沉井基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

1、 華中科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)專 業(yè)：道路橋梁與渡河工程班 級：0903學(xué) 號：U200916071姓 名：龍文兵指導(dǎo)老師：王雪峰 徐輝 張光永日 期：2012年7月 目錄1、設(shè)計(jì)資料32、沉井高度及各部分尺寸擬定43、作用效應(yīng)計(jì)算44、基底應(yīng)力驗(yàn)算85、橫向抗力驗(yàn)算96、沉井在施工過程中的強(qiáng)度驗(yàn)算（不排水下沉）97、沉井井壁豎向抗力驗(yàn)算148、井壁橫向受力計(jì)算149、第一節(jié)沉井豎向撓曲驗(yàn)算1810、封底混凝土驗(yàn)算1911、蓋板混凝土驗(yàn)算2012、參考文獻(xiàn)21附圖紙22沉井基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書1、設(shè)計(jì)資料上部結(jié)構(gòu)為跨徑25+2=27m的預(yù)應(yīng)力混凝土T型鋼構(gòu)。橋梁為二級安全設(shè)

2、計(jì)等級。下部結(jié)構(gòu)為C15混凝土重力式橋墩，基礎(chǔ)為鋼筋混凝土沉井，沉井各部分采用C25混凝土，尺寸如圖一所示?！拘蛱枺?】地質(zhì)情況：1鉆孔2鉆孔3鉆孔土層編號土的名稱圖例土層頂面標(biāo)高土層厚度土層編號土的名稱圖例土層頂面標(biāo)高土層厚度土層編號土的名稱圖例土層頂面標(biāo)高土層厚度13黏砂土138.0113黏砂土130.0113黏砂土133.014黏土137.02.54黏土129.02.54黏土132.02.511黏土134.511黏土126.511黏土129.5 水文資料：常水位高程132.00m,潮水位高程142.00m，一般沖刷線高程為128.5m，局部沖刷線高程為124.5m施工方法：常水位時(shí)筑島制

3、作沉井，不排水下沉。2、沉井高度及各部分尺寸擬定2.1、沉井高度根據(jù)水文資料初步設(shè)計(jì)沉井的頂面高程為131m，按水文計(jì)算，大、中橋的基礎(chǔ)埋置深度應(yīng)在最大沖刷線以下2.0m，則沉井所需高度為：按地質(zhì)條件與地基容許承載力考慮，沉井底面應(yīng)位于黏土層中，根據(jù)分析初擬采用沉井高度H=13m，沉井的底面高程118m，頂節(jié)沉井高6.0m，底節(jié)沉井高7.0m。2.2、沉井的平面尺寸考慮到橋墩的形式，采用兩端半圓形中間為矩形的沉井，詳細(xì)的尺寸如圖1。刃腳踏面的寬度為0.2m，刃腳高度為1.5m，則刃腳內(nèi)側(cè)傾角為：3、作用效應(yīng)計(jì)算3.1、梁、橋墩的計(jì)算橋梁自重： ；墩帽、墩身自重： ；3.2、車道荷載和人群荷載二

4、級公路的車道荷載取一級公路的車道荷載和集中荷載的0.75倍，所以均布荷載：集中荷載：人群荷載：3.0kN/m23.2.1單孔布載：集中荷載和均布荷載的布載方式如圖2汽車荷載支座反力：汽車荷載在順橋向引起的彎矩：人群荷載支座反力：人群荷載在順橋向引起的彎矩：3.2.2 兩孔布載：集中荷載和均布荷載的布載方式如圖3汽車荷載支座反力：人群荷載支座反力：3.3、風(fēng)荷載梁上的風(fēng)荷載： 墩帽所受的風(fēng)荷載： 橋墩上的風(fēng)荷載（常水位最不利）： （c3=7.35m）3.4、汽車制動(dòng)力 （c1=14.72m）3.5、沉井自重3.5.1刃腳自重（重度 ）刃腳截面面積：形心到井壁外側(cè)的距離： 刃腳體積：刃腳自重：3.

5、5.2底節(jié)沉井的井壁自重（重度 ）井壁截面面積：體積：自重：3.5.3底節(jié)沉井的隔墻自重（重度 ）體積：自重：3.5.4 第二節(jié)沉井井壁自重（重度 ）體積:自重：3.5.5 蓋板自重（重度 ）體積：自重：3.5.6 井孔填石自重（重度 ）沉井自底面以上5m用水泥混凝土封底，其上用砂卵石填筑，則：體積：自重：3.5.7 封底混凝土自重（重度 ）體積： 自重：3.5.8 沉井總重： 3.5.9常水位時(shí)沉井的浮力 3.6、作用效應(yīng)組合為驗(yàn)算地基強(qiáng)度，選取最不利作用效應(yīng)組合匯總于表中：力的名稱NHM浮力自重5446.1413842.31恒載兩孔布載（豎直）13556.061017一孔布載（水平）制動(dòng)力

