沉井基础算例.doc

第五节 圆端形沉井基础设计示例一.设计资料某公路桥上部为等跨等截面悬链线双曲拱，下部设计采用圆端形重力式墩与钢筋混凝土沉井基础墩址处水文与土层分布如图所示，各土层资料见表 3.1.沉井混凝土等级为 c20，考虑到洪水位较高，采用浮运法施工（浮运方法及浮运稳定性等验算本例从略） ，并按《公路桥涵地基与基础设计规范》 （JTG D63—2007） 、 《公路圬工桥涵设计规范》 （JTG D61—2004）及《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 （JTG D62—2004）等设计计算表 3.1 各土层主要参数表土层名称层厚（m）重度(kN/m3)内摩擦角（度）土与井壁的摩阻力（ kN/m2）地基系数 m和m0（kN/m 4）承载力基本容许值（kPa）砂砾石 6.01 20.0 32.0 18.0 30000细砂砾石夹淤泥0.81 18.0 30.0 12.0 10000密实砂卵石>5.00 22.0 35.0 20.0 50000 600传给沉井的恒载及活载见力的汇总表洪水位 96.56m；最低水位标高 91.8m，河床标高 90.4m，一般冲刷线标高89.4m；局部冲刷线标高 86.77m。

二.初步设计（1）沉井高度沉井顶面在最低水位下 0.1m，标高为 91.7m①按水文条件：局部冲刷深度 ，而大、中桥基础90.486.73.()hm埋深应≥2m（总冲刷深约 5m） ，故沉井所需高度为：(91.704)3.62.3()Hm若按此深度，则沉井将较接近于细砂类淤泥层，形成软弱土层，对沉井与上部结构安全不利②按土质条件 沉井应进入密实的砂卵石层并考虑 2.0m 的安全度，则91.7835210.()Hm③按地基承载力，沉井底面位于密实的砂卵石层为宜根据以上分析，拟采用沉井高度 H=10m，沉井顶面标高定为 91.7m，沉井底面标高为 81.7m因洪水位较高，第一节沉井高度不宜太小，故取 8.5m，第二节沉井高 1.5m，第一节沉井顶面标高为 90.2m2）沉井平面尺寸考虑到桥墩形式，采用两端半圆形中间为矩形的圆端形沉井圆端的外半径为 2.9m，矩形长边为 6.6m，宽 5.8m，第一节井壁厚 1.1m，第二节厚度为0.55m，隔墙厚度为 0.8m具体尺寸如图所示刃脚踏面宽度 0.15m，刃脚高 1.00m，则内侧倾角为：1.0arctn4628595oo三.荷载计算（1）沉井自重①刃脚重度 3125.0kNm刃脚截面积 21.51.06Fm形心至井壁外侧的距离为0.15.90.95[. (.1)]23.726x m 刃脚体积 31[(.372).].618.V刃脚重力： 18504()QkN②底节沉井井壁重度 324.50kNm截面积 217.85F体积 32[.36].0.7Vm重力： 20.74562()QkN③底节沉井隔墙重度 334.5kNm体积 330.180.4[.87.5]365.42.22V m重力： 34..9.()QkN④第二节沉井井壁重度 342.50kNm截面积 21.85F体积 34[376]0..Vm刃脚重力： 424680()QkN⑤钢筋混凝土盖板（厚 1.5m）重度 352.0kNm体积 3[16.42]1.56.Vm重力： 530782()QkN⑥井孔填砂卵石重重度 3620.kNm考虑自井底以上 3.6m 范围内以水下混凝土封底，以上用砂卵石填孔，填孔高度为 4.9m。

体积 2 36 0.4[1.8630.836]4.9150.622V m重力： 65..1.()QkN⑦封底混凝土重度 3724.0kNm体积 3[96.58].(1.820.74.2150.6)5.72V重力： 71.4.0.()QkN沉井总重为： 123456745.06.9.8.40152.30.4.289()GQkN⑧低水位时沉井的浮力 2(54.6.51.65.31)0.635.2()kN2.各力汇总力的名称 力值 kN对沉井底面形心轴的力臂 m弯矩（kNm）两孔上部结构恒载及墩身 P1=25691.00一孔活载（竖向力） Pg=650.00 1.15 747.50有制动力产生的竖向力 Pt=32.40 1.15 37.26沉井自重 G=14839.39沉井浮力 G´=-6355.23合计 ΣP=34857.62 784.76一孔活载（水平力） Hg=815.10 18.806 -15328.77制动力 HT=75.00 18.806 -1410.45合计 ΣH=890.10 -15954.46注：上表仅列了单孔活载作用情况，对其他活载作用情况本例题从略。

