桥梁桩基础课程设计任务书

1、桥墩组成：该桥墩基础由两根钻孔灌注桩组成。桩径采用?=1.2m，墩柱直径采用?=1.0m。桩底沉淀土厚度t = (0.2~0.4)d。局部冲刷线处设置横系梁。

2、地质资料：标高25m以上桩侧土为软塑亚粘土，其各物理性质指标为：容量?=18.5kN/m3，土粒比重G=2.70g/cm3，天然含水量??21%，液限?l?22.7%，塑限?p?16.3%。标高25m以下桩侧及桩底土均为硬塑性亚粘土，其物理性质指标为：容量?=19.5kN/m3，土粒比重G=2.70g/cm3，天然含水量??17.8%，液限?l?22.7%，塑限?p?16.3%。

3、桩身材料：桩身采用25号混凝土浇注，混凝土弹性模量Eh?2.85?104MP?，所供钢筋有Ⅰ级钢和Ⅱ级纲。

4、计算荷载

⑴ 一跨上部结构自重G=2350kN；

⑵ 盖梁自重G2=350kN

⑶ 局部冲刷线以上一根柱重G3应分别考虑最低水位及常水位情况； ⑷公路Ⅱ级 ：

双孔布载，以产生最大竖向力；

单孔布载，以产生最大偏心弯矩。

支座对桥墩的纵向偏心距为b?0.3m（见图2）。计算汽车荷载时考虑冲击力。

⑸ 人群荷载：

双孔布载，以产生最大竖向力；

单孔布载，以产生最大偏心弯矩。

⑹ 水平荷载（见图3）

制动力：H1=22.5kN；

盖梁风力：W1=8kN；

柱风力：W2=10kN。采用常水位并考虑波浪影响0.5m，常水位按45m计，以产生较大的桩身弯矩。W2的力臂为11.25m。

5、设计要求

⑴ 确定桩的长度，进行单桩承载力验算。

2

⑵ 桩身强度验算：求出桩身弯矩图（用座标纸画），定出桩身最大弯矩值及其相应截面位置和相应轴力，配置钢筋，验算截面强度（采用最不利荷载组合及常水位）。

⑶ 计算主筋长度、螺旋钢筋长度及钢筋总用量。

⑷ 用A3纸绘出桩的钢筋布置图。

二、应交资料

1、桩基础计算书

2、桩基础配筋图

3、桩基础钢筋数量表

3

桥梁桩基础课程设计计算书

一、恒载计算（每根桩反力计算）

1、上部结构横载反力N1

11N1??G??2350?1175kN 22

2、盖梁自重反力N2

11N2??G2??350?175kN22

3、系梁自重反力N3

1N3??(0.7?1)?(1?1)?3.3?25?29kN 2

4、一根墩柱自重反力N4 低水位：N4?25???12

4?8.3??25?10????12

4?5.1?223.85kN 常水位：N4?25???12

4?4.8??25?10????12

4?8.6?196.91kN

5、桩每延米重N5（考虑浮力） N5??25?10????1.22

4?1?16.96kN

二、活载反力计算

1、活载纵向布置时支座最大反力 ⑴、公路II级：qk?7.875kN/m，pk?193.5kN Ⅰ、 单孔布载 R1?290.7 k6NⅢ、双孔布载 R2?581.5 k2N⑵、人群荷载

Ⅰ、单孔布载 R1=42.7kN Ⅲ、双孔布载 R2=85.4kN

2、柱反力横向分布系数?的计算 柱反力横向分布影响线见图5。 4

0.570.5

1

图5 图5

⑴、公路II级 双孔布载?汽

车道：??0.3

车辆：??0.3

?汽=??1.167?0.767?0.418?0.078??1.25

⑵、人群荷载 ?人 12

?人=1.33

三、荷载组合

1、计算墩柱顶最大垂直反力R

组合Ⅰ：R= 恒载 +（1+u）?汽汽车+ ?人人群 （汽车、人群双孔布载） R?1175?175?(1?0.3)?1.25?581.52?1?1.33?3.5?24.4?2408.55kN

2、计算桩顶最大弯矩

⑴、计算桩顶最大弯矩时柱顶竖向力

组合Ⅰ：R= N1+N2+（1+u）?汽1ql （汽车、人群单孔布载） 2?Piyi+ ?人

1R?1175?175?1.3?1.25?290.76?1?1.33??3.5?24.4?1879.28kN 2

⑵、计算桩顶（最大冲刷线处）的竖向力N0、水平力Q0和弯矩M0 5

N0= Rmax+N3+ N4（常水位）?2408.55?29?196.91?2631.71kN

Q0= H1+ W1+ W2?22.5?8?10?40.5kN

M0= 14.7H1+ 14.05W1+ 11.25W2+ 0.3Rmax活

=14.7?22.5?14.05?8?11.25?10?0.3??2408.55?1175?175??873.22kN?m Rmax活——组合Ⅰ中活载产生的竖向力的较大者。

