基础工程课程设计1.5

基础工程课程设计——低桩承台群桩基础设计长安大学公路学院桥梁工程2013.12低桩承台基础设计1、基本资料、基本资料1.1 某跨线桥主桥上部结构为预应力混凝土连续梁，跨径组成为（60+100+60）m，桥面净宽 11m，设计荷载标准为公路Ⅰ级采用盆式橡胶支座、等截面单箱双室薄壁桥墩（如下图示）图 1 桩基础纵桥向及横桥向断面图1.2 主墩高度 18m，箱壁厚度 0.75m，纵隔板厚度 0.8m，墩身顶部 1.5m 及底部 2m 均为实心段，矩形墩底截面尺寸为(4×14)m2 ，采用 30 号混凝土(C30)作用于墩身底截面中心处的设计荷载为：竖直力竖直力 N Nz z=74958kN=74958kN水平力水平力 H Hx x=2895kN=2895kN纵桥向弯矩纵桥向弯矩 M My y=38209=38209 kNkN·m m（坐标规定：纵桥向 x 轴、横桥向 y 轴、竖向 z 轴）1.3 主墩基础拟采用 12 根钻孔灌注桩群桩基础，混凝土标号 25(C25)承台顶面与地面平齐，厚度为 3.5m1.4 地质资料 自地面向下 16m 深度范围内为中密细砂加砾石（土层ⅠⅠ）），往下为密实中粗砂加砾石（土层ⅡⅡ）。

地基土的物理力学性质指标为:土层ⅠⅠ：=55kpa ，=19.8kN/m3 ， m=10000kN/m4,kq土层ⅡⅡ：=70kpa,=500kpa,=21.8KN/m3 m=20000kN/m4kq0af1.5 设计参数承台及基桩材料重度 =25kN/m3，基桩设计有关参数为：Ec=2.8×107kN/m2,λ=0.85, m0=0.8, K2=6桩径 d=1.8m，纵桥向 3 排，横桥向 4 排,如图 1 所示2、主墩群桩基础设计（以纵桥向控制设计）、主墩群桩基础设计（以纵桥向控制设计）2.1、承台平面尺寸的拟定、承台平面尺寸的拟定根据上面的地质资料、上部结构形式、荷载大小以及基桩材料性质，并且根据 07 规范中桩基础桩径要求：钻（挖）孔灌注桩中心距不应小于 2.5 倍的桩径等要求，初步确定承台的尺寸为承台如下图 2 所示mmm5 . 31318图 2 承台即桩基础布置图（单位尺寸 m）2.2、基桩的平面布置、基桩的平面布置由于规范中有要求，钻孔灌注桩（摩擦桩）中心距不应小于桩径的 2.5 倍（即小于）取桩中心距为 5m为了避免承台边缘距离桩身过近而发生破裂，并考m5 . 48 . 15 . 2虑桩顶位置允许的偏差，边桩外侧到承台边缘的距离，对于桩径大于 1m 的装不应小于0.3 倍的桩径并不小于 0.5m。

基桩平面的布置如上图 2 所示2.3、拟定桩长并验算单桩轴向受压容许承载力、拟定桩长并验算单桩轴向受压容许承载力采用《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63—2007）确定单桩轴向受压承载力容许值经验公式初步反算桩长，由上面基本资料可知，承台顶面与地面平齐，而承台高3.5m，即基桩的顶面在地面以下 3.5m 处根据地质情况，拟将桩基础打入土层Ⅱ以下 L2处，基桩在土层Ⅰ的高度则为 12.5m则 )35 .12(21 22200 1 LkfmAlquRNapniiikah桩径为 1.8m，桩周长，，mu655. 58 . 1mAp545. 248 . 12 kPaqkPaq70,5521)8 .2028 .218 .19,500, 6, 8 . 0,85. 022020重就（即近似取两层土的平均容kPafkma所以得：  2224144861)L5 . 98 .2065008 . 085. 0545. 2)705 .1255(655. 521LLRa（承台底面中心处的荷载为：m483425 . 3289595433255 . 3131874958KNHMMKNHHKNGNNxyxz承台桩底所受的竖向荷载为：2227 .108087)5 .12()8 .2025(48 . 112LLGNNz h承台由得： ahRN 2241448617 .108087LL解得 那么mL82mLh5 .205 .122现拟定桩长为 21m，即。

mL5 . 82由上式计算可知当 h=21m 时，，桩的轴向受力承载力符 KNNKNRha1 .81778380合要求2.4、弹性桩的判断、弹性桩的判断2.4.1 桩的计算宽度桩的计算宽度 b1) 1(1dkkbf已知，，d=1.8m，，，n=3，9 . 0fkmL2 . 31mdh4 . 88 . 23) 1( 31mb5 . 02817. 04 . 8 2 . 36 . 0 5 . 015 . 06 . 0 1112 2hLbbk所以mb06. 28 . 29 . 0817. 012.4.2 桩的变形系数桩的变形系数451/10000,mkNmEImb44 37515. 064,/108 . 28 . 08 . 0mdImkNEEc所以 157282. 0515. 0108 . 28 . 006. 210000m桩的长度 h 为 21m，那么，故应按弹性桩计算5 . 2922. 521282. 0hh2.5、桩顶荷载分配并校核、桩顶荷载分配并校核2.5.1 桩顶刚度系数桩顶刚度系数值计算值计算MMMHHHPP、、、000PP11ACAEhl3 00240/4200002120000,545. 24,21,21,0mkNhmCmdAmhml取222 06 .19544mSA0.284EI=303.32715896 .194200001 108 . 28 . 0545. 2212117PP已知：。

