桥梁基础工程课程设计资料一、基本资料 1 地质及水文资料河床土质为卵石土，粒径50-60mm 约占60%，20-30mm 约占30%，石质坚硬，孔隙大部分由砂填充密实， 卵石层深度达58.6m ； 地基比例系数4/120000m kN m =（密实卵石）； 地基承载力基本容许值[]01000a f kPa =； 桩周土摩阻力标准值kPa q ik 500=； 土的重度320.00/kN m γ= (未计浮力)；土内摩擦角40ϕ=。

地面(河床)标高69.50m ；一般冲刷线标高63.54m ；最大冲刷线标高60.85m ；承台底标高67.54m ；常水位标高69.80m ，如图1。

承台平面图如纵桥向断面 横桥向断面图1 桩基剖面图（单位：m ） 图2 单位：m2 作用效应上部为等跨30m 的钢筋混凝土预应力梁桥，荷载为纵向控制设计，作用于混凝土桥墩承台顶面纵桥向的荷载如下。

永久作用及一孔可变作用 (控制桩截面强度荷载) 时: ∑N=40746kN358.60H kN =∑(制动力及风力)∑M=4617.30kN .m （竖直反力偏心距、制动力、风力等引起的弯矩)永久作用及二孔可变作用(控制桩入土深度荷载)时: ∑N=46788.00kN3 承台用C20混凝土，尺寸为9.8×5.6×2.0m，承台混凝土单位容重325.0/KN m γ=。

4 桩基础采用高桩承台式摩擦桩，根据施工条件，桩拟采用直径m d 2.1=，以冲抓锥施工。

二、设计依据规范1 公路桥涵地基及基础设计规范（JTG D63-2007 ）2 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTGD62-2004） 三、课程设计（论文）应完成的工作设计满足要求的群桩基础，并形成图纸与计算文件。

计算文件包括以下内容： 1. 据单桩容许承载力拟定桩长 2.群桩结构分析（1） 计算桩顶受力（2） 计算沿桩长度方向弯矩，水平压应力，并画出相应分布图 （3） 桩顶纵向水平位移验算3. 桩身截面配筋并绘出基桩构造及钢筋图(横截面，立面)，进行桩截面强度校核4. 按地基土的支承力确定和验算单桩轴向承载力5. 承台计算项目：局部受压、抗冲剪 6. 群桩基础承载力检验 7. 参考文献(1)、王晓谋.基础工程.北京：人民交通出版社，2004(2)、中华人民共和国行业标准.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTGD62-2004）.北京：人民交通出版社，2004(3)、叶见曙.结构设计原理. 北京：人民交通出版社，2004(4)、中华人民共和国行业标准.公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007 ）. 北京：人民交通出版社，2007(5) 江祖铭等主编.墩台与基础.北京：人民交通出版社，1994设计计算1.承台底面中心的荷载计算： 1.1 恒载加一孔荷载：40746 2.0 5.69.8(2510)42392.4N KN =+⨯⨯⨯-=∑358.60H KN =∑ 4617.30358.60 1.04975.9M KN m =+⨯=⋅∑1.2 恒载加二孔荷载：46788.00 2.0 5.69.8(2510)48434.4N KN =+⨯⨯⨯-=∑2. 桩长度的初步计算： 2.1桩长的计算：由于地基土层单一，用确定单桩容许承载力《公桥基规》经验公式初步反算桩长，设桩埋入最大冲刷线以下深度为h ，一般冲刷线以下深度为3h ，则：[][](){}00223132h i i N p U l m A k r h τλσ==++-∑桩（直径1.2m ）自重每延米q=()21.2251016.964π⨯⨯-=KN()()()2248434.4 1.21 1.267.5460.85251025106424h N hππ⨯⨯=+-⨯⨯-+⨯⨯-=8185.89+8.48h计算[P]时取以下数据：桩的桩径1.2m ，冲抓锥成孔直径1.3m ，桩周长U=π×1.3=4.08m,A=21.24π⨯=1.132m ,λ=0.7,0m =0.8,2k =10,[]0σ=1000KPa,2r =10KN/3m (已扣除浮力)，τ=500KPa,所以得：[P]=()()11.35000.70.8 1.13100010102.6932h h π⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯+⨯⨯+-⎡⎤⎣⎦ =1083.78h+613.18=8185.89+8.48h 解得：h=7.04m 现取h=11.31m 3．群桩结构分析： 3.1桩的计算宽度1b ：1b = 0f k k k d ⋅⋅⋅已知：1L =2m ；1h =3（d+1）=6.6m;n=2 'b =0.6;f k =0.9;0k =1+111 1.2d =+=1.833 ; ()()''11110.620.60.780.60.66.6b L k b h --=+⋅=+⨯= ∴ 1b =0f k k k d ⋅⋅⋅=0.9 1.8330.78 1.2 1.54⨯⨯⨯=m3.2桩-土变形系数αC30混凝土的受压弹性模量43.010h E MPa =⨯， 则E=0.8×73.010⨯=2.40710⨯KN/2m ; 440.101764d I m π==∴10.597m α-=== 桩在最大冲刷线以下深度h=11.31m,其计算长度则为：()0.59711.31 6.75 2.5h h α==⨯=〉，故按弹性桩计算。

