广东工业大学课程设计（论文）任务书

一、课程设计（论文）的内容

在学习桥梁基础工程等课程的基础上，根据给定基本资料（地质及水文资料，荷载）进行桥梁群桩基础的设计，初步掌握桥梁桩基础的设计与计算方法。

   

二、课程设计（论文）的要求与数据

（一）基本资料

1 地质及水文资料

河床土质为卵石土，粒径50-60mm约占60%，20-30mm约占30%，石质坚硬，孔隙大部分由砂填充密实， 卵石层深度达58.6m；

地基比例系数（密实卵石）；

地基承载力基本容许值；

桩周土摩阻力标准值；

    土的重度 (未计浮力)；

土内摩擦角。

地面(河床)标高69.50m；一般冲刷线标高63.54m；最大冲刷线标高60.85m；承台底标高67.54m；常水位标高69.80m，如图1。承台平面图如图2所示。

  纵桥向断面     横桥向断面  

  

图1 桩基剖面图（单位：m）           图2 承台平面图（单位：m）

2  作用效应

上部为等跨30m的钢筋混凝土预应力梁桥，荷载为纵向控制设计，作用于混凝土桥墩承台顶面纵桥向的荷载如下。

 永久作用及一孔可变作用 (控制桩截面强度荷载) 时:

∑N=40746kN

 (制动力及风力)

      ∑M=4617.30kN^.m（竖直反力偏心距、制动力、风力等引起的弯矩)

 永久作用及二孔可变作用(控制桩入土深度荷载)时:

      ∑N=46788.00kN

3 承台用C30混凝土，尺寸为9.8×5.6×2.0m，承台混凝土单位容重。

4  桩基础采用高桩承台式摩擦桩，根据施工条件，桩拟采用直径，以冲抓锥施工。

（二）主要设计依据规范

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）

三、课程设计（论文）应完成的工作

设计满足要求的群桩基础，并形成图纸与计算文件。计算文件包括以下内容：

1.      群桩结构分析

（1）    计算桩顶受力

（2）    计算沿桩长度方向弯矩，水平压应力，并画出相应分布图

（3）    桩顶纵向水平位移验算

2. 基桩桩身截面配筋并绘出基桩构造及钢筋图(横截面，立面)，进行桩截面强度校核

3        按地基土的支承力确定和验算单桩轴向承载力

4．承台验算

验算项目：承台冲切承载力验算

四、课程设计（论文）进程安排

五、应收集的资料及主要参考文献

[1] 中华人民共和国行业标准.公路桥涵地基与基础设计规范(JTG D63-2007）.北京:人民交通出版社,2007

[2] 中华人民共和国行业标准.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTGD62-2004）.北京:人民交通出版社，2004

[3] 叶见曙.结构设计原理.北京:人民交通出版社,2007

[4]廖朝华主编.墩台与基础（第二版）.北京:民交通出版社,2013

发出任务书日期：  20## 年 06  月 6日    指导教师签名：吉小明

     计划完成日期：    2014 年 06 月 13日     基层教学单位责任人签章：

桥梁群桩基础设计

一、群桩结构分析

1.1、承台底面中心的荷载计算：

1.1.1  恒载加一孔荷载：

      

1.1.2  恒载加二孔荷载：

1.2、桩长度的初步计算：

由于地基土层单一，用确定单桩容许承载力《公桥基规》经验公式初步反算桩长，设桩埋入最大冲刷线以下深度为h，一般冲刷线以下深度为，

则：

桩（直径1.2m）自重每延米 q=KN

=8185.89+8.48h

计算[P]时取以下数据：桩的桩径1.2m，冲抓锥成孔直径1.3m，桩周长U=×1.3=4.08m,A==1.13,=0.7,=0.8,=10,=1000KPa,

=10KN/(已扣除浮力)，=500KPa,所以得：

[P]=

=1083.78h+613.18=8185.89+8.48h

解得：h=7.04m          现取h=11.31m

1.3、单桩桩顶荷载计算：

1.3.1  桩的计算宽度：

对于时：          

式中：——桩形状换算系数，对于圆形截面，取0.9；

——桩直径，取1.2m；

——平行于水平作用方向的桩间相互影响系数：

已知： ；  ； ；

对于的多排桩 ：   

所以：           

1.3.2  桩的变形系数：

                          

                          

式中：   ——桩的变形系数；

        ——桩的抗弯刚度，对以受弯为主的钢筋混凝土桩，根据现行规范采用；

        ——桩的混凝土抗压弹性模量，C30混凝土；

则=0.8×=2.40KN/;

         ——桩的毛面积惯性矩，

         ——非岩石地基水平向抗力系数的比例系数，；

所以，计算得：

桩在最大冲刷线以下深度h=11.31m，其计算长度则为：

                     故按弹性桩计算。

1.3.3  桩顶刚度系数、、、值计算：

已知： ； (根据《公桥基规》钻挖孔桩采用)，

   ,易知该值大于相邻底面中心距为直径所得的面积，故按桩中心距计算面积，故取：

 

