完整word版常虎高速公路高架桥梁基础工程设计.docx
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完整word版常虎高速公路高架桥梁基础工程设计
《基础工程》
课程设计任务书
专业班级：
__土木ZY1202______
工作单位：
土木工程与建筑学院
题目:
常虎高速公路高架桥梁基础工程设计初始条件：
东莞市常虎高速公路某高架桥梁，上部构造采用装配式钢筋混凝土简支空心板或T梁，标准跨径16米、20米、25米、30米、35米，桥面宽2×17.5米，参照《公路桥
梁地基基础设计规范》进行设计计算。
设计荷载为公路I级，人群荷载3.5kN/m3。
台后填土高度8.5米。
材料：
台帽、耳墙、台身和基础（承台）为C20钢筋混凝土。
地质资料，上部尺寸见所附图纸。
帽梁以上荷载见下表：
东莞市常虎高速公路各跨径桥台竖向反力一览表（kN）
跨径
o
o
o
o
0
～10
10
～25
35mT梁
10878
11085
30mT梁
9324
9501
25mT梁
8502
8676
25m宽幅空心板
7962
8121
20m宽幅空心板
6822
6966
16m宽幅空心板
6120
6264
1
要求完成的主要任务:
（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）
首先选择基础型式；（桩，浅基础）
对浅基础：
1．埋置深度确定；2．尺寸拟订；3．荷载计算；4．验算。
对桩基础：
1．类型选择；2．荷载计算；3．桩径、桩长拟订；
4．基桩根数及平面布置；5．桩基础内力计算；6．验算；7．配筋计算。
时间安排：
时间
任务
第1天
熟悉资料
第2天
方案制订
第3天
计算和验算
第4天
计算和验算
第5天
说明书整理
2
3
土木工程ZY1202
土木工程1204
学
上部结构
钻孔资料
学
上部结构
钻孔资料
1
30
米T梁
卢屋ZK888
1
30米T梁
卢屋ZK888
2
30
米T梁
卢屋ZK889
2
30米T梁
卢屋ZK889
3
30
米T梁
卢屋ZK890
3
30米T梁
卢屋ZK890
4
30
米T梁
卢屋ZK891
4
30米T梁
卢屋ZK891
5
30
米T梁
卢屋ZK892
5
30米T梁
卢屋ZK892
6
30
米T梁
卢屋ZK893
6
30米T梁
卢屋ZK893
7
30
米T梁
卢屋ZK894
7
30米T梁
卢屋ZK894
8
30
米T梁
万家营ZK1
8
30米T梁
万家营ZK1
9
30
米T梁
万家营ZK2
9
30米T梁
万家营ZK2
10
30
米T梁
三叉河ZK1
10
30米T梁
三叉河ZK1
11
25
米T梁
卢屋ZK888
11
25米T梁
卢屋ZK888
12
25
米T梁
卢屋ZK889
12
25米T梁
卢屋ZK889
13
25
米T梁
卢屋ZK890
13
25米T梁
卢屋ZK890
14
25
米T梁
卢屋ZK891
14
25米T梁
卢屋ZK891
15
25
米T梁
卢屋ZK892
15
25米T梁
卢屋ZK892
16
25
米T梁
卢屋ZK893
16
25米T梁
卢屋ZK893
17
25
米T梁
卢屋ZK894
17
25米T梁
卢屋ZK894
18
25
米T梁
万家营ZK1
18
25米T梁
万家营ZK1
19
25
米T梁
万家营ZK2
19
25米T梁
万家营ZK2
20
25
米T梁
三叉河ZK1
20
25米T梁
三叉河ZK1
21
25
米宽幅空心板
卢屋ZK888
21
25米宽幅空心板
卢屋ZK888
22
25
米宽幅空心板
卢屋ZK889
22
25米宽幅空心板
卢屋ZK889
23
25
米宽幅空心板
卢屋ZK890
23
25米宽幅空心板
卢屋ZK890
24
25
米宽幅空心板
卢屋ZK891
24
25米宽幅空心板
卢屋ZK891
25
25
米宽幅空心板
卢屋ZK892
25
25米宽幅空心板
卢屋ZK892
26
25
米宽幅空心板
卢屋ZK893
26
25米宽幅空心板
卢屋ZK893
27
25
米宽幅空心板
卢屋ZK894
27
25米宽幅空心板
卢屋ZK894
28
25
米宽幅空心板
万家营ZK1
28
25米宽幅空心板
万家营ZK1
29
25
米宽幅空心板
万家营ZK2
29
25米宽幅空心板
万家营ZK2
