圓形沉井基礎(chǔ)設(shè)計(jì)示例

形沉井基礎(chǔ)設(shè)計(jì)示例一、設(shè)計(jì)資料某公路橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土剪支梁橋，其2號(hào)墩為圓形實(shí)體墩，墩底設(shè)計(jì)高程為13.29m，基礎(chǔ)擬采用鋼筋混凝土沉井基礎(chǔ)。墩址處河床高程為15.30m,河流最低水位16.10m,施工時(shí)的水位17.00m。河床一般沖刷線高程為13.80m，局部沖刷線高程10.60m。墩址處各土層資料見表1.表3.1各土層主要參數(shù)表土層名稱層厚(m)重度(kN/m3)內(nèi)摩擦角(度)土與井壁的摩阻力(kN/m2)地基系數(shù)m和m0(kN/m4)承載力基本容許值(kPa)細(xì)砂5.217.026.012.020000200砂土6.8120.030.014.040000300風(fēng)化頁(yè)巖3.5021.045.025.080000350沉井材料為鋼筋混凝土，除底節(jié)與頂蓋混凝土等級(jí)為C20夕卜，其余均為C15.沉井沉至設(shè)計(jì)高程后，以水下混凝土封底，井孔填以砂石，頂蓋為厚1.5m的鋼筋混凝土板。按《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD63—2007)、《公路圬工橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD61—2004)及《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD62—2004)等設(shè)計(jì)計(jì)算。二、初步設(shè)計(jì)(1)沉井高度根據(jù)墩底高程要求，沉井頂部高程為13.29m。按水文條件：局部沖刷深度h115.30-10.60=4.70m，而根據(jù)規(guī)定大、中橋基礎(chǔ)埋深應(yīng)$2.0m，故沉井所需高度為：H=4.7+2=6.70(m)然而，若按此深度，沉井底部將位于砂土層內(nèi)，而該層從其力學(xué)性能指標(biāo)來(lái)看，并非理想地基持力層。按地質(zhì)條件：因風(fēng)化頁(yè)巖及其底下的頁(yè)巖力學(xué)性能好，故井底最好嵌入巖層中，這里將井底嵌入風(fēng)化頁(yè)巖0.5m，則H=13.29-3.29+0.5=10.5(m)按地基承載力，沉井底面位于風(fēng)化頁(yè)巖層為宜。根據(jù)以上分析，擬采用沉井高度H=10.5m，沉井頂面標(biāo)高13.29m，沉井底面高程為2.79m。按施工與構(gòu)造要求，將沉井分為二節(jié)施工，第一節(jié)沉井高度為5.5m，第二節(jié)沉井高度為5.0m。(2)沉井平面尺寸考慮到橋墩形式，采用圓形沉井。底節(jié)直徑5.0m，壁厚1.15m，第二節(jié)沉井直徑4.9m,壁厚為1.10m。具體尺寸如圖所示。刃腳踏面寬度0.15m，刃腳高1.40m，則內(nèi)側(cè)傾角為：1.400=arctan =54.5。＞45。1.00荷載計(jì)算上部結(jié)構(gòu)傳遞的荷載上部橋梁結(jié)構(gòu)傳遞給墩底的荷載有多種組合，本算例中以低水位時(shí)兩孔荷載作為驗(yàn)算對(duì)象。其中，雙孔上部結(jié)構(gòu)恒載、活載及墩身自重等產(chǎn)生的墩底豎向力N=10099.4kN，水平力H=371.k6N，兩者在墩底產(chǎn)生的總彎矩為M=7438.6kN-m。其余荷載組合從略。沉井自重沉井自重力為各組成部分自重力之和，按上述初步擬定的沉井幾何尺寸對(duì)其各部分的體積和自重力計(jì)算如下。頂蓋重重度丫=25.0kNim31G=(兀x3.72/4x1.5)x25.0=16.13x25.0=403.3(kN)1封底混凝土重設(shè)計(jì)封底混凝土厚度為：1.4+1.0+1.0+0.3=3.7m重度丫=23.0kN;m322.72 3.12—2.72 1.352+1.35x2.35+2.352G=n(x2.3+ x1.0+ x1.4)x23.02 4 2 3=30.41x23.0=699.4(kN)填料重填料高度為：10.5-3.7-1.5=5.3mC15混凝土重度丫=23.0kN1m33兀G=(x2.72x5.3)x23.034=30.35x23.0=698.1(kN)刃腳和井壁重(刃腳與底節(jié)井壁重度取25GNm，其余兩節(jié)為23.