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1、中南大学学基础工工程课程设计计 题目：铁铁路桥墩墩桩基础础设计姓名：姚姚嘉旭 学号：11201114004066班级：建建工14408班班指导老师师：张国国祥20177年9月月30日基础工程程课程设设计任务务书铁路路桥墩桩桩基础设设计I一、设计计资料1. 线线路： 级铁路路干线，双双线、直直线、坡坡度、线间间距。2. 桥桥跨：无无碴桥面面，单箱箱单室预预应力混混凝土梁梁，计算算跨度，梁梁全长，梁梁端缝。轨轨底至梁梁底，梁梁底至垫垫石顶，梁梁底至支支座铰中中心，一一孔梁总总重。3. 地地质及地地下水位位情况：标高（mm）地质情况况厚度（mm）标高（mm）地质情况况厚度（mm）16.5516.2耕
2、 地0.3-24.4-300.9粗砂（中中密）6.516.2211.3软塑砂粘粘土4.9-30.9-400.5中砂（中中密）9.611.333.22粉 砂8.1-40.5-455.6砾砂（中中密）5.13.22.44淤泥质砂砂粘土（松软）0.8-45.6-588.7硬塑粘土土13.112.4-244.4 细 砂砂（中密密）26.88土层平均均重度，土土层平均均内摩擦擦角，地下水位位标高：。 4. 成孔机机具：、的旋转转钻机。5. 标标高：轨轨底，墩墩底。 6. 风力：（桥上上有车）。 7. 桥墩尺尺寸：如如图1所所示。二、设计计荷载 1. 承台底底外力合合计： 双线、纵纵向、二二孔重载载： ,
3、 , 双线、纵纵向、一一孔重载载： , , 2. 墩顶外外力： 双线、纵纵向、一一孔重载载： , 说明：如因布布桩需要要加大承承台尺寸寸时，增增加部分分自重应应计入。图1 桥桥墩尺寸寸示意图图三、设计计要求1. 确确定桩的的材料、桩桩长、桩桩数及桩桩的排列列；2. 检检算下列列项目：（1）单单桩承载载力检算算 （双双线、纵纵向、二二孔重载载）；（2）群群桩承载载力检算算 （双双线、纵纵向、二二孔重载载）；（3）墩墩顶位移移检算 （双双线、纵纵向、一一孔重载载）；（4）桩桩身截面面配筋计计算 （双线线、纵向向、一孔孔重载）；（5）桩桩在土面面处位移移检算（双双线、纵纵向、一一孔重载载）。3. 设
4、设计成果果：（1）设设计说明明书和计计算书 一份份（2）设设计图纸纸（2号图） 一张张4. 设设计提高高部分（在在完成上上面任务务的基础础上，再再分三个个层次）（1）层层次一：运用老老师提供供的Foortrran程程序，进进行承台台底面形形心处的的变位检检算；（2）层层次二：对上述述程序进进行修改改，部分分或全部部加入22中检算算项目的的内容；（3）层层次三：调整涉涉及参数数（如桩桩长、桩桩径、桩桩间距等等），观观察这些些参数对对运行结结果（包包括承台台底面形形心处的的变位、墩墩顶位移移等）的的影响，加加深对力力学概念念的理解解。（4）提提交相对对的数据据文件和和结果文文件（层层次三还还可写出
5、出心得体体会）47目 录第一部分分 设设计说明明书 11 1一、基本本概况11二、设计计依据11三、设计计方案11四、施工工建议12第二部分分 设设计计算算书113一、拟定定尺寸13二、桩的的布置及及桩的连连接方式式14三、承台台底面形形心处位位移计算算15四、墩身身弹性水水平位移移计算118五、桩基基检算111六、电算算结果17第三部分分 设设计提高高部分 23一、桩长长对计算算数据的的影响233二、桩径径对计算算数据的的影响266三、桩间间距对计计算数据据的影响响299参考文献献331第一部分分 设设计说明明书一、基本本概况 本课程程设计任任务要求求完成铁铁路桥墩墩桩基础础设计，桥桥梁计算
6、算跨度，梁梁全长，梁梁端缝。轨轨底至梁梁底，梁梁底至垫垫石顶，梁梁底至支支座铰中中心，一一孔梁总总重。在荷载载和承台台参考尺尺寸给定定的情况况下，要要求确定定桩数和和桩的布布置情况况，対桩桩台进行行检算使使其承载载力和变变位满足足规范的的要求，并并完成桩桩的配筋筋设计。设设计内容容及步骤骤如下： （11）搜集资料料 （22）确定定桩的尺尺寸和桩桩数 （33）墩台台底面形形心处位位移计算算 （44）桩基基检算 （55）桩身身截面配配筋设计计和强度度、稳定定性、抗抗裂性检检算 （66）绘制制桩基础础布置和和桩身钢钢筋构造造图二、设计计依据铁路桥桥涵地基基和基础础设计规规范TTB100002.55-
