基础工程课程设计低桩承台基础设计一、基本资料1某跨线桥主桥上部结构为预应力混凝土连续梁， 跨径组成为( 60+100+60 ) m，桥面净宽 11m ，设计荷载标准为公路级。采用盆式橡胶支座、等截面单箱 双室薄壁桥墩(如下图示) 。2主墩高度 18m ，箱壁厚度 0.75m ，纵隔板厚度 0.8m ，墩身顶部 1.5m 及底 部2m 均为实心段，矩形墩底截面尺寸为 (4 14)m 2 ，采用 30号混凝土。作用于 墩身底截面中心处的设计荷载为：竖直力 Nz=74958kN水平力 Hx=2895kN纵桥向弯矩 My=38209 kN m(坐标规定：纵桥向 x 轴、横桥向 y 轴、竖向 z 轴)3主墩基础拟采用 12 根钻孔灌注桩群桩基础， 混凝土标号 25 。承台顶面与地 面平齐，厚度为 3.5m4地质资料自地面向下 16m 深度范围内为中密细砂加砾石（土层 ），往下为密实中粗砂 加砾石（土层 ）。地基土的物理力学性质指标为m=10000kN/m 4土层 ： qk =55kp a ， =19.8kN/m 3m=20000kN/m土层： qk =70kp a, fa0 =500kp a, =21.8KN/m 35. 设计参数 承台及基桩材料重度 =25kN/m 3， 基桩设计有关参数为： Ec=2.8107kN/m 2,=0.85, m 0=0.8, K2=6班级桩径（ m ）纵桥向（排）横桥向（排）桥11.234桥 2、 41.534桥31.834、主墩群桩基础设计要求（以纵桥向控制设计）一）设计计算内容：1. 根据已知条件拟定承台平面尺寸；2. 进行基桩的平面布置；3. 拟定桩长并验算单桩轴向受压容许承载力；4. 判断是否弹性桩；5. 桩顶荷载分配并校核；6. 确定桩长并验算单桩轴向受压容许承载力；7. 单桩内力及位移计算与验算；8. 桩身截面配筋设计及桩截面强度验算；9. 群桩基础承载力和沉降量验算。二)设计完成后应提交的文件及图表1低桩承台群桩基础设计计算书(应附计算小图) ；2. 桥墩及基础结构构造图；3. 基桩钢筋构造图。三、设计依据规范及参考书1公路桥涵地基及基础设计规范( JTG D63-2007 )2公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范( JTGD62-2004 )3. 王晓谋.基础工程 .北京：人民交通出版社， 20044. 叶见曙 .结构设计原理 . 北京：人民交通出版社， 20045. 江祖铭等主编 .墩台与基础 .北京：人民交通出版社， 1994一、拟定承台平面尺寸 钻孔灌注桩属于摩擦桩中的钻孔桩，根据规范要求，其中心距不应小于桩径的 2.5 倍，此处，横、纵向桩中心距均取桩径的 2.5 倍即：横、纵向桩的中心距为 1.8*2.5=4.5m 根据规范，为了避免承台边缘距桩身过近而发生破裂， 并考虑桩顶位置允许的偏差， 边桩外侧到承台边缘的距离，对于桩径大于 1.0m 的桩不应小于 0.3 倍桩径并不小 于 0.5m 。故： 承台长 L 180 2.5 3 180 0.3 2 180 1638cm承台宽 D 180 2.5 2 180 0.3 2 180 1188cm、进行基桩的平面布置三、拟定桩长并验算单桩轴向受压容许承载力承台每延米自重：N 0 =11.88 16.38(25-19.8)=1011.89 kN/m土层中桩每延米自重：12q11.82 (25 19.8) 13.232kN /m4土层中桩每延米自重：12q21.82 (25 21.8) 8.143kN /m4设：第二层土中桩长为 h根据要求， 一般应将桩底至于岩层或坚硬的土层中， 已得到较大的承载力和较小的 沉降量，若在施工条件允许的深度内没有坚硬土层的存在， 应尽可能选择压缩性较 低、强度较高的土层作为持力层， 要避免是桩底坐落在软土层上或离软弱下卧层的 距离太近， 以免桩基础发生过大的沉降。 显然，土层相对于土层更适合成为持 力层。桩底所承受的最大竖向荷载最大值为：Nh (Nz /12 N1 3.5 /12 12.5 13.232+h 8.143)74958 /12 1011.89 3.5 /12 13.232 12.5 8.143 h6707.03 h 8.143计算 Ra 时取以下数据：11桩 的 周 长 u d 1 . 8 = 5， Apd21.82 2.54m 2 ，p 4 40.85, m0 0.8,k2 6, fa0 500kpa , 2 (16 19.8 h 21.8) / (16 h ) 所以承载力：Ra 0.5 5.65 (55 12.5 70 h ) 2.54(16 19.8+21.8 h )(0.8 0.85 (500+6(13+h )(16+h )Nh 6707.83 8.143 h解之的 h =2.99m 取 h =3.5m因此拟定桩长为： L桩 =12.5 3.5 16m桩端以上各土层的加权平均重度值为：16 19.8 3.5 21.816 3.520.16kN / m3桩端处土的承载力容许值：qr m0fa0 k2 2(h 3)0.8 0.85 500 6 20.16 (19.5 3)1697.2kPa因为 qr 1697.2kPa1450kPa ,所以取 qr 1450kPa单桩轴向受压承载力容许值的计算：12 Rau qikli Apqr2 i 115.65 (55 12.5 70 3.5) 2.54 14506317.31kN桩底所承受的最大竖向荷载Nh (Nz /12 N1 3.5/12 12.5 13.232+h 8.143) =6735.53kN因为 Nh Ra ,不满足要求，所以需重新拟定桩长。