6、、風(fēng)載198.68249.382243.14作用短期效應(yīng)組合22969.23198.682492.524、基底應(yīng)力驗(yàn)算沉井最大沖刷線至井底的埋置深度為：考慮井壁側(cè)面上的彈性抗力：其中：； 沉井底面處的地基容許承載力為： (其中)按地質(zhì)資料，基底土屬于11黏土，查表取 5、橫向抗力驗(yàn)算在地面下z深度處井壁承受的土橫向抗力為: 當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，其中 可見，井壁承受的側(cè)面土的橫向抗力均滿足要求，計(jì)算時(shí)可以考慮沉井側(cè)面土的橫向抗力。6、沉井在施工過程中的強(qiáng)度驗(yàn)算（不排水下沉）6.1、沉井自重下沉驗(yàn)算沉井自重：沉井浮力：土與井壁間的摩阻力：考慮井頂圍堰（高出高水位）重力預(yù)計(jì)為600kN，則： 沉

7、井自重小于摩阻力，在施工過程中，可以考慮在井壁外側(cè)設(shè)置泥漿潤滑套或者在井壁內(nèi)埋設(shè)管道以使用高壓射水或噴射壓縮空氣等方法來降低沉井外壁的摩阻力，以及在施工過程中采用井壁壓重或在井壁內(nèi)降低水位等措施來幫助沉井下沉。6.2、刃腳受力驗(yàn)算6.2.1刃腳向外撓曲刃腳向外撓曲最不利的情況，經(jīng)分析為刃腳下沉到中途，刃腳切入土中1m，第二節(jié)沉井已經(jīng)接上，則刃腳懸臂作用的分配系數(shù)為： 計(jì)算各個(gè)力值如下： 根據(jù)施工情況，從安全角度考慮，刃腳外側(cè)的水壓力按50%計(jì)算，作用在刃腳外側(cè)的土壓力和水壓力為： 合力：如按靜水壓力的70%計(jì)算為： 取刃腳摩阻力按下面兩式計(jì)算： 兩者取大值，故摩阻力為27.43kN單位寬沉井自

8、重為： 刃腳斜面豎向反力為： 刃腳斜面橫向力為： 井壁自重G的作用點(diǎn)至刃腳根部的距離為： RV的作用點(diǎn)離井壁外側(cè)的距離為： 各力對刃腳根部截面中心的彎矩計(jì)算如下：刃腳斜面水平反力引起的彎矩為： 水平水壓力及土壓力引起的彎矩為： 反力RV引起的彎矩為： 刃腳自重引起的彎矩為： 刃腳側(cè)面摩阻力引起的彎矩為： 總彎矩為：刃腳根部強(qiáng)度驗(yàn)算如下： 偏心距：故按純混凝土單向偏心受壓進(jìn)行驗(yàn)算由,查【JTG61-2005公路圬工橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范】得，則： 所以按受力條件可不設(shè)鋼筋，只需按構(gòu)造要求設(shè)置。由于水平剪力較小，故驗(yàn)算時(shí)未考慮。6.2.2刃腳向內(nèi)撓曲當(dāng)沉井沉到設(shè)計(jì)高程，刃腳下的土已挖空，這時(shí)刃腳處于向內(nèi)彎曲

9、的不利情況。計(jì)算各個(gè)力值如下a、水壓力及土壓力 P對刃腳根部形心軸的彎矩為： b、刃腳摩阻力產(chǎn)生的彎矩 兩者取小值，則c、刃腳自重產(chǎn)生的彎矩 d、所有力對刃腳根部的彎矩軸向力、剪力 刃腳根部截面壓力驗(yàn)算a、彎矩壓力驗(yàn)算 b、剪力驗(yàn)算 計(jì)算表明刃腳外側(cè)也只需按構(gòu)造要求配筋。6.3刃腳配筋計(jì)算設(shè)置混凝土保護(hù)層厚度為60mm。遠(yuǎn)離縱向力一側(cè)的鋼筋按最小配筋率確定所需鋼筋面積： 所以選擇822，。受壓區(qū)可以不配置鋼筋。7、沉井井壁豎向抗力驗(yàn)算 井壁受拉面積為： 混凝土受拉應(yīng)力為： 滿足要求，可只配置構(gòu)造鋼筋。8、井壁橫向受力計(jì)算8.1、刃腳根部以上高度等于井壁厚度的一段井壁井壁橫向受力最不利的位置是在

