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课程名称基础工程设计题目双线高速铁路某桥墩基础设计院系土木工程系专业铁道工程年级二零零八级姓名XXXX指导教师XXXXX西南交通大学峨眉校区2011年6月5日课程设计任务书专业铁道工程(桥梁组)姓名XXX学号XXXX开题日期2011年5月20日完成日期2011年6月5日题目
1、设计的目的通过本课程设计,要求学生熟悉基础设计的方法,掌握基础设计的基本理论,培养综合应用基本知识和基本理论的能力
2、设计的内容及要求设计具体内容见任务书通过本课程设计,要求学生熟悉1.综合分析设计资料,对三种常用的桥梁基础类型(刚性扩大基础、桩基础和沉井基础)的技术合理性进行比较(限于课时,本次课程设计不考虑造价因素),选择较为合理的基础方案2.对选定的基础方案进行详细设计3.初步决定修筑基础的施工方案
三、指导教师评语
四、成绩指导教师签章年月日目录TOC\o1-3\h\z\u
一、工程概况3
二、工程地质和水文地质3
三、设计荷载
41、恒载4
(1)结构构件自重4
(2)附属设施重(__恒载)
42、活载4
四、设计步骤
51.支座反力的确定5
(1)基底以上墩及土的重量和的计算5
(2)附加力(风力)6
(3)主力
72.基础的选择与检算11
(1)选定桩基类型11
(2)选择桩材与桩径11
(3)拟定承台底面平面形状及尺寸13
(4)桩与承台连接方式14
(5)求R和桩数检验14
(6)求桩顶荷载15
(7)基桩竖向抗压承载力验算16
(8)水平承载力检验16
(9)承台抗冲切验算16
(10)承台底面形心处的位移计算17
(11)桩基检算
223.基础配筋25
(1)判断大小偏心26
(2)应力检算27
(3)稳定性检算27
(4)单根桩材料表27
五、施工图绘制27
六、规范及参考书27某高速铁路桥梁桥墩基础设计设计任务
一、工程概况该桥梁系高速铁路干线上的特大桥(复线),线路位于直线平坡地段该地区地震烈度较低,不考虑地震设防问题桥梁及桥墩部分的设计已经完成,桥跨由8孔32m预应力钢筋混凝土整体箱梁组成,见图3-1和图3-3
二、工程地质和水文地质场地处的地质剖面见图3-2,相关土工试验资料见表3-1水文资料见图3-1表3-1土工试验成果表土层编号及名称地质年代比重Gs重度/kN/m3含水量w/%液限wL/%塑限wp/%c/kPa渗透系数k/cm/s压缩系数a/MPa-1地基承载力特征值kpa
①软粘土Q
42.
7214.
991.
585.
055.0617’
10.
12.8E-
80.494100
②砂粘土Q
42.
6918.
834.
543.
028.01205’
19.
43.4E-
70.112190
③粗砂中密Q
32.
6019.
526.2//2432’/
2.7E-
10.011350
④强风化砂岩K饱和单轴抗压强度R=
2.4MPa
⑤中风化砂岩K饱和单轴抗压强度R=
6.7MPa
三、设计荷载
1、恒载
(1)结构构件自重按《铁路涵设计基本规范》(TB
10002.1-2005采用按照图纸提供采用梁的自重钢筋混凝土重度25,梁体混凝土用量
259.8则=
(2)附属设施重(__恒载)轨下枕底道碴厚度为35cm包括钢轨、道碴、轨枕、防水层、保护层、人行道遮板、声屏障、挡碴墙、电缆槽竖墙、盖板等重量,直线梁按184kN/m计算,曲线梁按198kN/m计算则=
2、活载列车竖向活载纵向计算分别采用ZK标准活载恒载图示图2恒载作用简图(尺寸单位mm)
四、设计步骤
1.支座反力的确定根据提供的上部结构恒载及活载,分双线纵向主+附两孔满载、双线纵向主+附一孔轻载两种情况先计算四个支座的支座反力,再把荷载计算到承台底面形心处
(1)基底以上墩及土的重量和的计算墩台自重G的计算顶帽及托盘钢筋混凝土用量
66.63;墩身混钢筋混凝土用量
83.62;吊篮一个桥墩Q235钢材(12h+
1529.3)kg;涂装__
72.43(重量可忽略);支承垫石钢筋混凝土用量
2.8底座钢筋混凝土用量土的重量基底以上土的体积;该土为软粘土,其重度该体积的软粘土重量
(2)附加力(风力)计算公式式中—风荷载强度(Pa);—基本风压值(Pa),查规范取550Pa;—风载体型系数,L/b=
2.19取
1.1;—风压高度变化系数,取
1.0;—地形、地理条件系数,取
1.0桥上有车时按上式值的80%计算a顶帽风力迎风__顶帽风力=
0.484×
2.1=
1.12kN对基底产生的矩为
1.12×(
0.188+
14.2)=
16.1kN•mb墩身风力迎风__=
67.4m2墩身风力=
67.4×
0.484=
32.62kN对基底产生的矩为
32.62×8=
292.96kN•m总的纵向风力H=
1.12+
32.62=
33.72kN,取34kN
(3)主力支座编号图3支座编号(横向)简图a情况1双线纵向主+附两孔满载图4两孔满载简图(尺寸单位mm)列车活载动力系数,—结构计算跨度,单位m本设计此时支座反力计算左跨部分由对称性此时荷载计算到承台底面形心处:图5两孔重载时承台地面受力简图—对应于荷载效应标准组合时,上部结构传至承台底部的竖向力;—基底以上基础、土等的自重之和b情况2双线纵向主+附一孔轻载图6单孔轻载简图(尺寸单位mm)此时支座反力计算左跨部分由对称性右跨部分由对称性此时荷载计算到承台底面形心处:偏心距e=