(kNm)冗G=[x5.02x5.5—15.42—5.726x(5.5—1.4)—1.82]x25.0+44冗[x4.92x5.0—16.13—5.726x(5.0—1.5)]x23.04=67.28x25.0+58.12x23.0=3018.8(kN)使用階段沉井總重為：G=G+G+G+G1234=403.3+699.4+698.1+3018.8=4819.6(kN)使用階段沉井的浮力兀G'二x(5.02x5.5+4.92x5.0)x10.0=2022.8(kN)4故考慮浮力時(shí)沉井的自重力G〃為G〃二G—G'二4819.6—2022.8=2796.8(kN)四、沉井基礎(chǔ)整體驗(yàn)算使用階段沉井已封底，加頂蓋板。沉井自局部沖刷線至井底的埋深h=10.60一2.79=7.81m>5m需考慮土的水平抗力作用，又因基底土層為風(fēng)化頁(yè)巖層，所以按非巖石類地基土的剛性深基礎(chǔ)驗(yàn)算地基強(qiáng)度。(1)基底應(yīng)力驗(yàn)算平行于水平力作用方向沉井寬度：D=5.0(m)

垂直于水平力作用方向沉井的寬度：d=5m底面積：A=nx2.52=19.64(m2)0井底截面抵抗矩：nD3W= =12.27(m3)0 32基礎(chǔ)底面處豎向力標(biāo)準(zhǔn)值(包括基礎(chǔ)自重)N=10099.4+2796.8=12896.2(kN)局部沖刷線以上水平力總和：H=371.6(kN)局部沖刷線以上所有力對(duì)基底形心軸總彎矩M=7438.6+371.6x10.5=11340.4(kN-m)所以水平力H作用高度久MX= =30.52(m)H沉井基礎(chǔ)側(cè)面的地基比例系數(shù)按規(guī)范規(guī)定的地基當(dāng)量m值計(jì)算如下:剛性深基礎(chǔ)取，h=h=7.31(m)m在hm范圍內(nèi)有二層土，因h/h=0.5；7.31=0.068<0.21m故有：丫=5(佯)2=5x0.0682=0.0234hmkNJm4)m=ym+(1-y)mkNJm4)12所以C=mh=39532x7.81=308744.9(kNfm3)h因h=7.81m<10m，故取C=10m=80000x10=800000(kNjm3)00308744.9800000=0.39基礎(chǔ)計(jì)算寬度b1因d=5.0m>1.0m，所以b=kk(d+1)1f沉井相當(dāng)于單根樁情況，故k=1.0圓形截面：k=0.9f所以b=kk(d+1)=1.0x0.9x(5.0+1)=5.4(m)1f所以A=Pbh3所以A=l=32.26my=y= 3.70+6.81+0.50考慮地基承受作用短期效應(yīng)組合，承載力可提高25%，即y=1.25Ry[f]=1.25x{[f]+ky(b—2)+ky(h—3)}P(3入—h)3x371.6x5.0±32.263x371.6x5.0±32.26x0.391099.6(kPa)212.6(kPa)N 3DH 12896.2p= ± =—maxAAP19.64min井底地基土為風(fēng)化頁(yè)巖層，根據(jù)規(guī)范可按下式計(jì)算地基承載力容許值:[f]=[f]+ky(b—2)+ky(h—3)a a0 11 224由土層資料知:[f]=350kPaa0參照密實(shí)的碎石類土查表，得:k=4,k=612又基礎(chǔ)的最小寬度b=D=5.0m<10m一般沖刷線至基底的距離h=13.80—2.79=11.01m<4d=4x5.0=20.0m4土重度:持力層為透水性土，y、y取浮重度12基底持力層土的浮重度：y=21.0—10.0=11.0(kN；：m3)1基底以上土層的加權(quán)平均浮重度(由基底至一般沖刷線范圍內(nèi))：=9.04(kNim3)(17.0—10.0)x3.70+(20.0—10.0)x6.81+(21.0=9.04(kNim3)沉井轉(zhuǎn)動(dòng)中心位置為：Z=0pbh2(4入一h)+6DW102pbh(3入一h)1=5.46(m)兩控制位置z=h/3和z=h處井側(cè)水平壓應(yīng)力Ph36HZ(Z—Z)Ah6x371.632.26x7.817.81 7.81xx(5.46— )=66.6(kPa)33P=h6HZ(Z—Z)Ah0z=h6x371.632.26x7.81x7.81x(5.46—7.81)=—164.4(kPa)土體極限橫向土抗力為：修正系數(shù)n=1.0（上部結(jié)構(gòu)靜定），n=1.0（因m=0）12z=h/3時(shí)，Y'=h/37.0x0.5+10.0x(7.81/3—0.5)7.81/3=(kNm3)，*=30，C=0[ph3]=nn12cos* 3h3tan* +C)h3=1.0x1.0x10.0x7.81x xtan30ocos30o=69.4kPa>66.6kPaz=h時(shí)，Y'h7.0x0.5+竺x6.81+MOx0.5=9.9(*3),*=457.81[P]=nn-h12cos*h44 ,(Yhtan*+C)