四、钻孔灌注桩单桩承载力及强度计算

1、单桩承载力计算

桩长计算：

设最大冲刷线以下桩长为h，一般冲刷线以下桩长为h3，单桩最大竖向力为： V=N1+N2+N3+N4（低水位）+N活+ 1qh 2

N活——计算柱顶最大垂直反力时活载产生的较大值

q ——桩的集度（考虑浮力）

1V?1175?175?29?223.85?(2408.55?1175?175)??16.96?h?2658.65?8.48h 2

单桩容许承载力：

1[P]?U?li?i??m0A?[?0]?K2?z(h3?3)? 2

li——各层土的厚度，?i——各层土的极限抗剪强度，K2——查表2-5、

，U——桩周长，A——桩底面积 ?z——土的容重（多层土时取加权平均值）

?——查表3-9，m0——表3-10，[?0]——查表2-3

取l1=10.9m，l2=h-10.9m, ?1=45, ?2=80,K2=2.5, ?z?18.5?10.9?19.5?(h?10.9), h

设计桩径1.2m，考虑冲抓锥成孔直径1.3m，桩周长U?1.3??4.08m，A??d4

4?1.13m2，??0??427kPa，取??0.7 (由h?4~20得), m0=0.7 (由d

t?0.2~0.4?d??0.2~0.4得)。 dd

1Nh?U?li?i??m0A[?0]?K2?z(h3?3) 2

6

118.5?10.9?19.5?(h?10.9)????4.08??10.9?45?h?10.9?80?0.7?0.7?1.13?427?2.5??(h?3.6?3)???????2h??令最大竖向力与单桩容许承载力相等,即V?Nh解得h=17.6m,取h=18m。

Il?w?wp

wl?wp Il——液性指数 w——天然含水量 wl——液限 wp——塑限 软塑：Il?w?wp

wl?wp

w?wp

wl?wp?21%?16.3%?0.734 22.7%?16.3%17.8%?16.3%?0.234 22.7%?16.3%硬塑：Il??

e0?G(1?w)

? e0——天然孔隙比 G——土粒比重 ?——容重 软塑：e0?G(1?w)

?

G(1?w)?2.70??1?21%??0.177 18.52.70??1?17.8%??0.163 19.5硬塑：e0???

h3?h?3.6=18.1+3.6=21.7m取22m

2、钻孔桩强度复合

⑴、确定桩的计算宽度b1和变形系数?

b1?kfk0kd kf及k0——查表4-3 k=1（桩间影响系数）d——桩径 查表得kf?0.9，k0?1?1 d

1??1??b1?kfk0kd?0.9??1???d?0.9??1???1.2?1.98 d1.2??????mb1 m——查表4-1 EI=0.67EhIh EI

4查表得m?10MN/m

???1.24?6EI?0.67EhIh?0.67?2.85?10????1.94363426?10 ?64?7

7

????0.40 ⑵、最大冲刷线以下深度z处桩截面上的弯矩Mz计算

Mz?

?Q0?Am?M0Bm ?h??h=0.4?18=7.2，根据z??z，所以按弹性桩考虑(其中?h?4时按4考虑)，查附表3、附表7得Am、Bm，按上式计算不同深度z?z?

?处的Mz并按比例绘出

桩身弯矩图，求出最大弯矩所在位置zmax、最大弯矩值Mmax及相应轴力N（计算轴力N时桩自重考虑浮力并按一半考虑，同时应减去摩阻力）。

z?0时,Am?0,Bm?1.0

40.5Mz??0?873.22?1?873.22kN?m0.40

z?1时,Am?0.37739,Bm?0.98617

40.5Mz??0.37739?873.22?0.98617?899.35kN?m0.40

z?2时,Am?0.64561,Bm?0.91324

Mz? 40.5?0.64561?873.22?0.91324?862.83kN?m0.40

z?3时,Am?0.76183,Bm?0.77415

40.5Mz??0.76183?873.22?0.77415?753.14kN?m0.40

z?4时,Am?0.73734,Bm?0.59373

40.5Mz??0.73734?873.22?0.59373?593.11kN?m0.40

z?5时,Am?0.61413,Bm?0.40658

40.5Mz??0.61413?873.22?0.40658?417.21kN?m0.40

z?6时,Am?0.44334,Bm?0.24262

40.5Mz??0.44334?873.22?0.24262?256.75kN?m0.40

8

z?7时,Am?0.26996,Bm?0.11979

40.5Mz??0.26996?873.22?0.11979?131.94kN?m0.40

z?8时,Am?0.19305,Bm?0.07595Mz? 40.5?0.19305?873.22?0.07595?85.87kN?m0.40z?9时,Am?0.0.05081,Bm?0.01354