1.7+
0.7=
2.4m—竖向合力和风力产生的偏心矩图7单孔轻载时承台底面受力简图
2.基础的选择与检算
(1)选定桩基类型考虑桩基为低承台,采用钻孔灌入桩,确定设计为端承桩
(2)选择桩材与桩径图8土层分布图a桩身采用C25混凝土b设计桩径采用d=1m,成孔桩径为
1.05m钻孔灌注桩,采用旋转式钻头c画出土层分布图如图8所示,选用强分化砂岩层为持力层,桩端进入持力层的临界深度为
1.5d=
1.5m,即桩端进入持力层要大于
1.5m,从承台底面到粗砂中密层底部深度为
19.10m,则取桩长l=22m桩底标高
12.13m,进入持力层
2.90md估算桩数(按双孔重载估算)估算公式式中—竖向承载力总和(kN);R—基桩的竖向承载力设计值;—经验系数由教材表5-6查得桩的极限侧阻力的标准值为软粘土=
1.22,=21kPa,=
2.59m;砂粘土=
0.43,=70kPa,=
8.45m;粗砂中密=74kPa,=8m;强分化砂岩=
2.4MPa,=
2.96m由教材表5-7查得桩的极限端阻力标准值为强分化砂岩h=25m,取=6300kPa故由于桩端端阻力承受主要竖向力,取,,故取,则估算桩数暂时取n=6根,验算后作必要调整
(3)拟定承台底面平面形状及尺寸查《铁路桥规》,当时,最外一排桩至承台底板边缘的净距不得小于
0.5d(设计桩径)且不得小于
0.25m,且钻孔灌注桩中心距不应小于
2.5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)图9桩在承台底面的布置(尺寸单位cm)由上图可知桩中心距在(3-4)d之间,所以桩端处地基中各桩传来的压力将相互重叠
(4)桩与承台连接方式采用主筋伸入式,桩伸入承台板内10cm,具体配筋见后面详述
(5)求R和桩数检验计算考虑群桩效应下的基础竖向承载力设计值R并检验桩数是否合适根据式(5-67)可知其中a求侧阻、端阻群桩系数这两个系数可根据由表5-20查得,但由于横向和纵向不相等,查表时应采取平均值,即以,按桩周为砂土,用内插法从表5-20得出b求承台底的土抗力群桩效应系数这个系数可按式5-70计算首先求出承台内区、外区的净__和承台底地基土净__可根据由表5-21内插法查得由于承台下的砂粘土属于高压缩性土,故按取值按和,用内插法得按式(5-70)得
(6)求桩顶荷载竖向力;承台高度h为2m,则承台所受的弯矩(绕y轴)绕轴方式水平向右为y轴,向上为x轴按式(5-60),各基桩所受的平均竖向压力设计值为按式(5-61),基桩最大和最小竖向压力设计值为
(7)基桩竖向抗压承载力验算基础偏心受压时,验算时要同时满足式(5-72)和式(5-73)两个条件,设计桩基的安全等级为一级,则建筑基桩重要性系数=
1.2验算如下两项验算均满足要求
(8)水平承载力检验水平力H=34kN水平力和竖向力的合力与铅垂线的夹角,故可以不验算基桩的水平承载力
(9)承台抗冲切验算设计承台厚
2.0m,冲切破坏锥体的有效高度a柱对承台的冲切验算根据公式(5-93),(5-94),(5-95)式中—作用于冲切破坏锥体上的冲切力设计值;—承台混凝土抗拉强度设计值;—冲切破坏锥体有效高度中线周长;—承台冲切破坏锥体的有效高度;—冲切系数;—冲跨比,,为冲跨,即柱(墙)边或承台变阶处到桩边的水平距离;当时,取;当,取,满足
0.2~
1.0;F—作用于柱或墙底的竖向荷载设计值;—冲切破坏锥体范围内各基桩的净反力(不计承台和承台上土自重)设计值之和设计一级桩基,由于在x方向,在y方向采用两者平均值,即,则m承台混凝土选用C30,抗拉强度设计值,则满足要求
(10)承台底面形心处的位移计算a设计荷载双线、纵向、二孔重载双线、纵向、一孔轻载b计算i.桩的计算宽度ii.计算基础变形系数α,∴铁路假定桩为弹性桩,则其计算深度深度内存在两层不同的土,则地基比例系数m的换算公式为其中,则∴而,则桩为弹性桩,按弹性桩计算c计算单桩桩顶刚度其中∴又,查表有∴i.计算承台刚性系数对于低承台桩基,承__全处于软塑砂粘土中,因此,承台的计算宽度为,∴ii.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,,则有由上式得承台形心位移荷载情况1—双线、纵向、二孔重载荷载情况2—双线、纵向、单孔重载
(11)桩基检算a群桩承载力检算(按双孔重载计算)将桩群看作一个实体基础,则实体基础为一台体,台体底面由于内摩擦角()较顶面放大,底面尺寸桩自重桩侧土重承台重承台部分土重b墩顶水平位移检算(按一孔重载)墩高H=
14.35m则墩顶位移c结构在土面处的位移(按一孔轻载)在《桥规》中查m、m0时,只适用于结构在地面处的最大位移为6mm,若超过6mm就不能采用“m”法进行计算,故需要对桩在土面处的位移进行检算墩身埋于土中高度∴可以用m法直接查表计算d桩身截面配筋设计(一孔重载)i.桩身弯矩计算∴任意深度z处桩身截面弯矩列表计算如下
00.