10、沉井設(shè)計(jì)高程時(shí)，這時(shí)刃腳根部以上一段井壁承受的外力最大，它不僅承受本身范圍內(nèi)的水平力，還要承受刃腳作為懸臂傳來的剪力。a、常水位時(shí)單位寬度井壁上的水壓力 單位寬度井壁上的土壓力為： 刃腳及刃腳根部以上1.5m井壁范圍的外力為： b、圓端形沉井各部分受力為： 根據(jù)以上計(jì)算，井壁最不利的受力位置在長軸端點(diǎn)處，其彎矩，軸向力。c、井壁配筋計(jì)算 截面設(shè)計(jì)軸向力計(jì)算值N=3155.17kN，彎矩計(jì)算值，可得到偏心距（e0）為：彎矩作用平面內(nèi)的長細(xì)比為,故可以不考慮偏心距增大系數(shù)。設(shè)，則。大、小偏心受壓的初步判定 故可先按大偏心受壓情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。 計(jì)算所需的縱向鋼筋面積取可以得到： 所以應(yīng)按照選擇鋼筋?，F(xiàn)

11、選取822，則實(shí)際受壓鋼筋面積,。截面受壓區(qū)高度值為： 取并代入公式可得： 故僅需按照構(gòu)造要求配置受拉鋼筋，選取822。8.2、其它井壁控制截面強(qiáng)度驗(yàn)算。取第二節(jié)沉井最下端單位高度進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算，按此計(jì)算的水平鋼筋布置于全段井壁上，作用在各框架的均布荷載為：a、常水位時(shí)單位寬度井壁上的水壓力 單位寬度井壁上的土壓力為： 刃腳及刃腳根部以上1.5m井壁范圍的外力為： b、圓端形沉井各部分受力為： 計(jì)算表明，井壁只需按構(gòu)造要求設(shè)置鋼筋。即受壓區(qū)和受拉區(qū)分別配置822鋼筋。9、第一節(jié)沉井豎向撓曲驗(yàn)算如果井壁截面不對稱，則井壁截面形心軸的位置為： 單位寬度井壁重力為：圓弧重心公式為：當(dāng)沉井長寬比大于1.

12、5，設(shè)兩支點(diǎn)的距離為0.7L（L為長邊長度），使支點(diǎn)和跨中的彎矩大致相等，則支點(diǎn)處的彎矩為： 井壁上端的彎曲拉應(yīng)力為： 計(jì)算結(jié)果安全。按最不利荷載計(jì)算，假定長邊中點(diǎn)擱住或長邊兩端點(diǎn)擱住，當(dāng)長邊中點(diǎn)擱住時(shí)，最危險(xiǎn)的截面是離隔墻中點(diǎn)0.8m處（彎矩大且截面?。?，該處的彎矩為： 計(jì)算結(jié)果安全。當(dāng)長邊兩端點(diǎn)擱住時(shí)，沉井的支點(diǎn)反力為: 離隔墻中線0.8m處的彎矩為： 井壁下端的撓曲應(yīng)力為： 計(jì)算結(jié)果滿足要求。10、封底混凝土驗(yàn)算基底考慮彈性抗力的驗(yàn)算如下： 填料和混凝土封底的重力為：1392.05+2828.95=4221kN水壓力為：混凝土封底承受的豎向反力（最不利情況）為： 彎矩驗(yàn)算按四周支承的雙向

13、板計(jì)算。計(jì)算跨度為4.45*2.9m（以刃腳高度一半處的跨度計(jì)算） 查雙向板彎矩計(jì)算表得系數(shù) 當(dāng)泊松比時(shí) 封底混凝土中產(chǎn)生的拉應(yīng)力為： 計(jì)算結(jié)果滿足要求。剪力驗(yàn)算井孔面積：井孔中周邊混凝土的剪切面積為：則：計(jì)算結(jié)果滿足要求。11、蓋板混凝土驗(yàn)算 按雙面板計(jì)算查表得系數(shù)為： 當(dāng)泊松比時(shí) 因此蓋板要配置鋼筋。感想與領(lǐng)悟 通過這次課程設(shè)計(jì)，我認(rèn)識到了自己在學(xué)習(xí)上還有不少問題，基礎(chǔ)知識不夠扎實(shí)，在做課程設(shè)計(jì)的過程中遇到了很多問題，后來在同學(xué)的幫助下和自己的努力下終于算是完成了任務(wù)，估計(jì)還是會(huì)有不少問題。另外，施工圖的設(shè)計(jì)比較困難，我參照了網(wǎng)上搜到的相關(guān)資料。我會(huì)繼續(xù)努力的。參考文獻(xiàn)1 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).JTG D63-2007 公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范S.北京：人民交通出版社，2007.2 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).JTG D61-2005 公路圬工橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范S.北京：人民交通出版社，2005.3 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).JTG D60-2004 公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范S.北京：人民交通出版社，2004.4 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).JTG D62-2004