40.5Mz??0.05081?873.22?0.01354?16.97kN?m0.40

z?10时,Am?0.00005,Bm?0.00009Mz? 40.5?0.00005?873.22?0.00009?0.08kN?m0.40

⑶、计算纵向力Nj、计算弯矩Mj的确定 计算纵向力Nj： 9

11SG?N1?N2?N3?N4(常水位)?qzmax?Uzmax?i22 11?1175?175?29?196.91??16.96?1??4.08?1?45?1489.84kN22

N汽??1?u??汽?Pyii??1?0.3??1.25?581.52?944.97kN

11N人??人ql??1.33?3.5?24.4?56.79kN 22

?1?N汽?N人?944.97?55.79?1001.76kN SQ

?1?1.2?1489.84?1.4?1001.76?3190.27kN Nj?1.2SG?1.4SQ

当汽车荷载效应占总荷载效应50%及以上时，SG、SQ1的系数不再得高，否则应按规定提高，见规范P134。

计算弯矩Mj：

?1?1.3SQ2 Mj?1.1SG?1.3SQ

SQ2——制动力、盖梁风力、墩柱风力产生的弯矩。恒载弯矩SG为零。 SG?0.3?1175?176.25kN?m 2

S'

Q1?290.76?0.3?42.7?0.3?100.34kN?m

SQ2?14.7?22.5?14.05?8?11.25?10?555.65kN?m

?1?1.3SQ2?1.1?176.25?1.3?100.34?1.3?555.65?1046.66kN?mMj?1.1SG?1.3SQ

相对偏心矩：e0? Mj

Nj?1046.66?0.33 3190.27

⑷、桩的计算长度lp的确定

44???ah?4 故有：lp?0.7(l0?)?0.7??13.4???16.38m ?0.40??

l0——局部冲刷线至墩柱顶的距离

⑸、偏心矩增大系数?值的计算

10

??

1?1?cNjlp2

10?eEhIh?b

?c??s?1.25 砼、钢筋材料安全系数

?b?0.95 构件工作条件系数（偏心受压取0.95）

??

1?1?cNjlp2

10?eEhIh?b?1?1.14 1.25?3190.27?16.3821???1.24710?0.32?2.85?10??0.9564

其中，?e?0.10.1?0.143??0.143?0.32 00.3?0.3?1.2d

???e0?1.14?0.33?0.38 故：e0

⑹、桩截面强度复核

设a?7.0cm（砼保护层厚度）

rg?r?a?60?7?53cm ，g?

25 # 砼： Ra?14.5MPa

Ⅰ级钢筋：Rg?240MPa rgr?53?0.883（取0.9）， r——桩半径 60

桩截面按0.2%含筋率配置钢筋，取定钢筋数量后计算实际采用的配筋率?。 As?0.2%??d2

4?0.2%?1.13?2.26?10?3m2?2260mm2

取12?16，As?2413mm2,??0.21%

强度复核：

按下列公式采用试算法进行计算

?BRa?D?gRg e0?r ARa?C?Rg

??假定?值，查附表3.1得A、B、C、D值，代入上式计算e0值。如计算的e0

11

?值与已知的e0值相等或接近，则相应的A、B、C、D值即为计算采用值，否则

?应重新假定?值，查表得A、B、C、D值，再计算e0值，直至满足要求为止。

用满足要求的A、B、C、D值进行承载力Nj和Mj的计算 Nj??b2?ArRa?bC?r2Rg ?c?s

Mj??b3?BrRa?bD?gr3Rg ?c?s

当计算的承载力Nj、Mj分别大于计算纵向力Nj和计算弯矩Mj时，强度得到满足，否则应重新进行截面或配筋设计。

设??0.46,A?1.0490,B?0.5982,C??0.1903,D?1.9081，

e0?'BRa?D?gRg

ARa?C?Rgr?0.5982?14.5?1.9081?0.21%?0.9?240?0.6?0.3787m 1.0490?14.5?(?0.1903)?0.21%?240

接近e'

0?0.38

Nj??b2?ArRa?bC?r2Rg ?c?s

0.950.95?1.0490?0.62?14.5?103??(?0.1903)?0.21%?0.62?240?103

1.251.25

?4135.35kN?3190.27kN?

