基础工程课程设计

基础工程课程设计
一、设计资料:
已知某桥通过荷载组合至承台底面中心处的外荷载为：
N=12000kN, H=400kN, M=6300kN〃m
工程地质条件、场地水文地质条件及抽水试验、地基土的冻胀性类别等设计资料详见设计任务书。

二、设计内容：
（一）、桩基础类型的选择：
因为由设计资料明显看出地基土质浅层不良采用浅基础无法满足建筑物对地基强度、变形和稳定性方面的要求，所以因采用深基础。

桩基础是一种历史悠久而应用广泛的深基础形式。

本设计采用的就是桩基础。

以下是设计桩基础的具体内容。

1、确定桩基础的类型（即摩擦桩或端承桩）；
端承桩和摩擦桩的选择主要依据地质和受力情况，根据地质调查资料确定第五层为桩端持力层，由于桩端持力层岩层埋置较深（在本设计中基本上约8-18m），桩的长径比比较大，地质条件和受力条件比较符合选择摩擦桩，故在本设计中选择摩擦桩作为桩基础类型。

2、承台地面标高确定：
由设计资料的上部场地土层腐蚀性评价中可知地区场地环境地质条件属于干旱区，也就是说无地表水,故选择低桩承台基础，因为低桩承台基础稳定性较好。

由于地区标准冻结深度为1.23m,根据承台底面应位于冻结线以下不小于0.25m，而地质资料：第一层杂填土平均厚度为1.26m,第二层为黄土状土平均厚度为2.31m，故承台底面穿过第一层杂填土，置于第二层黄土状土中，承台底面标高取1.60m。

3、桩型与施工方法的考虑
采用钢筋混凝土灌注桩，以冲抓锥施工。

（二）、桩径桩长的拟定：
1、桩径拟定：
1.5m、和常用桩尺寸，桩径或
根据桩特点、常见钻孔桩设计直径：0.8
~
最小边宽度不宜小于1.2m，故采用直径D=1.4m。

2、桩长拟定：
根据地质调查资料，桩长拟采用L=14m。

三、确定基桩根数及平面布置：
1、桩的根数估算：
单桩容许承载力按下公式计算：
[][](){}{}
0022132i i P U l m A K h τλσγ=++-∑
其中：桩周长---U=4.40m
黄土状土---l=2.31m,τ=50kpa
卵石---l=3.43m,τ=250kpa
强风化泥岩---l=2.55m,τ=50kpa 中等风化泥岩---l=6.95-1.19=5.76m,τ=50kpa
λ=0.65（h/d=15,不透水性土）
0m =0.70 40.1524.114.32*2
2=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛=A d π []0σ=260kpa
2K =1.5
2γ=10kN/m
h=14m
则单桩承载力：
[][](){}{}∑-++=32
12200h K A m l U p i i γσλτ()()[]{}314105.126054.17.65.5076.55055.230043.35031.24.45.0-⨯⨯+⨯⨯⨯+⨯+⨯+⨯+⨯⨯⨯=o o =3580 kpa
[]35.33580120002.1*=⨯=>P N n μ 确定桩数n=4根。

2、桩间距的确定：
由书中规范：钻（挖)孔灌注桩的摩擦桩中心间距不得小于2.5倍成孔直径，取4m 。

为了避免承台边缘距桩身过近而发生破裂，并考虑桩顶位置偏差，边桩外
侧到承台边缘距离，对于桩径为1.4m 不应小于0.5倍的桩径，取1m 。

3、桩的平面布置
本设计采用梅花式。

四、桩基础设计计算与验算内容。

（一）单根基桩的验算；
1、桩的计算宽度 1010.9(1)f b K K Kd K d d ==⨯+⨯⨯
已知：
m d h 2.7)4.11(3)1(31=+⨯=+⨯=
L 1=4-1.4=2.6m 、 n=2、 .60=、
b
84.02.76.26.06.016.06.011`1=⨯-+=⨯++=h L b b K ）（、
则： m Kd K K b f 30.184.04.1119.001=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯==
2、桩—土变形系数的计算
已知：
150000096.064
4.114.364100.104
2
2
6
==⨯==⨯=m m d I E π
则： 1
565
173.0096.010********-=⨯⨯⨯==m EI mb α 桩的换算深度5.218.101473.0>=⨯==h h α，所以按弹性桩来计算。

