基础工程课程设计 桥梁基础工程课程设计任务书第四版

大学生

桥梁基础工程课程设计任务书

题目:

某公路桥梁桩基础设计

1. 课程设计教学条件要求

本设计对象为某公路桥梁，该桥梁的上部结构设计已经完成，本课程设计的任务是完成桥墩基础与地基的设计与检算。要求同学选择（或由任课教师分配）一个基础，按给定的条件完成相关的设计和计算工作。

2. 课程设计任务

2.1工程概况

某公路桥梁设计采用桩（柱）式桥墩，初步拟定尺寸如图1所示。该桥梁上部结构为25米钢筋混凝土装配式T 梁桥。桥面宽7米，两边各0.5

米人行道。

该桥墩基础由两根钻孔桩组成，旋转钻成孔。桩的设计直径d （即钻头直径，精确至0.1m ）自选，桩底沉渣厚度控制为t =(0.2~0.4)d 。在局部冲刷线处设置横系梁，其断面尺寸可按构造等要求确定，高度约1.0m 。2.2

工程地质和水文地质

地质资料：标高20.00以上桩侧土为软塑亚粘土，各物理性质指标为：容重

γ =18.5kN/m3, 土粒比重G s =2.70，天然含水量w =21%，液限w L =22.7%，塑限w p =16.3%；标高20.00以下桩侧及桩底均为硬塑性亚粘土，其物理性质指标为：容重γ =19.5kN/m3，土粒比重G s =2.70，天然含水量w =17.8%，液限w L =22.7%，塑限w p =16.3%。2.3

设计荷载

（1）一跨上部结构自重G 1=2000×(L /20)1.2kN （取整），其中L 为跨径；（2）盖梁自重G 2=350kN；

（3）局部冲刷线以上桩重应分别考虑最低水位及常水位；汽车荷载应考虑最不利荷载组合（双孔和单孔布载）；人群荷载尚应考虑最不利情况；荷载布载长度为梁长（L -0.1）m 。

（4）设计汽车荷载为公路—Ⅱ级，汽车可能产生的横向偏心距为0.55m ，单

。

)=5kN；图2

2.4材料

桩身混凝土强度等级拟采用C25，混凝土弹性模量E h =2.85×104MPa ，可选择的钢筋有HPB235和HRB335。2.5具体任务要求如下：

（1）确定桩的长度，进行单桩承载力验算。

具体计算时按如下不同标准跨径分组进行，同组人员的设计桩径、桩长不得全部相同。

跨径(m)编

组

13

20

25

30

35

40

1~89~1617~2425~3233~4041~50

（2）桩身强度计算；求出桩身弯矩图，确定桩身最大弯矩值及其相应截面和相应轴力，配置钢筋，验算截面强度；

（3）计算主筋长度，螺旋钢筋长度，钢筋总用量；（4）初步决定修筑基础的施工方案（5）绘出桩的钢筋布置图。

将以上全部成果整理成设计计算说明书和设计施工图。

3. 课程设计报告书主要内容

课程设计计算说明书通常应包含下述内容：

（1）工程概况和设计任务。包括：工程名称，场地位置，上部结构的类型、尺寸，本人承担的课程设计任务；

（2）地质勘察资料；（3）设计荷载；

（4）方案设计。包括：基础选型，尺寸拟定，地基持力层的选取。需要阐明自己的思路和考虑的因素并列出必要的说明；

（5）技术设计的过程。包括：计算项目，计算过程和计算结果，方案调整的理由和结果。需要阐明参数选取的理由、考虑的因素并列出必要的说明；

（6）由设计结果形成的施工图，该图用CAD 制作完成；（7）施工方案（初步）。包括：基础施工方式，主要施工机具。

4. 课程设计要求

（1）学生按时到课程设计指定地点签到，遵守课程设计纪律。

（2）学生独立完成课程设计任务。指导教师分时段验收学生完成的阶段任务。（3）学生按时提交课程设计成果和打印的课程设计报告书。

5．课程设计参考资料

［1］凌志平.易经武,《基础工程》（第二版）.人民交通出版社，1997.10［2］周景星等,《基础工程》.清华大学出版社，1996

［3］《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）,人民交通出版社,2004［4］《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-85）,人民交通出版社,1985

撰写者：王晓琴课程设计评分表

指导教师：王晓琴

评分标准：

1. 学生是否严格遵守课程设计纪律，按照规定时间完成设计任务(占30%)2. 课程设计报告书质量：(占40%)

