武漢工程大學(xué)橋梁工程課程設(shè)計.

1、課程設(shè)計計算書一、方案比選本工程是某公路橋墩， 上部結(jié)構(gòu)及橋墩的自重較大， 埋置深度深， 采用沉井 基礎(chǔ)，整體性強、穩(wěn)定性好，有較大的承載面積，能承受較大的垂直荷載和水平 荷載。而且與其它的深基礎(chǔ)相比，更加經(jīng)濟，故必選好，采用沉井基礎(chǔ)作為該工 程的基礎(chǔ)的方案。二、持力層選擇1、根據(jù)工程地質(zhì)資料選擇持力層由資料可知：沉井結(jié)構(gòu)高 H=10.5m ，沉井高出地面 500mm ，故沉井埋置深 度為 10m 。由工程地質(zhì)條件資料知，持力層為灰色粘土，刃腳底部深入灰色粘 土層深度為 5.5m 。2、確定沉井基礎(chǔ)的尺寸和埋置深度9平面圖（尺寸單位：mm）沉井高度H=10.5m,埋置深度h=10m。沉井內(nèi)徑d

2、=6.0m，外徑D訐6.6m ,井壁厚t=300mm ,刃腳踏面寬度a=150mm ,底板厚度t 400mm ；刃腳部分井壁厚度為t 500mm,增厚處井壁高度為H廣1756mm,增厚處井壁外徑D 2 = 7.0m,刃腳高度 h = 400mm刃腳內(nèi)側(cè)面傾角v -tan40048.845500 -150三、荷載計算1、上部結(jié)構(gòu)荷載上部結(jié)構(gòu)恒載及墩身自重15000kN，對沉井底面形心軸的力臂為 0.5m ；水平活荷載510kN，制動力75kN，對沉井地面形心軸的力臂為18.5m。2、沉井自重(1) 刃腳3 鋼筋混凝土重度：=25 KN / m1 2 A| =(0.15+0.5 嚴 0.4 = 0

3、.13m刃腳截面面積：刃腳尺寸(mm)= 0.178m刃腳體積：V,=2二 3.5-0.1780.1 2.71m3刃腳自重力：G =2.71 25 =67.75kN(2) 增厚沉井井壁體積：V272 -621.756 -0.4 = 13.84m34自重力：G2 =13.84 25 =346kN(3) 未增厚處沉井井壁：體積：- 2 2 二 2 2V36.6 -610.5 -1.756 -0.4 -1.5 6.6 -6.30.4 1.544=4 6 . 4n3自重力：G3 =46.41 25=1160.25kN(4) 封底混凝土：體積：V40.4 3.352 3.35 3 3262 26.32

4、0.4344=8 1 . 7n0自重力：G4 =81.7 25=2042.5kN(5) 蓋板：體積： 二 23V5 = x6.32x 1.5 = 46.76m34自重：G5 =46.76 25=1169kN(6) 井孔填土體積：23V6610.5-0.4-0.4-2-1.5 ；=175.30m4自重：G6 -175.3 18 = 3155.41kN則沉井自重：G =G G2 G3 G4 G5 G6 =7940.91kN(7)枯水期沉井浮力體積:223V77 1.7566.610.5 -0.5 -4.5 -1.756 = 195.67 m44自重:G7 - -195.67 10 - -1956.

5、7kN沉井自重計算匯總沉井部位重度kN /m體積3 m自重kN形心到井外壁距離m刃腳G252.7167.750.13增厚沉井井壁G2513.84346未增厚沉井井壁G2546.411160.25圭寸底混凝土 g42581.702042.5蓋板g2546.761169井孔填土 G18175.303155.41枯水期浮力G710195.67-1956.7沉井自重實g （不包括浮力）7940.91各力匯總力的名稱大小/ kN對沉井地面形心軸的力臂/m彎矩/ kN m上部結(jié)構(gòu)恒載及墩 身R =150000.57500沉井自重沉井浮力G =7940.91G = -1956.7豎向何載合計Z P =209

6、84.217500水平何載Hg =51018.59435制動力Ht =7518.51387.5水平何載合計Z H =58510822.5總計18322.5四、沉井基礎(chǔ)承載力計算根據(jù)上部結(jié)構(gòu)荷載及地基條件，進行基底承載力驗算、橫向抗力驗算1、基底承載力驗算沉井自最高水位至井底的埋置深度為：h =10 -0.5 = 9.5m基底寬度：d =7.0m基礎(chǔ)底面積：A72 = 38.48m24基底的截面模量：W =：浜73 =33.67m332豎向總荷載：N =15000 7940.91 -1956.7 =20984.21kN水平總荷載：H =510 75 = 585kN總的彎矩：M =15000 0.

