桥梁基础工程课程设计资料
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4/120000m kN m =（密实卵石）； 地基承载力基本容许值[]01000a f kPa =； 桩周土摩阻力标准值kPa q ik 500=； 土的重度320.00/kN m γ= (未计浮力)；
土内摩擦角40?=。
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
纵桥向断面 横桥向断面
图1 桩基剖面图（单位：m ） 图2 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
358.60H kN =∑(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C20混凝土，尺寸为9.8×5.6×2.0m，承台混凝土单位容重
325.0/KN m γ=。
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m d 2.1=，以冲抓锥施工。
二、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. 据单桩容许承载力拟定桩长 2.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
3. 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
4. 按地基土的支承力确定和验算单桩轴向承载力
5. 承台计算
项目：局部受压、抗冲剪 6. 群桩基础承载力检验 7. 参考文献
(1)、王晓谋.基础工程.北京：人民交通出版社，2004
(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，2004
(4)、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
(5) 江祖铭等主编.墩台与基础.北京：人民交通出版社，1994
设计计算
1.承台底面中心的荷载计算： 1.1 恒载加一孔荷载：
40746 2.0 5.69.8(2510)42392.4N KN =+???-=∑
358.60H KN =∑ 4617.30358.60 1.04975.9M KN m =+?=?∑
1.2 恒载加二孔荷载：
46788.00 2.0 5.69.8(2510)48434.4N KN =+???-=∑
2. 桩长度的初步计算： 2.1桩长的计算：
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3h ，
则：[][](){}002231
32
h i i N p U l m A k r h τλσ==++-∑
桩（直径1.2m ）自重每延米q=
()2
1.2251016.964
π??-=KN
()()()22
48434.4 1.21 1.267.5460.85251025106424
h N h ππ??=+-??-+??-=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=π×1.3=4.08m,A=
2
1.24
π?=1.132m ,λ=0.7,0m =0.8,2k =10,[]0σ=1000KPa,
2r =10KN/3m (已扣除浮力)，τ=500KPa,所以得：
[P]=()()1
1.35000.70.8 1.1310001010
2.6932
h h π????+???+??+-???? =1083.78h+613.18=8185.89+8.48h 解得：h=7.04m 现取h=11.31m 3．群桩结构分析：
3.1桩的计算宽度1b ：
1b = 0f k k k d ???
已知：1L =2m ；1h =3（d+1）=6.6m;n=2 'b =0.6;
f k =0.9;0k =1+
11
1 1.2
d =+
=1.833 ; ()()'
'
1
1
110.62
0.60.780.6
0.6
6.6
b L k b h --=+?
=+
?
= ∴ 1b =0f k k k d ???=0.9 1.8330.78 1.2 1.54???=m
3.2桩-土变形系数α
C30混凝土的受压弹性模量43.010h E MPa =?， 则E=0.8×7
3.010?=2.407
10?KN/2
m ; 4
40.101764
d I m π=
=
∴10.597m α-=
== 桩在最大冲刷线以下深度h=11.31m,其计算长度则为：
()0.59711.31 6.75 2.5h h α==?=?，故按弹性桩计算。 3.3 桩顶刚度系数1ρ、2ρ、3ρ、4ρ植的计算
0l =6.69m;h=11.31m;12ζ= (根据《公桥基规》钻挖孔桩采用1
2
ζ=)，
A=
2
4
d π=
2
1.24
π?=1.132m ,630012000011.31 1.35710/c m h kN m ==?=?
2
2
20 1.2
40tan 11.31tan 21.14242
4d A h m φππ????=+?=?+?= ? ?????,按桩中心距计算面
积，故取：220 3.28.044
A m π
=
?=
∴ 621000
7611
2.1951011
6.6911.31121.131 3.010 1.357108.04
h KN m l h AE c A ρζ=
==??++?+
+
????