满足要求。

Mj???b3?BrRa?bD?gr3Rg ?c?s0.950.95?0.5982?0.62?14.5?103??1.9081?0.21%?0.9?0.62?240?103

1.251.25

?1565.99kN?1046.66kN

满足要求。

12

 

第二篇：基础工程箱型基础课程设计

基础工程箱型基础课程设计

 

一、     概述。... 1

二、     构造要求。... 2

三、     荷载计算。... 2

四、     地基承载力验算。... 3

五、     基础沉降计算。... 3

六、     基础横向倾斜计算... 3

七、     基底反力计算... 4

八、     箱基内力计算。... 5

九、     底板配筋计算。... 6

十、     底板强度计算... 7

一、       概述。

(一) 构造：箱基是由于顶板、底板、外墙和内墙造成的。详见图示。一般有钢筋混泥土建造，空间部分可设计成地下室；作地下商城，停车场等，是多层和高层建筑中广泛采用的一种基础形式。

(二) 箱基具有的特点：

1.        具有很大的刚度和整体性，可以有效的调整基础的不均匀沉降；

2.        抗震性能好；

3.        有较好的补偿性：

a)        箱型基础埋深较大，使得基底自重应力与基底接触压力相近，减少了基底附加压应力；

b)        整体性能好使得基础不会产生较大的沉降；

c)        承载力也能满足要求，从而有效的发挥了箱基的补偿作用。

(三) 设计包括以下内容：

1.        确定箱基的埋置深度：应根据上部荷载大小，地基土情况合理确定箱基的埋置深度;

2.        进行箱基的平面布置及构造要求;

3.        根据箱基的平面尺寸验算地基承载力；

4.        箱基沉降和整体倾斜验算；

5.        箱基内力分析及结构设计。

(四)             箱基的设计原则：

1.        对于天然地基上的箱型基础，箱基设计包括地基承载力验算、地基变形计算、整体倾斜验算等，验算方法与筏形基础相同；

2.        包括以下四点：

a)        由于箱型基础埋置深度较大，通常置于地下水位以下，此时计算基底平均附加压力是应扣除水浮力。

b)        当箱基埋置于地下水位以下时，要重视施工阶段中的抗浮稳定性。

c)        箱基施工中一般采用井点降水法，是地下水位维持在基底以下以利于施工。

d)       在箱基封完底让地下水位回升前，上部结构应有足够的重量，保证抗浮稳定系数不小于1.2，否则应另有拟抗浮措施。1.2是保证了一定的安全储备，特别是偏心荷载下提高了20%，所以至少为1.2.。

e)        底板及外墙要采取可靠地防渗措施。

3.        在强震、强台风地区，当建筑物比较软弱；建筑物高耸，偏心较大，埋深较浅时，有必要作水平抗滑稳定性和整体倾覆稳定性验算，其验算方法参考国家有关规定进行。

二、       构造要求。

(一)             箱型基础的平面尺寸应根据地基强度、上部结构的布局和荷载分不等条件确定。

(二)             箱型基础的高度（地板地面到顶面的外包尺寸）应满足结构强度、结构刚度和使用要求，一般取建筑物高度1/8~1/12，也不宜小于箱型基础长度的1/8.。

(三)             箱型基础的顶、底板厚度应按跨度、荷载、反力大小确定，并应进行斜截面抗剪强度和冲切验算，顶板厚度不宜小于200mm，底板厚度不宜小于300mm.。

(四)             箱型基础的墙体要有足够的密度，要求平均每平方米接触面积上墙体长度不得小于400mm或墙体水平截面面积不得小于基础面积的1/10，其中纵墙配筋不得小于墙体配置量。

三、       荷载计算。

KN/M纵向：

=（8750x9+9500x2+9800x2+6200x2）kN=129750kN

=[(9500-8750)x12+(9800-8750)x16+(9800-8750)x20+(9500-8750)x24] kN/m

q=(35+12.5)x15 kN/m=712.5 kN/m

(箱基底板、内外墙等重35kN/m2,底板重12.5kN/m2)

