基础工程课程设计书

基础工程课程设计设计者：徐仁芳、姚益指导老师：朱建群完成时间：2011年7月1日一、课程设计说明(一)目的和任务课程设计是专业教学计划中的重要环节，通过该教学环节使学生对所学课程的理论知识有更全面系统的了解，并应用于实际工程设计，拓宽学生的知识面，巩固所学知识，提高学生分析问题，解决实际问题的能力。

(二)设计要求(1)必须按照设计任务书的要求完成全部规定内容，严格遵守国家颁布的有关技术规范和规定；(2)设计图件采用计算机绘制，要求线条清晰、整洁美观，符合有关制图规范；(3)说明书一律用计算机打印,文句通顺、简明扼要，文中计量单位一律采用国际标准。

二、设计题目（一）工程概况（A，B情况）上部结构为等跨40m的钢筋砼预应力梁桥，荷载为纵向控制设计，砼桥墩、承台顶面上纵桥向荷载为恒载及一孔荷载时：kNN8.7346=∑(5180.5 kN)kNH7.364=∑(260.25kN)（制动力及风力）mkNM⋅=∑5.4824(3562.24kN∙ m)（竖直反力偏心距、制动力、风力等引起的弯矩）恒载及两孔活载时：kNN6.8241=∑(6821.36kN)承台用20号砼，尺寸为：m0.85.40.2⨯⨯（顶面标高为5.0m）桥墩高度：5m（计算墩顶位移时可考虑桥墩和承台刚度无穷大）结构重要性系数：1.0（以上情况分A，B；括号内为B）桩基础形式：高承台摩擦桩：C：钻孔灌注桩；D：沉管灌注桩设计桩径：（二）设计资料1、场地工程地质条件土层剖面1土层名称厚度(m) 桩周侧摩阻力标准值)(kPaqik桩端极限承载力标准值)(kPaqrk细砂 1.5（2.5）35（40）190（220）粉质粘土7(5.5) 40（30）800 （600）含砾粉质粘土未揭穿50 （40）1200（1500）工况E，F。

土层剖面2土层名称 厚度(m) 桩周侧摩阻力标准值)(kPa q ik桩端极限承载力标准值)(kPa q rk中密粉土 2.5（3.5） 20（30）查相关规范确定中密粉细砂 6(4.5) 35（25） 密实粗砂未揭穿105（90）工况G ，H 。

以上土层的地基土比例系数自行查相关规范获得。

水位地质情况42.5m 常水位40.5m 河床38.5m (39.0m )一般冲刷线35.0m (33.6m )最大冲刷线建筑物处于非地震区，可不考虑抗震。

三、设计任务1）确定桩基基本参数（桩径、入土深度、单桩承载力、桩数及承台尺寸等）； 2）桩身结构设计与计算；3）桩基验算（承载力、变形及承台截面尺寸等）； 4）绘制设计图纸。

（1）基础平面布置图（1：100）：包括桩位、承台及基础梁布置图，要求标注构件位置尺寸（对轴线标注）及构件等编号。

（2）构件大样图a)承台的大样图（1：25）（包括平、剖面图）； b)桩身大样图（1：25）（包括钢筋笼、桩顶标高及其它尺寸）； c) 柱与承台连接大样图；d) 有关文字说明（包括构件材料强度等级、单桩承载力及其构造要求）。

四、参考文献（1）中华人民共和国行业标准.JTG D60-2004 公路桥涵设计通用规范.北京：人民交通出版社，2004.（2）中华人民共和国行业标准.JTG D63-2007 公路桥涵地基与基础设计规范. 北京：人民交通出版社，2007.（3）中华人民共和国行业标准.JTG D62-2004 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范.北京：人民交通出版社，2004.（4）中华人民共和国行业标准.JTG D61-2005 公路圬工桥涵设计规范.北京：人民交通出版社，2005.（5）桩基础设计方法与施工技术，高大钊等编著，机械工业出版社，2002。

