土交 1202班廖志楠121603210基础工程 - 图文

扬州大学建筑科学与工程学院

基 础 工 程 课 程 设 计

班级：土交1202班 学号：121603210 姓名：廖志楠 指导教师：张 静

日期：2015年06月23日至2013年06月26日

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设计书目录

一、设计资料………………………………………………………………………3

二、荷载情况………………………………………………………………………4 1.恒载计算………………………………………………………………………4 2.活载计算………………………………………………………………………4

三．桩长计算………………………………………………………………………6

四、桩的内力计算（m法）………………………………………………………7

1.桩的计算宽度……………………………………………………………… 7 2.桩的变形系数A………………………………………………………………7 3.地面以下深度Z处桩身截面上的弯矩与水平压应力的计算………………7

五．桩身截面配筋与承载能力验算………………………………………………9

六、桩顶纵向水平位移验算………………………………………………………10

1.桩在地面处的水平位移和转角计算……………………………………… 10 2.墩顶纵向水平位移验算…………………………………………………… 11

七、钻孔灌注桩的施工工艺………………………………………………………12

附：基桩配筋图（基桩与盖梁连接构造、基桩配筋图、工程量表及图纸说明）

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一、设计资料

刘家桥位于姜堰市桥头镇刘家村境内，设计荷载：公路—Ⅱ级，桥面宽度为8.0+2×0.5m。河道断面图见图3-2-2.

图3-2-2 河道断面图

1.标准跨径：Lk=16m （取计算跨径：L=15.5m） 2.桥面净宽：8+2×0.5m 3.设计荷载：公路—Ⅱ级 4.地质条件：

第1层：素填土，土质不均匀，分布在河的两岸。

第2层：淤泥质粉质粘土，场地普遍分布，地基承载力基本容许值?fa0??60kPa 第3层：粉质粘土，场地普遍分布，?fa0??140kPa 第4层：粉土夹粉质粘土，场地普遍分布，?fa0??130kPa 第5层：粉砂，场地普遍分布，?fa0??170kPa

第6层：粉质粘土，本次勘察未能揭穿该层，?fa0??100kPa

5.使用材料如下：

钢筋：HRB335和R235；

混凝土：盖梁、墩柱用C30，系梁及钻孔灌注桩用C25。 6.拟桥墩尺寸： 图1—2 桥墩尺寸

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二、荷载情况

桥墩盖梁斜长＝(9-1)×1.0+1.0+2×0.25=9.50m 桥墩盖梁高度＝(60+0.5×16+4)×2=144cm，取130cm 桥墩盖梁宽度= 160×0.9=144cm，取150cm 桥墩柱距=9.50/1.6=5.93m

桥墩柱径一般比盖梁宽度小0.2m,故1.4-0.2=1.2m

横系梁高度可取为桩径的0.8~1.0倍取为1.2m，宽度可取为桩(柱)径的0.6~1.0倍取为1.0m。 1.恒载计算 （1）单孔恒载反力 上部结构空心板自重

q1?10?17.30?15.5?2681.50kN

则N11??2681.50?1340.75kN2

（2）盖梁恒重反力 如图1—2所示，盖梁自重

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1N2??（9.5?1.3?0.6?1.2）?1.3?25?188.99kN

2（3）系梁恒重反力 如图1—2所示，系梁自重

q3?1.2?1.0?5?25?150kN

1 则N3??150?75kN

2（4）单根立柱恒重

N4???0.62?2?25?56.55kN

则作用于桩顶的恒载反力为

N?N1?N2?N3?N4?1661.29kN

（5）灌注桩每延米自重（扣除浮力）

q??4?1.42?15?23.09kN/m

2．活载计算 （6）可变荷载反力

①按顺桥向可变荷载移动情况，求得支座可变荷载反力最大值 双孔布置双列车时B1?2???7.75?7.875?2??166.5??455.06kN

2???7.75?7.875? 单孔布置双列车时B2?2???166.5??394.03kN

2??②双桩反力横向分布计算

?1?105?285?0.684

285?285?2?1?0.684?0.316

则两跨可变荷载反力：

N5?B1?1?1?u??455.06?0.684?1.25?389.08kN

两跨可变荷载反力:

N6?B2?1?1?u??394.03?0.684?1.25?336.90kN

③制动力

双孔荷载时 T1?455.06?0.1?45.51kN?165kN 单孔荷载时 T2?394.03?0.1?39.40kN?165kN

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则单桩所受制动力 T?距桩顶距离为

1?165?82.5kN， 21?0.060?1.3?2?3.33m 20.7?0.4?0.28kPa ④纵向风力：风压取

则由盖梁引起的风力W1?0.28?11.44?3.20kN 对桩顶的力臂为

1?1.3?2?2.65m 2墩柱引起的风力W2?0.6???2?0.28?1.06kN 对桩顶的力臂为

1?2?1.0m 2横向风因墩柱横向刚度较大，可不予考虑 （7）作用于桩顶的外力

?0Sd??0(??GiSGik??Q1SQ1k??c??QjSQjk)

i?1j?2mm ?0Nd?1.0?(1.2?1661.29?1.4?389.08)?2538.26kN（双孔）

?0Nd?1.0?(1.2?1661.29?1.4?336.90)?2465.21kN（单孔）

?0Hd?0.7?(1.4?82.5?1.1?1.06?1.1?3.20)?84.13kN

?0Md?1.5?336.90?0.25?0.7?(1.4?82.5?3.33?1.1?1.06?1.0?1.1?3.2?2.65)

?402.91kN?m

（8）作用于地面处桩顶的外力

Nmax?2538.26?23.09?2561.35kN Nmin?2465.21?23.09?2488.30kN H0?84.13kN

M0?402.91?84.13?1.0?487.04kN?m

三．桩长计算

根据现有的勘察资料分析，第一层土，土质不均匀，第二层的土力学强度虽然较高，但经验算不满足设计要求，不能作为本工程桥台基础的天然地基持力层，故建议采用钻孔灌注

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桩。桩侧土的摩阻力标准值qik见下表。

表3—1 桩侧土的摩阻力标准值qik 层号 qik（kPa） 1 24 2 20 3 50 4 35 5 57 1n ?Ra??uqli?ik?2i?1Ap q r qr?m0????fa0??k2?2?h?3???

m；

（1.6+0.05）?158. u----桩周长，考虑旋转式钻机，成孔直径增大5cm，则u??? qik----桩壁极限摩阻力，按表取值； li-------土层厚度；

?--------考虑入土深度影响的修正系数，取为0.75；

m0-------考虑孔底沉淀厚度的影响的清底系数，取为0.8； Ap------桩底截面积，Ap??R2?3.14?0.82?2.01m2；

?fa0?------桩底土层容许承载力，取?fa0?=180kPa；

3 k2------深度修正系数，取1.5；

?2------土的重度，取?2?8.0kN/m（已扣除了浮力）； h--------一般冲刷线以下的深度；

代入得qr?0.8?0.75???180?1.5?8??h?3??? ?Ra??1?4.5?6?22?4?1.7?20?3.?1?50?4.3?3?5h?5.65 ?7(14.70) ?2.01?rq?144.h43?2 桩低最大垂直力为

5 65.28412?3.0?9h?23.?092 由 ? R a ? ? N max得 h?25.91m，取 h ? 26 m ，由上式反求： ?6 Nmax?2538.21?4.72?877.h 68311.545 ?Ra??3189.948kN?Nmax?3177.853kN ，可知桩的轴向承载力满足要求。