h26735.53 2.54 14505.6555 12.5/705.6m取 h =6.5m 。验算单桩轴向受压容许承载力桩端以上各土层的加权平均重度值为：16 19.8 6.5 21.816 6.520.38kN /m3桩端处土的承载力容许值：qr m0 fa0 k2 2(h 3)0.8 0.85 500 6 20.38 (22.5 3) 1961.43kPa因为qr 1961.43kPa1450kPa ,所以取 qr 1450kPa单桩轴向受压承载力容许值的计算：12Rau qikli Apqr5.65 (55 12.5 70 6.5) 2.54 14506910.56kN桩底所承受的最大竖向荷载Nh (Nz /12 N1 3.5/12 12.5 13.232+h 8.143) =6759.96kN因为 Nh Ra ,满足要求。此时拟定的桩长为： L桩 =12.5 6.5 19m四、判断是否为弹性桩当d 1.8 1.0m时，故桩的计算宽度为： b1 kkf (d 1)平行于水平力作用方向的桩间净距为 L1 4.5 1.8 2.7m 地面线以下桩的计算埋入深度 h1 3(d 1) 3 (1.8 1) 8.4m ，且L1 2.7m 0.6h 5.04m 。所以式中： b1- 桩的计算宽度( m),b1 2d；d- 桩径( m )；k f 桩形换算系数，本题取 kf =0.9；b2 与水平外力作用方向的一排桩的桩数 n有关的系数，本题取 b2 0.5。计算可得：0.6 h10.6 8.4k b2 1 b2 L1 =0.5+ 0.5 2.7 = 0.7679b1 kkf (d 1)= 0.7679 0.9(1.8+1)=1.935mb1 1.935m 2d 3.6m，符合要求。hm 2(d 1) 2 (1.8 1) 5.6m h 12.5m故整个深度的地基系数比例系数 m 取第一层土的 m ，即10000KN /m4 惯性矩 I 9.5 d4 0.5153m 464抗弯刚度 EI 0.8EcI 0.8 2.8 107 0.5153 11542720kN m2.54 0.8 2.8 107 190000 15.90 =0.174EI5mb1 510000 1. 930.527851mEI 11542720桩的入土深度 h 19m 2.5 8.976m ，故按照弹性桩计算。0.2785五、桩顶荷载分配并校核(1)桩顶刚度系数 PP、 HH、 MH、 MM 值的计算：PP= l0 h 1AE C0A0式中：l0 0,h 19m,1,Ap21 2 2d2 2.54m 243C0 m0h 190000kN /m32 2 2， A0= 4S2=4 4.52=15.90m2即：PP= l0 h 1 AEC0A0已知：3HH = 3EIxQ 0.0230EI MH = 2EIxM 0.0764EI MM = EIxM 0.413EI(2)计算承台底面原点 0 处位移 a0、c0、 0 ,低桩承台要考虑桩土承台的共同作用。即：aan( pp sin2 i i1na ( ppi1n ( pp sini1其中HH cos2 i ) B1F cHH )xi sin i cos i MH cos i B1Sc2 2 ci HH cos i )xi2xi MH sin i MM ) B1Icnhn ,Sc cnhn ,I2 ,S 6 ,I 12cn =mhn , B1 11.88 1 12.88,考虑到各桩直径相等： c N 7495.8 35899.43c0 n pp 12 0.174EI EIi 0,F c3c cnhn ,B1 B 1,为承台侧面计算宽度n(n MM ppxi2)H n MH M B1IcH B1ScMi1a0n n2n HH (n MM ppxi2)n HH B1Ic(n MM ppxi2)B1FcB12IcFcB12Sc2n MH B1Scn22MHi1 i 1nn MM pp xi2 12 0.413EI 0.174EI 8 4.52 33.144EI i1n MH 12 0.0764EI 0.9168EI ,n HH 12 0.0230EI 0.276EI , n2 2 0.841(EI ) 2B1Ic 0.1395EI , B1Sc 0.0797EI ,B1F c 0.0683EI代入 a 12670.05代入 a0 EI0n HH (n MM(n HM B1Fc)M ( n MH B1Sc)Hnnppxi2)n HH B1Ic(n MM ppxi2)B1FcB12IcFcB12Sc2n MH B1Scn22MHi 1 i1代入 0 153E7I.97