五、设计过程（一）设计资料 1、地质资料岩土勘察报告见下表：土层剖面土层名称厚度(m))(kPa q ik11.5MPa=cd f)/(3m KN γ (ϕ c(kPa)细砂 2.5 40 220 19.2 30 0 粉质粘土 5.530 600 20.5 28 20 含砾粉质粘土 未揭穿 40150021.029182、荷载单桩受到的全部竖直荷载（kN ） 桩自重每延米q=0.16⨯25=4 kN承台自重：N 1=2.0⨯4.5⨯8.0⨯25=1800 kN 作用在承台底面中心恒载及一孔荷载：∑N=5180.5+(2×4.5×8.0×25)=6980.5KN ∑M=3562.24+260.25×2.0=4082.74(KN ∙m) 恒载及俩孔或载：∑N=6821.36+(2×4.5×8.0×25)= 8621.36KN3、桩竖向承载力的确定桩身周长：μ=4L=4×0.4=1.6m 桩横截面面积：A=0.4×0.4=0.16m ² 沉桩采用锤击沉桩，每节15m ，所以1==k i αα[])(21rk p r ik i i q A q l R ααα+==21⨯[1.6⨯（2.5⨯30+21⨯40）+0.16⨯1500=852kN4、桩数和桩的布置取μ=1.15，则：∑=⨯⨯+⨯++=kNN 36.9245)215.045.24(180036.6821[]kNR kN nN 85249.847121.136.9245=<=⨯=αμ故，桩数取12根横桥向的桩端处中心间距S ≥3d=3×0.4=1.2m 取2.4m 纵桥向的桩端处中心间距取1.85m边桩外侧至承台的距离不小于0.25，取0.4m（二）计算1、桩的计算宽度1b3n ,0.4d ,1.0===fk∵ 52.2)14.0(36.06.085.111=+⨯⨯=<=h L867.02.485.16.05.015.06.011122=⨯-+=⨯-+=h L b b k)5.05.1(1+=d kk b f=0.867×1.0×（1.5×0.4+0.5） =0.950m2、柱的变形系数α)/(5000,451m KN m EImb ==α，)(KN/m102.24102.808.08.0277⨯=⨯⨯==c E EI=bh 3/12=44.0/12=0.0024m ∴)(638.0002.01024.2950.05000157-=⨯⨯⨯=mα桩在局部冲刷线以下h=23.5m ， 则计算长度为-h =5.299.145.23638.0>=⨯=h α所以按弹性桩计算。

3、桩顶刚度系数 PP ρ、 HH ρ、 MH ρ、 MM ρ值计算00PP 11A C AHh l ++=ζρ32=ξ （打入桩）300/1175005.235000m kN h m l =⨯==⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧==+=69.2494.31)4tan 2(220S h d A πϕπ取0A =2.69EI PP 388.272.106966≈=ρ 已知：,499.145.23638.0>=⨯==ah h 取用4 15.45.6638.000=⨯==al l查表得65854.0,16498.0,05568.0===M M Q ϕχχ,所以有EIEI a EI EIx a EIEIx a M MM M MH Q HH 4201.00672.00145.0333======ϕρρρ 4、计算承台底面原点O 处位移0a 、0c 、0β令EIEIn N C PP/60.243388.2125.69800=⨯==ρ42464.7012=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+∑=ni i PP MM x n ρρEIEI EI a 24.1863)(0672.01242464.700145.01274.40820672.01225.26042464.702220=⨯-⨯⨯⨯⨯+⨯=EIn x n n Hn M n MHni i PP MM HH MH HH 32.79)(22120=-++=∑=ρρρρρρβ5、计算作用在每根桩顶的作用力i i i M Q P ,,竖向力：⎪⎩⎪⎨⎧=⨯+=+=kNkNkNEI EI EI X C P i PPi 34.23172.58109.932)31.7985.160.243(388.2)(00βρ水平力：kNEIEI a Q MH HH i 687.2131.790672.024.18630145.000=⨯-⨯=-=βρρ弯矩：kN a M MH MM i 89.9124.18630672.031.794201.000-=⨯-⨯=+=ρβρ校核： kN nQ i 25.260244.260687.2112≈=⨯=MkN nMP x ni iii ∙≈=-⨯+⨯-⨯=+∑=74.408287.4082)89.91(1285.1)34.23109.932(41kNPn ini 5.698059.6980)34.23172.58109.932(41≈=++⨯=∑=经校核每根桩顶的作用力都计算正确。