四、桩的内力计算 （m法）

1.桩的计算宽度

b1?k?kf?(d?1)式中kf——形状换算系数，取0.9

k0——受力换算系数，k0?1.0

k——各桩间相互影响系数，取1.1

则b1?0.9?（1+1.4）?1.0?2.16m

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2.桩的变形系数α

a?5mb151000?2.16??0.23 7EI0.8?2.8?10?0.189ah?0.23?26?5.98?2.5，可按弹性桩计算

3.地面以下深度z处桩身截面上的弯矩Mz与水平压应力σ

zx的计算

已知作用于地面处：N0=2561.35kN，Ho=84.13kN， Mo=487.04kN.m (1)桩身弯矩

Mz?HoAm?MoBma式中Am,Bm可由表格查得，计算见表4—1，桩身的弯矩分布示于图4—1。

表4—1 桩身弯矩Mz计算（单位:kN*m）

Z 0.43 0.87 1.74 2.61 3.48 4.35 5.65 6.52 8.70 10.43 12.17 13.04 15.22 17.39 0.1 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.3 1.5 2 2.4 2.8 3 3.5 4 z?azh?ah4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 Am Bm Ho Ama MoBmMz 0.0996 0.99974 36.4319 72.0445 486.9134 486.0951 480.3042 466.8814 444.7844 414.4175 356.3233 312.1001 198.0207 118.1656 58.3425 36.9907 6.5945 0.0438 523.3453 558.1397 618.3469 660.5194 680.9373 678.8966 637.1017 588.1416 422.6588 280.3317 157.0892 107.6050 25.1799 0.0621 0.19696 0.37739 0.99806 0.98617 138.0427 193.6380 236.1529 264.4791 280.7784 276.0415 224.6381 162.1661 98.7467 70.6143 18.5854 0.0183 0.52938 0.95861 0.91324 0.85089 0.73161 0.64081 0.40658 0.24262 0.11979 0.07595 0.01354 0.00009 0.64561 0.72305 0.76761 0.75466 0.61413 0.44334 0.26996 0.19305 0.05081 0.00005 - 8 -

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图4—1 桩身的弯矩分布图

(2)桩身水平压应力

?zx???0b10.23?84.13??8.962.16?H0bzAx?_?2M0bzBx

_?2M0 0.232?487.04b1?2.16?11.93式中的无纲量系数Ax,Bx可由表格查得。计算见表表4—2，桩身的水平压应力分布于图4—2。

表4—2 水平压力计算σzx（单位:kN/m2）

Z 0.87 1.74 2.61 3.48 4.35 6.52 8.70 12.17 15.22 17.39 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.5 2 2.8 3.5 4 图4—2 桩身的水平压应力分布于图

z?azAx Bx aH ozAxb2.11799 1.80273 1.50268 1.2237 0.85441 0.46614 0.14696 1.29088 1.00064 0.74981 0.53727 0.36119 0.06288 3.7954 6.4610 8.0784 8.7715 7.6555 6.2649 2.6335 a2M ozBxb3.0800 4.7751 5.3671 5.1277 4.3090 1.1252 ?zx 6.8755 11.2360 13.4455 13.8992 7.3902 0.8268 11.9645 -0.07572 -0.10544 -0.05698 -0.01487 -1.8067 -3.5221 -2.3792 -0.7096 -0.06902 -0.10495 -0.10788 -1.7316 -3.2912 -3.8664 -5.2537 -5.6704 -4.5760 - 9 -

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五．桩身截面配筋与承载能力验算

验算最大弯矩z?3.48m的强度，该处的内力值为：

7N3?mK5N M?680.93k N?2561.3

桩内竖向钢筋按0.5% 配置，则 As??4?1.42?0.5%?7697mm2

选用16φ25，As?7854.4mm2 ??0.51% lp为桩计算长度，lp?0.7(l0?根据《公预规》相关规定： e0?

4.0?)?13.06m

M680.9373??0.26m6?26m6m N2561.35?1?0.2?2.70.301?(r0?rs) 6 40. 因lp/d?9.71?15 取?2?1 偏心增大系数：??1?l1(0)2?1?2?1.000

1400e0/(r?rs)2r 则?e0?1.000?266?266.000mm

经试算，当ζ=0.69时，A=1.7784 ， B=0.6559， C=1.0692， D=1.4769

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??280MPa 另设g=0.9 ρ=0.51% fcd?11.5MPa fsdBf?g'fsdcd?D e0? r?373.2m8m'Af?fsdcd?C? 则?0Nd?2561.35?Ar2fcd?C?r2fsd ?(1.7784?11.5?1.0692?0.0051?280)?8502

kN4 ?15879.? ?0Nde0?2561.35?0.37328kN?m?Br3fcd?D?gr3fsd ?(0.6559?11.5?1.4769?0.0051?0.9?280)?8503 ?5797.93kN?m

