墩台基础课程设计

学 号 墩台与基础课程设计 设计说明书桩柱式桥墩钻孔灌注摩擦桩及端承桩设计（净-9+20.75m，跨径Lk=10m，公路I级）起止日期： 2013 年 12 月 3 0日 至 2014 年 1 月 8 日学生姓名班级成绩指导教师 土木工程学院2014年 1月 6 日目录课程设计任务书2设计目的2设计要求2设计内容2第一部分 某桩柱式桥墩钻孔灌注桩摩擦桩的设计3一、设计资料3二、荷载计算4三、桩长计算8四、桩的内力计算8五、桩顶水平位移计算11六、桩端压应力验算12七、桩身配筋计算12第二部分 某桩柱式桥墩钻孔灌注桩端承桩的设计15一、设计资料15二、荷载计算15三、单桩承载力、桩长计算19四、桩的内力计算20五、嵌固深度计算22六、桩顶水平位移计算22七、桩端压应力验算23八、桩身配筋计算23第三部分 参考文献：26附表一： 桩基设计参数表27附表二： 钻孔柱桩图资料28天津城建大学课程设计任务书2013 2014学年第 1学期 土木工程 学院 10道路桥梁与渡河工程 专业 2 班课程设计名称：钢筋混凝土空心板桥墩台与基础课程设计设计题目： 桩柱式桥墩钻孔灌注摩擦桩及端承桩设计(净-9+20.75m，跨径Lk=10m，公路I级 )完成期限：自 2013 年 12月 30 日至 2014 年 1 月 8 日共 1.5 周设计依据、要求及主要内容（详见附页）：设计目的：通过本次课程设计的练习，使学生能够熟练掌握钻孔灌注摩擦桩和端承桩各自的受力特点、构造要求以及设计方法、计算步骤，并能独立完成常用的桩柱式桥墩的钻孔灌注桩摩擦桩和端承桩设计。设计要求：依据设计任务书及相关设计规范，结合个人桥梁工程课程设计资料，在课程设计教室独立完成桥梁工程下部结构桩柱式桥墩钻孔灌注桩摩擦桩和端承桩的设计工作，编制设计说明书，绘制相应的工程图纸。设计内容：1、 某桩柱式桥墩钻孔灌注摩擦桩的设计；2、 某桩柱式桥墩孔灌注端承桩的设计；指导教师： 李美东 郭红梅 教研室主任： 董 鹏 批准日期： 2013年 12月 30 日第一部分 某桩柱式桥墩钻孔灌注桩摩擦桩的设计一、设计资料1. 设计标准以及上部构造设计荷载：公路I级；桥面净宽：净9+20.75 m；标准跨径: Lk=10m，梁长9.96m，计算跨径9.5m；上部构造：装配式钢筋混凝土空心板梁桥设计2设计荷载公路汽车荷载I级，人群荷载3.453水文地质条件各土层地质情况及有关钻孔灌注桩桩基设计参数见附表一。4材料构件混凝土强度等级钢筋强度等级墩柱C30HRB335灌注桩C25HRB335盖梁C30HRB3355下部结构尺寸拟定二、荷载计算（一）恒荷载1、一孔主梁恒载主梁集度（KN/m）梁长（m）自重(KN)1（10）11.9779.96119.292（9）11.9779.96119.293（8）11.9779.96119.294（7）11.9779.96119.295（6）11.9779.96119.29合计1192.92、其它恒载计算两跨恒载反力：盖梁自重：墩身自重：系梁自重：3、单根桩顶承受的恒载(二) 活载计算1.顺桥向活载计算a、单孔单列汽车：=0 ， 双列车： b、双孔单列汽车： 双列车： c、单孔单侧人群 KN， d、双孔单侧人群 汽车荷载中双孔荷载产生支点处最大的反力值，即产生最大的墩柱垂直力；汽车荷载中单孔荷载产生的最大的偏心弯矩，即产生最大墩柱底弯矩。2、双柱反力横向分布计算：a、汽车单列对称布载： ， b、汽车双列非对称布载：， C、汽车三列非对称布载：， d、人群单侧布载， e、人群双侧布载：3活载计算汽车及人群双孔布载产生最大支反力，即产生最大墩柱垂直力(注：)单孔布载时最大墩柱竖向力表编号荷载情况最大垂直反力（KN）最小垂直反力（KN）1横向分布横向分布2汽车荷载单列车0.943402.640.05724.343双列车0.721615.700.279238.254三列车0.5640.460.5640.465人群荷载单侧行人1.19644.21-0.196-7.256双侧行人0.536.970.536.97注：以上力的单位均为kN，人群产生的反力不计冲击系数水平力：制动力，作用点在支座中心；纵向风力：作用在盖梁处的风力：墩柱处的风力：。汽车及人群单孔布载产生的最大偏心矩，即产生的最大墩柱底弯矩单孔布载时最大墩底弯矩表布载情况水平力H竖向力B垂直力1号墩柱底弯矩2号墩柱底弯矩单孔单列-247.8750.9430.057335.1920.2683.805.07单孔双列-495.750.7210.279512.56198.34128.1449.59单孔三列-743.6250.50.5533.18533.18133.29133.29单孔单侧人群-12.891.196-0.19622.11-3.625.53-0.91单孔双侧人群-25.780.50.518.4818.484.624.62制动力45-力臂258.75258.75盖梁风力1.125-5.345.34墩柱风力1.05-1.971.97以上力的单位均为 kN，弯矩的单位为 kNm, 制动力、盖梁风力、墩柱风力分别乘各自相应的力臂，人群产生的反力不计冲击系数。