1、1土力学与地基基础课程设计指 任导 务书 书城建系市政教研室2011-5-18 2一、 基础工程课程设计任务书1、设计题目：桥梁工程钻孔灌注桩基础设计2、设计目的土力学地基基础课程设计目的是培养学生的设计和应用能力，经过本课程设计的学习，要求学生能够掌握桥梁地基桩基础设计方法。本课程的主要任务是培养学生：（1）树立正确的设计思想，理论联系实际，具有创新思想；（2）提高综合运用所学的理论知识独立分析和解决问题的能力；（3）学会运用桥梁地基基础工程设计的基本理论、基本知识和基本技能，了解基础工程设计的一般规律； （4）具有运用标准、规范，查阅技术资料的能力和分析计算能力，以及运用计算机绘图的能力。
2、3、设计内容（1）通过上部结构形式及荷载的要求，确定基础类别和形式； （2）通过对地质资料的分析，确定基础的埋深及对地基的验算内容；（3）根据设计题目要求的内容，通过查阅有关资料确定设计的详细内容和设计步骤； （4）验算桩基和承台的强度并进行配筋计算（选做） ；（5）编写课程设计报告； （6）绘制所设计的基础施工图。4、设计要求（1）绘图符合规范要求；（2）提交纸质和电子文档设计成果各一份；（3）其余按学院、系规定。5、评分标准采用五级记分制：优秀、良好、中等、及格、不及格。优秀：能独立完成课程设计，计算书内容准确无误，内容全面，书写清楚。图纸图面整洁，内容全面，图面标注正确，符合制图标准。在
3、设计过程中能独立思考，发现问题、解决问题。上课不缺席。良好：能独立完成课程设计，计算书内容有少量一般性计算错误，内容全面，3书写清楚。图纸图面较整洁，内容全面，图面标注经提问后基本能符合制图标准。上课不缺席。中等：能独立完成课程设计，计算书内容有少量一般性计算错误，内容不全，书写较清楚。图纸图面不够整洁，内容不全，图面标注基本能符合制图标准。上课不缺席。及格：尚能独立完成课程设计，计算书有明显错误，内容不全，书写潦草。图纸图面较脏，内容不全，图面标注有明显错误，经提问后尚能正确回答。上课不缺席。不及格：计算书有明显抄袭行为，有原则性错误，内容不全，书写潦草。6、参考书目（1）土质与土力学，人民
4、交通出版社（2）基础工程，人民交通出版社（3）公路桥涵地基与基础设计规范 JTJ02485（4）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)7、设计资料：（1） 、地质及水文资料：48.5 常水位5.0 河底（I）亚粘土 ， ，3/18mkN4/6M极限摩阻力,0kPakPa251.0 （II）硬塑粘土 ， ，3/4/1mN， 极限摩阻力23, 70-3.0（III）密实粗砂 ，3/5.19kN，4/10mM， 极限摩阻力,0kPakPa1202.0 一般冲刷线-1.0 最大冲刷线（）软粘土 ， ，3/5.7N4/8mM， 极限摩阻力15,08.I-13.0-15.0（
5、）密实粗砂 ，3/.19k，4/10mMN， 极限摩阻力,50kPakPa120 （2） 、荷载：上部结构为等跨 40m 的钢筋砼预应力梁桥，荷载为纵向控制设计，砼桥墩、承台顶面上纵桥向荷载为恒载及一孔荷载时： kN8.7346（制动力及风力）H（竖直反力偏心距、制动力、风力等引起的弯矩）M5.2恒载及两孔活载时：kN6.841（3） 、结构：承台用 20 号砼结构重要性系数：1.05二、设计指导书（一） 、桩基础的设计步骤设计桩基础时，首先应该搜集必要的资料，包括上部结构型式与使用要求，荷载的性质与大小，地质和水文资料，以及材料供应和施工条件等。据此拟定出设计方案（包括选择桩基类型、桩长、桩
6、径、桩数、桩的布置、承台位置与尺寸等） ，然后进行基桩和承台以及桩基础整体的强度、稳定、变形验验，经过计算、比较、修改，以保证承台、基桩和地基在强度、变形及稳定性方面满足安全和使用上的要求，并同时考虑技术和经济上的可能性与合理性，最后确定较理想的设计方案。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不同特点，综合分析选择。（1）承台底面标高的考虑承台底面的标高应根据桩的受力情况，桩的刚度和地形、地质、水流、施工等条件确定。承台低稳定性较好，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它结构物的基础。当承台埋设于冻胀土层中时，
7、为了避免由于土的冻胀引起桩基础损坏，承台底面应位于冻结线以下不少于0.25m，对于常年有流水，冲刷较深，或水位较高，施工排水困难，在受力条件允许时，应尽可能采用高桩承台。承台如在水中或有流冰的河道，承台底面也应适当放低，以保证基桩不会直接受到撞击，否则应设置防撞装置。当作用在桩基础上的水平力和弯矩较大，或桩侧土质较差时，为减少桩身所受的内力，可适当降低承台底面标高。有时为节省墩台身圬工数量，则可适当提高承台底面标高。（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，因此当基岩埋深较浅时，应考虑采用柱桩桩基。若岩层埋置较深或