已知：（＞4），取=4，

查教材《桥梁基础工程》附表17、18、19得：=0.05568   =0.16498  =0.65853

所以             

  

1.3.4  计算承台底面原点O处位移、、：

对于竖直桩，且各桩的直径相同时：

1.3.5  计算作用在每根桩顶上作用力、、：

竖向力：

水平力：

弯矩：

校核：

1.4、 最大冲刷线深度处荷载计算

从单桩桩顶荷载计算中，已得出计算最大冲刷线深度荷载所需要的数据，计算如下：

弯矩     

水平力    

竖向力    

1.5、最大冲刷线深度下沿桩长度方向弯矩、水平压应力的计算

1.5.1 桩身最大弯矩处及最大弯矩的计算：

由：=0  得：

由  且=7.02＞4  取=4.0，查教材《基础工程》附表13得

  故  

又由=0.813 及＞4  取=4.0，查教材《基础工程》附表13得=1.296

 

1.5.2 最大冲刷线深度下沿桩身长度方向弯矩、水平压应力的计算：

采用无量钢法计算，由=7.02＞2.5，所以用摩察桩公式计算：

    

其中     =54.11kN  =149.48kN

、、、 的值查教材《基础工程》附表3、4、7、8 ，计算如下表：

1.6、桩顶纵向水平位移验算：

桩在最大冲刷线处水平位移和转角的计算：

由  =0    ＞4  取  =4   查教材《基础工程》附表1、2、5、6 得：

=2.44066   =-1.62100    = 1.6210    =-1.75058

               

           故符合规范要求

 

由 ＞4m，取4， 可查得：

    

桩顶的纵向水平位移

水平位移的容许值=27.4mm>

故桩顶水平位移满足要求。

二、桩身截面配筋及截面强度校核

各种参数及系数的计算：

最大弯矩发生在最大冲刷线以下处，该处

计算桩最大弯矩控制截面的轴向力

式中       ——控制截面的轴向力；

            ——单桩桩顶最大竖向力，已求出；

            ——桩每延米的自重（包括浮力），；

           ——桩周土摩阻力标准值，已知

            ——冲抓锥成孔面周长，

所以，计算得：

计算偏心距

现拟定采用C30混凝土，HRB335钢筋， 

因故桩的计算长度：

   长细比可不考虑纵向弯曲对偏心矩的影响，取。

①      计算受压区高度系数

取,,

              

则配筋率由下式计算：      

计算结果如下表：

由计算表可见，当=1.21时，计算纵向力与设计值之比较为合理，故取=1.21，=0.013801为计算值。

②      计算所需纵向钢筋的截面积

现采用2628，，布置如图所示。混凝土净保护层C=80-31.6/2=64.2mm>25mm，纵向钢筋间净距为136mm>80mm。

三、对截面进行强度复核

由前面的计算结果：；；；

实际配筋率。

①  在垂直于弯矩作用平面内

长细比，故纵向弯曲系数。

混凝土截面积为，实际纵向钢筋面积，

    则在垂直于弯距作用平面内的承载力为：

 

  

②      在弯距作用平面内

现采用试算法列表计算（见表4）

当=1.21时，=37.22mm，与设计的=37.0mm很接近，故取=1.21为计算值。在弯矩作用平面内的承载力为：

  

   

四、按地基土的支承力确定和验算单桩轴向的承载能力

，

，，，，，

，

             

             

验算单桩容许承载力，应以最不利荷载组合计算出受轴向力最大的一根基桩进行验算：

        

所以，单桩轴向承载力满足要求。   

五、承台冲切承载力验算

对于圆形截面桩换算为边长等于0.8倍的圆柱直径的方形桩，即；

对于柱或墩台向下冲切承台的冲切承载力验算，由于作用于冲切破坏锥体上的冲切力设计值为0.故不进行验算；

对于柱或墩台向下的冲切破坏锥体以外的角桩和边桩，根据设计采用规范设计值：

即        

其向上冲切承台的冲切承载力按下列规定计算：

1）角桩

式中：—角桩竖向力设计值，；

      、—承台边缘至桩内边缘的水平距离，根据上尺寸图，

计算得、

、—冲跨，为桩边缘至相应柱或墩台边缘的水平距离，其值不应大于，这里取；

、—冲跨比，，

、—分别与冲跨比、对应的冲切承载力系数。

；    

根据安全等级为二级进行验算，所以

所以，角桩满足要求

2）边桩

满足，进行下式验算：

式中：—边桩竖向力设计值；

—承台边缘至桩内边缘的水平距离；

—方桩的边长；

所以，边桩验算也满足要求。

因为基桩在承台的布置范围不超过墩台边缘以刚性角向外扩散范围，故不验算桩对承台的冲剪强度。