3.3 桩顶刚度系数1ρ、2ρ、3ρ、4ρ植的计算0l =6.69m;h=11.31m;12ζ= (根据《公桥基规》钻挖孔桩采用12ζ=)，A=24d π=21.24π⨯=1.132m ,630012000011.31 1.35710/c m h kN m ==⨯=⨯2220 1.240tan 11.31tan 21.142424d A h m φππ⎛⎫⎛⎫=+⋅=⨯+⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭,按桩中心距计算面积，故取：220 3.28.044A m π=⨯=∴ 62100076112.19510116.6911.31121.131 3.010 1.357108.04h KN m l h AE c A ρζ===⨯⋅++⨯++⨯⨯⨯⨯=0.8993EI已知： 6.75h h α==（＞4），∴取h =4，000.597 6.69 3.99l l α==⨯=查教材《基础工程》附表17、18、19得：Q x =0.05989 m x =0.17312 m φ=0.67433 ∴3320.5970.059890.0127Q EIx EI EI ρα==⨯=2230.5970.173120.0617m EIx EI EI ρα==⨯=40.5970.674330.4026m EI EI EI ραφ==⨯=3.4计算承台底面原点O 处位移0a 、0b 、0β（单孔活载+恒载+制动力等）0142392.47856.660.8993N b n EI EIρ===⨯ 2241160.40260.89936 1.616.23ni i n x EI EI EIρρ=+=⨯+⨯⨯=∑260.01270.0762n EI EI ρ=⨯=，360.06170.3702n EI EI ρ=⨯=，22230.1370()n EI ρ=241310222224131()16.23358.600.37024975.96967.330.076216.230.1370()()ni i ni i n x H n MEI EI a EI EI EI EIn n x n ρρρρρρρ==++⨯+⨯===⨯-⋅+-∑∑ 2302222241310.07624975.90.3702358.60465.500.076216.230.1370()()ni i n M n H EI EI EI EI EIn n x n ρρβρρρρ=+⨯+⨯===⨯-⋅+-∑ 3.5 计算作用在每根桩顶上作用力i P 、i Q 、i M ：竖向力：1007856.6465.57735.24()0.8993(1.6)6395.64i i kNP b x EI EI EI kN ρβ=+=⨯±⨯=水平力：20306967.33465.500.01270.061759.76i Q a EI EI KN EI EI ρρβ=-=⨯-⨯=弯矩：4030465.506967.330.40260.0617242.47i M a EI EI KN m EI EIρβρ=-=⨯-⨯=-⋅校核：659.76358.56358.60i nQ KN H KN =⨯=≈=∑13(7735.246395.64) 1.66(242.47)4975.264975.9ni iii x p nMKN m KN m=+=⨯-⨯+⨯-=⋅≈⋅∑13(7735.246395.64)42392.6442392.4nii npKN KN ==⨯+=≈∑3.6 计算最大冲刷线处桩身弯矩0M ，水平力0Q ，及轴向力0P ：0M =0i i M Q l +=-242.47+59.76×6.69=157.32KN m ⋅ 0Q =59.76KN0P =7735.24+1.13×6.69×(25-10)=7848.64KN3.7 最大冲刷线深度下沿桩身长度方向弯矩、水平压应力的计算： 3.7.1桩身最大弯矩处及最大弯矩的计算： 由：z Q =0 得：00.597157.321.5759.76Q M C Q α⨯=== 2由Q C =1.572 且h =6.75＞4 取h =4.0，查教材《基础工程》附表13得max