7、20005混凝土土结构设设计规范范GBB500010-20110铁路桥桥涵钢筋筋混凝土土和预应应力混凝凝土结构构设计规规范TTB100002.33-20005三、设计计方案本设计采采用钻孔孔灌注桩桩，桩身身采用CC25混混凝土，采采用旋转转钻。持持力层选选在粗砂砂（中密密）层，桩桩径采用用1.000m，桩桩长400m，桩桩端进入入持力层层深度22.3mm，标高高26.7m。确确定桩数数为8根根两排，对对称布置置，桩列列间中心心距3.0m，排排间中心心距3.0m。地地基容许许承载力力6366.944kPaa，单桩桩容许承承载力335466.611kN。墩墩顶水平平位移116.778mmm，容许许
8、水平位位移为331.662mmm。单桩桩承载力力、群桩桩承载力力和墩顶顶水平位位移均符符合要求求。桩身承受受最大弯弯矩2224.3349kkN.mm，选用用1618的I级钢筋筋，钢筋筋面积。钢钢筋采用用环形对对称布置置，净保保护层厚厚度600mm，主主筋净距距为1551mm。桩与与承台的的联结方方式采用用主筋伸伸入式，桩桩身伸入入承台板板0.11m；主主筋伸入入承台的的长度00.9mm。主筋筋在桩中中长度为为12.0m。箍箍筋采用用82000mm。自桩顶顶以下110cmm起向下下每2mm设置一一道加劲劲箍筋（即即骨架钢钢筋），直直径为18。顺钢筋筋笼长度度每隔22m沿圆圆周均匀匀设置44根骨架
9、架定位钢钢筋，直直径为12。经配筋筋验算，截截面应力力和桩的的稳定性性均符合合要求。四、施工工注意事事项 地下水水位标高高为155.000m，桩桩伸入地地下水位位以下，施施工时要要注意加加强排水水措施，防防止流砂砂、管涌涌等不良良地质现现象的发发生；同同时，施施工时要要加强对对周围地地基沉降降的观测测，防止止基础施施工而引引起的周周边建筑筑不均匀匀沉降；钻孔施施工适宜宜使用反反循环法法。第二部分分 设设计计算算书一、拟定定尺寸1. 桩桩身采用用混凝土土。2. 设设计桩径径采用，成成孔桩径径为，钻钻孔灌注注桩，采采用旋转转式钻头头。3. 作作出土层层分布图图，如图图，根据据地质条条件，选选用粗砂
10、砂层为持持力层，桩桩端进入入砂土持持力层的的临界深深度为，即即桩端进进入持力力层的深深度要大大于1. 500m，从从承台底底面到细细沙层底底部深度度为377.7mm，则取取桩长。桩桩底标高高为，桩桩端进入入持力层层的深度度为2.3m。4. 估估算桩数数：（按按双孔重重载估算算） 估算算公式：单桩容许许承载力力为：其中，故： 该土层层平均天天然重度度，由于桩侧侧土为不不同土层层，应采采用各土土层容 图2 土层分分布图重加权平平均，在在地下水水位以上上采用天天然重 度，在地地下水位位以下采采用浮重重度：求得：根据铁铁路桥规规表44.1.2-33，地基基的基本本承载力力，深度度修正系系数，。故：土质
11、按较较差处理理，钻孔孔灌注桩桩桩底支支撑力折折减系数数根据铁铁路桥规规表66.2.2-33，各土土层的极极限承载载摩阻力力如下表表：地质情况况厚度极限摩阻阻力软塑砂粘粘土250粉砂8.160淤泥质砂砂粘土0.835细砂（中中密）26.8855粗砂（中中密）2.380则单桩的的轴向受受压容许许承载力力： =1/223.2299（5002.00+6008.11+3550.88+55526.8+8802.33）=39997.669KNN取，按二二孔重载载估算桩桩数：n=Np=665,暂取，验验算后再再作必要要调整二、桩的的布置及及桩的连连接方式式1. 布布桩铁路桥桥规66.3.2规定定：钻孔灌注注桩
12、中心心距不应应小于22.5倍倍成孔桩桩径。当桩径时时，最外外一排桩桩至承台台底板边边缘的净净距不得得小于，且且不得小小于。满足桩间间距和承承台边到到桩净距距的前提提下可得得到桩在在承台底底面的布布置情况况，如图图3。2. 桩桩与承台台连接方方式连接方式式采用主主筋伸入入式，桩桩伸入承承台板内内，具体体配筋见见后面详详述。图3 桩桩布置图图三、承台台底面形形心处位位移计算算1. 设设计荷载载： 双线、纵纵向、二二孔重载载： , , 双线、纵纵向、一一孔重载载： , , 22. 计计算，（1）桩桩的计算算宽度其中： ，水平力作作用方向向上相邻邻两桩的的净距时，故：由上述得得：（2）基基础额变变形系
13、数数其中：桩桩截面惯惯性矩C25混混凝土受受压弹性性模量则 假定定桩为弹弹性桩，则则其计算算深度：深度内存存在两层层不同的的土，则则的换算算公式为为：其中：，则则故桩的变变形系数数：桩的换算算入土深深度：，则则桩为弹弹性桩，假假设成立立。 3. 计算算单桩桩桩顶刚度度 其中中：因的直径径（相邻邻中心距距）故： 因，故从上述得得又，查查表有，故 4. 计算算承台刚刚性系数数 对对于低承承台桩基基，承台处处于软塑塑砂粘土土中，因因此，承承台的计计算宽度度为：， 5. 计算算承台底底面形心心处的位位移，桩基为竖竖直桩基基，桩群群对称布布置，则则有：化简后可可得：（1）荷荷载情况况1：双线、纵纵向、二
