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1、第四节第四节 沉井基础的设计与计算沉井基础的设计与计算一、沉井基础的尺寸拟定一、沉井基础的尺寸拟定 1、根据墩台身尺寸拟定、根据墩台身尺寸拟定 沉井结构的襟边要求不小于沉井全高的沉井结构的襟边要求不小于沉井全高的1/50，且不小于，且不小于200mm，浮式沉井另加，浮式沉井另加200mm。2、根据地基土容许承载力确定、根据地基土容许承载力确定 按地基容许承载力推算出的基底平面尺寸，一般要比墩按地基容许承载力推算出的基底平面尺寸，一般要比墩台身底截面尺寸大的多，台身底截面尺寸大的多，要求墩台身边缘尽可能支承在井壁要求墩台身边缘尽可能支承在井壁上或顶盖板的支承面上，一般空心沉井不允许墩台身边缘全上
2、或顶盖板的支承面上，一般空心沉井不允许墩台身边缘全部坐落在取土井孔内。部坐落在取土井孔内。3、沉井高度确定、沉井高度确定 沉井高度为基顶标高与基底标高之差。沉井沉井高度为基顶标高与基底标高之差。沉井井顶标高井顶标高与与扩大基础顶面标高确定要求相同；扩大基础顶面标高确定要求相同；基底标高基底标高按持力层确定。按持力层确定。4、沉井各结构细部尺寸拟定、沉井各结构细部尺寸拟定 沉井各结构部分的细部尺寸，按前面构造要求初拟尺沉井各结构部分的细部尺寸，按前面构造要求初拟尺寸，经验算调整确定。寸，经验算调整确定。二、沉井作为刚性深基础的整体验算二、沉井作为刚性深基础的整体验算 1、当、当h5.0m，按刚性
3、扩大基础验算。，按刚性扩大基础验算。2、当、当ah2.5；h5.0m，作为刚性深基础的整体验算。，作为刚性深基础的整体验算。基本假设主要是：基本假设主要是：(1)认为基础的刚度无穷大，本身不产生挠曲变形，只认为基础的刚度无穷大，本身不产生挠曲变形，只产生转动；产生转动；(2)在考虑土的横向抗力固着作用计算地基压力时，一在考虑土的横向抗力固着作用计算地基压力时，一般不考虑作用在基础侧面的摩阻力；般不考虑作用在基础侧面的摩阻力；(3)对土弹性抗力的假设按第五章对土弹性抗力的假设按第五章“m”法考虑。法考虑。（一）非岩石类地基上刚性深基础的计算（一）非岩石类地基上刚性深基础的计算 1、基本原理、基本
4、原理 2、水平力、水平力H作用高度作用高度的计算的计算 H为原地面线或局部冲刷线以上的水平力合力，为原地面线或局部冲刷线以上的水平力合力，。Mi为地面线或局部冲刷线以上所有水平力、弯矩、偏为地面线或局部冲刷线以上所有水平力、弯矩、偏心竖向力对基础底面重心的总弯矩。当仅有竖向力作用时，心竖向力对基础底面重心的总弯矩。当仅有竖向力作用时，。3、水平力、水平力H作用下地基应力计算作用下地基应力计算 地面下任意深度地面下任意深度Z处基础产生的水平位移处基础产生的水平位移XZ 土的水平土抗力土的水平土抗力ZX 基础底面竖向土抗力（压应力）基础底面竖向土抗力（压应力）D/2 求解未知数求解未知数Z0和和t
5、anw，建立两个平衡方程，即，建立两个平衡方程，即 整理后可解得整理后可解得 式中式中 深度深度h处基础侧面土的地基系数与基础底面地处基础侧面土的地基系数与基础底面地基系数比，计算式为基系数比，计算式为 最后求得土的水平土抗力最后求得土的水平土抗力ZX和基和基础础底面底面竖竖向土抗力向土抗力（压应压应力）力）D/2 4、应力验算、应力验算 基底应力验算基底应力验算 基础侧面水平压应力验算基础侧面水平压应力验算 横向计算横向计算 zx值应小于沉井周围土的极限抗力值。值应小于沉井周围土的极限抗力值。极限抗力值计算方法：极限抗力值计算方法：当基础在外力作用下产生位移时，在深度当基础在外力作用下产生位
