基础工程课程设计交通土建

发布 2022-10-03 11:28:28 阅读 2976

桩基础设计计算说明书。

一、桩基础类型的选择。

基岩为下震旦系龙北溪组地层,属硬质岩,弱风化岩石承载力2000-3000kpa,微分化岩石承载力大于4000kpa,为良好的桥基持力层,因此选用端承桩。对于常年有流水的河流,为方便施工排水和减小施工难度,拟采用高桩承台,桩截面采用圆形。

二、桩径、桩长的拟定。

一)桩径拟定。

端承桩直径拟采用d=0.5m。

二)桩长拟定。

确定桩长的关键在于选择端庄持力层,应尽可能选择压缩性低、强度较高的土层作为持力层,本设计中持力层厚度约为15.90-22.10m,因此端承装桩长拟采用l=20m。

三、确定基桩根数及其平面布置。

一)桩的根数估算。

一个基础所需桩的根数可根据承台底面上的竖向荷载和单桩承载力容许值按下式估算:

n≥u式中:n---桩的根数。

n---作用在承台底面上的竖向荷载(kn)

【ra】--单桩承载力容许值(kn)

u---考虑偏心荷载时各桩受力不均而适当增加桩数的经验系数,取1.2

其中:ra】=c1apfrk

c1---根据清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的端阻发挥系数,取0.6

ap---桩端截面面积(m2)

frk---桩端岩石饱和单轴抗压强度标准值(kpa)

依次带入数据计算得:

n≥u=1.2=3.24

取n=4二)、桩间距的确定。

支承或嵌固在基岩中的钻(挖)孔中心距,不应小于桩径的2.0倍,由于2d=1.0m,可取桩距等于1m。

为了避免承台边缘距桩身过近而发生破裂,并考虑桩顶位置允许的偏差,边桩外侧到承台边缘的距离,对于桩径小于或等于1.0m的桩不应小于0.5倍的桩径,且不小于0.

25m,由于0.5d=0.25m,所以,可取边桩外侧到承台边缘的距离为0.

30m。

三)、桩的平面布置。

多排桩稳定性好,抗弯刚度较大,能承受较大的水平荷载,水平位移小。对较高的桥台、拱桥桥台、制动墩和单向水平推力墩基础则常需用多排桩。综合考虑最小桩距等构造要求,对桩基受力有利,各桩受力均匀,充分发挥每根桩的承载能力等因素,桩在平面上布置形式为多排行列式。

四、桩基础设计计算与验算内容。

(一)单根基桩的验算。

1.单桩轴向承载力验算。

1按地基上的支承力确定和验算单桩轴向承载力。

检查单桩容许承载力,应以最不利荷载组合计算出受轴向力最大的一组基桩进行验算:

nmax+g≤[ra]

已知c20混凝土的重度γ=25kn/m3

自重g=alγ=0.196×20×25=98kn

nmax+g=+98=3098kn≤[ra]=4441kn

2.桩的计算宽度b1:

b1=k*kf*(1.5d+0.5)

已知:kf=0.9,d=0.5,l1=1.0m,h1=3(d+1)=4.5m,n=2,b2=0.6。

k=b2+×=0.6+×=0.748

b1=0.748×0.9×(1.5×0.5+0.5)=0.84(m)

3.桩的变形系数α

式中:地基土水平向抗力系数的比例系数m=120000(kn/m4)

桩身混凝土强度等级设为c20,则其受压弹性模量ec=2.6×107mpa

e=0.8ec=0.8×2.6×107=2.08×107(kn/m4)

i=πd4/64=0.003(m4)

α==1.1(m-1)

桩在局部冲刷线以下深度h=13m,其计算长度则为: =h= 1.1×13=14.3>2.5

按弹性桩计算。

4.桩顶刚度系数ρpp、ρhh、ρmh、ρmm值计算。

pp=1/(+

l0=6(m),h=13(m),ε1,a==0.196(m2)

c0=m0h=120000×13=1.56×106(kn/m3)

a0=π(h*tan)2=π(13×tan)=4.25(m2)

a0=s2=×2.52=4.91(m2)

故取a0=4.25(m2)

pp = 1

= 0.21×106=3.365ei

已知: =h=1.1×13=14.3(>4),取用4。

=αl0=1.1×6=6.6

查附表得:xq=0.02023,xm=0.08552, m=0.47322。由公式(4-86d)得:

ρhh=α3ei xq=0.0269ei

ρmh=α2ei xm=0.1035ei

ρmm=αei m=0.521ei

5.计算承台底面原点o处位移a0、c0、β0(单孔活载+恒载+制动力等)

由式(4-91)、(4-92)、(4-93)得:

c0 =n/(nρpp)=12000/(4×3.365ei)=

a0 =nρmm +ρppxi2 = 4×0.521ei + 3.365ei×4×1.252 = 23.12ei

nρhh = 4×0.0269ei = 0.1076ei

nρmh = 4×0.1035ei = 0.414ei

n2ρ2mh = 4×0.1035ei)2 = 0.1714(ei)2

因此a0 =

β0 = nρhhm + nρmhh)/

6.计算作用在每根桩顶上的作用力pi、qi、mi

按式(4-97)计算:

竖向力pi =ρpp(c0 xiβ0)= 3.365ei×(1.25×)

4531.70kn or 1468.29kn

水平力qi =ρhh a0 -ρmhβ0 = 0.0269ei* -0.1035ei*

100kn弯矩mi =ρmmβ0 - mh a0 = 0.521ei* -0.1035ei*

340.05kn*m

校核:nqi = 4×100 = 400(kn) =400(kn)

xipi + nmi = 2×(4531.7-1468.29)×1.25 + 4×(-340.05)

6298.33(kn*m)≈=6300(kn*m)

npi = 2×(4531.7 + 1468.29)= 11999.98(kn)≈=12000(kn)

7.计算局部冲刷线处桩身弯矩m0、水平力q0及轴向力p0

m0 = mi + qi l0 = 340.05 + 100×6 = 259.95kn*m

q0 = 100kn

p0 = 4531.70 + 0.196×6×25 = 4561.1kn

二)桩基计算。

1.局部冲刷线以下深度z处桩截面的弯矩mz及桩身最大弯矩mmax计算。

1) 局部冲刷线以下深度z处桩截面的弯矩mz计算。

mz = am +m0bm = am +259.95 bm =90.90 am +259.95 bm

无量纲系数am 、 bm由附表分别查得,mz计算列表1如表所示,其结果以图1表示。

mz计算列表表1

局部冲刷线m(kn*m)

z(m)图1

2)桩身最大弯矩mmax及最大弯矩位置计算。

由qz = 0得:

cq = m0/ q0 = 2.859

由cq = 2.859及= 4,查附表13得: mmax = 0.67,故。

zmmax = 0.61(m)

由mmax = 0.67及= 4,查附表13得:km = 1.121.

mmax = km m0 = 1.121×259.95 = 291.40(kn*m)

3)局部冲刷线以下深度z处横向土抗力pzx计算。

pzx = axαq0/b1 + bxα2m0/b1 = ax + bx

= 130.95ax + 374.45bx

无量纲系数ax、bx由附表分别查得,pzx计算列表如表2,其结果如图2所示。

pzx计算列表表2

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