基础工程课程设计(西南交通大学).docx

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1、课程名称：基础工程设计题目：1#桥墩独立基础设计院 系：专 业：年 级：姓 名：指导教师：西南交通大学峨眉校区2017年4月20日第一部分：基本资料31.1设计题目31.2设计目的31.3基础资料3 1、设计的任务及建筑物的性质和用途3 2基本资料41.4设计依据61.5设计要求6第二部分柱下独立刚性基础设计72.1确定合理的基础埋置深度72.2基础尺寸初步拟定72.3作用在基础上的荷载7（一）主力7（二）纵向附加力（水平力）122.4浅基础的设计计算14附录一：滑动及倾覆稳定性计算表16附录二：刚性基础横断面、平面及立面图17第一部分：基本资料1.1设计题目本课程的题目是“1#桥墩独立基础设

2、计”1.2设计目的柱下独立基础是桥梁工程中的常用基础形式之一，在工程中应用范围较广。 为系统掌握此类基础的设计方法，通过本次课程设计应全面掌握柱下独立基础设 计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）和公路桥涵设计通用规范（JTG D602004） 的有关规定，并初步具备独立进行该类基础设计的能力。1.3基础资料 1、设计的任务及建筑物的性质和用途设计任务：根据已有建筑物的图样，所受上部结构的荷载、地质和水文地质 情况，遵照“中华人民共和国铁路桥涵地基和基础设计规范TB10002.52005” （公路桥涵设计通用规范JTG D60

3、2015）设计某铁路（公路）干线上跨越某 河流的桥梁之1#号桥墩的地基和基础。建筑物的性质和用途：该桥梁为等跨度32m，梁全长32.6m，梁端缝0.1m， 梁高3.0m，梁宽铁路按单线布置，公路按双线布置m，梁及上部体系自重按870KN 计，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 0.09m。桥面系为无渣桥面（公路不管有砟无砟），并设双侧人行道人行道宽1m， 荷载定为3KN/m2，桥墩为混凝土实体桥墩，该桥位于直线平坡段上，与河流正 交，该地区无流冰及地震，该河道不通航。该桥除了为

4、铁路（公路）客货运服务外，亦为附近居民来往的通道。设计依“中华人民共和国铁路桥涵地基和基础设计规范TB10002.52005” （“公路桥涵设计通用规范JTG D602015”）进行设计，活载按铁路标准活 载，即“中一活载”或（公路标准荷载）。 2基本资料场地地形图及钻孔布置图（单位：m）水平比例尺1： 1000高水位：1420m施工水位：1320m常水位：1320m一般冲刷深度：河底以下1.50m局部冲刷深度：河底以下5.50m三、建筑物地区水文、地质情况（钻孔柱状剖面图）地质情况：第1号钻孔（使用的）第2号钻孔土编的名 称图例土土 顶面 标高 (m)土厚度(m)# 13粘砂土138.01#

5、 4粘土137.02.5# 11粘土134.51土 土 编 号土 的 名 称图例土土 顶面 标高 (m)土 土 厚 度 (m)# 13粘砂土1130.01# 4粘土129.02.5# 11粘土6126.5水文情况：高水位：1420m施工水位：132.0m常水位：1320m一般冲刷深度：河底以下1.50m局部冲刷深度：河底以下5.50m四、土的物理力学性质表如下：土的力学性质表土土编号土的名称土粒比重G s孔隙比e饱和度S r液限吧塑 限 %内摩擦角(P内聚力C (KPa)渗透系数K# 13粘砂土2.710.8630.9631.325.623158.1X10-5# 4粘土2.740.9360.9

6、8402116365.3X10-7# 11粘土2.720.6261.00412318.5604.3 X 10-5五、作用在桥墩上的荷载桥梁试样及跨度作用力垂直荷载水平荷载纵向力横向风力恒载活载制动力风力墩 帽 墩 身 承 台 重桥 梁 自 重一孔活载二孔活载钢梁上风力墩帽上风力墩身上风力列车风力钢梁上风力墩帽上风力墩身上风力重载轻载满载空车一孔活载孔活载上 承 板 梁 32m力 (KN )870/常水位高水位力 臂 x/y (m)0/常水位高水位六、墩帽尺寸简图及墩身坡度墩帽宽=240cm墩帽长b=546cm墩帽厚d= 52cm墩身坡1：m=1:20如右图：单位cm七、补充资料墩帽顶面在高水位

