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1、 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桩基础纵桥向与横桥向断面图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与底部2m均为实心段，矩形墩底截面尺寸为(414)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Nz=74958kN水平力Hx=2895kN纵桥向弯矩 My=38209 kNm（坐
2、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3.5m。1.4地质资料 自地面向下16m深度围为中密细砂加砾石（土层），往下为密实中粗砂加砾石（土层）。地基土的物理力学性质指标为:土层：=55kpa ，=19.8kN/m3 ， m=10000kN/m4,土层：=70kpa,=500kpa,=21.8KN/m3m=20000kN/m41.5设计参数承台与基桩材料重度 =25kN/m3，基桩设计有关参数为：Ec=2.8107kN/m2,=0.85,m0=0.8, K2=6桩径d=1.8m，纵桥向3排，横桥
3、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）2.1、承台平面尺寸的拟定根据上面的地质资料、上部结构形式、荷载大小以与基桩材料性质，并且根据07规中桩基础桩径要求：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。图2 承台即桩基础布置图（单位尺寸m）2.2、基桩的平面布置由于规中有要求，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。
4、2.3、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（JTG D632007）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以下L2处，基桩在土层的高度则为12.5m。则桩径为1.8m，桩周长，所以得：承台底面中心处的荷载为：桩底所受的竖向荷载为：由得：解得 那么现拟定桩长为21m，即。由上式计算可知当h=21m时，桩的轴向受力承载力符合要求。2.4、弹性桩的判断2.4.1桩的计算宽度b1已知，d=1.8m，n=3，所以2.4.2桩的变形系数所以桩
5、的长度h为21m，那么，故应按弹性桩计算。2.5、桩顶荷载分配并校核2.5.1桩顶刚度系数值计算取已知：。88查附表17、附表18、附表19得：,，那么：2.5.2计算承台底面中心的、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平外荷载作用。=其中：=0.2868=120.0221=0.2652=2.5.3计算作用在每根桩上作用力、第一排和第三排桩的=（+）=0.284中间一排桩的竖向荷载水平力=弯矩=校核：2.5.4计算桩顶处的=、=241.25、 、=7952.82.6、确定桩长并验算单桩轴向受压
6、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：由与可得：那么，确定桩的长度为24m，实际的由上式计算可知当h=24m时，桩的轴向受力承载力符合要求。2.7、单桩力与位移计算与验算2.7.1承台底面以下深度z处桩的弯矩与桩身最大弯矩计算无量纲系数由附表3、附表7分别查得，计算列表如下表1计算，其结果图以图3表示。表1计算表z00.00010.00106.33106.330.20.710.196960.99806168.50106.12274.620.41.420.377390.98617322.86104.86427.720.62.130.529380.95861
7、452.88101.93554.810.82.840.645610.91324552.3297.10649.4213.550.723050.85089618.5790.48709.041.24.260.761830.77415651.7482.32734.061.44.960.764980.68694654.4473.04727.481.65.670.737340.59373630.7963.13693.921.86.380.684880.49889585.9153.05638.9627.090.614130.40658525.3943.23568.622.27.800.53160.32025
8、454.7834.05488.832.48.510.443340.24262379.2825.80405.072.69.220.354580.17546303.3418.66322.002.89.930.269960.11979230.9512.74243.69310.640.193050.07595165.158.08173.233.512.410.050810.0135443.471.4444.91414.180.000050.000090.040.010.05图3 图4由得：由查附表13得：，故：，2.7.2承台底面以下深度z处桩的横向土抗力计算无量纲系数由附表1、附表5分别查得，计算列
9、表如下表2计算，其结果图以图4表示。表2计算表z00.00 2.440661.6210.00 0.00 0.00 0.20.71 2.117791.2908813.99 1.06 15.05 0.41.42 1.802731.0006423.81 1.64 25.46 0.62.13 1.502680.7498129.78 1.85 31.62 0.82.84 1.22370.5372732.33 1.76 34.09 13.55 0.970410.3611932.05 1.48 33.53 1.24.26 0.745880.2190829.56 1.08 30.64 1.44.96 0.55
10、1750.1079325.51 0.62 26.13 1.65.67 0.38810.0242220.51 0.16 20.67 1.86.38 0.25386-0.0357215.09 -0.26 14.83 27.09 0.14696-0.075729.71 -0.62 9.09 2.27.80 0.06461-0.09944.69 -0.90 3.80 2.48.51 0.00348-0.11030.28 -1.09 -0.81 2.69.22 -0.03986-0.11136-3.42 -1.19 -4.61 2.89.93 -0.06902-0.10544-6.38 -1.21 -7
11、.59 310.64 -0.08741-0.09471-8.66 -1.17 -9.83 3.512.41 -0.10495-0.05698-12.13 -0.82 -12.95 414.18 -0.10788-0.01487-14.25 -0.24 -14.50 2.7.3桩顶纵向水平位移计算桩在承台底面处（即桩顶处）水平位移：因为，查附表得：，桩顶水平位移0.25cm6cm,符合规要求。2.8、桩身截面配筋设计与桩截面强度验算由上面的计算可知，在z=4.47m处，该处，在该处的轴向力为：2.8.1纵向含筋面积计算桩竖向钢筋按含筋率0.2%配置：现选取12跟的HRB335级钢筋,其面积为：2
12、.8.2计算偏心距增大系数长细比，应考虑纵向弯矩对偏心距的影响。取，则截面有效高度那么偏心距增大系数2.8.3求轴向力偏心距取，那么以下采用试算发列表计算，试算表如下表3所示，其各系数通过查表得到：表3试算表ABCD0.751.96870.62711.37441.32420.3030.2911.0420.761.99940.62061.42831.28910.2950.2911.0130.772.03060.61361.48061.25490.2860.2910.984由上表可见，当故取0.71为计算值。2.8.4截面承载力复核故承载力满足要求。桩身配筋图如下图5所示：钢筋图5桩身配筋图2.9
13、、群桩基础承载力和沉降量验算2.9.1群桩基础承载力验算由于基桩中心距为5m，小于6倍的桩径，故需要进行群桩基础承载力验算。桩为偏心受压构件，在进行承载力验算时应满足以下条件：因为桩是竖直的，故：，上式中取：，而其中则所以故群桩地基承载力满足要求。2.9.2沉降量验算由于桩的中心距小于6倍桩径，故还需要对群桩基础进行沉降验算，将群桩基础作为实体基础考虑，07规中采用分层总和法计算沉降，其公式如下所示：所给材料中没有，这是实验而得的数据，故沉降无法计算得出具体数据。规中还要求：（1）相邻墩台间不均匀沉降差值（不包括施工中的沉降），不应使桥面形成大于0.2%的附加纵坡（折角）；（2）外超静定结构桥梁墩台间不均匀沉降差值还应满足结构的受力要求。3、设计依据规与参考书1公路桥涵地基与基础设计规（JTG D6