00010136.
248136.
2480.
20.
4770.
1970.
99816.
781135.
976152.
7570.
40.
9550.
3770.
98632.___
134.
341166.
4550.
61.
4320.
5290.
95945.
062130.
662175.
7240.
81.
9090.
6460.
91355.
029124.
394179.
4231.
02.
3870.
7230.
85161.
588115.
947177.
5351.
22.
8640.
7620.
77464.
910105.
456170.
3661.
43.
3410.
7650.
68765.
16693.
602158.
7681.
63.
8190.
7370.
59462.
78180.
931143.
7121.
84.
2960.
6850.
49958.
35167.
988126.
3392.
04.
7730.
6140.
40752.
30355.
453107.
7562.
25.
2510.
5320.
3245.
31843.
59988.
9172.
45.
7280.
4430.
24337.
73733.
10870.
8452.
66.
2050.
3550.
17530.
24023.
84354.
0842.
86.
6830.
270.
1223.
00016.
35039.
3493.
07.
1600.
1930.
07616.
44110.
35526.
7953.
58.
3530.
0510.
0144.
3441.
9076.
2524.
09.
547000.
0000.
0000.000由表知ii.计算偏心距初始偏心距偏心距放大系数其中,影响系数计算长度,(为变形系数)主力+附加力,所以K=
0.6则∴
3.基础配筋根据灌注桩构造要求,桥梁桩基主筋宜采用光圆钢筋,主筋直径不宜小于16mm,净距不宜小于120mm,且任一情况下不得小于80mm,主筋净保护层不应小于60mm在满足最小间距的情况下,尽可能采用单筋、小直径的钢筋,以提高桩的抗裂性,所以主筋采用I级钢筋桩身混凝土为C25,根据《桥规》规定,取=
0.5%则选用16φ18的Ⅰ级钢筋,,取净保护层厚度,采用对称配筋,则主筋净距为,符合要求桩与承台的联结方式为主筋伸入式,桩身伸入承台板
0.1m,主筋伸入承台的长度(算至弯钩切点)对于光圆钢筋不得不小于45倍主筋直径(即810mm),取900mm主筋应配到4/α处以下2m处(约为
11.55m)取其长度为12m,则主筋总长为13m箍筋采用Φ8@200mm,为增加钢筋笼刚度,顺钢筋笼长度每隔2m加一道φ18的骨架钢筋桩身截面配筋如设计图纸
(1)判断大小偏心n=16,换算截面__换算截面惯性矩核心距故属小偏心构件
(2)应力检算小偏心构件,全截面受压,则应力合格
(3)稳定性检算桩计算长度查表取得Φ=
1.0,m=
12.4则稳定性满足要求
(4)单根桩材料表a钢筋直径mm根数单根长m单重kg/m总长m总重kg受力纵筋1816132208416环向箍筋
8652.
760.
395179.
470.86骨架钢筋
1862.
65215.
931.80b混凝土等级直径m长m体积m3桩C
251.
052219.050
五、施工图绘制设计结果应表示为施工图图纸统一用标准A3图幅(297mm420mm)标题栏的形式如下西南交通大学土木工程系班级姓名(图名)指导教师日期标题栏长度设计为150mm,左起第一栏长100mm,第二栏和第三栏各长25mm;高度设计为30mm,各行均分图纸内容如下
1.基础结构图;
2.基础配筋图各图纸应包括图纸说明和工程数量表
六、规范及参考书1.中华人民___国家标准.建筑地基基础设计规范,GB50007—20022.中华人民______标准.铁路桥涵地基基础设计规范,T__2-993.赵明华主编,徐学燕副主编.基础工程.高等教育出版社,20034.__钏主编,罗书学副主编.基础工程.中国铁道出版社,2000。