8、受施工条件的限制不宜采用柱桩，则可采用摩擦桩，但在同一桩基础中不宜同时采用柱桩和摩擦桩，同时也不宜采用不同材料、不同直径和长度相差过大的桩，以避免桩基产生不均匀沉降或丧失稳定性。（3）桩型与成桩工艺桩型与工艺选择应根据结构类型、荷载性质、桩的使用功能、穿越土层、桩端持力层土类、地下水位、施工设备、施工环境、施工经验、桩的材料供应条件等，选择经济、合理、安全适用的桩型和成桩工艺。各行业的相关规范中都附有6成桩工艺适用性的表格，可供选择时参考。2、桩径、桩长的拟定桩径与桩长的设计，应综合考虑荷载的大小、土层性质与桩周土阻力状况、桩基类型与结构特点、桩的长径比以及施工设备与技术条件等因素后确定，力争
9、做到既满足使用要求，又造价经济，最有效地利用和发挥地基土和桩身材料的承载性能。设计时，首先拟定尺寸，然后通过基桩计算和验算，视所拟定的尺寸是否经济合理，再行最后确定。（1）桩径拟定桩的类型选定后，桩的横截面（桩径）可根据各类桩的特点与常用尺寸选择确定。（2）桩长拟定确定桩长的关键在于选择桩端持力层，因为桩端持力层对于桩的承载力和沉降有着重要影响。设计时，可先根据地质条件选择适宜的桩端持力层初步确定桩长，并应考虑施工的可行性（如钻孔灌注桩钻机钻进的最大深度等） 。一般都希望把桩底置于岩层或坚硬的土层上，以得到较大的承载力和较小的沉降量。如在施工条件容许的深度内没有坚硬土层存在，应尽可能选择压缩性
10、较低、强度较高的土层作为持力层，要避免使桩底坐落在软土层上或离软弱下卧层的距离太近，以免桩基础发生过大的沉降。对于摩擦桩，有时桩底持力层可能有多种选择，此时确定桩长与桩数两者相互牵连，遇此情况，可通过试算比较，选择较合理的桩长。摩擦桩的桩长不应拟定太短，一般不应小于 4m。因为桩长过短达不到设置桩基把荷载传递到深层或减小基础下沉量的目的，且必然增加桩数很多，扩大了承台尺寸，也影响施工的进度。此外，为保证发挥摩擦桩桩底土层支承力，桩底端部应尽可能达到该土层的桩端阻力的临界深度。3、估算单桩承载力特征值 0212(3)ipUlmkh4、确定基桩根数及其平面布置（1）桩的根数估算基础所需桩的根数可根
11、据承台底面上的竖向荷载和单桩容许承载力按下式估算：7PNn式中： 桩的根数；n作用在承台底面上的竖向荷载，kN；N单桩容许承载力或单桩承载力设计值，kN ；P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，可取=1.11.2。估算的桩数是否合适，在验算各桩的受力状况后即可确定。桩数的确定还须考虑满足桩基础水平承载力要求的问题。若有水平静载试验资料，可用各单桩水平承载力之和作为桩基础的水平承载力（为偏安全考虑） ，来校核按式估算的桩数。但一般情况下，桩基水平承载力是由基桩的材料强度所控制，可通过对基桩的结构强度设计（如钢筋混凝土桩的配筋设计与截面强度验算）来满足，所以桩数仍按式来估算此外，桩
12、数的确定与承台尺寸、桩长及桩的间距的确定相关联，确定时应综合考虑。（2）桩间距的确定为了避免桩基础施工可能引起土的松驰效应和挤土效应对相邻基桩的不利影响，以及桩群效应对基桩承载力的不利影响，布设桩时，应该根据土类成桩工艺以及排列确定桩的最小中心距。一般情况下，穿越饱和软土的挤土桩，要求桩中心距最大，部分挤土桩或穿越非饱和土的挤土桩次之，非挤土桩最小；对于大面积的桩群，桩的最小中心距宜适当加大。对于桩的排数为 12排、桩数小于 9 根的其它情况摩擦型桩基，桩的最小中心距可适当减小。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
13、验测定，中心距定为 6d。但桩距如采用 6d 就需要很大面积的承台，因此一般采用的群桩中心距均小于 6d。为了使桩端平面处相邻桩作用于土的压应力重叠不至太多，不致因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。震动下沉桩，因土的挤压更为显著，规定在桩端平面处不小于4d（d 为桩的直径或边长） 。8图 4-20 桩的平面布置（3）桩的平面布置桩数确定后，可根据桩基受力情况选用单排桩或多排桩桩基。多排桩的排列形式常采用行列式和梅花式，在相同的承台底面积下，后者可排列较多的基桩，而前者有利于施工。桩基础中桩的平面布置，除应满足前述的最小桩距等构造要求外，还应考虑基桩布置
14、对桩基受力有利。为使各桩受力均匀，充分发挥每根桩的承载能力，设计布置时，应尽可能使桩群横截面的重心与荷载合力作用点重合或接近，通常桥墩桩基础中的基桩采取对称布置，而桥台多排桩桩基础视受力情况在纵桥向采用非对称布置。当作用于桩基的弯矩较大时，宜尽量将桩布置在离承台形心较远处，采用外密内疏的布置方式，以增大基桩对承台形心或合力作用点的惯性距，提高桩基的抗弯能力。此外，基桩布置还应考虑使承台受力较为有利，例如桩柱式墩台应尽量使墩柱轴线与基桩轴线重合，盖梁式承台的桩柱布置应使承台发生的正负弯矩接近或相等，以减小承台所承受的弯曲应力。5、验算桩的受力（1）桩身的轴向受力 maxNGp在单桩轴向力验算时，如果不能满足上式要求，则应增加桩树或调整桩的平面布置，液可以加大桩的截面尺寸，直到符合验算要求。（2）验算桩身的截面强度和配筋计算（选做）96、承台强度验算（选做）验算配筋参照规范要求。7、桩基础整体承载力验算（1）地基强度验算 maxNGMknW（2）沉降计算分层总和法计算整体基础的沉降量。8、计算台顶的水平位移 10xl