KN/M2横向：取一个开间计算。

P=8750kN/m

M=8750x0.10kN．m=875kN．m

Q=(35+12.5)x4kN/m=190kN/m

四、       地基承载力验算。

(一)    地基承载力设计值：

f_a=f_ak+ηr((-0.5)=[140+0+1.1x18(5.5-0.5)]kN/m2=239kN/m²

1.2f_a=1.2x239kN/m2=287kN/m2

(二)    基底平均反力：

1.  纵向：

p=[+(35+12.5)]kN/m2=200.4kN/m2<f_a

=(200.4)kN/m2=(200.4±8)kN/m2=208.4/187.5kN/m²

<1.2),>0 

2.  横向：

=(200.4)kN/m2=(200.4±8)kN/m2=208.4/187.5kN/m2

<1.2),>0

五、       基础沉降计算。

基础沉降计算(不考虑回弹影响),按《规范》沉降计算公式：

式中沉降计算经验系数，取0.7。

按标准荷载估算得基底平均反力p=175kN/m2,则基底附加压力

kN/m2

地基沉降计算深度

取Zn=22m

基础沉降计算见表2.31。

基础最终沉降量

六、       基础横向倾斜计算

计算简图如图2.81所示，计算kN/m、kN/m2两点的沉降差，然后技术基础的横向倾斜。

由标准荷载估算的基地的附加压力分布如图2.81所示，kN/m、kN/m2两点的沉降差分别按均布压力和三角形分布应力叠加而得，建设过程从略，由kN/m、kN/m2两点的沉降差为：

而允许横向倾斜为

七、       基底反力计算

根据实测基底反力系数法，将箱基底面划分为40个区格(横向5个区格，纵向8个区格)，L/KN/M2=57/15=3.8,近试取L/KN/M2=4，查表2.2可得区格的反力系数，为简化进试，认为个横向区格反力系数相等，故取其平均值，纵向各区格的平均反力系数为：

其余4区格反力系数与以上反力系数对称。

由于轴心荷载引起的基底反力

故各区段的基底反力为

其余4区格反力系数与以上基底反力对称，如图2.82(kN/m)所示。

纵向弯矩引起基础边缘的最大反力为：

为简化计算，纵向弯矩引起的反力按直线分布，如图2.82(kN/m2)所示，取每一区段的平均值与轴心荷载作用下的基底反力叠加，得各区段的基底总反力，如图2.82(=)所示。

基底净反力扣除箱基自重，即：

式中q为箱基自重，q=47.5x15kN/m=712.5kN/m,最后得各区段的净反力，如图2.82（(）所示。

八、       箱基内力计算。

本例上部结构为框架体系，箱基内力应同时考虑整体弯曲和局部弯曲反力,分别计算如下：

整体弯曲计算

3.  整体弯曲产生的弯曲M

计算简图如图2.83，在上部结构和基底反力作用下，由静力平衡条件得跨中最大弯矩：

M=2838x7.5x24.75+2285x7x17.5+2178x7x10.5+2117x7x3.5-500x28.31-6200x28-9500x24-9800x16-9800x20-9500x12-8750x8-8750x4=3.1x10⁴kN．m

4.  计算箱基刚度EgIg

箱基横向截面按工字型计算，如图2.84所示。

求中性轴的位置：

Y(14x0.35+3.15x1+15x0.5)=14x0.35(4-)+1x3.15(3.15/2+0.5)+0.5x15x

得y=1.75m

I_g=

5.  计算上部结构总折算刚度

梁惯性矩

梁的线刚度：

柱的线刚度:

开间m=14，横向4榀框架，现现浇楼面梁刚度增大系数1.2，总折算刚度为：

6.  计算箱基承担的整体弯矩

以上计算中

(三)             局部弯曲计算

以纵向跨中底板为例。基底净反力应扣除底板自重，即：

取基底平均反力系数

故实际基底净反力为：

支承条件为外墙简支、内墙固定，故按三边固定一边简支板计算内力，计算简图如图2.85所示。

跨中弯矩：

支座弯矩：

以上计算中0.8为局部弯曲内力计算折减系数。

九、       底板配筋计算。

按整体弯矩计算的配筋：

取与按局部弯曲计算的支座弯矩所需的钢筋叠加，配置底板纵向通常钢筋。按局部弯曲计算的配筋：

取底板的有效高度=460mm

跨中：

跨中所需钢筋面积配置地板上层钢筋，支座所需钢筋的面积配置地板下层钢筋，故上层纵横向钢筋均按构造要求Ф14@200,下层纵向钢筋取Ф20@140，下层横向钢筋取Ф16@200。

十、       底板强度计算

抗冲切强度验算：

计算图形见图2.76，按式（2.156）验算，即：