钻孔灌注桩正截面受压承载能力满足要求。

六、桩顶纵向水平位移验算

1.桩在地面处的水平位移和转角（x0,?0）计算 x0?H0M0A?B ?3EIx?2EIx 当?h?4,z?0时，查表得到： Ax=2.44066 Bx=1.621

3?3EI?(0.23?)2?2EI?(0.23?)?2.87?10?0.8?0.1?89 50.5210?2.87?10?0.8?0.1?89 52.2410 x0? ?0?84.13487.04?2.44066??1.621?5.4mm?6mm 550.52?102.24?10（符合m法计算要求）

H0M0A?B ?2EI??EI? 同上查表得到：A?=-1.62100 B?=-1.75058 ?EI?0.23?2.8?10?0.8?0.189?9.74?10 ?0?7584.13487.04?(?1.621)??(?1.751)??0.000350rad

0.52?1059.74?105

2.墩顶纵向水平位移验算

由于桩露出地面部分为变截面，其上部墩柱截面抗弯刚度为E1I1(直径为d1)，下部桩

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截面抗弯刚度为EI（直径为d），假定n?E1I1/EI,则墩顶的水平位移公式为： x1?x0??0l0?xQ?xm

式中

xQ?H?1?33nh?h?nhhh?h????211212?E1I1??3?

M2?h?nh2?2h1?h?2?1?2E1I1?

1.4

xM?1.24 由于n?E1I1/EI，E1?E，所以n?()?0.54，已知h1?2m，h2?1.2m，h?26m

故xQ?84.13?1?33 ?0.54?1.2?2?0.54?2?1.2?3.2???0.54?0.8?2.8?107?0.189?3?? ?0.24?10?3m

xM?487.042??2?0.54?1.2??2?2?1.2?? 7??2?0.54?0.8?2.8?10?0.189 ?0.79?10?3m

则x1?x0??0l0?xQ?xm

?5.4?10???0.00035?2??0.24?10?0.79?10

?3?3?3 ?7.13?10m?7.13mm 墩顶容许的纵向水平位移???为 ????5l?5?13?1m8m 符合规范要求。

?3?1x?7.1m 3m

七、钻孔灌注桩的施工工艺

1.施工工艺图：

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2.主要工序施工说明

位于姜堰市桥头镇刘家村境内刘家桥桥墩基础为钻孔灌注桩，桩径为Φ 1.4m。针对地质及现场条件，拟采用冲击钻机钻孔，汽车吊吊放钢筋笼，砼由拌合站集中拌和，砼输送车运输，导管法水下灌注砼。 ①场地准备

根据现场调查，玉带河有一定水位，水流较平稳，水位不深。有水桩位拟采用围堰筑岛。一般情况采用土袋围堰 ，其尺寸应根据施工季节、桩位、河水水位及施工需要确定。桩位无水时，清除现场，将桩基位置整平夯实；场地为陡坡时，用枕木或方木搭设工作平台，同时有水河道修建临时便桥，使钻孔机械能顺利进场。 ②泥浆制备

选用粘性土造浆，泥浆的比重、粘度、含砂率、胶体率、失水量、静切力、酸碱度等指标符合该地层护壁要求，泥浆试验完成后，填写泥浆试验记录表。

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③埋设护筒

孔口护筒采用钢板制作，内径比桩径大 200～400mm，根据桩位现场情况决定护筒长度，护筒顶端高度，应高出地下水位1.0～2.0m，当护筒处于旱地时，还应高于地面0.3m.护筒底端埋置深度也应根据不同情况分别对待。护筒采用人工开挖埋设，入土较深时，辅以锤击、压重振动、筒内除土等方法沉入。护筒底部与土层相接处用粘土夯实，护筒外面与原土之间也要用粘土填满、夯实，严防地表水顺该处渗入。埋设护筒要求准确竖直，护筒顶面中心和护筒底面中心位置与设计偏差应小于 50mm，护筒竖向的倾斜度不得大于1%. ④钻机就位