表中 0.25 为支座中心到墩柱中心的距离，从桥梁工程设计资料中查得。三、桩长计算由于河床为多层土质，需要通过试算确定桩长。依据公路桥涵地基与基础设计规范设灌注桩最大冲刷线以下是桩长为h,河床由六层土组成， 则桩端底以上（算至最大冲刷线）h=16.8m各土层的加权平均重度大小：由于考虑透水性，该土层的浮容重大小：。根据，取修正系数。，取清底系数，取土层容许承载力随深度的修正系数1.5。考虑用旋转式钻机，成孔直径增大5cm，桩的周长大小：。桩的横截面积。桩底土层承载力基本容许值。其中：桩端处土的承载力容许值大小为：单桩轴向受压承载力容许值大小为：地基竖向最大值承载力：因为： ，所以h=16.8m满足要求。则桩长=16.8+4.68=21.48m,取桩长为22米。四、桩的内力计算1、桩的计算宽度b1=1.0x0.9x（1.4+1）=2.16m2、地基土比例系数m当地基侧面或局部冲刷线以下=4.8 m深度内有二层土，将二层土的比例系数换算成一个值。 2、桩的变形系数 = KN/m2 0.0491=0.189 m40.346x16.8=5.82.5按弹性桩计算3. 作用在局部冲刷线处的基本组合值：4. 单位“力”作用在局部冲刷线处的，桩柱在该处产生的变位计算，取。5. 局部冲刷线处变位计算：6. 局部冲刷线以下深度各截面内力计算：桩身弯矩计算表zZA3B3C3D3Mz0.2 0.58 -0.00133 -0.00013 0.99999 0.20000 663.984 0.3 0.87 -0.00450 -0.00067 0.99994 0.30000 673.317 0.4 1.16 -0.01067 -0.00213 0.99974 0.39998 679.254 0.5 1.45 -0.02083 -0.00521 0.99922 0.49991 680.945 0.6 1.73 -0.03600 -0.01080 0.99806 0.59974 677.563 0.8 2.31 -0.08532 -0.03412 0.99181 0.79854 652.872 1.0 2.89 -0.16652 -0.08329 0.97501 0.99445 600.149 1.2 3.47 -0.28737 -0.17260 0.93783 1.18342 514.502 1.4 4.05 -0.45515 -0.31933 0.86573 1.35821 390.905 1.6 4.62 -0.67629 -0.54348 0.73859 1.50695 223.705 1.8 5.20 -0.95564 -0.86715 0.52997 1.61162 6.403 1.9 5.49 -1.11796 -1.07357 0.38503 1.63969 -123.231 2.0 5.780 -1.29535 -1.31361 0.20676 1.64628 -268.086 由表可知：最大弯矩设计值，7.对最大弯矩修正：修正后的最大弯矩：KN五、桩顶水平位移计算式中 ：在局部冲刷线以上桩柱上段长度（墩柱全长）；在局部冲刷线以上桩柱下段长度（局部冲刷线以上桩的长度）水平力：作用在墩顶处： 则有：六、桩端压应力验算新规范规定，对于置于非岩石类土或岩石面上，以及嵌入岩石中的桩，认为桩底压力均匀分布，可不进行桩端土的压应力验算。七、桩身配筋计算1.Mmax对应的轴向力组合设计值：2. 按偏心受压构件进行配筋计算 截面设计： 偏心矩：偏心矩增大系数： 主筋采用HRB335级钢筋。配筋率：承载力： 采用试算法列表计算ABCDNu0.20.32440.2628-1.52961.4216-0.0027 2389054.1753 0.21 0.3481 0.2787 -1.4676 1.4623 -0.0028 2522259.6287 0.22 0.3723 0.2945 -1.4074 1.5004 -0.0029 2656081.1843 0.25 0.4473 0.3413 -1.2348 1.6012 -0.0032 3059920.9058 0.30 0.5798 0.4155 -0.9675 1.7313 -0.0036 3740345.6850 当，计算纵向力略大于设计值时的即为桩的纵向配筋率=0.00280.005，故取=0.005。所需钢筋面积：，主筋选用16根公称直径为 25 的 HRB335 钢筋，实际配筋率箍筋采用螺旋箍筋R235级，直径8mm,螺旋筋的间距。