7、5 585 18.5 = 18322.5kNLm基礎(chǔ)的計算寬度：已知b=kkf d 1 , d 1.0，且k=1, k0.9故 b =0.97.0 1 i=7.2mC0.95（h ： 10m,C0 =10m0,Ch 二 mh, h = 9.5m,取m0 二 m） C、M1 8322.5/585 m3 1.32、H八一 2心h)18Wd 7.2 0.95 9.53 18 33.67 7.62當有豎向荷載N及水平力H同時作用時,基底邊緣處的壓應(yīng)力為:max CT .minN 3Hd 20984.213 585 7.0=十=A。 A1-38.4862.98 0.95二 545.33 - 205.32

8、8 工 750.66kPa340.00kPa計算地基容許承載力:fa l-lfj K 1（b-2） k2 2（h -3）由地質(zhì)資料知：基底土為灰色粘土，fa01 = 360kPa，匕=0,k2 =2.5若持力層在水面以下，粘土不透水，一律采取飽和重度18.0 0.5 18.8 2.5 17.5 1.5+16.8 5.53=17.47kN /m2 0.95 （3 31.32-9.5）地基容許承載力的抵抗系數(shù)r =1.25lfj-1.25 fa k, ! b-2 k2 2 h-3=1.253 6 02 . 51 7.4 71 03= 8 3 2.kP 前 7 5 0k.f6 6故滿足地基承載力要求

9、。2、土體橫向抗力驗算6H地面下Z深度處井壁承受的側(cè)土橫向抗力為：E =z Zo - ZAh時2(4九-h )+6dWZo _2:th 3 -h0.957.2 2 9.543：.3 29.567.0 33.67-2漢 0.9瘡 7耳 2 (9.5漢 3 34).3 2 9.5=6.64m根據(jù)經(jīng)驗可知，通常最大水平壓應(yīng)力出現(xiàn)的位置大致在z和處，雜585過匹664 -62.98 9.539.56 疋585當 z=h=9.5 時，Ph9.56.64 -9.5 =-159.39kPa平均內(nèi)摩擦角:= 13.53；62.98 匯 9.5平均重度：18.0 0.5 188 2.5 17.5 “8 5.5=

10、17.47kN/m310根據(jù)地質(zhì)資料，取土體的平均重度與平均抗剪強度指標為:,_ 14.8 2.521.78 1.5 10.7 5.59.5= 14.16kPa24 2.5 13 1.5 10 5.5平均粘聚力:c =9.5修正系數(shù)：1.0 （上部結(jié)構(gòu)靜定），2 =1.0 （因mg =0）代入數(shù)據(jù)求得土體極限橫向抗力:當時,4 I 1 7 4 49 5 f-i= 1.0 1.-0t a n、1 3 . 5 3 14.16cos13533丿=1 1 2 .!8Pa64kP3i當 z=h=9.5 時，A12cob W c4“.01 . co s 1 3. 5 31 7.449.5 Ua n13.5

11、314.16= 222.2l8a1 5 9k. 13 9均滿足要求，因此計算時需要考慮基礎(chǔ)側(cè)面土體彈性抗力的影響。五、沉井施工過程及強度驗算 沉井自重下沉驗算施工過程中。沉井自重為井壁和刃腳:G 二 G G G 67. 7 53 4 61 1 602kN 15 74土與井壁間平均單位摩阻力，取加權(quán)平均值：16 漢 0.5+24 汽 2.5+22 漢 1.5+20 漢 5.5, 2Tm21.1kN/m10井壁總摩阻力：T =3.1416 （7.0 1.756） 21.1 =814.8kN1574滿足要求下沉系數(shù)：K =1.93814.81刃腳受力驗算1刃腳向外撓曲刃腳向外撓曲示意圖刃腳向外撓曲最

12、不利的情況為沉井下沉途中，刃腳切入土中 刃腳懸臂作用的分配系數(shù)：0.4m0.1L44hk0.05L0.1 6.040.540.05 6.0= 2.0 1.0取-1.0(1) 計算各個力值(按施工水位，取枯水位期，取單位寬度計算 土壓力和水壓力 由朗肯土壓力主動土壓力公式(粘土)：. e= htan2(45 -)-2ctan(45 - )2 210 7已知：tan2(450) =tan2(450 ) =0.687，2 2o 41o 10.7tan(45 - ) = tan(45 -) = 0.8292 2土壓力：e2 = 18 0.5 18.8 2.5 17.5 1.5 6.8 5.10.687

13、-2 10 0.829巨=1 8 0. 5 1 8. 8 2. 5 1 7. 5 1. 5 6. 8 5. 50. 6 8 7 2 1 0 0.=6 5 . &2J m水壓力：W2 =10.05.5-0.4 =51kN/mw3 =10.0 5 =5 kN5 m /從安全考慮，刃腳外側(cè)土壓力和水壓力的合力不得大于靜水壓力的70% ,否則按靜水壓力的70%計算。e2 w2 = 51 63.75 =114.75kN/m 0.7w2 = 35.7kN / me3 w3 = 55 65.62 =120.62kN / m 0.7w3 = 38.5kN / m取：P2 = 35.7kN / m， P3 =3

