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1、圆形沉井基础设计示例一、设计资料某大路桥为预应力钢筋混凝土剪支梁桥，其2号墩为圆形实体墩，墩底设计 高程为13.29m,基础拟采纳钢筋混凝土沉井基础。墩址处河床高程为15.30m,河流最低水位16.10m,施工时的水位17.00mo 河床一般冲刷线高程为13.80m,局部冲刷线高程10.60m。墩址处各土层资料见 表1.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/m4)承载力基本容 许值(kPa)细砂5.217.026.012.020000200砂土6.8120.030.014.040000300风化页岩3.
2、5021.045.025.080000350沉井材料为钢筋混凝土，除底节与顶盖混凝土等级为C20外，其余均为C15. 沉井沉至设计高程后，以水下混凝土封底，井孔填以砂石，顶盖为厚1.5m的钢 筋混凝土板。按大路桥涵地基与基础设计法律规范(JTG D632007)、大 路与工桥涵设计法律规范(JTG D61-2004)及大路钢筋混凝土及预应力混 凝土桥涵设计法律规范(JTGD622004)等设计计算。二、初步设计(1)沉井高度依据墩底高程要求，沉井顶部高程为13. 29m。按水文条件：局部冲刷深度” = 15.30-10.60 = 4.70用，而依据规定大、中 桥基础埋深应22.0m,故沉井所需
3、高度为：“ =4.7 + 2 = 6.70(m)然而，若按此深度，沉井底部将位于砂土层内，而该层从其力学性能指标来 看，并非抱负地基持力层。按地质条件：因风化页岩及其底下的页岩力学性能好，故井底最好嵌入岩层中，这里将井底嵌入风化页岩0.5m,则/=13.29-3.29 + 0.5 = 10.5(m)按地基承载力，沉井底面位于风化页岩层为宜。依据以上分析，拟采纳沉井高度H=10.5m,沉井顶面标高13.29m,沉井底 面高程为2.79m。按施工与构造要求，将沉井分为二节施工，第一节沉井高度为 5.5m,其次节沉井高度为5.0m。(2)沉井平面尺寸考虑到桥墩形式，采纳圆形沉井。底节直径5.0m,壁
4、厚1.15m,其次节沉井 直径4.9m,壁厚为1.10m。详细尺寸如图所示。刃脚踏面宽度0.15m,刃脚高1.40m,则内侧倾角为：1 406 = arctan = 54.5 451.00三.荷载计算(1)上部结构传递的荷载上部桥梁结构传递给墩底的荷载有多种组合，本算例中以低水位时两孔荷载 作为验算对象。其中，双孔上部结构恒载、活载及墩身自重等产生的墩底竖向力 N = 10099.MV，水平力H = 376kN ,两者在墩底产生的总弯矩为 M =74386kN-m0其余荷载组合从略。(2)沉井自重沉井自重力为各组成部分自重力之和，按上述初步拟定的沉井几何尺寸对其 各部分的体积和自重力计算如下。
5、顶盖重重度% =25.0 M/加5 =(万x 3)2 /4x 1.5) x 25.0 = 16.13x 25.0 = 403.3(左N)封底混凝土重设计封底混凝土厚度为：L4+1.0+1.0+0.3=3.7m重度% =23.0河/加-2.72 八.3.12-2.72，八 1.352 +1.35x2.35 + 2.352，八2八G,=%(x2.3 +xl.0 +x 1.4) x 23.0-423=3041x23.0 = 699.4(攵N)填料重填料高度为:10. 5-3. 7-1. 5=5. 3mC15混凝土重度匕 =23.0左N/加 719G3=(-x2.72x5.3)x23.0= 30.35
6、x23.0 = 698.1(ZN)刃脚和井壁重(刃脚与底节井壁重度取25.0&N/帆3 ,其余两节为23.0/m3 )G4=-x5.02x5.5-15.42-5.726x(5.5-1.4)-1.82x 25.0 +-X 4.92 x5.o-16.13-5.726 x (5.0-1.5) x 23.0 4=67.28 x25.0 + 58.12x 23.0 = 3018 8(kN)使用阶段沉井总重为：G = Gj + G2 + G3 + G4=403.3 + 699.4 + 698.1 + 3018.8=4819.6/N)使用阶段沉井的浮力G 二工 X (5.()2 X 5.5 + 4.92 X
7、5.0) xl0.0 = 2022.8(ZN) 4故考虑浮力时沉井的自重力G为G = G - G = 4819.6 - 2022.8 = 2796.8aN)四、沉井基础整体验算使用阶段沉井已封底，加顶盖板。沉井自局部冲刷线至井底的埋深h = 10.60 2.79 = 7.81m 5m需考虑土的水平抗力作用，又因基底土层为风化页岩层，所以按非岩石类地 基土的刚性深基础验算地基强度。(1)基底应力验算平行于水平力作用方向沉井宽度：。=5.0(加)垂直于水平力作用方向沉井的宽度：d=5m底面积：4=x2.52=19.64(/)井底截面反抗矩：乃力3叱)=方=12.27(加)基础底面处竖向力标准值(包
8、括基础自重)N = 10099.4 + 2796.8 = 12896.2()局部冲刷线以上水平力总和：H = 371.6(左N)局部冲刷线以上全部力对基底形心轴总弯矩M =7438.6+371.6x10.5 = 11340.4(- m)所以水平力H作用高度入M = = 30.52(m)沉井基础侧面的地基比例系数按法律规范规定的地基当量m值计算如下:刚性深基础取，hh = 73T(m)在 hm 范围内有二层土，因 4仇 =0.5/7.31 = 0.068 1.0m，所以=kkf (d +1)沉井相当于单根桩状况，故左= 1.0圆形截面：kf = 0.9所以a=kkf(d + 1) = 1.0 x
9、 0.9 x(5.0 + l) = 5.4(m)所以A = 33跖32.26疝2.(3-人)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：N 3DH 12896.2 3x371.6x5.0 1099.6()p = 常 4)AB 19.641212.6(枕a)井底地基土为风化页岩层，依据法律规范可按下式计算地基承载力容许值:力=/。+匕/S 2) +左2%(无43)由土层资料知：力。=350狂%参照密实的碎石类土查表，得：4=4/2=6又基础的最小宽度h = D = 5.0m 10m一般冲刷线至基底的距离 h4 = 13.80-2.79 = 11.01m %ax = 1099.6kPa满
10、意要求。(2) 土体横向抗力验算沉井转动中心位置为:笔粽j）两掌握位置z=h/3和z=h处井侧水平压应力2黑 Z(ZZ)z=/?/36x371.6 *2x(5.46-出) = 6-33Pz（zz）=x7.81x (5.46 7.81) = 164.4()z=h土体极限横向土抗力为:修正系数7 =1.0（上部结构静定）， =1.0（因，=0）z=h/3 时，/3 =7.0x0.5 + 10.0x(7.81/3-0.5)7.81/3= (kN碍,夕=30。,CS%/34xx tan 30cos 3003二69 AkPa 666kpaz=h 时， =7.0 x 0.5 + 10.0 x6.81 + 11.0x 0.57.81=9.9（雨/加），。=45,c=o4月=7 %tan % + C)cos %4=1.0x1 .Oxx9.9x7.8lx tan45cos 45= 437.46/164.4均满意要求，因此计算时可以考虑沉井侧面的弹性抗力。