=0.8993EI
已知： 6.75h h α==（＞4），∴取h =4，000.597 6.69 3.99l l α==?=
查教材《基础工程》附表17、18、19得：
Q x =0.05989 m x =0.17312 m φ=0.67433 ∴3320.5970.059890.0127Q EIx EI EI ρα==?=
2230.5970.173120.0617m EIx EI EI ρα==?=
40.5970.674330.4026m EI EI EI ραφ==?=
3.4计算承台底面原点O 处位移0a 、0b 、0β（单孔活载+恒载+制动力等）
0142392.47856.6
60.8993N b n EI EI
ρ=
==? 22411
60.40260.89936 1.616.23n
i i n x EI EI EI
ρρ=+=?+??=∑260.01270.0762n EI EI ρ=?=，360.06170.3702n EI EI ρ=?=，22230.1370()n EI ρ=
2413102222
24131
()16.23358.600.37024975.96967.33
0.076216.230.1370()()n
i i n
i i n x H n M
EI EI a EI EI EI EI
n n x n ρρρρρρρ==++?+?=
=
=?-?+-∑∑
2302
222
241310.07624975.90.3702358.60465.50
0.076216.230.1370()()n
i i n M n H EI EI EI EI EI
n n x n ρρβρρρρ=+?+?=
=
=?-?+-∑ 3.5 计算作用在每根桩顶上作用力i P 、i Q 、i M ：
竖向力：1007856.6465.57735.24()0.8993(
1.6)6395.64i i kN
P b x EI EI EI kN ρβ=+=?±?=
水平力：20306967.33465.50
0.01270.061759.76i Q a EI EI KN EI EI ρρβ=-=?-?=
弯矩：4030465.506967.33
0.40260.0617242.47i M a EI EI KN m EI EI
ρβρ=-=?-?=-?
校核：659.76358.56358.60i nQ KN H KN =?=≈=∑
1
3(7735.246395.64) 1.66(242.47)4975.264975.9n
i i
i
i x p nM
KN m KN m
=+=?-?+?-=?≈?∑
1
3(7735.246395.64)42392.6442392.4n
i
i np
KN KN ==?+=≈∑
3.6 计算最大冲刷线处桩身弯矩0M ，水平力0Q ，及轴向力0P ：
0M =0i i M Q l +=-242.47+59.76×6.69=157.32KN m ? 0Q =59.76KN
0P =7735.24+1.13×6.69×(25-10)=7848.64KN
3.7 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： 3.7.1桩身最大弯矩处及最大弯矩的计算： 由：z Q =0 得：0
0.597157.32
1.5759.76
Q M C Q α?=
=
= 2
由Q C =1.572 且h =6.75＞4 取h =4.0，查教材《基础工程》附表13得
max Z =0.84 故 max Z =
0.84
0.597
=1.41m 又由max Z =0.84 及h =6.75＞4 取h =4.0，查教材《基础工程》附表13得
m K =1.341 ∴ max 0m M K M =?=1.341×157.32=210.97 KN ·m 3.7.2 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h =6.75＞2.5，所以用摩察桩公式计算：
0z m M Q M A M B α
=
+ 00z Q Q Q Q A M B α=+
其中
Q α
=
59.76
100.100.597
KN = 0Q =59.76KN 0M =157.32KN m A 、m B 、Q A 、Q B 的值查教材《基础工程》附表3、4、7、8 ，计算如下表：
4.020 2.4 0.44334 0.24262 -0.44647 -0.36312 44.38 38.17 82.55 -26.68 -34.10 -60.78
5.025 3
0.19305 0.07595 -0.36065 -0.19052 19.32
11.95 31.27 -21.55 -17.89 -39.44 5.863 3.5 0.05081 0.01354 -0.19975 -0.01672 5.09 2.13 7.22 -11.94 -1.57 -13.51 6.700 4
0.00005 0.00009 -0.00002 -0.00045 0
0.01
0.01
-0.04
-0.04
弯矩图如下：
20
1
1
ZX x x Q M Z A Z B b b αασ-
-
=
?+
z
α
h
A x
B x
1
x Q hA b αα 20
1
x M hB b αα
zx σ
