基础工程课程设计二一、设计题目本课程设计的题目是“铁路桥墩桩基础设计”二、设计目的通过本次课程设计应全面掌握铁路墩台桩基础设计内容与步骤及主要验算内容与方法，了解现行《铁路桥涵地基和基础设计规范》（TB 10002.5-2005）的有关规定，并初步具备独立进行桩基础设计的能力。
三、设计资料（一）线路及桥梁1、线路：双线、直线、坡度4‰、线距5m，双块式2无石渣轨道及双侧1.7m人行道，其重量为44.4kN/m。
2、桥跨：等跨L=31.1m无渣桥面单箱单室预应力混凝土梁，梁全长32.6m，梁端缝0.1m。
梁高3m，梁宽13.4m，每孔梁重8530kN，简支箱梁支座中心距梁端距离0.75m，同一桥墩相邻梁支座间距1.6m。
轨底至梁底高度为 3.7m，采用盆式橡胶支座，支座高0.173m，梁底至支座铰中心0.09。
3、建筑材料：支撑垫石、顶帽、托盘采用C40钢筋混凝土，墩身采用C30混凝土，桩身采用C25混凝土。
（二）地质资料墩柱下地层情况及主要物理力学指标如下：地层号岩层名称标高()m厚度()m基本承载力（kPa）容重（kN/m3）内摩擦角（°）1-1 耕地 36.79～36.29 0.5 60 18 10 1-2 粉砂（中密） 36.29～23.31 12.98200 19.5 18 1-3粗砂（中密）23.31～未揭穿40020.522地下水位高程为-50m 。
地层分布情况见图123.31粉 砂粗 砂比例 1：1000图1 地质横断面示意图（三）荷载资料该墩柱与承台布置详见图2。
图2 桥墩及承台示意图（单位：cm）承台底外力合计：1、双线、纵向、二孔重载：N=17800.07kN，H=341.5KN，M=4671.75kN.m;2、双线、纵向、一孔重载：N=17334.94kN，H=341.5kn，M=4762.57kN.m（四）设计方案该桥墩基础拟采用桩基础。
四、设计依据1、《铁路桥涵地基和基础设计规范》（TB 10002.5-2005）五、设计要求1、选定桩的类型、施工方法、桩与承台的连接方式，设计满足工程要求的桩基础。
2、检算项目（1）单桩承载力（双线、纵向、二孔重载）；（2）群桩承载力（双线、纵向、二孔重载）；（3）单桩桩身内力（双线、纵向、一孔重载）；（4）承台抗弯（双线、纵向、二孔重载）；（5）桩对承台冲切（双线、纵向、二孔重载）；（6）承台抗剪（双线、纵向、二孔重载）。
3、设计成果（1）设计说明书；（2）设计计算书；（3）桩的平面及横断面布置图。
六、设计步骤（1）综合地层、荷载情况、使用要求、上部结构条件等确定桩基持力层；（2）选择桩材，确定桩的类型、外形尺寸和构造；（3）确定单桩承载力设计值；（4）根据上部结构荷载情况，初步拟定桩的数量和平面布置；（5）根据桩的平面布置，初步拟订承台的轮廓尺寸及承台底标高；（6）单桩竖向承载力验算（7）验算承台结构强度；（8）群桩承载力验算；（9）单桩桩身内力计算；（10）绘制桩的平面、横断面布置图。
七、其它本课程设计应于本学期第十六周最后一次课前提交。
一、 选择桩材，确定桩的类型、外形尺寸和构造桩身采用C25混凝土。
设计桩径采用d=1.25m ，成孔桩径为1.30m,钻孔灌注桩，采用旋转式钻头。
取桩长m l 21=。
二、 确定单桩承载力设计值][21][0σA m l f U P i i ∑+⨯=()m d U 084.405.025.1=+⋅=⋅=ππ2223.14m d A ==π由于桩侧土为不同土层，应采用各土层容重加权平均，在地下水位以上采用天然重度。
∴32/92.1948.245.20115.1998.12185.0m kN =⨯+⨯+⨯=γ查《铁路桥规》得，地基的基本承载力kPa 4000=σ，深度修正系数∴kPad k d k 7.97225.192.195.26)325.14(92.1954006)34(22220=⨯⨯⨯+-⨯⨯⨯+='+-+=γγσσ钻孔灌注桩桩底支撑力折减系数：6.00=m 各土层的极限承载摩阻力粉砂：m l kPa f 105.4211==， 粗砂：m l kPa f 118022==，d k d k dl 2'22206)34(][10γγσσ+-+=∴> ,5.2,5'22==k k∴单桩的轴向受压容许承载力：kPaA m l f U P i i 663.33827.97223.16.0)1180105.42(084.421][21][0=⨯⨯+⨯+⨯⨯⨯=+⨯=∑σ 三、 估算桩数：（按双孔重载估算）估算公式： 取1.1=μ，则估算桩数：[]79.5663.338207.178001.1=⨯=⋅=∑P N n μ，暂取=n 6，验算后作必要调整。