四.沉井基础整体验算沉井自局部冲刷线至井底的埋深 86.71.05.7hm考虑土的水平抗力作用，又因基底土层为密实砂卵石层，所以按的非岩石类地基土的刚性深基础验算地基强度和稳定性2.5h（1）基底应力验算基础宽度： 5.8()dm底面积：2206.4.7()4A井底截面抵抗矩：3230.56.1()dWm基础底面处竖向力标准值（包括基础自重） 34857.62()NPkN局部冲刷线以上水平力总和： 890.1()HkN局部冲刷线以上所有力对基底形心轴总弯矩 1594.6()MkNm所以水平力 H 作用高度 λ 17.02()MmH沉井基础侧面的地基比例系数按规范规定的地基当量 m 值计算如下：刚性深基础取， 5.0mh在 hm 范围内有三层土，将后两层看作一层，取 m2=50000kN/m4因 12.387.469.2mh故有 221.5().5(10.469).8mh412()370.6()mkNm所以 3.518()hC因 ，故取5.07130()mkNm故 08.35hC基础计算宽度 b1因 ，所以12.4.bm1()fbk沉井相当于单根桩情况，故 .0圆端形与矩形组合截面： 5.8.10924fdkb所以 1()1.095(2.4).7()fbk m所以387.362()hdWA考虑轴向 N 和水平力 H 的作用，基底边缘处压应力计算如下：maxin0 71.23485.290.15830646736kPaDpA井底地基土为密实砂卵石层，根据规范可按下式计算地基承载力容许值： 0124[]()()afkdkh由土层资料知： 0[]6afP根据持力层土的类别查规范表格得： 12,6k又基础的最小宽度 5.8dm一般冲刷线至基底的距离 49.7.45.823.hmdm土重度：持力层为透水性土， 取浮重度12、基底持力层土的浮重度： 30()kN基底以上土层的加权平均浮重度： 32(01)(89.43)(180).(210).8.2()7. kNm 考虑地基承受作用短期效应组合，承载力可提高 25%，即 .5R0124max[]1.5[]()(3).2642.8610.87.37RaaffkdkhPPa满足要求。

若不考虑井壁侧土的弹性抗力作用，即按一般的浅基础验算，则有： maxin034857.62194.823.0514.0NMp kPaAW也满足要求2）土体横向抗力验算沉井转动中心位置为： 2100(4)64.293bhdZm两控制位置 z=h/3 和 z=h 处井侧水平压应力3030668.15.075.07() (4.29)6.13()739....4hhhhHPZ kPaA土体极限横向土抗力为：修正系数 ，1.7()拱 桥 21.0()gM因0~h/3 范围内土的加权浮重度： 3310()hkNmh/3 处的内摩擦角： oh/3 处的粘聚力： 0C0~h 范围内土的加权浮重度： 3102.38.12.810.42()57h kNmh 处的内摩擦角： 35oh 处的粘聚力： 0C则 331234[](tan)cos85.070.7t2896.3hh hPCkakPo124[](tan)cos0.710.257ta3364hhPCkkPo均满足要求，因此计算时可以考虑沉井侧面的弹性抗力。

五、沉井施工过程验算（一）沉井自重下沉验算沉井自重 ++45.062.593.68.4072.93GkN刃 脚 重 底 节 沉 井 井 壁 重 底 节 隔 墙 重 顶 节 沉 井 井 壁 重沉井浮力 +18.230.74.23.0963.20wk （ 刃 脚 体 积 底 节 沉 井 井 壁 体 积 底 节 隔 墙 体 积 顶 节 沉 井 井 壁 体 积 ）（ ）土与井壁间平均单位摩阻力 26.+.81.17.8()0mTkNm总摩阻力 1.2178(5.326.)510.2(8.7)...178(5.26.)534kN排水下沉时，下沉系数 (未考虑围堰重)7268.93.041GkT不排水下沉时，考虑沉井顶部围堰（高程洪水位）重预计为 600kN，下沉系数为： 60728.936.201.4417GkT均满足要求二）刃脚受力验算刃脚向外挠曲的最不利情况，本例经分析及试算，按《公桥基规》建议定位刃脚下沉到中途，标高为 ，刃脚切入土中 1m，第90.4817.6.052m二节沉井已接上，其悬臂作用分配系数为： 4410.0.71.9055klh取 。

1）计算各个力值（按低水位取单位宽度计算，目的取 W 小值）刃脚侧土仅单层，为砂砾石， 2 318.0(),3,02()qkNmckNmo①土压力和水压力计算水压力折减系数 λ：排水挖土时，砂类土 λ=1.0不排水挖土时，井外 λ=1.0，井内 λ=0.5综合，水压力作用在井外，取λ=0.5按不排水计算：22330.51(9.8705)23.()68WHkNm总水压力： 2.7..()kh2 223 3tan(45)10(9.4805)tan(4)10.29().6.7EH kNm oo总土压力231.8()kEhNm总土压力和水压力为： 3.0()PWk静水压力的 70%计算为234.750.7.11.036.75()38.0()2wkHhkNmPkNm故取 6.5()PNm作用点距刃脚根部为： 32321 5.7410.563kwkhHhx水平力和土压力对刃脚根部截面中心轴的弯矩为（顺时针方向为正）： 136.7501=8.96()PMxkNm②刃脚摩阻力 10...()81kTEqhk取大值，因此 ()TNm摩阻力距刃脚根部截面中心轴的距离为： 21.05()x引起的弯矩为： 1280.59.()TMxkNm③刃脚底单位周长上土的竖向反力单位宽沉井自重（未考虑沉井浮力及隔墙重） 0.625.824.50824.5037.96()Gk刃脚作用在井壁外侧单位宽度上的摩阻力 31...13.1.()TEhNm或 84.57.()qhkNm取小值，即 1刃脚踏面竖向反力为： 237.9614.523.()VRGTkNm刃脚踏面下反力合力 0.150.249VVVaRRb刃脚踏面下反力合力 21.76的作用点距离井壁外侧为：VR12[()]30.50.95.4.76(.1)]338VVabxRRm距刃脚根部截面中心轴的距离为： 31.0。