14、8.5kN / m11土壓力和水壓力的合力：P=(F2 P3)hk(35.7 38.5) 0.4 =14.84kN221 電 2Pe2 1 38.5 2 35.7 r 距刃腳底部的力臂：c=決2 hk =0.4=0.2m3 Fe3+巴338.5 + 35.7 土對刃腳的摩阻力T 二 qkhk 和 T =0.5E取兩者中的較小者。土對整個井壁的摩阻力：T二qkhk=21.1 1.756 = 37.05kN1T =0.5E =0.5 ? 57.4265.621.756 =54.01kN取兩者中的較小值為：T =37.05kN此外，土堆刃腳部分井壁的摩阻力：T)= qk hk = 2 00 .=4

15、kN8T1 =0 . 5E = 0 .56 3 +7 5 ) 6 5.6 0k N 12.942取兩者中的較小值為：T, =8kN 刃腳的反力計算單位寬刃腳自重力：g =0.13 25 =3.25kN形心至井壁外側(cè)的距離:.15 硝 T50.3-51 0.430.-3星=0 . 1 5m丿 0.130.17819單位寬沉井自重為：G=g：；|0.51.7-5 60.4 - 1 0.七 1-. 7 5 60 . 11 . 50 . 35).41 . 50 . 1刃腳踏面豎向反力：R=G-T =78.66 -37.05 =41.61kN式中-2取為土的內(nèi)摩擦角,、2 二=10.7，tan 二0.4

16、0.50.15八 48.8刃腳斜面橫向力為：H - V2 ta n()-、2)tan (八、2)2a10200的鋼筋。 沉井井壁橫向受力驗算橫向受力最不利狀態(tài)是沉井已經(jīng)沉至設(shè)計高程，刃腳下的土已經(jīng)挖空而 尚未封底，這是刃腳根部以上一段井壁承受的外力最大，一般取刃腳根部斷 面以上高度等于井壁厚度的一段井壁作為計算分析的水平框架，它不僅承受 本身范圍內(nèi)的水平力，還要承受刃腳最為懸臂傳來的剪力。井誓S向受力計算示意圖1水壓力和土壓力的計算(考慮最高水位)e二 h t a n (4 右-C 2 t 4 5)已知：tan2(45) =tan2(45 -107) =0.6872 2中10 7tan(450

17、 -)二 tan(45)= 0.82922e=涉 0節(jié) 8. 8 + 2.5 ”5.5 6.85艮5 0.蟲漢0.適 290.6 8 7 2 1 0= 3 3.9k4J m僉=：180. 58. 82. 57. 51. 56. 85. 1 -0. 6 8 721 00. 8 2 9=3 6.2cTN m=3 8 .畑 m=10 (9.5-0.4-0.5) =86kN/m；. 2 = 1 0 ( 9. 5 0. =4 N 9 m/；-;3 二1 0 9.5 k9b5 m/刃腳及刃腳根部以上0.5m井壁范圍內(nèi)單位寬度土壓力和水壓力的合力：1p= ( 3 3.9 438:148595 扌 0 k9N

18、 tn1 3 . 8 9/2考慮刃腳懸臂作用傳來的荷載，其分配系數(shù):=1.0。2圓形沉井所受的力 無內(nèi)隔墻的圓形沉井只受軸力，彎矩和剪力均為零。o 4 o r軸向壓力：N 二pr =113.89 (竺 3)=370.14kN2按純混凝土的應(yīng)力驗算：max N M 3 7 0.1 4匚 m i n：0=185 &P7 ： fed 二6P)a6 0F W 0 . 2只需按構(gòu)造配置鋼筋，配 M0200的鋼筋。(五)底節(jié)沉井豎向撓曲計算采用排水下沉，將沉井視為支承于固定承墊的梁來計算。梁的長為6m1彎矩及剪力計算跨中計算長度：1 .2 .2 3 = 4.24均布荷載集度：qG = 11574 =131

19、.17kN/m2L2611支點負彎矩： Ma ql22131.17 0.882 =50.79kN m2211跨中正彎矩： M qh2-Ma 131.17 4.242 -50.79 =243.98kN m882711支點反力：Raql 131.17 6 = 393.51kN22支點剪力：Q 二 Ra -qj =393.51-131.17 0.88 = 278.08kN2第一節(jié)井壁截面特性計算截面形心軸的位置1.756 0.5 11.756- 10.4 0.35 10.4y下 =223- 0.94m1.756x0.5%x0.4x0.35y上 =1.7 560.94 m.8290.4 智 3 50 . 40.35x 右=0.50 =2 4 n0.20.350.15-=0 . 2r40.35 0.4336截面慣距:I x-x1 0.5 1.7563 0.5 1.756： |0.94-丄 1.75612 20.35 0.40.94-1 0.4I 3=0.183m43應(yīng)力驗算跨中截面下緣拉應(yīng)力:My下駕器80渾7年十t m d_9a0支點截面上緣:May上2Ix-x50.64811163 . ft20.183tt m d_9a0由此可知，在排水施工階段，下節(jié)沉井上下端豎向撓曲應(yīng)力均小于混凝 土容許限值。六主要參考文獻1華南理工大學(xué)、浙江大學(xué)、湖南大學(xué)編基礎(chǔ)工程（