土力学与地基基础.docx

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1、土力学与地基基础土力学与地基基础 桥梁工程钻孔灌注桩基础设计 课程设计 班 级 姓 名 学 号 指导老师 1. 桩基础类型的选择 . 3 1.1. 承台底面标高的考虑 . 3 1.2. 柱桩桩基和摩擦桩桩基的考虑 . 3 1.3. 桩型与成桩工艺 . 3 2. 桩径、桩长的拟定 . 4 3. 估算单桩承载力特征值： . 4 4. 确定基桩根数及其平面布置 . 4 4.1. 桩的根数估算 . 4 4.2. 桩间距的确定 . 4 4.3. 桩的平面布置 . 5 5. 计算桩的荷载及其位移 . 6 5.1. 桩的计算宽度 . 6 5.2. 计算桩的变形系数 . 6 5.3. 单排桩柱式桥墩承受桩柱顶

2、荷载时的作用效应及位移的计算弯矩 . 7 6. 多排竖直桩柱式桥墩承受柱顶荷载时的作用效应及位移的计算 . 8 6.1. 桩顶作用单位“力”时桩顶产生的变位 . 8 6.2. 任一桩顶发生单位变位时，桩顶产生的作用效应 . 9 6.2.1. 延轴线单位位移时，桩顶产生的轴向力 . 9 6.2.2. 垂直桩轴线方向单位位移时，桩顶产生的水平力 . 9 6.2.3. 垂直桩轴线方向单位位移时，桩顶产生的弯矩 . 9 6.2.4. 桩顶单位转角时，桩顶产生的水平力 . 10 6.2.5. 桩顶单位转角时，桩顶产生的弯矩 . 10 6.3. .承台发生单位变位时，所有桩对承台作用“反力”之和 . 10

3、 6.3.1. 承台产生竖向单位位移时，桩顶竖向反力之和 . 10 6.3.2. 承台产生水平向单位位移时，桩顶水平反力之和 . 10 6.3.3. 承台桩顶水平反力之和或水平方向产生单位位移时，桩顶反弯矩之和 . 10 6.3.4. 承台发生单位转角时，桩顶反弯矩之和 . 10 6.4. 承台变位 . 11 6.4.1. 竖直位移 . 11 6.4.2. 水平位移 . 11 6.4.3. 转角 . 11 6.5. 桩顶作用效应 . 11 6.5.1. 任一桩顶轴向力 . 11 6.5.2. 任一桩顶剪力 . 12 6.5.3. 任一桩顶弯矩 . 12 6.6. 地面或局部冲刷线处桩顶截面上的

4、作用 . 12 6.6.1. 水平力 . 12 6.6.2. 弯矩 . 12 6.7. 承载力验算 . 12 6.7.1. 单桩承载力验算 . 12 6.8. 桩基础整体承载力的验算 . 13 7. 配筋. 13 7.1. 桩配筋图 . 13 7.2. 承台配筋图 . 15 1. 桩基础类型的选择 选择桩基础类型时，应根据设计要求和现场的条件，并考虑各种类型桩基础具有的特点，综合分析选择。 1.1. 承台底面标高的考虑 低承台稳定性好，但在水中施工难度较大，因此可用于季节性河流、冲刷小的河流或旱地上其他结构物的基础。对于常年有流水，冲刷较深，或水位较高，施工排水困难。根据当地情况，应选用高承台

5、。标高1.8米。 1.2. 柱桩桩基和摩擦桩桩基的考虑 柱桩和摩擦桩的选择主要根据地质和受力情况确定。柱桩桩基础承载力大，沉降量小，较为安全可靠。因当地埋置较深，受施工条件的限制不宜采用柱桩，应采用摩擦桩。 1.3. 桩型与成桩工艺 根据设计要求和当地实际情况，选用钢筋混凝土灌注桩，采用回转转进的施工工艺。 2. 桩径、桩长的拟定 考虑到荷载的大小、现场条件、桩周边土的阻力状况、桩基类型与结构特点，初步将桩径拟定为0.8米，将桩长拟定为11米。 3. 估算单桩承载力特征值： 利用公式8-3计算摩擦钻孔灌注单桩轴轴向容许承载力： n1P=Uliti+lm0As0+k2g22i-1(h-3) 计算

