沉井基础设计.doc

1 桥梁基础工程桥梁基础工程 课程设计说明书课程设计说明书 学生姓名 鲁小涛 学 号 3041208125 所属学院 水利与建筑工程学院 专 业 土木工程 班 级 12 2 指导教师 张勤玲 塔里木大学教务处制 20122012 届课程设计届课程设计 2 前前 言言 2 一 基本设计资料一 基本设计资料 3 二 沉井尺寸拟定二 沉井尺寸拟定 4 三 沉井作为整体刚性深基础的验算三 沉井作为整体刚性深基础的验算 5 1 水平压应力验算 7 2 基础底面竖向压应力验算 8 四 沉井施工过程中各种验算四 沉井施工过程中各种验算 8 1 沉井顺利下沉自重验算 8 2 第一节沉井验算 8 3 刃脚计算 9 4 井壁计算 14 5 封底混凝土与顶盖版计算 略 15 致谢致谢 16 参考文献参考文献 17 3 前前 言言 课程设计是土木工程专业本科大学生培养方案中的综合性实践性教学环节 也是大学 生综合素质和毕业后实际工作能力 适应社会能力中的最大环节 因此它对扩大我们的专 业知识也是极其重要 课程设计集理论与实践一体 通过一个整体的课程设计 对于相关 设计规范 手册 标准图以及工程实践中常用的方法有较系统地认识了解 因此 充分重 视课程设计环节对提高大学生的综合能力有十分重要的意义 作为道路桥梁专业的大学生 未来社会主义建设事业的精英 肩负着时代艰巨使命 更应该努力学习好自己的专业课 扎实基础 培养专业技能 当然 理论基础是必要的 但光有书本知识显然不够 我们需通过实践加强动手能力 理论联系实践 学得真本事才 是根本 是最基础也是非常重要的的一部分 桥梁基础工程 是土木工程道桥专业的专业基础课 在土木工程学科的知识体系中 占据了重要地位 桥梁基础工程 课程的特点是综合性强 设涉及面广 所有对桥梁结 构设计计算有关的的课程内容 在该课程中都会有所体现和应用 教学内容和课程体系改 革是在上述背景条件下展开的 其主要目标是在学时有限的条件下 使学生能够对课程的 知识体系有较为系统和整体的把握 重点掌握其基本理论和基本方法 并具有一定的工程 概念和知识 桥梁基础工程课程设计是该课程学习的一个实践环节 是对该课程进行综合性学习和 训练 使同学们更好的掌握该课程知识为今后的毕业设计打下坚实的基础 对以后的工作 也有着重要的意义 课程设计的目的是为加强对桥梁基础设计知识的进一步巩固 了解桥 梁基础设计的主要过程 培养正确熟练地运用结构设计规范手册 各种标准图籍及参考书 的能力 通过设计训练 初步建立设计与施工的全面协调统一思想 4 一 基本设计资料 某桥一近岸桥墩为基础顶设计标高为 0 30m 拟采用钢筋混凝土沉井基础 以桥址处河床为相对标高零点 即河床标高为 0 00m 则河流洪水位 1 90m 最低水 位 0 40 m 施工时的水位 1 40m 河床一般冲刷线标高为 1 0m 局部冲刷线标高 4 0m 基本设计数据 上部结构重力与汽车荷载总竖向作用值为 9680KN 水平力为 H 130KN l 两者在桥墩底产生的总弯矩为 1840 墩身自重为 2660KN 墩身底尺寸KN m 为 4 07 2mm 墩址处各土层资料见表 1 表 1 各土层主要参数表 土层 代号土 名 厚度 m 容重 3 KN m 内摩擦 角 土与井壁 的摩阻力 kPa p 低级系数 m 4 KN m 0 kPa 粉砂4 019 026 011 0 3 10 10 II粉砂 土 10 0020 026 013 0 3 20 10 密实 砂夹 卵石 21 035 016 0 3 80 50 10 550 沉井材料采用钢筋混凝土 除底节与顶盖板混凝土等级为 C20 容重取 24 3 KN m 外 其余为 C15 容重取 22 沉井沉至设计标高后 以水下混凝土封底 井孔 3 KN m 填以砂石 顶盖厚为 1 50m 的钢筋混凝土板 具体尺寸见图 1 图 1 沉井竖向标高与地质资料图 5 1 9 0 9 1 4 0 00 0 1 1 0 4 0 13 0 14 5 粉砂 容重19KN m3 内摩擦角26 0 粉砂土 容重20KN m3 内摩擦角26 0 密实砂夹卵石 容重21KN m3 内摩擦角35 0 二 沉井尺寸拟定 拟定用钢板桩围堰修筑人工砂岛 在岛上预制沉井不排水施工 砂岛用中砂填筑 基顶标高 0 1m 基地标高根据地质条件 持力层 取密实砂夹卵石层面下 0 5m 标 高 14 5m 沉井高度 入土深度 0 1 14 514 4Hm 14 5hm 沉井襟边取 0 5m 故沉井平面尺寸为 5 08 2mm 沉井分三节接长 第一节 第二节为 5m 第三节为 4 4m 沉井细部尺寸见图 2 图 2 沉井细部尺寸 单位 cm 6 500500 30 30 150 820 9 Q1 Q2 BC D A 1 1 500 6038060 440 三 沉井作为整体刚性深基础的验算 沉井入土深度超过 5 0m 考虑土的水平抗力作用 