四、 桩在承台底面的布置查《铁路桥规》，当m d 1≥时，最外一排桩至承台底板边缘的净距不得小于0.3d （设计桩径）且不得小于0. 5m ，且钻孔灌注桩中心距不应小于2.5d 成孔桩径，满足桩间距和和承台边到桩净距的前提下得到桩在承台底面的布置情况，如下图（单位：cm ）：][p Nμn ∑⋅=桩与承台连接方式：采用主筋伸入式，桩伸入承台板内20cm ，实际桩长21.5m 。
五、承台底面形心处的位移计算1、设计荷载：承台底外力合计：1、双线、纵向、二孔重载：N=17800.07kN ，H=341.5KN ，M=4671.75kN.m; 2、双线、纵向、一孔重载：N=17334.94kN ，H=341.5kn ，M=4762.57kN.m2、计算（1）桩的计算宽度：其中，8.119.00=+==dd k k f ，0,b αkb k k b f 00=m d h m L 05.4)1(36.06.015.311=+⋅⨯=<=∴911.075.615.36.06.016.06.0111=⋅-+=⋅'-+'=h L b b k ，其中6.02='=b n 时， 因此，m b 84.125.1911.08.19.00=⨯⨯⨯=（2）计算基础变形系数α50EI mb =α441198.064m d I ==π，kPaE h 7108.2⨯=查《铁路桥规》∴kPa E E h 771024.2108.28.08.0⨯=⨯⨯==467/1068.21198.01024.2m kPa EI ⨯=⨯⨯=假定桩为弹性桩，则其计算深度：()()m d h m 6.4130.1212=+⨯=+⨯=深度内存在两层不同的土，则m 的换算公式为：其中， m h m kN m m h m kN m 6.3/80001/5000242141====，，，，则42222212211/223.78586.46.3)6.312(800015000)2(m kN h h h h m h m m m =⨯+⨯⨯+⨯=++=mh2212211)2(mh h h h m h m m ++=∴ 15650355.01068.284.1223.7858-=⨯⨯==m EI mb α 而5.2455.721355.0>=⨯=l α，则桩为弹性桩，假设成立。
3、计算单桩桩顶刚度4321ρρρρ、、、其中，5.023.14108.23.2102270===⨯===ξπ，，，，m d A kPa E m l lm m m l d D 3D 348.6420tan 3.21225.14tan 2=>=⨯+=+=，所以取ϕ2220069.7434m D A =⨯==ππm m l 103.21>=∴300/15.1673803.21223.7858m kN ml l m C =⨯===所以，m kN A AE l l /1066.8069.715.1673801108.223.13.215.01C 11570001⨯=⨯+⨯⨯⨯=++=ξρ又5.2455.721355.0>=⨯=l α，查表有， ∴m kN EIY H ⋅⨯=⨯⨯⨯==5633210276.1064.11068.2355.0αρkN EIY M 5622310327.3985.01068.2355.0⨯=⨯⨯⨯==αρ00111A C AE l l ++=ξρ48.1,985.0,064.1===MM H Y Y φrad m kN EI M /10412.1484.11068.2355.0664⋅⨯=⨯⨯⨯==φαρ4、计算承台刚性系数mkN n n i bb /10196.51066.866511⨯=⨯⨯===∑ρργ mkN n n i aa ⋅⨯=⨯⨯===∑652210656.710276.16ρργkN n n i a a 653310996.110327.36⨯-=⨯⨯-=-=-==∑ρργγββradm kN x n n ii i /10903.1)26.4(10327.3610412.167256214⋅⨯=⨯⨯⨯+⨯⨯=+=∑∑ρργββ 对于低承台桩基，承台完全处于粉砂中，因此，承台的计算宽度为：，34/1025.28000m kN mh C h ⨯=⨯== 所以：mkN h C B h aaaa ⋅⨯=⨯⨯⨯+⨯=+='545010937.925.21022.1210887.62γγkNh C B h a a a 62462010268.165.21022.1210522.16⨯-=⨯⨯⨯+⨯-=+='='βββγγγradm kN h C B h /10569.3125.21022.1210537.312734730⋅⨯=⨯⨯⨯+⨯=+='ββββγγ 5、计算承台底面形心处的位移a ，b ，β桩基为竖直桩基，桩群对称布置，0====a ab b ba ββγγγγ，则有：m b B 2.1212.1110=+=+=⎪⎩⎪⎨⎧∑=+=∑=+M a N b H a a bb a aa ''''βββββγγγβγγ由上式得承台形心位移： ① 双线、纵向、二孔重载：N=17800.07kN ，H=341.5KN ，M=4671.75kN.mm Nb bb3610014.310906.507.17800-⨯=⨯==∑γ m M H a a aa a 426756721035.5)10268.1(10569.310937.975.4671)10268.1(5.34110569.3-⨯=⨯--⨯⨯⨯⨯⨯--⨯⨯='-'''-'=∑∑ββββββγγγγγrad H M a aa a aa 4267565210499.1)10268.1(10569.310937.95.341)10268.1(75.467110397.9-⨯=⨯--⨯⨯⨯⨯⨯--⨯⨯='-'''-'=∑∑ββββγγγγγβ② 双线、纵向、一孔重载：N=17334.94kN ，H=341.5kn ，M=4762.57kN.mm N b bb3610935.210906.594.17334-⨯=⨯==∑γ m M H a a aa a 4267567210383.5)10268.1(10569.310937.957.4762)10268.1(5.34110569.3-⨯=⨯--⨯⨯⨯⨯⨯--⨯⨯='-'''-'=∑∑ββββββγγγγγ'''''2'''''2b b a a a a a a a a a a N b H Ma M H ββββββββββγγγγγγγγβγγγ⎧=⎪⎪⎪-⎪=⎨-⎪⎪-⎪=⎪-⎩∑∑∑∑∑rad H M a aa a aa 4267565210526.1)10268.1(10569.310937.95.341)10268.1(57.476210397.9-⨯=⨯--⨯⨯⨯⨯⨯--⨯⨯='-'''-'=∑∑ββββγγγγγβ 六、 检算1、单桩承载力检算（双线、纵向、二孔重载）：m kN rad m x kN N /1066.810499.125.207.17800514⨯=⨯===-ρβ，，，则桩顶内力：kNx nN N 758.325810499.125.21066.8607.17800451max=⨯⨯⨯⨯+=+=-∑βρ 桩身C25混凝土容重3/25m kN =γ，土平均重度3/92.19m kN =γ则桩自重：kN l d G 476.653253.2125.14422=⨯⨯⨯=='πγπ桩入土部分同体积土重：kN l d G 690.52092.193.2125.14422=⨯⨯⨯==''πγπ则kNP kN G G N 196.4059][2.1544.3391690.520476.653758.3258max =<=-+=''-'+其中，kNP 663.3382][=，故单桩轴向受压承载力满足要求。