14、二孔重载载 , , （2）荷荷载情况况2：双线、纵纵向、一一孔重载载 , , 四、墩身身弹性水水平位移移计算假定墩帽帽、托盘盘和基础础部分产产生刚性性转动，将将墩身分分为四个个部分，（由由于墩身身4-55段下部部分在土土中，故故将其分分为两段段，只计计算土上上部分风风力），分分别计算算它们所所受的风风荷载,桥上有有车时的的风压强强度W=8000Pa，纵纵向水平平风力等等于风荷荷载强度度乘以迎迎风面积积,分别别计算出出四部分分的上下下底边长长及中线线长，然然后计算算出各个个截面的的弯矩，再再求和即即可得到到托盘底底面所受受的总弯弯矩。1. 墩墩顶外力力和纵向向风力引引起的力力矩（1）墩墩顶外力力
15、：双线线、纵向向、二孔孔重载 , （2）墩墩帽所受受风力：作用点离离墩帽底底面的距距离为（3）托托盘所受受风力：作用点离离托盘底底面的距距离为其中短边边，长边边（4）墩墩身所受受风力：，作用点点离墩身身底面的的距离为为，作用点点离墩身身底面的的距离为为，作用点点离墩身身底面的的距离为为（5）承承台所受受风力：作用点离离地面的的距离为为示意图如如图4所所示：图4 纵纵向风力力示意图图计算由墩墩顶外力力和纵向向风力引引起的弯弯矩，计计算结果果如下表表。墩身各截截面弯矩矩值计算算表截面位置置项目托盘顶0-0墩身1-1墩身2-2墩身3-3墩身4-4承台底5-5墩顶弯矩矩54100.00054100.0
16、0054100.00054100.00054100.00054100.000墩顶水平平力10944.04424611.59944677.33364733.07784055.87786799.388墩帽风力力5.76620.11641.22862.44082.77585.663托盘风力力09.39930.66451.88972.33775.227墩身风力力1-2006.20018.55930.55332.2222-30006.20018.11418.9983-400005.7557.388承台风力力4-55000000.322总计65099.80079011.14499555.455120222
17、.114140225.441143009.1182、托盘盘底面水水平位移移计算和和转角托盘底面面水平位位移和转转角计算算表1-2段段89288.2992.23.84.088861.22266 1.60016.088522-3段段109888.8802.264.455101.333531.81111.088633-4段段130223.7782.1228.1664.822691.444811.90071.555594-5段段141667.3300.39.37729.4491228.844740.04480.45501总 计计5.36673.29957注：（1）墩墩身为CC25混混凝土：；（2）：分
18、段高高度；（3）：分段中中线到墩墩顶的距距离，（4）计计算弯矩矩五、桩基基检算 1. 单桩承承载力检检算（按按二孔重重载计算算） ， ，则桩顶内内力：桩身C225混凝凝土容重重，土平均均重度则桩自重重：桩入土部部分同体体积土重重：则 故单桩轴轴向受压压承载力力满足要要求。2. 群群桩承载载力检算算（按二二孔重载载计算）将桩群看看作一个个实体基基础，则则实体基础为一一台体，台台体底面面由于内内摩擦角角（）较顶顶面放大大（如图图5）。底面尺寸寸： 图5 群群桩承载载力检算算示意图图桩自重：桩侧土重重：承台重：承台部分分土重：故：3. 墩墩顶水平平位移检检算（按按一孔重重载计算算）墩高：则墩顶位位移
19、4. 结结构在土土面处的的位移（按按一孔重重载计算算）在桥规规中查查，时，只只适用于于结构在在地面处处的最大大位移为为6mmm，若超超过6mmm就不不能采用用“”法进行行计算，故故需要对对桩在土土面处的的位移进进行检算算。墩身埋于于土中高高度：可以用法法直接查查表计算算。5. 桩桩身截面面配筋设设计（按按一孔重重载计算算）（1）桩桩身弯矩矩计算因此，任任意深度度z处桩桩身截面面弯矩：列表计算算，如下下表所示示：计算表00010309.1177309.11770.20.50050.19970.9998-5.9964308.4999302.53550.41.00090.37770.9886-11.