按的刚性深基础验算低级2 5h 强度和稳定性 水平力作用高度为 1840 14 15 130 m m H M 值计算 局部冲刷线以下有 2 层土 则 2 232334 2 2 23 2 2 20000 1080 10 2 100 5 0 5 25578 10 5 m mmhh h mKN m h h 43 0 80 10mKN m 3 0 25578 0 320 80 10 m m 33 3 0 8 2 5 34 2 66 bh Wm 计算宽度 1 18 2 19 2bmb 7 3 10 3 18 2 3 0 320 9 2 14 518 5 34 2 674 2 0 320 3 14 15 14 5 bhdW A h 6 66 130 3 12 10 674 25578 14 5 H Amh 2 10 0 1 2 4 6 2 3 0 320 9 2 14 5 4 14 15 14 5 6 5 34 2 11 35 2 0 320 9 2 14 5 3 14 15 14 5 bhhdW Zm bhh 局部冲刷线以下深度 Z 处基础截面上的弯矩和基础水平侧压应力计算为 3 1 0 0 2 2 6 2 z ZX HbZ MHhzZZ hA H Z ZZ Ah 详细计算见表 刚性桩要依据弯矩配筋 而对沉井可不算弯矩 表 2 沉井作为刚性深基础计算表 弯矩 Z m hZ m 1 Hhz 0 2ZZ 3 1 2 HbZ hA 3 1 0 2 2 HbZ ZZ hA 2 1 2 KN m 00022 70000 1113021 700 0611 38128 62 2226020 700 48810 10249 9 3339019 701 64732 45357 55 4452018 703 90473 00447 00 5565017 707 625134 96515 04 6678016 7013 176220 04559 96 7791015 7020 923328 49581 51 88104014 7031 232459 11580 89 99117013 7044 469609 23560 77 1010130012 7061 000774 70525 3 1111143011 7081 191949 93480 07 1212156010 70105 4081127 87432 13 131316909 70134 0171299 96390 04 141418208 70167 3841456 24363 76 14 514 518858 20185 9661524 92360 08 续表 2 8 Z m 6H Z Ah 1 0 ZZ 2 1 2 KN 0011 350 10 08010 350 828 20 1609 351 496 30 2408 352 004 40 3207 352 352 50 4006 352 540 60 4805 352 568 70 5604 352 436 80 6403 352 144 90 7202 351 692 100 8001 351 080 110 8800 350 308 120 960 0 65 0 624 131 040 1 65 1 716 141 120 2 65 2 968 14 51 160 3 15 3 654 1 水平压应力验算 验算 5m h 14 5 处 3h 312 4 tan cos3 49 63 14 5tan26 1 1101 03 cos263 h hc 式中 3 11 22 9 1 5 10 2 5 9 63 10 4 1 0 0 1 hKN m C 3 浸 g 土的内摩擦角 透水性土 按 KN m 计算处时取 粘聚力 粉砂C 0 静定结构 等跨中墩基础 恒载弯距M 3 2 54101 03 h 2 12 4 tan cos 4 10 14 5tan350 495 783 654 cos35 h KN mhC 满足要求 9 2 基础底面竖向压应力验算 沉井自重 W 6745KN 作用基底 968026606745198085NKN 沉井底面积 2 0 8 2 541Am 密实砂夹卵石持力层允许承载力为 01 122 2 3 KbKh 其中 0 550KPa 3 1 11 KN m 3 2 9 4 10 10 11 0 5 9 76 14 5 KN m 5bm 14 5h 1 4K 2 6K 2 5504 11 52 6 9 76 14 53 1355KN m max2466 5 min464 5 0 3190853 5 130 41674 0 320 N dh KN m AA 验算通过 四 沉井施工过程中各种验算 1 沉井顺利下沉自重验算 TP 井壁混凝土 底节 C20 其余 C15 3 24 KN m 3 22 KN m k P W 6754KN T Uh 58 2 23 9 100 