4,4922. 521282. 0取用hh88000ll查附表 17、附表 18、附表 19 得：,,，06423. 1Qx98545. 0Mx48375. 1M 那么：EIEIEIxQHH0239. 006423. 1282. 033EIEIEIxMMH0221. 098545. 0282. 033EIEIEIMMM418. 048375. 1282. 02.5.2 计算承台底面中心的计算承台底面中心的、、、、0a0c0由于承台埋入地面以下较浅，相比活载效应承台侧面土的水平抗力较小，在设计时可以偏安全的不考虑承台侧面土的水平抗力与桩和桩侧土共同作用抵抗和平衡水平外荷载作用0cppnN EI284. 01295433 EI64.28002=0a niMHiPPMMHHniMHiPPMMnxnnMnHxn122212_)()(其中：EIEIEIxnniiPPMM82.6158284. 0418. 012212 ==0.2868HHnEI0239. 012EI=12 0.0221=0.2652MHnEIEI222222)(0703. 0)(0221. 012EIEInMH=所以0aEIEIEIEIEIEI29.10860 0703. 082.612868. 0483422652. 0289582.612EIEIEIEIEIEInxnnHnMnMHniippMMHHMHHH57.828 )(0221. 01282.612868. 028952652. 0483422868. 0)(222 22120   2.5.3 计算作用在每根桩上作用力计算作用在每根桩上作用力、、、、iPiQiM第一排和第三排桩的=（+）=0.284iPPP0c0ix kNkNEIEIEI2 .67763 .9129)57.828564.28002(中间一排桩的竖向荷载kNPi8 .79521295433水平力=iQKNEIEIEIaHMHH25.24157.8280221. 029.108600239. 000弯矩=iMMKNEIEIEIEIaMHMM.33.10629.108600221. 057.828418. 000校核：kNHkNnQi2895289525.24112kNMkNnMpxiniii483424833833.106125)2 .67763 .9129(41kNPkNnPnii954332 .954338 .79524)2 .67763 .9129(412.5.4 计算桩顶处的计算桩顶处的000PQ 、、M=、==241.250MKNMi33.1060QiQKN、 、=7952.8KNP3 .9129maxKNP2 .6776miniP2.6、确定桩长并验算单桩轴向受压容许承载力、确定桩长并验算单桩轴向受压容许承载力在确定桩长时，需采用最大的竖向荷载进行控制设计，即竖向荷载应该采用：kNP3 .9129max由及 24144861LRa2227 .103 .9263)5 .12()8 .2025(48 . 13 .9129LLNh可得：mL92.102那么，确定桩的长度为 24m，实际的mLh4 .235 .122mL5 .112由上式计算可知当 h=24m 时，，桩的轴向受力承载力符合 KNNKNRha93869622要求。

2.7、单桩内力及位移计算与验算、单桩内力及位移计算与验算2.7.1 承台底面以下深度承台底面以下深度 z 处桩的弯矩处桩的弯矩及桩身最大弯矩及桩身最大弯矩计算计算zMmaxMMMMMZAMAQM33.106282. 025.241 00无量纲系数由附表 3、附表 7 分别查得，计算列表如下表 1 计算，其结果图MMBA 、zM以图 3 表示表 1计算表zMzZzMAMBMAQ 0 MBM0zM00.00010.00106.33106.33 0.20.710.196960.99806168.50106.12274.62 0.41.420.377390.98617322.86104.86427.72 0.62.130.529380.95861452.88101.93554.81 0.82.840.645610.91324552.3297.10649.42 13.550.723050.85089618.5790.48709.04 1.24.260.761830.77415651.7482.32734.06 1.44.960.764980.68694654.4473.04727.48 1.65.670.737340.59373630.7963.13693.92 1.86.380.684880.49889585.9153.05638.96 27.090.614130.40658525.3943.23568.62 2.27.800.53160.32025454.7834.05488.83 2.48.510.443340.24262379.2825.80405.07 2.69.220.354580.17546303.3418.66322.00 2.89.930.269960.11979230.9512.74243.69 310.640.193050.07595165.158.08173.23 3.512.410.050810.0135443.471.4444.91 414.180.000050.000090.040.010.050_200_400_600_800_ 0_2_4_。