20、4133304.7899293.37660.61.51140.52290.9559-16.0155296.4433280.42880.82.01190.64460.9113-19.5577282.2244262.66771.02.52230.72230.8551-21.8888263.0599241.17111.23.02280.76620.7774-23.0699239.2577216.18881.43.53320.76650.6887-23.1600212.3633189.20331.64.03370.73370.5994-22.3122183.6155161.30331.84.54420
21、.68850.4999-20.7388154.2499133.51112.05.04460.61140.4007-18.5888125.8111107.22332.25.55510.53320.322-16.106698.991782.88112.46.05560.44430.2443-13.411175.111561.77042.66.56600.35550.1775-10.747754.009543.33482.87.06650.2770.122-8.117437.009428.99203.07.57700.19930.0776-5.884323.449317.66503.58.83310
22、.05510.0114-1.55444.32282.78844.010.009300000由表知： 图6 桩桩身弯矩矩分布图图（2）计计算偏心心距初始偏心心距：偏心距放放大系数数：其中：影影响系数数计算长度度（此式式中为变变形系数数） 安安全系数数K=0.6（主主力+附附加力）则：（3）配配筋根据灌注注桩构造造要求，桥桥梁桩基基主筋宜宜采用光光圆钢筋筋，主筋筋直径不不宜小于于16mmm，净净距不宜宜小于1120mmm，且任一一情况下下不得小小于800mm，主主筋净保保护层不不应小于于60mmm。在在满足最最小间距距的情况况下，尽尽可能采采用单筋筋、小直直径的钢钢筋，以以提高桩桩的抗裂裂性，所所
23、以主筋筋采用II级钢筋筋。桩身身混凝土土为C225，根根据桥桥规规规定，取取=0.5%,则选用16618的I级钢筋筋，取净保保护层厚厚度，采采用对称称配筋，则则主筋净净距为：，符合要要求。桩与承台台的联结结方式为为主筋伸伸入式，桩桩身伸入入承台板板0.11m，主主筋伸入入承台的的长度（算算至弯钩钩切点）对对于光圆圆钢筋不不得不小小于455倍主筋筋直径（即即8100mm），取取9000mm,主 筋筋应配到到处以下下2m处（即即）,取取其长度度为122m，则则主筋总总长为113m。箍箍筋采用用82000mm。为增加钢钢筋笼刚刚度，自自桩顶以以下100cm起起向下每每2m设置置一道加加劲箍筋筋（即骨
24、架架钢筋），直直径为18。顺钢筋筋笼长度度每隔22m沿圆圆周均匀匀设置44根骨架架定位钢钢筋，直直径为12。桩身截面面配筋见见设计图图纸。（4）判判断大小小偏心换算截面面面积：换算截面面惯性矩矩：核心距：故属大偏偏心构件件。（5）应应力检算算故应力符符合要求求。（6）稳稳定性检检算桩计算长长度，查混凝凝土结构构设计原原理得得=1.0，m=113.88 故稳稳定性满满足要求求。 （7）抗抗裂验算算钻孔灌注注桩现场场浇灌，不不需吊装装，施工工期间桩桩截面一一般不出出现拉应应力，所所以桩不不产生裂裂缝。6.单桩桩工程材材料用量量表六、电算算结果（PPPF）重要说明明：因任任务书要要求未手手算一孔孔轻
25、载，故故在电算算中取其其和一孔孔重载一一样的数数据以运运行PPPF。1.电算算输入文文件2 6 2 0 0.55 2 300000000050000 27 00.370000 27 44.970000 27 88.170000 27 00.8100000 277 26.8250000 277 2.334 1. 11. 0 400 0 -11.54 1. 11. 0 400 0 11.53.3 111.2936 1180661.88 1146774.337936 1180661.88 1146774.337936 2204442.55 1126110.772.电算算输出文文件 * * 第第 一