6、移时，在深度z处基础一侧产处基础一侧产生主动土压力强度生主动土压力强度Pa，而被挤压一侧土就受到被动土压力强，而被挤压一侧土就受到被动土压力强度度Pb，故其极限抗力，以土压力表达为，故其极限抗力，以土压力表达为 1取决于上部结构形式的系数，对于静定结取决于上部结构形式的系数，对于静定结构构 1=1，超静定结构，超静定结构 1=0.7；2考虑恒载对基础底面重心所产生的弯矩考虑恒载对基础底面重心所产生的弯矩Mg在总弯矩在总弯矩M中所占百分比的系数，即中所占百分比的系数，即 根据测试得知出现最大水平压应力的位置大致在根据测试得知出现最大水平压应力的位置大致在Z=h/3和和Z=h处，代入整理得处，代入
7、整理得 基础截面弯矩计算基础截面弯矩计算 地面或局部冲刷线以下深度地面或局部冲刷线以下深度Z处基础截面上的弯矩处基础截面上的弯矩MZ为为5、墩台顶水平位移验算、墩台顶水平位移验算 基础在水平力和力矩作用下，墩台顶面会产生水平位基础在水平力和力矩作用下，墩台顶面会产生水平位移移。由由三部分组成：三部分组成：(1)地面处的水平位移地面处的水平位移z0 tg ；(2)地面到墩台顶范围地面到墩台顶范围h0内的水平位移内的水平位移h0 tg ；(3)在在h0范围内墩台本身弹性挠曲变形引起的墩台顶范围内墩台本身弹性挠曲变形引起的墩台顶水平位移水平位移 0。现行桥梁规范中规定，墩台顶面的水平位移现行桥梁规范
8、中规定，墩台顶面的水平位移 应符合下应符合下列要求：列要求：式中，式中，L为相邻跨中最小跨的跨度为相邻跨中最小跨的跨度(m)，当跨度，当跨度L0 （1）y的计算的计算 从底板算起的吃水深度为从底板算起的吃水深度为 以以y1来表示浮心位置距隔来表示浮心位置距隔墙墙底的距离，底的距离，则则浮心位置距刃浮心位置距刃脚底脚底为为h3y1，应应用各排水体用各排水体积积重心重心对对刃脚底的体刃脚底的体积积矩（各矩（各排水体排水体积积与体与体积积重心至刃脚底距离的乘重心至刃脚底距离的乘积积）来求得浮心位置。）来求得浮心位置。有有 M1分别为各排水体积（沉井底板以上部分排水体积分别为各排水体积（沉井底板以上部
9、分排水体积V0、刃脚体积刃脚体积V1、底板下隔墙体积、底板下隔墙体积V2）对其中心到刃脚底距离的）对其中心到刃脚底距离的乘积（体积矩），计算如下乘积（体积矩），计算如下 重心的位置引用上面同样的方法求得。重心位置距刃脚重心的位置引用上面同样的方法求得。重心位置距刃脚踏面为踏面为Y2,则有则有（2）的的计计算算定定倾倾半径半径为为定定倾倾中心到浮心的距离，可由下式中心到浮心的距离，可由下式计计算算（二）倾斜角度验算（二）倾斜角度验算（三）井壁出水高度验算（三）井壁出水高度验算 水下有一直径为水下有一直径为7m的圆形沉井基础，基底上作用的圆形沉井基础，基底上作用竖直荷载为竖直荷载为18503KN(已扣除浮力已扣除浮力3848KN),水平水平力为力为503KN，弯矩为，弯矩为7360KNm（均为考虑附加（均为考虑附加组合荷载）。组合荷载）。1=2=1.0。沉井埋深。沉井埋深10m，土，土质为中等密中等密实的砂的砂砾层，容重，容重为21kN/m3，内摩擦，内摩擦角角35350 0,内聚力内聚力C=0C=0，请验算算该沉井基沉井基础的地基的地基承承载力及横向土抗力。力及横向土抗力。