Z =0.84 故 max Z =0.840.597=1.41m 又由max Z =0.84 及h =6.75＞4 取h =4.0，查教材《基础工程》附表13得m K =1.341 ∴ max 0m M K M =⋅=1.341×157.32=210.97 KN ·m 3.7.2 最大冲刷线深度下沿桩身长度方向弯矩、水平压应力的计算： 采用无量钢法计算，由h =6.75＞2.5，所以用摩察桩公式计算：0z m M Q M A M B α=+ 00z Q Q Q Q A M B α=+其中Q α=59.76100.100.597KN = 0Q =59.76KN 0M =157.32KN m A 、m B 、Q A 、Q B 的值查教材《基础工程》附表3、4、7、8 ，计算如下表：弯矩图如下：2011ZX x x Q M Z A Z B b b αασ--=⋅+横向土抗应力图如下：3.8 桩顶纵向水平位移验算：桩在最大冲刷线处水平位移0x 和转角0ϕ的计算：由 Z =0 h =6.75＞4 取 h =4 查教材《基础工程》附表1、2、5、6 得：x A =2.44066 A ϕ=-1.62100 x B = 1.62100 B ϕ=-1.7505800032x xQ M x A B EI EI αα=+ 3372759.76157.322.44066 1.621000.5739100.597 2.4100.10170.597 2.4100.1017-=⨯+⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯m=0.5739mm ＜6mm 符合规范要求0002Q MA B EI EIϕϕϕαα=+27759.76157.32( 1.6210) 1.750580.597 2.4100.10170.597 1.742100.1017=⨯--⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯ 43.00410rad -=-⨯3.9 墩顶纵桥向水平位移验算：由 h =6.75＞4，取4，000.597 6.69 3.99l l α==⨯= 可查得：1x A =64.751271A φ=1x B =16.62332 1B φ=5.7505811110013237273000227759.76157.3264.7512716.623320.597 2.4100.10170.597 2.4100.101710.461010.4659.76157.32(16.62332)0.597 2.4100.10170.597 2.4100.10x x Q M x A B EI EI m mm Q M A B EI EI φφααφαα-=+=⨯+⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯==+=⨯-+⨯⨯⨯⨯⨯⨯3( 5.75058)171.7610rad-⨯-=⨯桩顶的纵向水平位移110.46x mm ＝水平位移的容许值[]cm 74.2305.0 ==△=27.4mm 4. 桩身截面的配筋计算及截面强度的校核： 4.1 计算轴向力j N ，偏心距0j jM e N =，偏心距增大系数η：最大弯矩发生在最大冲刷线以下Z=1.41m 处，该处max M =210.97KN ·m0max max01122117848.6416.96 6.6916.96 1.41 1.3 1.41500226535.154210.970.032332.36535.154j i N p q l q z c z KNe m mmτπ=+⋅+⋅-⋅⋅=+⨯+⨯⨯-⨯⨯⨯==== 现拟定采用C30混凝土，HRB335钢筋，,8.13MPa R a = MPa R g 280= 因,475.6>=h α故桩的计算长度mm m l l p 6695695.6)597.00.469.6(5.0)0.4(5.00==+⨯=+⨯=α长细比,7579.51200/6695/<==d l p 可不考虑纵向弯曲对偏心矩的影响，取1=η。