7、以上 3.72m。风力：w=800Pa八、设计方案该基础拟采用刚性基础或柔性基础，分别进行设计。1、采用刚性基础，试确定基础埋深，并设计该刚性基础2、采用柔性基础，高度取0.8m，基础埋深与基底尺寸同1，试设计该柔性 基础（验算基础高度，进行抗弯检算与配筋）。1.4设计依据1、铁路桥涵地基和基础设计规范（TB 10002.5-2005）或（“公路桥涵设计通用规范JTG D602015”）1.5设计要求检算相关内容，设计满足要求的刚性及柔性基础，绘制基础横断面、平面及 配筋图。该课程设计主要按如下步骤进行：1、熟悉地基条件及上部结构资料；2、确定合理的基础埋置深度；3、确定地基承载力；4、确定基

8、础底面尺寸，验算地基承载力；5、基础其它验算（偏心距、抗倾覆）；6、确定基础高度和构造尺寸；7、绘制基础横断面、平面及立面图。第二部分柱下独立刚性基础设计2.1确定合理的基础埋置深度地基持力层的确定需要在各土层中找一个埋得较浅、压缩性较低、强度较高 的土层作为持力层。且一般冲刷深度为河底以下1.50m，局部冲刷深度为河底以 下5.50m。在冲刷总深度大于3m时，埋深安全值为冲刷线下2.5m。综合考虑可 选取该基础的埋置深度h :h = 8m2.2基础尺寸初步拟定墩身高H = 1573- 53 - 800 + 600 = 1320cm，基础顶部标高取至地表xxxxm， 基础底部标高xxxxm。空

9、心桥墩底面尺寸 l = 5.26 + (13.2 : 20 + 1.1)x 2 = 7.02mb = 2.2 +13.2 : 20 x 2 = 3.52m根据桥墩底面尺寸和刚性角要求，初步拟定矩形混凝土基础2层台阶式分 布。尺寸为7.5x4.5x1、8.5x5.5x1。2.3作用在基础上的荷载(一)主力1. 竖向荷载 桥跨结构自重N1梁及上部结构重量：870kN% = 870 + 32.6 x 3 x 1x 2 = 1065.6kN 顶帽自重N2体积：V2 = (240 x 306 +1202 x 兀)x 52 = 6.17m3重量：N2 = 6.17 x 25 = 154.3kN 墩身自重N

10、3墩身高 21.2m；顶面积 A/ 306x 220 + (220 + 2)2 x兀=10.53m2 ； 底面积 A2 = 3.06 x(1.1 +13.2 + 2)x 2 + 兀(1.1 + 0.66) = 20.5m 2 体积：匕=3 x13.2 x (10.53 + 20.5 + J10.53 x 20.5) = 201.22m3 重量：N2 = 194.76 x 23 = 4479.48kN 基础重量N4V = (7.5 x 4.5 + 8.5 x 5.5) x1 = 80.5m3N = 80.5 x 23 = 1851.5kN 4 基础上土体重量N5基顶上覆盖土壤的面积为：第一层台阶

11、=7.5 x 4.5 - 20.5 = 13.25m2第二层台阶=8.5 x 5.5 - 7.5 x 4.5 = 13m2N5 = 13.25 x|18.8 x1+18.61x 2.5 + (6 - 3.5) x 20.17 +13 x18.8 x1+18.61x 2.5 + (7 - 3.5) x 20.17 = 3300.65kN 浮力N6高水位处之墩身截面积=3.06 x (1.1+ 2x 0.16) +兀x1.262 = 12.7m2 墩底面积=20.5m 2则桥墩浸入水下体积：高水位时：V = 3x8x(12.7 + 20.5 + J 12.7x20.5)= 131.57m3故浮力为

12、：高水位时：n = (V + V)x10 = 2078.24N6642. 竖向活载用于进行主力加纵向附加力组合的有：1）二孔重载，如图2：活载竖向力R最大，水平力也可能最大，所得作用 于基地之竖向力N及力矩M最大，故此种活载图式控制纵向基地压力检 算。2）二孔满载，如图3：活载竖向力较大，水平力（控制力）最大，故也用 来检算纵向基底压应力。3）一孔重载，如图4：支点反力最大且又有偏心作用，水平力（牵引力） 最大，此种图式作用于墩顶之水平力及力矩最大，故用以检算墩顶位移4）一孔轻载，如图5：水平力最大，但支点反力不如前者大。此种图式算得之基地上竖向力N最小，力矩M较大，故控制偏心及稳定性检算用于