6、得单桩轴向容许承载力P为2370.949KN。 4. 确定基桩根数及其平面布置 4.1. 桩的根数估算 n=mNP 计算得n=3.4 故取桩的根数为4根。 4.2. 桩间距的确定 摩擦桩的群桩中心距，从受力角度考虑最好是使各桩端平面处压力分布范围不相重叠，以充分发挥其承载能力。根据这一要求，经试验测定，中心距定位6d。但桩距如果采用6d就需要很大面积的承台，但是桩距又不宜过近，因为过近会使桩端平面处相邻桩作用于土的压应力重叠过多，使土体挤密而使桩挤不下去，根据经验规定打入桩的桩端平面处的中心距不小于3d。根据现场数据取中心距为5d，即中心距定为3米。 4.3. 桩的平面布置 为了避免承台边缘距

7、桩身过近而发生破裂，应控制边桩外侧到承台边缘的距离。根据相关规定，取边桩外侧到承台边缘的距离为0.6米.桩与桩之间的间距为4米。 根据书本111页对于桩基础承台厚度的要求，承台厚度宜为桩直径的1.02.0倍，且不小于1.5米，故取承台厚度为1.8米，混凝土强度等级选择C30. 5. 计算桩的荷载及其位移 5.1. 桩的计算宽度 因为d1.0m b1=kkf(1.5d+0.5) kf=0.9 查表得b1-bk=b+ 0.6=0.6 由于L10.6h1，所以K取1.0。根据公式计算宽度为1.94米。 5.2. 计算桩的变形系数 m1=15MN/m4m2=100MN/m4h1=2.7mh2=8.3m

8、hm=2(d+1)=2(0.8+1)=3.9m=2m1h+m21(h1(2h1+h2)h24m=94.84MN/ 2+h2)查相关资料得Ec为30000Mpa 由得EI=0.8ECI，得EI5为4.825109N/m2 a=5mb0=EI9.4841071.9-1=0.51m 4.835109ah=0.5113=6.632.5 因为L2.5/a,桩的相对刚度较小，所以必须考虑桩的实际刚度，故按弹性构件来计算。 5.3. 单排桩柱式桥墩承受桩柱顶荷载时的作用效应及位移的计算弯矩 剪力：H0=H=364.7KN H0=1时水平位移 d(0)HH(B3D4-B4D3)+kh(B2D4-B4D2)1=

9、3 aEI(A3B4-A4B3)+kh(A2B4-A4B2)(-11.73066)(-15.07550)+01=KN/m360.514.82510(-1.61428)(-0.35762)-9.24368(-11.73066)+0-6=3.810KN /mH0=1时转角 (0)dMH=(A3D4-A4D3)+kh(A2D4-A4D2)1a2EI(A3B4-A4B3)+kh(A2B4-A4B2)+0(-1.61428)(-23.14040)-9.24368(-15.0755)1KN/m =0.5124.825106-1.61428-0.35762-9.24368-11.73066+0)()()(=

10、1.310-6KN/m M0=1时水平位移 d=(0)HM=d(0)MH(B3D4-B4D3)+kh(B2D4-B4D2)1=2 aEI(A3B4-A4B3)+kh(A2B4-A4B2)(-15.07550)+0(-11.73066)1KN/m 260.514.82510(-1.61428)(-0.35762)-9.24368(-11.73066)+0=1.910-6KN/m M0=1时转角 (0)dMM=(AC-A4C3)+kh(A2C4-A4C2)134aEI(A3B4-A4B3)+kh(A2B4-A4B2)=1(-1.61428)(-17.91860)-9.24368(-15.0755)

11、+0KN/m 0.514.825106(-1.61428)(-0.35762)-9.24368(-11.73066)+0=6.210-7KN/m 6. 多排竖直桩柱式桥墩承受柱顶荷载时的作用效应及位移的计算 6.1. 桩顶作用单位“力”时桩顶产生的变位 H=1时水平位移 2l0(0)(0)(0)dHH=+dMMl0+2dMHl0+dHH3EI0.72-7-6-6=+6.2100.7+21.9100.7+3.810KN/m634.82510-6=6.0810KN /mH=1时转角 2l0(0)(0)dMH=+dMMl0+dMH2EI0.72-7-6=+6.2100.7+1.310KN/m 624