6、计算局部冲刷线处桩身的弯矩0M 、水平力0Q 、轴向力0PkNP Q MkN l Q M M i i 69.947)1025(5.616.009.932687.2108.495.6687.2189.910000=-⨯⨯+==⋅=⨯+-=+=吊桩时产生的最大弯矩计算采用2个吊点时最大弯矩在0.207L 处，2max 0.0214qlM =采用1个吊点时最大弯矩在0.293L （4.395m ）处，2max 0.0429ql M =所以m 38.61kN 150.16250.0429M 2max ∙=⨯⨯⨯=7、局部冲刷线以下深度Z 处桩截面的弯矩Z M 以及桩身最大弯矩max M 计算1、局部冲刷线以下深度z 处桩截面的弯矩Mz 计算MM M M MM zB A B A B M A Q M08.4999.3308.49638.0687.2100+=+=+=αz M 计算列表如下，结果如下图：0.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.000.00M （k N .m ）Q Q Q Z A A BM A Q Q 3.31(687.21638.0687.2100+=+=+=αz P 计算列表如下，结果如下图： Z=za zA QB Q21.687A Q 31.31B Q Qz 00.00 1.000000.00000 21.69 0.00 21.69 0.2 0.31 0.95551 -0.02795 20.72 -0.88 19.85 0.4 0.63 0.83898 -0.09554 18.19 -2.99 15.20 0.6 0.94 0.67486 -0.18191 14.64 -5.70 8.94 0.8 1.25 0.48522 -0.27087 10.52 -8.482.041.0 1.57 0.28901-0.350596.27-10.98 -4.71az Z =z A MB M33.99A M 49.08B M Mz0 0.00 0.00000 1.00000 0.00 49.08 49.08 0.2 0.31 0.19696 0.99806 6.69 48.98 55.68 0.4 0.63 0.37739 0.98617 12.83 48.40 61.23 0.6 0.94 0.52938 0.95861 17.99 47.05 65.04 0.8 1.25 0.64561 0.91324 21.94 44.82 66.77 1.0 1.57 0.72305 0.85089 24.58 41.76 66.34 1.2 1.88 0.76183 0.77415 25.89 38.00 63.89 1.4 2.19 0.76498 0.68694 26.00 33.72 59.72 1.8 2.82 0.68488 0.49889 23.28 24.49 47.762.23.45 0.5316 0.32025 18.07 15.72 33.79 2.64.08 0.35458 0.17546 12.05 8.61 20.663.04.70 0.19305 0.07595 6.56 3.73 10.293.5 5.490.050810.013541.730.662.391.2 1.88 0.10153 -0.413352.20 -12.94 -10.74 1.4 2.19 -0.06586 -0.45486 -1.43 -14.24 -15.67 1.8 2.82 -0.31345 -0.47103 -6.80 -14.75 -21.55 2.23.45 -0.43174 -0.41179 -9.36 -12.89 -22.26 2.64.08 -0.43651 -0.30732 -9.47 -9.62 -19.09 3.0 4.70 -0.36065 -0.19052 -7.82 -5.97 -13.79 3.5 5.49 -0.19975 -0.01672-4.33-0.52-4.86图3-25.00-20.00-15.00-10.00-5.000.005.0010.0015.0020.0025.000.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00z（m）Q （k N ）2、桩身最大弯矩maxM及最大弯矩位置计算由0=z Q 得：444.1687.2108.49638.00=⨯==Q M C Q α由99.14,444.1==h C Q 得353.1638.0863.0,863.0max max===M M z zmkN M K h z M M ⋅=⨯=====68.7608.49379.1M 1.3241,99.14863.00max K Mmax 查表得：及由3、局部冲刷线以下深度z 处横向土抗力计算 x x zx B z b M A z b Q p 121αα+=x x B z A z 95.008.49638.095.0687.21638.02⨯+⨯=x x B z A z 03.2156.14+=zxp 计算列表如下，计算结果如下图：Z=za z A M B M14.56A M 21.03B M Mz 0 0.00 2.44066 1.621 0.00 0.00 0.00 0.2 0.31 2.11779 1.29088 6.17 5.43 11.60 0.4 0.63 1.80273 1.00064 10.50 8.42 18.92 0.6 0.94 1.50268 0.74981 13.13 9.46 22.59 0.8 1.25 1.2237 0.53727 14.25 9.04 23.29 1.0 1.57 0.97041 0.36119 14.13 7.60 21.72 1.2 1.88 0.74588 0.21908 13.03 5.53 18.56 1.4 2.19 0.551750.10793 11.25 3.18 14.42 1.8 2.82 0.25386-0.035726.65 -1.35 5.30 2.2 3.45 0.06461 -0.09942.07 -4.60 -2.53 2.6 4.08 -0.03986-0.11136 -1.51 -6.09 -7.60 3.0 4.70 -0.08741-0.09471 -3.82 -5.98 -9.79 3.55.49-0.10495-0.05698-5.35-4.19-9.54图2-15.00-10.00-5.000.005.0010.0015.0020.0025.0000.51 1.52 2.53 3.54z（m）P z x （k P a ）4、桩身配筋计算及桩身材料截面强度验算最大弯矩发生在地面线以下z=1.353m ，该处Mj=67.68kN.mkNNj 102.9532516.0353.169.947=⨯⨯+=mml l h mm N M e b MPa sd f fsd MPa fcd 38.6)4.0(5.0,0.47110102.9531068.6756.0,280,5.1100360=+⨯=≥=⨯⨯===='==ααξ596.154.0/38.6/0>==h l ，考虑偏心距增大系数设mm a h h mm a a s ss 35050400,500=-=-=='= 75.0350717.22.07.22.0001=⨯+=+=h e ξ67.1)(/14001199.04.038.601.015.101.015.121200002=+==⨯-=-=ξξηξh l h e h l 则1）判别大、小偏心受压56.059.03504005.119531020=>=⨯⨯==b fcdbh Nξξ，故按小偏心受压构件计算56.057.0))((43.0fcdbh-N 4.31502/4007167.12/57.268502/4007167.12/.)20020000>=++'---=-=+-⨯='+-='=-+⨯=-+=b s b s ss s s fcdbh a h fcdbh Ne mm a h e e mm a h e e ξξβξηη，求纵向钢筋面积22020s 32052.342)50350(2803504005.11)56.05.01(56.057.268953102)()5.01(A A 57.0mm a h sd f fcdbh Ne s b b s s >=-⨯⨯⨯⨯⨯-⨯-⨯='-'--='==ξξξ代入，取 则查表得截面复核截面最小宽度，截面每侧设置,871.0,896.15/.)350,4003.2551.253502402,1140A 2230min 2=>=='=<=⨯+⨯+⨯=='=ϕφb l mm a a mm b mm A ss s s 需要验算裂缝宽度。