0 0 2.44066 1.62100 0 0 0 0.335 0.2 2.27873 1.29088 10.56 9.40 19.96 0.670 0.4 1.80273 1.00064 16.71 14.57 31.28 1.173 0.7 1.36024 0.63885 22.06 16.28 38.34 1.675 1.0 0.97041 0.36119 22.48 13.15 35.63 2.513 1.5 0.46614 -0.06288 16.20 -3.43 12.77 3.350 2.0 0.14696 -0.07572 6.81 -5.51 1.30 4.020 2.4 0.00348 -0.11030 0.19 -9.64
-9.45 5.025 3.0 -0.08741 -0.09471 -6.08 -10.35 -16.34 5.863
3.5
-0.10495
-0.05698
-8.51
-7.26
-15.77
6.700 4 -0.10788 -0.01487 -10.00 -2.17 -12.17
横向土抗应力图如下：
3.8 桩顶纵向水平位移验算：
桩在最大冲刷线处水平位移0x 和转角0?的计算：
由 Z =0 h =6.75＞4 取 h =4 查教材《基础工程》附表1、2、5、6 得：
x A =2.44066 A ?=-1.62100 x B = 1.62100 B ?=-1.75058
00
032x x
Q M x A B EI EI αα=
+ 3
3727
59.76157.32
2.44066 1.621000.5739100.597 2.4100.10170.597 2.4100.1017-=?+?=???????m=0.5739mm ＜6mm 符合规范要求
0002Q M
A B EI EI
???αα=+
27759.76157.32
( 1.6210) 1.750580.597 2.4100.10170.597 1.742100.1017=?--??????? 43.00410rad -=-?
3.9 墩顶纵桥向水平位移验算：
由 h =6.75＞4，取4，000.597 6.69 3.99l l α==?= 可查得：1x A =64.75127
1A φ=1x B =16.62332 1B φ=5.75058
11
11
00
1323727300
0227759.76157.32
64.7512716.623320.597 2.4100.10170.597 2.4100.101710.461010.4659.76157.32
(16.62332)0.597 2.4100.10170.597 2.4100.10x x Q M x A B EI EI m mm Q M A B EI EI φφααφαα-=
+=?+???????=?==
+=?-+??????3( 5.75058)171.7610rad
-?-=?
桩顶的纵向水平位移110.46x mm ＝
水平位移的容许值[]cm 74.2305.0 ==△=27.4mm 4. 桩身截面的配筋计算及截面强度的校核： 4.1 计算轴向力j N ，偏心距0j j
M e N =
，偏心距增大系数η：
最大弯矩发生在最大冲刷线以下Z=1.41m 处，该处
max M =210.97KN ·m 0max max
011
22
11
7848.6416.96 6.6916.96 1.41 1.3 1.41500
22
6535.154210.970.032332.36535.154j i N p q l q z c z KN
e m mm
τπ=+?+?-??=+?+??-???==== 现拟定采用C30混凝土，HRB335钢筋，,8.13MPa R a = MPa R g 280= 因,475.6>=h α故桩的计算长度
mm m l l p 6695695.6)597
.00
.469.6(5.0)0
.4(5.00==+
?=+
?=α
长细比,7579.51200/6695/<==d l p 可不考虑纵向弯曲对偏心矩的影响，取
1=η。
① 计算受压区高度系数
mm e 3.323.3210=?=η mm d r 6002/12002/===
取mm a g 80=,mm r g 52080600=-=,87.0600
520
==
=
r
r g g
Dgr
e C e A Br R R g a --?
=
)()(00ηημ
μμμγγ
γγC A C A r R aAr R N g s
b a
c b u 76608000377568028025.195
.0)600(8.1325.195.022
2+=??+???=
+=
则配筋率由下式计算： 0
cd sd f Br Ae f Ce Dgr ρ'-=?'-
由计算表可见，当ξ=1.23时，计算纵向力u N 与设计值j N 之比较为合理，故取
ξ=1.23，μ=0.011610为计算值。 ② 计算所需纵向钢筋的截面积
22213124)600(011610.0mm r A g =??==πμπ
现采用24Φ28，214779mm A g =，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 。
5、对截面进行强度复核
D
C A B
D C A B 145600904474.44582805203.323
.326002808.13--=
?-??-??=
由前面的计算结果：mm e 3.320=η；mm a 80=；mm r g 520=；87.0=g 实际配筋率013074.0)1200/(147794422
=??==
ππμd
A g
。
① 在垂直于弯矩作用平面内
长细比7579.5/<=d l p ，故纵向弯曲系数00.1=?。
混凝土截面积为2211309734/mm d A h ==π，实际纵向钢筋面积214779mm A g =， 则在垂直于弯距作用平面内的承载力为：
???