30
25
米宽幅空心板
三叉河ZK1
30
25米宽幅空心板
三叉河ZK1
31
20米宽幅空心板
卢屋ZK888
32
20米宽幅空心板
卢屋ZK889
33
20米宽幅空心板
卢屋ZK890
34
20米宽幅空心板
卢屋ZK891
35
20米宽幅空心板
卢屋ZK892
36
20米宽幅空心板
卢屋ZK893
37
20米宽幅空心板
卢屋ZK894
38
20米宽幅空心板
万家营ZK1
设计荷载
0-10度
设计荷载
10-25度
4
卢屋ZK894钻孔资料
5
1.设计资料7
1.1初始条件7
1.2设计荷载7
1.3材料7
1.4地质资料，上部尺寸7
2.基础类型的选择及承台构造7
3.荷载计算8
3.1上部构造恒载反力及桥台台身与基础的土重计算8
3.2土压力的计算9
3.2.1台后填土表面无活载时土压力的计算9
3.2.2台后填土表面有汽车荷载时10
3.2.3台前溜坡填土自重对桥台前侧面上的主动土压力11
3.3支座活载反力计算12
3.3.1桥上有汽车和人群作用且后台无活载12
3.3.2桥上、台后均有汽车荷载且重车在台后12
3.3.3桥上无汽车荷载且台后有汽车荷载13
3.4支座摩阻力计算13
3.5荷载组合13
4.桩径桩长拟定16
5.基桩根数及平面布置16
5.1桩的数量估算16
5.2桩间距确定16
5.3桩平面布置17
6.桩基础内力计算17
6.1计算宽度17
6.2变形系数17
6.3换算深度18
6.4桩顶刚度系数计算18
6.5承台地面原点处位移18
6.6计算作用在每根桩顶上的作用力19
6.7计算最大冲刷线处桩身弯矩、水平力、轴力19
6.8地面线以下深度Z处桩截面上的弯矩及水平压应力19
7.桩基础内力验算21
7.1桩顶纵向水平位移验算21
7.2群桩基础承载力验算21
8.承台21
8.1沉降验算21
8.2承台局部受压验算22
8.3桩对承台的冲剪验算22
8.4抗剪承载力验算22
9.配筋计算22
9.1桩基础配筋计算22
9.2承载力复核24
10.小结24
6
1.设计资料
1.1初始条件
东莞市常虎高速公路某高架桥梁，上部构造采用装配式钢筋混凝土简支T梁，
标准跨径30m，计算跨径29.6m。
桥面宽度为217.5米，参照《公路桥梁地基基础设计规范》进行设计计算。
1.2设计荷载
公路-Ⅰ级车道荷载的均布荷载标准值为qk10.5kN/m，集中荷载标准值按直线内插求得为278.4kN；人群荷载3.5kN/m3；后台填土高度为8.5米；桥台竖直反力为9324KN。
1.3材料
台帽、耳墙、台身和基础（承台）为C20钢筋混凝土，125.00kN/m3；后台及
溜坡填土的重度217.00kN/m3；填土的内摩擦角35，粘聚力c0。
1.4地质资料，上部尺寸
见图纸。
2.基础类型的选择及承台尺寸布置
基础深度低于5米时选择浅基础，根据地质钻孔资料显示，此处地形在
5米
深度内承载力很小，可能不满足承载力要求和稳定性要求。
另外，在距离地层表
面25米的地方含有承载力很大的持力岩层，故在本地形时，柱桩基础是最好的选择。
承台尺寸构造如上图，墩柱高取5.4m，底宽取4.2m。
7
3.荷载计算
3.1上部构造恒载反力及桥台台身与基础的土重计算
根据1.3参数，H=5.4m，底宽4.2m，计算如下：
恒载计算表
对基地
序
计算式
竖直力
中心轴
弯距
号
p（KN）
偏心距
M（KN.m）
e（m）
1
28.13
3.2
-90.02
2
32.350.50.525
44.06
2.7
-118.96
3
0.5
3.1
0.5
25
19.38
1.45
-28.1
4
0.5
316.99
25
637.13
1.45
-932.84
5
0.4
0.3
1.1
25
3
9.9
0.65
-6.435
6
1.11.217.4925
577.17
0.65
-375.16
7
0.5
5.4
1.8
25
0.8
97.2
0.4
38.88
8
1.4
5.4
0.8
25
151.2
0.9
-136.08
备注
弯矩
正负
值规
定如
下：
逆时
针方
向取
“-”
号；
顺时
针方
向取
8
4.5
6
2.3
0.5
1.8
5.4
0.6
0.1
“+”
9
1.42
2418.10
号。
2
1702.89
14
17
10
0.5
5.4
14
17
642.6
1.85