摩擦桩配筋明细表编号规格（mm）单根长(cm)根数共长(cm)单位重量(kg/m)共重(kg)125223116356963.851374.296220415833202.4782.004316523216641.5826.2948510001510000.395201.45截面复核： 采用试算法列表计算ABCD0.61.49080.66510.50211.7856392.7098 0.611.52280.66610.55711.7636382.4518 0.621.55480.66660.67341.7103369.1901 0.631.58680.66660.67341.7103362.1181 0.651.65080.66510.8081.6343341.3146 0.691.77840.65591.06921.4769302.6999 0.71.81020.65231.12941.4402293.7901 当 ， ，与设计值很接近，取该计算。综上，本设计满足要求。第二部分 某桩柱式桥墩钻孔灌注桩端承桩的设计一、设计资料1. 设计标准以及上部构造设计荷载：公路I级；桥面净宽：净9+20.75 m标准跨径: Lk=10m，梁长9.96m，计算跨径9.5m；上部构造：装配式钢筋混凝土空心板梁桥设计2设计荷载公路汽车荷载I级，人群荷载3.453水文地质条件河床表层为砂类卵石、砾石，厚约1012m，含砂率（3040）%，承载力基本容许值 ；其下底层为中风化白云灰质岩，单轴抗压强度标准值 。 沿形态断面柱状图资料详见附件二。4材料构件混凝土强度等级钢筋强度等级墩柱C30HRB335灌注桩C25HRB335盖梁C30HRB3355.下部结构尺寸拟定二、荷载计算（一）恒荷载1、一孔主梁恒载主梁集度（KN/m）梁长（m）自重(KN)1（10）11.9779.96119.292（9）11.9779.96119.293（8）11.9779.96119.294（7）11.9779.96119.295（6）11.9779.96119.29合计1192.92、其它恒载计算两跨恒载反力：盖梁自重：墩身自重：系梁自重：每延米桩长自重力：（已经扣除浮力）3、单根桩顶承受的恒载(二) 活载计算1.顺桥向活载计算a、单孔单列汽车：=0 ， 双列车： b、双孔单列汽车： 双列车： c、单孔单侧人群 KN， d、双孔单侧人群 汽车荷载中双孔荷载产生支点处最大的反力值，即产生最大的墩柱垂直力；汽车荷载中单孔荷载产生的最大的偏心弯矩，即产生最大墩柱底弯矩。2、双柱反力横向分布计算：a、汽车单列对称布载： ， b、汽车双列非对称布载：， C、汽车三列非对称布载：， d、人群单侧布载， e、人群双侧布载：3活载计算汽车及人群双孔布载产生最大支反力，即产生最大墩柱垂直力编号荷载情况最大垂直反力（KN）最小垂直反力（KN）1横向分布横向分布2汽车荷载单列车0.943402.640.05724.343双列车0.721615.700.279238.254三列车0.5640.460.5640.465人群荷载单侧行人1.19644.21-0.196-7.256双侧行人0.536.970.536.97注：以上力的单位均为kN，人群产生的反力不计冲击系数水平力：制动力，作用点在支座中心；纵向风力：作用在盖梁处的风力：墩柱处的风力：。汽车及人群单孔布载产生的最大偏心矩，即产生的最大墩柱底弯矩单孔布载最大墩底弯矩标布载情况水平力H竖向力B垂直力1号墩柱底弯矩2号墩柱底弯矩单孔单列-247.8750.9430.057335.1920.2683.805.07单孔双列-495.750.7210.279512.56198.34128.1449.59单孔三列-743.6250.50.5533.18533.18133.29133.29单孔单侧人群-12.891.196-0.19622.11-3.625.53-0.91单孔双侧人群-25.780.50.518.4818.484.624.62制动力45-力臂354.6354.6盖梁风力2.25-15.4815.48墩柱风力1.05-3.0873.087以上力的单位均为 kN，弯矩的单位为 kNm, 制动力、盖梁风力、墩柱风力分别乘各自相应的力臂，人群产生的反力不计冲击系数。表中 0.25 为支座中心到墩柱中心的距离，从桥梁工程设计资料中查得。三、单桩承载力、桩长计算钻孔灌注桩直径为1.40m，用C25混凝土，HRB335级钢筋，灌注桩按m法计算。桩身混凝土受压弹性模量。河床表层为砂类卵石、砾石，厚约1012m，含砂率（3040）%，承载力基本容许值；其下底层为中风化白云灰质岩，单轴抗压强度标准值。由于端承桩必须打在持力层上，初步确定该土层（中风化）为持力层，所以拟定桩长为14.6m，。采用钻孔桩，岩层状况较完整，端桩沉渣厚度为30厘米，查公路桥涵地基与基础设计规范表5.3.4端桩系数，。则：桩底竖向力容许值:单桩轴向受压承载力容许值： ， 。 符合承载力要求，所以桩长为14.6米。