1、桩顶刚度系数计算：
83.75470tan 142
12100000
1500001454.1;5.0;14;02002
0=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯+==⨯======πξA m h C m A m h l 1000
6611100.51510.78510.6102250000 4.93
1.0110 1.93l h AE C A EI ρξ∴=++=
+⨯+⨯⨯⨯=⨯= 已知： 12.9(4),4h h α==>取用 00o l l α==
查附表17、18、19得：
1.06423;0.98545; 1.48375Q M M x x ϕ===
由公式得：
33222340.86 1.064230.6770.860.985450.7291.931.930.86 1.48375 1.276Q M M EIx EI EI
EIx EI EI
EI EIEI EI EI ραραραϕ∴==⨯⨯===⨯⨯===⨯⨯=
2、计算承台底面原点O 处位移：
由公式得： 0112000777.208 1.93N b n EI EI ρ===⨯
224118 1.276 1.938271.968n
i i n x EI EI EI
ρρ=+=⨯+⨯⨯=∑
280.677 5.416n EI EI ρ=⨯=
380.729 5.832n EI EI ρ=⨯=
24
13102224
1231184.19n i i n i i n x H n M n x n n EI
ρρραρρρρ==⎛⎫++ ⎪⎝
⎭=⎛⎫+- ⎪⎝⎭
=∑∑ 3202224
1231102.46n i i n H n M
n x n n EI ρρβρρρρ=+=
⎛⎫+- ⎪⎝⎭
=∑
3、计算作用在每根桩顶上作用力：
竖向力：
()
100777.20102.461.93(
2)1895.49/1104.50i i P b x EI EI EI
kN kN ρβ=±=⨯±⨯= 水平力： 2030
184.19102.460.6770.72950.00i Q EI EI EI EI
kN
ραρβ=-=⨯-⨯=
弯矩： 4030
102.46184.191.2760.7293.54/i M EI EI EI EI
kN m ρβρα=-=⨯-⨯=- 校核：
850400400i nQ kN H kN =⨯===
14(1895.491104.50)11999.9612000n i
i nP kN N kN ==⨯+=≈=∑
12(1895.491104.50)48( 3.54)6299.66300n i i
i i x P nM kN m
M kN m =+=⨯-⨯+⨯-=≈=∑
四、桩基础设计计算与验算内容
1、单根基桩的验算：
1. 单桩轴向承载力验算
根据公式：
max 1895.49150.785202130.99[] 1.2523012876.25N G kPa
K P kPa +=+⨯⨯=≤=⨯=
满足要求。

2、单桩横向承载力验算：
由于设计资料不全不进行验算。

3、单桩水平位移及墩台顶水平位移验算：
不验算。

4、群桩基础承载力验算和沉降量验算：
由于本设计中基桩中心距为4m ，小于6倍的桩径（即6m ），所以需验算群桩基础的地基承载力。

（1）、柱底持力层承载力验算;
根据公式：
max 1BL h N eA l h A A W γσγγ⎛⎫=+-++ ⎪⎝⎭
其中：
1018.32019.116.85/4kN m γ+++==
15l m = 10/kN m γ=
1.5h m =
7B L m ==
2275[52tan(
)15]230.54A m =+⨯⨯=
12000N kN =
0e =
则： max 17710 1.51200016.851510 1.5230.5230.5
316.62BL h N eA l h A A W kPa γσγγ⎛⎫=+-
++ ⎪⎝⎭
⨯⨯⨯=⨯+⨯-+= []500h l ak f kPa σ+==
由于 []max h l σσ+≤ ，满足要求。

（2）软弱下卧层强度验算：
由于桩底土下卧层土的容许应力大于持力层的应力，即：
211000500kPa kPa σσ=>=
所以不需验算软弱下卧层。

2、沉降量验算：
由于桩的中心距小于6倍桩径的摩擦型群桩基础，则作为实体基础考虑，采用分层总和法计算沉降量。

由于设计资料不全不进行验算。