(1)是否采用了良好的设计方法，独立完成课程设计。(2)课程设计各分段的任务是否按时完成及完成的质量。(3)是否完成课程设计任务书指定的全部要求。3. 课程设计报告书的撰写规范(占30%)

课程设计报告书的撰写规范要求与毕业设计（论文）的要求相同。

教师评分：

1. 学生出勤得分：_________2. 内容质量得分：_________3. 撰写规范得分：_________

最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）：_________

教师评语：

签字：日期：

月

日

年

基础工程课程设计报告书

一设计资料

1地质资料

标高20.00以上桩侧土为软塑亚粘土，各物理性质指标为：容重γ =18.5kN/m3, 土粒比重G s =2.70，天然含水量w =21%，液限w L =22.7%，塑限w p =16.3%；标高20.00以下桩侧及桩底均为硬塑性亚粘土，其物理性质指标为：容重γ =19.5kN/m3，土粒比重G s =2.70，天然含水量w =17.8%，液限w L =22.7%，塑限w p =16.3%。常水位标高为44.50m ，一般冲刷线标高为39.50m ，最大冲刷线标高为35.50m

2桩、墩尺寸与材料

该桥墩基础由两根钻孔桩组成，旋转钻成孔。桩的设计直径d =1.2m，桩底沉渣厚度控制为t =0.3d 。在局部冲刷线处设置横系梁，其断面尺寸可按构造等要求确定，高度约1.0m 。桩身混凝土强度等级拟采用C25，混凝土弹性模量E h =2.85×104MPa ，可选择的钢筋有HPB235和HRB335。