13、进行主力加纵向附加力组合的有：1) 二孔空车活载，如图6：用于检算横向倾覆及滑动稳定性2) 二孔满载：用于检算横向倾覆及滑动稳定性、基底压应力及偏心图1二孔重载图2二孔满载92kN/m7,5 -5 ,土 220k1111H HNJ U HHU HI U J U)_32胃_327_图3一孔重载_ 7.5 _-22DkNmi92kN/mhi m w i w mn h h 111f_32里3177图4一孔重载10kN/m1132时rn132.71 图5二孔空车活载现将竖向活载计算如下：令基底横桥方向中心轴为X - 轴，顺桥方向中心轴的J - J轴 二孔重载根据G = G确定最不利荷载位置X，本桥梁为

14、等跨梁，故G1=G2，其中G1 12和G2分别为左右两跨上的活载重量，则：G1 = 5 x 220 + 92 x(32 + 0.3 + 0.05 - 7.5 - x)= 3386.2 - 92xG = 92 x (30 - 32.35 + x + 7.5) + 80 x (32.7 - 30 + 32.35 - x - 7.5) 2解得 x=6.81 m则支点反力为R1、R为R1= $ 5 x 220 x (6.81+3)+92x18.04 x (18.04/2+7.5+6.81) = 1547.23S1R2 = _ x92 x11.96 x (32.7-0.35-11.96/2)+80x 2

15、0.74 x(20.74/2-0.35) = 1426.72S竖向活载：N7 = R1+ R2 = 1547.23 +1426.72 = 2973.95kN对基底 x - x 轴之力矩：M 7 = 0.35R - R) = 42.18 kN - m 二孔满载支点反力R及R:12R = 5 x 220 x (2 x 1.5-0.35)+92 x (32.7 - 7.5) x (32.35-1(32.7-7.5) = 1521.98kN1 3221 r ( 1、一R = x 92 -x32.7 0.35 x32.7 =1510.78kN2 32 2J活载：N8 = R1+ R2 = 1521.98

16、 +1510.78 = 3032.76kN对基底 X-X 轴之力矩：m = 0.35(R -R ) = 3.92 kN-m8 12 一孔重载支点反力R:1R =上 x 5 x 220 x (32.35 - 3) - 0.5 x 92 x 0.32 + 92 x (32.7 - 7.5)x (32.7 - 7.5)/2 - 0.35) 3 2= 1896.42kN竖向活载为：N =R =1896.42kN9 1对基底尤-尤轴之力矩：M =0.35x1896.42=663,75 kN -m、9 一孔轻载支点反力与二孔满载的R相同，即R =1521.9831 1竖向活载为：N =R =1521.98

17、kN10 1对基底 x-x 轴之力矩：M = 0.35x 1521.98 = 532.69kN -m10 二孔空车支点反力：R =R =!/2x32.7xl0 = 163.5kN12竖向活载为：N =R +R = 163.5x2 = 327KN11 12对基底x-*轴之力矩：M =0 o11(二)纵向附加力(水平力)1.制动力 二孔重载的制动力H% = 10% 220 x5 + 92x(32.35 - 7.5 - 6.81)+ 10% 2x 30-(32.35 - 7.5 - 6.81) + 80x 32.7 -(30-18.04)50% = 413.7 W但不大于 1。 22。x 5 + 9

18、2 x(32.7 7.5) = 341.84的故取 H = 341.84kN对基底x-工轴之力矩：M = 341.84x(15.72+0.09)= 5404.49W-mH1 二孔满载制动力H2H2 = 341.84kN对基底xf 轴之力矩：=341（15.72 +。.。9）=5404.m 一孔重载制动力H3H 3 = 341.84kN对基底 x f 轴之力矩：Mh,= 341（15.72+。.。9）=54。4.4啊.mH4 = 341.84kN对基底x- x轴之力矩:Mh： 341-84X(15-72+。.。9)= 5kN -m 二孔满载制动力H22.纵向风力对列车，桥面系和各种上承梁不计其纵