-1188.81
11
1.5
4.2
14
25
2205
0.00
0.00
12
0.5
1.4
3.25.4
10.617
2238.08
0.39
-872.85
13
20.5
1.4
3.2
5.4
0.5
17
211.14
0.39
-82.34
14
上部构造恒载
9324
0.6
-5594.4
3.2土压力的计算
土压力按台背竖直，
0；填土内摩擦角
35，台背（圬工）与填土间外摩擦
角
1
0。
17.5计算；台后填土为水平，
2
3.2.1台后填土表面无活载时土压力的计算
台后填土自重所引起的主动土压力计算式为：
Ea12H2Ba
2
式中：
217.00kN/m3;B为桥台的有效宽度取2.4m；H为自基底至台上表面的距离10m；a为主动土压力系数。
所以E
1
H2B
1
17.001022.40.247503.88kN
a
2
2
a
2
9
其水平向的分力EaxEacos（
）
503.88
cos17.5
480.56kN
离基础底面的距离：
ey
1
3.33m
10
3
对基底形心轴的弯矩为：
Max
480.56
3.33
1600.56kNm
在竖直方向的分力：
EayEasin（
）503.88
sin17.5
151.52kN
作用点离基底形心轴的距离：
4.2
1.60m
ex
0.5
2
对基底形心轴的弯距：
May
151.521.60
242.43
kN
m
3.2.2台后填土表面有汽车荷载时
由汽车荷载换算的等代均布涂层厚度为：
h
G
l0为破坏菱体长度
bl0
当台背为竖直时：
l0
Htan，H
10m,w
52.5
tan
tanw
（cot
tanw）（tanw
tan
）
1.303
（1.428
1.303）
tan52.5
0.583
所以l0
100.583
5.83m
在破坏菱体的长度范围内只能布下一辆重车，四车道的情况下：
G42800.67750.4kN
750.4
h0.58m
135.8317
则台背在填土连同破坏菱体上车辆荷载作用下引起的土压力为：
1
Ea
22H（2h
H）B
a
0.5
17.00
10
（2
0.58
10）
2.4
0.247
562.33kN
其水平方向的分力：
Eax
Eacos（
）
562.33cos17.5536.30kN
10
离基础底面的距离：
ey
10
10
3
1.21
3
10
2
3.66m
1.21
对基底形心轴的弯矩为：
Max
536.30
3.66
1962.86kNm
在竖直方向的分力：
Eay
Easin（
）
562.33sin17.5169.10kN
作用点离基底形心轴的距离：
ex
4.2
0.5
1.60m
2
对基底形心轴的弯矩：
May
169.10
1.60
270.56kNm
3.2.3台前溜坡填土自重对桥台前侧面上的主动土压力
以基础的前侧边缘垂线作为假想的台背，土表面的倾斜度以溜坡坡度
1：
1.5求得
33.69
，则基础的前边缘至坡面的垂直距离为：
H10.0
6.8
0.75
，主动土压力系数a为：
5.97m，取土的内摩擦角35
1.5
1
2
2
则主动土压力为：
Ea
22H
B
a
0.5
17.00
5.97
2.40.18130.87kN
在水平方向的分力：
Eax
Ea
cos（
）
130.87
cos35
107.20kN
作用点离基础底面的距离：
ey
1
5.97
1.99m
3
对基底形心轴的弯矩：
Max
107.20
1.99
213.33kN
m
在竖直方向的分力：
Eay
Ea
sin（
）
130.87
sin35
75.06kN
作用点离基础底面的距离：
ex2.1m
对基底形心轴的弯矩：
May75.062.1157.63kNm
11
3.3支座活载反力计算
3.3.1桥上有汽车和人群作用且后台无活载
3.3.1.1汽车及人群荷载反力
桥跨上的汽车荷载布置采用等代荷载与反力影响线面积乘积求得，如下图：
278.4KN
10.5KN/m
29.6m
1
桥墩荷载布置
汽车荷载产生的支座反力：
人群荷载产生的支座反力：
R
1
（30
0.53.52）
52.5kN
1
2
支座反力作用点到基底形心轴的距离：
ex2.11.5
0.60m
支座反力对基底形心轴产生的弯矩：
3.3.1.2汽车制动力
根据规定，一个设计车道上由汽车荷载产生的制动力标准值按规定的车道荷载标