3荷载情况

桥墩为单排双柱式，桥面宽7米，两边各0.5米人行道，上部为25-0.1=24.9m预应力钢筋混凝土梁

（1）一跨上部结构自重G 1=2000×(L /20)1.2=2602kN，两跨自重反力

N 1=

G =1301kN 2

G 56. 25

=28. 125kN =175kN ；系梁自重反力N 3=

22

（2）盖梁自重反力N 2=

，单。

W 1(风

图2

π⨯1. 22

（6）桩（直径1.5m）自重每延米q =⨯15=16. 96kN

4(7)拟定桩基础采用旋转钻孔灌注桩基础,为摩擦桩。

二计算

1、桩的周长计算

根据《公路桥涵地基与基础设计规范》中确定单桩容许承载力的经验公式初步反算桩的长度，设该桩埋入最大冲刷线以下深度为h，一般冲刷线以下深度为h 3，则：

N h =[P]=

1

U∑l i τi +λm0A{[σ0]+K2γ2(h3-3)}2

当两跨活载时：

N h =1301+175+28. 125+135. 6+758+(44. 5-35. 5)⨯16. 96+=2550. 4+8. 48h

1

⨯16. 96⨯h 2

计算[P]时取以下数据：

桩的设计桩径为1.2m，成孔直径为1.3m

π⨯1. 22

桩周长U =1. 3⨯π=4. 08m , A ==1. 13m 2，λ=0. 7，m 0=0. 8

4

l 1=35. 5-20=15. 5m

τ1=50，l 2=(h -15. 5)m ，τ2=70，γ2=

18. 5+19. 5

-10=9kN /m (扣除浮力) 。2

I L1=I L 2=e 01=

w -w p L p

=

0. 21-0. 613

=0. 734

-w -w 0. 178-0. 163

==0. 234--G S 1(1+w )P w G (1+w )P w

-1=0. 73；e 02=S 2-1=0. 598

桩底为硬塑性亚粘土e 0=e 01=0. 73查表得

k 2=2. 5

[σ0]=420kPa

[P ]=1⨯4. 08⨯[15. 5⨯50+(h -15. 5)⨯70]+0. 7⨯0. 8⨯1. 13⨯[420+2. 5⨯9⨯(0-3)]解

=142. 8h -409. 338=2550. 4+8. 48h

得：h=22.03m

取整h=22.5m桩底标高为13m 在20m 以下满足低级二层土要求即

[P ]=142. 8⨯22. 5-409. 338=2803. 662≥N h =2550. 4+8. 48⨯22. 5=2748. 4kN

桩的轴向承载力满足。

2、桩的内力计算

（1）确定桩的计算宽度b 1=K ⨯(d +1)=0. 9⨯(1. 2+1)=1. 98m （2）计算桩—土变形系数

EI =0. 67E h I =0. 67⨯2. 85⨯107⨯0. 049087⨯1. 24=1943619

α=1⨯==0. 43其中m=15000

桩的换算深度h =αh =0. 43⨯22. 5=9. 68≥2. 5m 所以按弹性桩计算

（一）（3）计算墩柱顶外力P i 、Q i 、M i 及最大冲刷线处桩身弯矩M 0，水平力

Q 0，及轴向力P 0

墩帽顶的外力（按一跨活载计算）

P i =N 1+N 6=1301+669=1970kN Q i =4. 5+5=9. 5kN

M i =200. 7+4. 5⨯14. 7+5⨯(14. 05-9)=292. 1kN

P 0=1970+175+28. 125+135. 6+[16. 96⨯(44. 5-35. 5)]=2461. 365kN M 0=200. 7+4. 5⨯(9. 8+1. 3+4)+5⨯(44. 5-35. 5+14. 05)+8⨯(44. 5-35. 5+9)=532. 34kN

Q 0=4. 5+5+8=17. 5kN

换算到最大冲刷线处

（4）桩身最大弯矩位置及最大弯矩计算由Q z =0得：C Q =

αM 00. 43⨯532. 34

==13. 08017. 5

0. 343

=0. 80. 43

由C Q =13. 08及h =9. 68查表得z M max =0. 343故z max =由z M max =0. 343及h =9. 68查表得K M =1. 008

M max =K M M 0=1. 008⨯532. 34=536. 56kN ⋅m

（5）桩的最大冲刷线以下各截面的横向土抗力计算

σzx

αQ 0α2M 0=A x +x

11

无量纲系数A x B x A m B m 查表得z

=αz

=2h

A m

B m

Q 0

A m

M 0B m

M z

α

0.230.470.931.632.333.494.655.58

0.10.20.40.71.01.52.02.4

4.04.04.04.04.04.04.04.0

0.0996

0.999744.23514.15513.34513.34511.15437.19329.18209.12124.81

518.38521.75529.45536.44468.06361.40237.36143.74

0.196960.998068.410.377390.9861716.110.592280.9381725.290.723050.8508930.870.754660.6408132.220.614130.4065828.240.443340.2426218.93

6.989.3

3.04.0

4.04.0

0.193050.075958.240.000050.000090.01

39.060.05

47.300.06

z

=αz

A x B x

α

Q 0A x 1

α2

M 0x b 2

σzx (kPa )

00.470.931.632.794.656.056.989.3

00.20.40.71.22.02.63.04.0

02.117791.802731.360240.745880.14696-0.0398-0.0874-0.1078

01.290881.000640.638850.21908-0.0757-0.1114-0.0947-0.0149

01.622.763.643.111.12-0.04-1.00-1.65

012.9120.0122.3510.98-7.57-14.47-14.20-0.74

014.5322.7725.9914.09-6.45-14.87-15.20-2.39

¦

(6)桩顶纵向水平位移验算

桩在最大冲刷线处水平位移和转角计算

x Q

0=0

αEI A x +M 0

αEI B X

=17. 5532. 34

0. 43⨯1943619⨯2. 44+0. 43⨯1943619⨯1. 62

=0. 0027m =2. 7mm ≤6mm

符合规范要求

ϕQ

0=0M 0

αA ϕ+αB ϕ

=17. 5532.

0. 432⨯1943619⨯(-1. 62) +34

0. 43⨯1943619⨯(-1. 75)

=-0. 0019rad

该桩不是变截面，则n=1

墩顶纵桥向水平位移的计算：l 0=49. 3-35. 5=13. 8m ，2l 0=5. 7m ，h 2=44. 5-35. 5=9m ，2h 2=3. 69m

查表得A x 1=138. 237, A ϕ1=27. 832

A ' x 1=A h

x 1+' ' h 3n (1-n )；B x 1=A ϕ1=A ϕ1+2n (1-n )

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' ' 解得：A x 1=138. 237, B x 1=27. 832

故

x 1=1⎛ϕ' 1⎛-0. 0019⎫' ⎫A +MB =⨯138. 237+536. 56⨯27. 832 ⎪ ⎪x 1x 1αEI ⎝α⎭0. 43⨯1943619⎝0. 43

=0. 0216m =21. 6mm

水平位移容许值[△]=0. 5L =0. 5⨯25=2. 5cm =25mm ＞21.6mm墩顶位移符合要求。⎭

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