四、桩的内力计算1、桩的计算宽度b1=1.0x0.9x（1.4+1）=2.16m3、 桩的变形系数当地基侧面或局部冲刷线以下=4.8 m深度内有四层土，物性很相近，按规范选取 = KN/m2 0.0491=0.189 m4按弹性桩计算3. 作用在局部冲刷线处的基本值:4. 单位“力”作用在局部冲刷线处的，桩柱在该处产生的变位计算，取。5. 局部冲刷线处变位计算：6. 局部冲刷线以下深度各截面内力计算： 桩身弯矩计算表zZA3B3C3D3Mz0.20 0.389 -0.00133 -0.00013 0.99999 0.20000 693.754 0.30 0.584 -0.00450 -0.00067 0.99994 0.30000 698.499 0.40 0.778 -0.01067 -0.00213 0.99974 0.39998 699.116 0.50 0.973 -0.02083 -0.00521 0.99922 0.49991 694.157 0.60 1.167 -0.03600 -0.01080 0.99806 0.59974 682.035 0.80 1.556 -0.08532 -0.03412 0.99181 0.79854 629.591 1.00 1.946 -0.16652 -0.08532 0.97501 0.99445 526.986 1.20 2.335 -0.28737 -0.17260 0.93783 1.18342 356.775 1.40 2.724 -0.45515 -0.31933 0.86573 1.35821 98.713 1.60 3.113 -0.67629 -0.54348 0.73859 1.50695 -270.509 1.80 3.502 -0.95564 -0.86715 0.52997 1.61162 -776.914 1.90 3.696 -1.11796 -1.07357 0.38503 1.63690 -1090.423 由表可知：最大弯矩设计值，7.对最大弯矩修正由于在局部冲刷线以下深度内有四层土，物性很相近，视为一层土。修正系数为最大修正系数计算式如下：五、嵌固深度计算取时的弯矩计算，按构造要求桩底深入岩石层厚度0.5m六、桩顶水平位移计算式中 ：根据已知条件，在局部冲刷线以上桩柱上段长度（墩柱全长）；在局部冲刷线以上桩柱下段长度（局部冲刷线以上桩的长度）水平力：作用在墩顶处： 则有：七、桩端压应力验算新规范规定，对于置于非岩石类土或岩石面上，以及嵌入岩石中的桩，认为桩底压力均匀分布，可不进行桩端土的压应力验算。八、桩身配筋计算1.Mmax对应的轴向力组合设计值：2. 按偏心受压构件进行配筋计算 截面设计： 偏心矩：偏心矩增大系数： 主筋采用HRB335级钢筋。配筋率：承载力： 采用试算法列表计算ABCDNu0.20 0.3244 0.2628 -1.5296 1.4216 -0.00270 2362179.02 0.21 0.3481 0.2787 -1.4676 1.4623 -0.00280 2490526.72 0.22 0.3723 0.2945 -1.4074 1.5004 -0.00290 2620656.81 0.23 0.3969 0.3103 -1.3486 1.5361 -0.00290 2733422.47 0.25 0.4473 0.3413 -1.2348 1.6012 -0.00290 2967107.72 0.26 0.4731 0.3566 -1.1796 1.6307 -0.00290 3087947.75 0.30 0.5798 0.4155 -0.9675 1.7313 -0.00290 3594141.90 当，计算纵向力略大于设计值时的即为桩的纵向配筋率=0.00291.0200601.56.50.43附表二： 钻孔柱桩图资料 xx河桥 2号孔 孔口高程 334.94m高程（m）层底深度（m）土层厚度（m）土质描述附注178.241.501.50卵石，中密，每层所指的卵石或砾石的直径大小是钻孔取土的大小，并非真实代表卵石或砾石直径大小177.961.780.28卵石，含砂量约50%，中密，174.365.403.60卵石，钻孔取出最大直径0.150.1m，黑灰色，含砂量约30%，中密，173.486.280.88色杂中密，圆度较好，最大直径0.2m，有火成岩，灰岩组成，含砂量20%（卵石层），172.966.800.52卵石，含砂量40%，中密，171.268.501.70卵石，含砂量20%，中密，169.1810.582.08卵石，圆度较好，最大直径0.1m，以花岗岩为主，含砂量25%，中密，168.1011.661.08卵石或有漂石，直径0.5m，中密， 167.6812.060.40卵石，最大直径为0.4m，中密，166.5813.181.12白云石灰石风化碎石，密实，164.8614.901.72呈黑色，节理发育的中风化白云灰质岩