钻机就位时用方木垫平，将钻头中心线对准桩孔中心，误差控制在20mm以内。 ⑤钻孔

采用冲击钻机成孔，开钻时先在孔内灌注泥浆，孔内有水时，可直接投入粘土，用冲击锥以小冲程反复冲击造浆。钻机冲程应根据土层情况分别确定，坚硬基岩采用高冲程（1000mm），卵石夹土层采用中冲程（750mm）。钻进过程中，始终保持孔内水位高出地下水位1.5～2.0m并低于护筒顶面0.3 m 以防溢出 ，同时要按时掏渣，掏渣后应及时向孔内添加泥浆或补水，以维持水头高度。 钻进中用检孔器检孔，据此调整钻机位置，保证成孔质量。 ⑥第一次清孔

终孔检查后，应迅速清孔，清孔的目的是使孔底沉碴、泥浆相对密度、泥浆中含钻渣量和孔壁厚度等指标符合规范要求，为灌注砼创造良好的条件。清孔方法采用抽浆清孔法，初步清孔可采用掏渣法。钻孔至设计高程后，经过孔深、孔径、钻孔倾斜度检查，符合要求后，用离心吸泥泵将孔底泥浆和钻渣抽出，清孔排渣时注意保持孔内水头，防止坍孔。达到规范要求的清孔标准后，即可停止清孔。 ⑦吊放钢筋笼

钢筋笼的制作应符合规范要求，吊放钢筋笼采用吊车进行，吊放时注意不能碰撞孔壁，防止坍孔，并防止泥土等杂物带入孔内。在钢筋笼外侧绑扎砼垫块或焊接钢筋耳环，以保证钢筋的保护层厚度。钢筋笼绑扎好后整体吊放，吊入后校正轴线位置，并牢固定位，以免在灌注砼时发生浮笼现象。 ⑧导管安装

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导管用Φ300mm无缝钢管制作，每节长2.0～5.0m，配1～2节长1.0～1.5m短管，丝扣连接。使用前对导管进行水密、承压和接头抗拉试验，保证导管不漏水。导管安装后，其底部距孔底应有250～400mm的空间。砼浇筑支架用型钢制作，用于支撑悬吊导管，吊挂钢筋笼，上部放置砼漏斗。 ⑨第二次清孔

在第一次清孔达到要求后，由于安放钢筋笼及导管，这段时间内，孔底又会产生沉碴，所以钢筋笼及导管就位后，利用导管进行第二次清孔。清孔的方法是在导管顶部安装一个弯头和皮笼，用泵将泥浆压入导管内，再从孔底沿着导管置换沉碴。清孔标准是孔深达到设计要求，孔底泥浆密度≤1.15，复测沉碴厚度在300mm以内，清孔完成后，立即浇注水下砼。

⑩灌注水下砼

采用砼输送泵灌注水下砼，由泵送进料斗，连续灌注，随灌随提升导管，同时用一台吊车配合钻架吊放、拆卸导管。开始时，应检查砼的均匀性和坍落度，符合规范要求后，再开始灌注。

首批砼的灌注数量应满足导管初次埋入砼深度不小于1.0m，并能填充导管底部的间隙。灌注时采用隔水栓，隔水栓预先用 8号铁丝悬吊在砼漏斗下口，当有足够砼储存于漏斗后，剪断铁丝，砼即将导管内的水压走而下沉至孔底。砼灌注要连续进行，随灌注随拔管，并尽可能缩短拆除导管的时间。在整个灌注过程中，要经常探测孔内砼面的位置，及时调整导管埋深，导管埋深一般不小于2.0m或大于6.0m.由专人测量导管埋深并填写水下砼灌注记录。

灌注的桩顶标高应比设计高0.5～1.0m ，多余部分在接桩前凿除，以保证砼强度。

质量检验：采用超声波无损检测方法进行检验。

附：基桩配筋图（基桩与盖梁连接构造、基桩配筋图、工程量表及图纸说明）

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