?
??'
+=g
g s h a c b u A R A R N γγ?γ11 kN N kN j 154.6535616.15006)1477928025
.11
11309738.1325.11(95.01=>=??+????=
② 在弯距作用平面内
r R C AR gR D BR e g
a g a μμη++=
'
C A
D B C A D B 2508.38.1392.16968280600
280
011610.08.13280
87.0011610.08.13++=
???+????+?=
现采用试算法列表计算（见表4）
当ξ=1.23时，0e η=32.34mm ，与设计的0e η=32.30mm 很接近，故取ξ=1.23为计算值。在弯矩作用平面内的承载力为：
g s
b a
c b u R r C Ar R N 22μγγ
γγ+=
kN
N kN j 154.6535992.13768280
)600(011610.07532.225
.195
.0)600(9982.28.1325.195.022=>=????+???=
g s
b a
c b u R r D Br R M 23μγγ
γγ+=
m
kN M m kN j ?=>?=????+???=
97.210592.289280
)600(011610.03361.025
.195
.0)600(1277.08.1325.195.023
桩身配筋图如下：
6、按地基土的支承力确定和验算桩基的承载能力：
∑+=
r p i ik a q A l q u R 2
1
[]{})3(2200-+=h k f m q a r γλ
22
131.14
m d A ==
π，m d u 08.4)1.0(=+=π
70.0=λ，8.00=m ，m h 14=，[]kPa f a 10000=，0.102=k ，
32/101020m kN =-=γ，kN Pi 24.7735=
[]{})3(2200-+=h k f m q a r γλ
[]kPa
1176)314(101010007.08.0=-??+??=
∑+=
r p i ik a q A l q u R 21
kN 256.128661176131.131.1150008.42
1
=?+???=
96.1631.112
1
96.1669.624.7735??+
?+=+G Pi []a R K kN <=6.7944 7．承台的强度检验： 7.1、桩顶处的局部受压荷载
''
31.0,0.8, 1.25,7735.241.000.8 1.257735.247735.241.03,13.4, 1.54
/ 1.03 1.13113.410/1.5410136.40j so si o
so si o i j a m j c a m P r r P r r P KN
P KN
R MPa r A R r KN
??ββ======???=====???=∑∑
'
/j
i c a m P A R βγ∴<, 符合要求。
7.2、承台冲切承载力验算承台的强度检验 桩对承台的冲剪验算
1、柱或墩台向下冲切承台的冲切承截力计算
[])
(
2
)
(
2
6.0
0x
x
py
y
y
px
td
ld
b
a
b
h
f
Fα
α
α
γ+
+
+
≤
由设计图
知：0
=
ld
F，所以符合规范要求。
2、角桩
?
?
?
?
?
?
+
'
+
+
'
≤)
2
(
)
2
(
6.0
x
x
py
y
y
px
td
ld
a
b
a
a
b
a
h
f
F
γ
[]
kN
10176
)2.0
8.1(
2
)2.0
8.1(
2
2
1060
6.0
=
+
?
+
+
?
?
?
?
=
kN
kN
F
ld
10176
24
.
7735
≤
=
γ
符合规范要求。
7.3边桩
[])
2(
667
.0
)
(
6.0
0x
x
p
px
td
ld
a
b
h
b
a
h
f
F+
?
+
+
'
≤
γ
[])
2(
667
.0
)
(
6.0
0x
x
p
px
td
a
b
h
b
a
h
f+
?
+
+
'
[] kN
8990
)4.0
8.1
2(
667
.0
)2
2.1(
2
2
1060
6.0
=
+
?
?
+
+
?
?
?
?
=
kN
kN
F
ld
8990
24
.
7735
≤
=
γ
符合规范要求。
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。