准值在加载长度上计算的总重力的10%计算，但公路—Ⅰ级汽车荷载的制动力标准值不得小于165kN。
按照墩台刚度分配至桥台的制动力为25.94kN。
3.3.2桥上、台后均有汽车荷载且重车在台后
3.3.2.1汽车及人群荷载反力
由于支座作用点在基底形心轴的左侧，为了使在活载的作用下得到最大的顺时针向的力矩，因而将重车后轴贴近桥台的后侧边缘，使得在桥跨上的活载所产生的逆时针向的力矩为最小，荷载布置如图所示，反力影响线的纵距分别为：
12
140KN140KN
1.4m
1
278.4KN
10.5KN/m
29.6m
汽车荷载引起的支座反力：
R1
10.51
29.612310.8kN
2
人群荷载引起的支座反力：
R10.53013.552.5kN
对基底形心产生的弯矩：
MR1（310.852.5）0.6217.98kNm
3.3.2.2汽车荷载制动力计算
同上，根据规定，一个设计车道上由汽车荷载产生的制动力标准值按规定的车道
荷载标准值在加载长度上计算的总重力的10%计算，但公路—Ⅰ级汽车荷载的制动力标准值不得小于165kN。
按照墩台刚度分配至桥台的制动力为25.94kN。
3.3.3桥上无汽车荷载且台后有汽车荷载
此时将车辆荷载换算为均布土层，然后计算台后土压力，同前边土压力计算部分。
3.4支座摩阻力计算
使用摆动支座，摩擦系数取f=0.05，则支座摩阻力为：
（后台填土深度为
8.5m）
对基底的形心弯矩为:
3.5荷载组合
1、在荷载组合汇总表中，考虑荷载布置情况为以下三种：
a.桥上有活载，台后无活载；b.桥上、台后均有汽车荷载；
13
c.桥上无汽车、台后有汽车；
2、由于刚性扩大基础在设计时考虑了刚性角的要求，可不进行基础本身强度的验算，根据《地基基础规范》规定，考虑一下组合：
a.基本组合：
1.2*永久作用+1.4*汽车活载+0.6*（人群+汽车土压力+支座摩阻力）
b.长期效应组合：
永久作用标准值+0.4*汽车荷载（不计冲击力）+0.4*人群荷载
c.短期效应组合：
永久作用标准值+0.7*汽车荷载（不计冲击力）+1.0*人群荷载+1.0*其他
荷载组合汇总表
荷载类
荷载工
水平力/kN
竖直力/kN
弯矩/（kN·m）
型
况
永久作
17887.88
-6924.02
用
台后自
480.56
-151.52
1600.56-
重土压
242.43=1358.13
力
（汽车+
536.30
-169.10
1962.86-270.56=1692.3
土重）
土压力
台前土
-107.20
75.06
-213.33+157.63=-55.7
压力
支座摩
466.2
3962.7
阻力
汽车+人
a
920.1
522.06
群荷载
b
310.8+52.5=363.
（310.8+52.5）
3
×0.6=217.98
c
荷载工
荷载组
况
合方式
a.桥上
基本组
1.2×480.56-
1.2×17887.88-
-1.2×6924.02+1.2×
有活
合
1.2×107.20-
1.2×151.52+1.2
（1600.56-242.43）
载，后
0.6×466.2=168.
×75.06+0.6×92
+1.2×（-
台无活
312
0.1=21925.764
213.33+157.63）-
0.6×3962.7+522.06×0
14
载
.6=-8810.292
466.2-107.20=
17887.88-
-6924.02-
长期效
359
151.52+
213.33+157.63+1600.56
75.06+0.4×920.
-242.43+0.4×522.06
应组合
1=18179.46
=-5412.766
短期效
480.56-107.20-
17887.88-
-6925.02-
应组合
466.2=-92.84
151.52+75.06+92
213.33+157.63+1600.56
0.1=18731.52
-
242.43+867.6×0.6×0.
7+52.5×0.6-3962.7
=-9189.398
b.桥
基本组
1.2×536.30-
1.2×17887.88-
-1.2×6925.02+1.2×
上、台
合
1.2×107.2-
1.2×169.10+1.2
（-213.33+157.56）
后均有
0.6×466.2
×75.0
升级会员 