg:50043565mmfcd BrAe09.2500 B64.82A4600 B 596.344 Af sdCe0Dgr19564.82C435 D12639.9C84825 DNncd2Ar4:Csd2rrcrs0

15、.9520.95195 C29.2A 5005001.251.251748000 A 37050000C現(xiàn)采用試算法列表計(jì)算（見(jiàn)表 2）表2受壓區(qū)咼度系數(shù)E計(jì)算表zABCDPNu(N)Nj(N)Nu/Nj0.962.5890.40112.20120.7446-0.00852383061829115921.320.972.61580.38652.2290.7251-0.00654403234029115921.380.982.64240.37172.25610.7061-0.00427426184229115921.460.992.66850.35662.28250.6874-0.0016645

16、2382629115921.5512.69430.34132.30820.66920.001332482354929115921.661.012.71120.33112.33330.65130.00364505386429115921.741.022.72770.32092.35780.63370.006284531696029115921.831.032.7440.31082.38170.61650.009314561843329115921.931.042.75980.30062.40490.59970.012848596894129115922.051.052.77540.29062.4

17、2760.58320.016946637555229115922.19由計(jì)算表可見(jiàn)，當(dāng)E=1.02時(shí)，計(jì)算縱向力 Nu與設(shè)計(jì)值N j之比較為合理，同時(shí)滿足最小配筋率0.5%要求，故取E =1.02 ,0.006284為設(shè)計(jì)值。3、計(jì)算所需縱向鋼筋的截面積Agr20.00628450024935.442mm2現(xiàn)選用2018Ag25090mm,布置如圖3所示20 18圖3鋼筋布置示意圖（尺寸單位：厘米）20混凝土凈保護(hù)層 c 6555mm 50mm，符合要求。22435縱向鋼筋間距為： 20 117mm 80mm20對(duì)截面進(jìn)行強(qiáng)度復(fù)核由前面的計(jì)算結(jié)果，e064.82mm， a 65mm ， rg

18、435mm1、g 0.87實(shí)際配筋率4Ag4 5090100020.006481 0.005在垂直與彎矩作用平面內(nèi)長(zhǎng)細(xì)比Ll 5.68d故縱向彎曲系數(shù)1.0混凝土截面面積,Ahd22785398.16mm4實(shí)際縱向鋼筋面積Ag25090mm則在垂直于彎矩作用平面內(nèi)的承載力為Nu rb“a”1.0 0.959.21.25785398.16 195 50901.256245.8kNN j 2808.62kN2、 在彎矩作用面內(nèi)Bf cde0fD gfsdC f sd?r9.2B O.O。6480.87 礙 5009.2A 0.00648 195C64.9852mm同樣采用試算法可得，當(dāng)E=1.02

19、時(shí)，e 64.9852mm與設(shè)計(jì)值 64.82mm接Nn r fcd Ar2心C 2f sdC rrcrs0一95 一一一-_20一959.2 2.7277 5001.251.255334.177kN N2808.62kN近，故取E =1.02為計(jì)算值。在彎矩作用平面內(nèi)的承載力為:195 2.3578 0.006481 5002MubfcdBr “csds095 9.2 0.3209 50031.25280.62kN Mj_圖4樁承臺(tái)計(jì)算圖（尺寸單位：厘米） 承臺(tái)（見(jiàn)圖4）有效高度為：h0200204176cm0.952195 0.6337 0.006481 50021.25182.06kN?

20、m樁截面符合要求。六、承臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算1、承臺(tái)受沖切驗(yàn)算樁邊沖切，計(jì)算沖跨比:oxa oxh1000.568oy176aoy40h。1760.227計(jì)算沖切系數(shù):ox0.840.84ox 0.21.0940.5680.2oy0.84oy0.20.840.2270.21.967h 2000mm，取 hp 0.9，則2 ox(b ay)oy(h aoy)hpfth。2 1.094 (1.2 0.4) 1.967 (2 1.0)0.9 1060 1.7625694.01kN 2868.2kN所以，滿足要求。2、樁向上沖切C1 C2150cm ； a1x 100cm ；40cm，所以,1x0.568

21、；1y0.227計(jì)算沖切系數(shù);1x0.561x 0.20.560.568 0.20.7291y0.560.561.3111y0.20.2270.2取hp0.9所以Nl1x (C2hp f t h00.729(1.50.4)1.31121.05 7)0.9 1060 1.766483.28kN2868.2kN所以，滿足要求。3、抗剪承載力計(jì)算ax 100cm ；ay 40cm ，電0.568；h0176ay40y 0.227，h。176cmy h0176剪切承載力截面高度影響系數(shù)hs1800 4 ()4 17600.821對(duì)于II截面0.568，介于 0.3 s 3.0 之間1.751.751.00.568 1.01.116hs ftb0 h00.82