19、向风力。桥墩按实际受风面积乘以风 载强度计算其所受纵向风力。本桥所在地区之基本风压值为500Pa,由表1-16 知,K1=1.1,因轨顶离水面之高度小于20m,故K2=1.0,桥址位于空矿平坦地区，故 K3=1.0,风载强度按下式计W=KK2K3W。=1.1 X1X 800=0.88kPa桥上有车时按上式求得的W的80%计算，并且不大于1250PaW=0.8 x 0.88=0.704kPa顶帽风力H5H 5 = W x A = 0.704 x 0.52 x 5.46 = 2.00kN对基底x -x轴之力矩：/0.52)Mh5=2 q15,2+亍尸30,9 kNm墩身风力H 6常水位时：迎风面积

20、=2 X(5.26 + 6.58)X 13.2 =双展H 6 = W x A = 0.704 x 78.144 = 55.01kN对基底x-x 轴之力矩：Mh =55.1x(13.2/2 + 2) = 445.6kN-m高水位时:迎风面积=1X 5.26 X 5.58 x 3.2 = 17.344m 22H 6 = W x A = 0.704 x 17.344 = 2.2kN对基底x-x 轴之力矩：M =12.21x(1.6 + 12)= 166.06*Nm h62.4浅基础的设计计算1. 基础本身强度检算由“中华人民共和国铁路桥涵地基和基础设计规范TB10002.52005 ”进行 构造验算

21、：(7.5 -7.02)/2 = 0.12 v tan35 = 0.7(4.5 -3.52)/2 = 0.245 tan35 = 0.7 ；22(8.5 - 7.5 )/2，(5.5 - 4.5 )/2=0.25 tan 45 = 1= 0.25 tan 45 = 122OO基础纵向横向的刚性角a都满足aa的要求，故纵、横向皆能满足基础 圬工强度要求2. 基地压应力及偏心检算h = 8m，采用浮容重，地基土的容许承载力：。=。+ ky (b-2)+ k y (h-3)0112 2基础持力层为中砂，查表可得In 0= 420 - 0y6 X 20 = 414.8kPa，匕=0, k2 = 2.5

22、18.8 x1+18.61x 2.5 + (8 - 3.5) x 20.17la =414.8+2.5 xx (8 -3) = 658.69kPa8当荷载为主力附加力时，可提高20%。卜=1.2x658.69 = 790.43kPa3. 基础之滑动及倾覆稳定性计算详见附表一4. 软弱下卧层强度的检算基地以下不存在软弱下卧层，故不需要进行检算。5. 该桥为简支梁桥,地质条件简单，故只要基底压应力小于,可不必进行沉 降检算。检算结果表明都符合要求。本桥位于直线上，通常直线桥由主力加纵向附加力控制设计。本设计中，控制各项检算顶目的最不利荷载组合分别为：基底压应力：其最不利荷载组合为主力加纵向附加力一

23、一二孔重载，常水位，计 浮力基底处竖向合力偏心距:主力加纵向附加力孔轻载，低水位计浮力。基础之倾覆及滑动稳定性:其最利荷载组合为主力加纵向附加力一一一孔轻载， 高水位浮力。本桥为小跨度桥（I =32m），墩身也不高（15m高），因此可以不检算墩顶位移。附录一：滑动及倾覆稳定性计算表检算项目倾覆及滑动稳定 性活载布置图示一孔轻载一孔轻载水位高水位，计浮力常水位，计浮力力或力矩N或HMN或HM主力（竖向力）竖向荷载 N1+N2+N3+N4+N58422.630.008422.630.00水浮力N6-2078.240.00-1190.750.00竖向活载N7或M7, N8或M8, N10或M1015

24、21.98532.691521.98532.69附加力（水平力）制动力或牵引力H1或MH1, H2或MH2, H4或MH4341.845404.49341.845404.49顶帽风力H5或MH52.0030.902.0030.90墩身风力H6或MH612.21166.0655.01445.61s N(kN )或】M(kN.m)7866.376134.148753.866413.69S H(Kn)356.05398.85抵抗倾覆弯矩=b/2* S (N)(kN.m)29577.54倾覆稳定系数 K0=b/2* SN/SM4.82容许最小倾覆稳定系数1.50基底摩擦力=f*SN2359.91滑动稳定系数 Kc=f*SN/SH6.63容许最小滑动稳定系数1.30基底面积A79.56基底截面模量Wx-x （m，）99.72。max= S N/A+ S M/Wx-x (kPa)174.34。min= S N/A- S M/Wx-x(kPa)51.00地基容许应力。（kPa）790.43竖向合力偏心e=SM/SN（m）0.73容许偏心e=b/6(m)1.25附录二：刚性基础横断面、平面及立面图