26、部 分分 原 始 数 据 * * 桩类类型组数数 土层数数 作用力力H方向向上一排排桩的桩桩数 2 66 22 桩端嵌嵌固类型型 MDD=.00 桩桩传力类类型系数数 XSS=0.50000 最小桩桩间净距距 LSS= 22.000(米) 桩材材砼弹性性模量 E= 0.330000E+008(kkN/mm2)地基比例例系数(kN/m4) 内内摩擦角角(度) 第第I土层层的厚度度(米) 50000. 277.0 0.30 70000. 277.0 4.90 70000. 277.0 8.10 70000. 277.0 0.80 100000. 277.0 26.80 250000. 277.0
27、2.30 I IIT D DBB LO LII AHH X 1 4 1.0000 1.0000 00.0000 40.0000 00.00000 -1.550000 2 4 1.0000 1.0000 00.0000 40.0000 00.00000 1.550000 承台埋埋入地面面或局部部冲刷线线以下的的深度： 3.3 承承 台 的 实实 际 宽 度度 ： 11.2 荷载类类型I 水平平力H(kN) 轴轴向力NN(kNN) 弯矩矩M(kkN.mm) 11 9336.00 180061.8 1446744.4 22 9336.00 180061.8 1446744.4 33 9336.00
28、204442.5 1226100.7 * * 第第 二 部 分分 计 算 结 果 * * 基基础的变变形系数数a及桩桩顶刚度度系数I AF LOO1 LOO2 LLO3 LLO4 1 0.3388 1100997977.566 7732119.667 11748868.33 67887699.122 2 0.3388 1100997977.566 7732119.667 11748868.33 67887699.122 承承 台台 刚刚 度度 矩矩 阵阵 I KK1 K2 K3 1 100430054.58115166 0.00000000 -89559199.70051001 2 0.000
29、00000 807783880.55000000 00.00000000 3 -88959919.70551011 0.00000000 23368227255.32260886 * 荷荷载类型型NP= 1 (单孔孔轻载) * 承 台 位 移 水平平位移(毫米) 竖向位位移(毫毫米) 转角角(raad) 11.488 2.24 00.67755EE-033 I= 1 第 1 根根桩的桩桩顶位移移 J A1(J) AA2(JJ) P22(J) 1 1.48 1.448 -9.93881755 2 1.22 1.222 12234.51559122 3 0.68 0.668 2200.138813
30、88 第 1 根根 桩 桩 身身 内 力 J HH(m) Myy(kNN.m) Qyy(kNN) dy(kN/m) 1 0.52 1194.7044 -111.6666 66.1442 2 1.03 1187.7044 -155.7555 99.2776 3 1.55 1178.2899 -200.8332 100.0779 4 2.06 1166.2322 -255.8558 99.1882 5 2.58 1151.7588 -300.1007 77.1557 6 3.09 1135.3966 -333.1330 44.4997 7 3.61 1117.8433 -344.7007 11.6
31、114 8 4.13 99.8588 -344.8111 -11.1773 9 4.64 82.1788 -333.5555 -33.6332 10 5.16 65.4533 -311.1448 -55.6115 11 5.67 50.2088 -277.8660 -77.0445 12 6.19 36.8244 -233.9881 -77.9006 13 6.70 25.5299 -199.8000 -88.2225 14 7.22 16.4111 -155.5883 -88.0559 15 7.73 9.4266 -111.5661 -77.4778 16 8.25 4.4222 -77.9229 -66.5559 17 8.77 1.1555 -44.8443 -55.3669 18 9.28 -0.6888 -22.4229 -33.9664 19 9.80 -1.4822 -00.7886 -22.3881 20 10.31 -1.6466 00.0000 -00.6442 I= 2 第 2 根根桩的桩桩顶位移移 J A1(J) AA2(JJ) P22(J) 1 1.48 1.448 -9.93881755 2 3.25 3.225 32280.93440888 3 0.68 0.668 2200.13881388 第 2 根根 桩 桩 身身 内 力 J HH(m)