12、.82510=1.7810-6KN/m M=1时水平位移 2l0(0)(0)dHM=dMH=+dMMl0+dHM2EI0.72=+6.210-70.7+1.910-6KN/m 624.82510=2.3510-6KN/m M=1时转角 dMMl0(0)=+dMMEI0.7-7=+6.210KN/m 64.82510=7.6510-7KN/m 6.2. 任一桩顶发生单位变位时，桩顶产生的作用效应 6.2.1. 延轴线单位位移时，桩顶产生的轴向力 rpp=11=12716.3KNl0+xh1.4+0.510.311+6EAC0A02.24100.16p10.310012.456.2.2. 垂直桩轴

13、线方向单位位移时，桩顶产生的水平力 rHH=dMMdHHdMM-(dHM)2=7.6510-76.08107.6510-(2.3510-6-7-62)KN =-8.7105KN/m 6.2.3. 垂直桩轴线方向单位位移时，桩顶产生的弯矩 rMH=dMHdHHdMM-(dMH)2=1.7810-66.08107.6510-(1.7810-6-7-62)KN/m =1.2106KN/m 6.2.4. 桩顶单位转角时，桩顶产生的水平力 rHM=rMH=1.2106KN 6.2.5. 桩顶单位转角时，桩顶产生的弯矩 rMM=dHHdHHdMM-(dMH)2=6.0810-66.08107.6510-(

14、1.7810-6-7-62)KN/m =4.1160KN /m6.3. .承台发生单位变位时，所有桩对承台作用“反力”之和 6.3.1. 承台产生竖向单位位移时，桩顶竖向反力之和 gcc=nrpp=412716.3=50865.2KN 6.3.2. 承台产生水平向单位位移时，桩顶水平反力之和 56g=nr=4-8.710KN=-3.8410KN aaHH6.3.3. 承台绕原点O产生单位转角，桩顶水平反力之和或水平方向产生单位位移时，桩顶反弯矩之和 66g=g=-nr=-nr=-41.210KN/m= -4.810KN/m abbaHMMH6.3.4. 承台发生单位转角时，桩顶反弯矩之和 gb

15、b=nrMM+rppKixi2=44.1106+1675(22+22)KN/m=1.6413107KN/m 6.4. 承台变位 6.4.1. 竖直位移 c=Pgcc7346.8=m=0.141m 50865.26.4.2. 水平位移 a=gbbH-gabHgaagbb-(gab)2=1.6413107364.7-(-4.8107)4824.5(-3.8410)1.641310-(-4.810)6762m 3=-2.716-1m0 6.4.3. 转角 b=gaaH-gabHgaagbbab-3.8410)364.7-(-4.810)4824.5(=m -(g)(-3.8410)1.641310-

16、(-4.810)6626762=-1.710-4m 6.5. 桩顶作用效应 6.5.1. 任一桩顶轴向力 当Xi值在坐标原点O以右 Ni=(c+bxi)rpp=(0.14-1.710-42)12716.3KN=1984.75KN 当Xi值在坐标原点O以左 Ni=(c+bxi)rpp=(0.4-1.710-4-2)12716.3KN=1990.45KN 6.5.2. 任一桩顶剪力 Qi=arHH-brH=HMn364.7=KN=91.17 5KN46.5.3. 任一桩顶弯矩 Mi=brMM-arMH=1.410-44.1106-(-2.71610-3)1.2106KN/m=1834.5KN/m

17、6.6. 地面或局部冲刷线处桩顶截面上的作用 6.6.1. 水平力 H0=Qi=91.17 5KN6.6.2. 弯矩 M0=Mi+Qil0=1834.5+91.1751.8KN/m=1803.36KN/m 6.7. 承载力验算 6.7.1. 单桩承载力验算 N7346.8=KN=1841.2KNn4H364.7Q=KN=91.175KN i n4M4824.5Mi=KN/m=1206.125KN/m44Pi= 根据公式Nmax+GkP计算得 1841.2+(251.3+255.6)=2013.7KN2108.27KN故单桩承载力满足要求 6.8. 桩基础整体承载力的验算 根据公式smax=N+GM+ks对桩基础整体承载力进行验算： AW35.4m=8.8m44J35.4b=b0+2ltan=5+211tanm=8.8m44a=a0+2ltan=5+211tanJs=s0+K1g1(b-2)+K2g2(h-3) =500+0619.5kP1=1akP1a7 87346.8+(251.3+255.6)4824.5+kPa=93.903kPa 666816 smax=因为smaxks，所以桩基础整体承载力满足要求。 7. 配筋 7.1. 桩配筋图 7.2. 承台配筋图