5134942fKNQ 2 第一节沉井验算 由于不排水施工 在下沉时可能发生的最不利情况为 1 在长边中间搁住 危险断面为隔墙外边缘 H 处 如图 2 井壁在 1 1 断面处截 面形心位置 2 0 6 5 0 2 50 3 1 5 0 5 4 41 5 3 2 43 0 6 5 00 5 0 3 1 5 52 432 57 Ym Ym 上 下 惯性矩 10 43232 111 5 0 6 50 6 5 2 52 43 0 3 1 50 5 0 3 1 5 2 57 12363 5 272 I m 3 2 272 2 432 17W mI Y 上 计算得 作用点距 1 1 面分别为 3 6 与 1 62m 效应分 12 333 220QKN QKN 项系数取 1 2 得 1 2 333 3 6 1 65 2 220 2309 76 d MKN m 配筋计算部分略 2 在短边四角搁住危险断面仍为 1 1 按简支梁计算弯矩 支反力为 21 22 220333773 R KNQQ 阁墙自重忽略 1 2 773 3 9333 3 62 220 1 65 1307 88 d MKN m 配筋计算部分略 3 刃脚计算 1 刃脚向外挠曲验算 此时最不利状态为刃脚沉至中途 刃脚切入土中 1 0m 沉井已全部接长 产生向外最 大挠曲弯矩 刃脚标高为 7 25m 取刃脚 1m 宽计算 受力情况如图 3 具体计算见表 3 图 3 刃脚向外挠曲计算 W2 e2 Pw e W3 e3 V1 R V2 G q T T H O 33 100 表 3 刃脚向外挠曲单宽悬臂梁受力计算表 11 计算项目单位计算式 2 11tan 45 2 eH 2 KN m 2 26 19 1 9 tan 45 2 14 10 2 212tan 45 2 eeH 浸 2 KN m 2 26 14 1 10 9 0 tan 45 2 49 2 土 压 力 2 323tan 45 2 eeH 浸 2 KN m 2 35 49 2 11 1 5 tan 45 2 53 7 22 0 5WH 水 2 KN m 0 5 10 8 5 42 5静 水 压 力 33 WH 水 2 KN m 0 5 10 10 50 232 qeW 2 KN m 53 742 596 2 0 7 10 8559 5 59 5总 压 力 323 qeW 2 KN m 49 25099 2 0 7 10 1070 70 每米宽井壁自重 q 含刃脚 KN1 14 2 0 6 24 0 30 6 1 5 24 2 221 每米宽井壁浮力 QKN1 14 2 0 60 3 1 5 10 2 83 0 井壁全高土压力 23 1123 1 22 ee Ee HHH KN149 253 7 14 1 1 9 9 1 5 22 553 6 2 KN0 5 553 62276 81 井壁上全高的摩阻力 0 5TE Tf KN15 12 4186 取小 值 186 刃脚部分总土压力 23 1 2 k Eee h KN1 49 253 7 1 5 2 77 2 KN0 5 77 238 6 刃脚部分外壁摩阻力 0 5TE Tf KN15 1 522 5 取大 值 38 6 续上表 12 刃脚部分总水 土压力 23 2 k We h Pqq KN1 1 5 59 570 2 97 1 的作用点离踏面高度 We P m 1 5702 59 5 37059 5 0 73 刃脚部分自重 扣除浮力 GKN1 0 30 6 1 5 24 10 2 9 45 RqQT KN221 18683 48 tanbZc m 0 3 1 5 0 2 2 2 Rb V ba KN48 0 2 0 22 0 15 19 2 12 VRV KN48 19 2 28 8 2tan HV KN 19 2 tan 78 735 18 3 R 作用点距离外边缘的距离 12 1 23 b YVV R m 10 150 2 28 819 2 0 15 4823 0 13 2 刃脚向井内挠曲验算 此时最不利情况是沉井沉至设计标高 刃脚下的土已挖空准备封底前 如图 4 W2 e2 Pw e W3 e3 G T O 图 4 刃脚向内挠曲计算 取 1m 宽刃脚进行计算 具体计算见表 4 13 以上刃脚计算的水平分配系数为 44 1 4444 1 0 10 1 3 9 1 4 0 051 50 05 3 9 k l hl 因 刃脚作为悬臂梁计算取 1 0 1 0 以上沉井刃脚竖向验算的最终结果见表 5 表表 4 刃脚内向挠曲单宽悬臂梁受力计算刃脚内向挠曲单宽悬臂梁受力计算 计算项目单位计算式附注 土 压 力 2 45 tan 2 11 He 2 45 tan 2 212 水下 浸 Hee 2 45 tan 2 323 水下 浸 Hll kN m 2 kN m 2 kN m 2 2 26 45 tan9 119 2 10 14 2 25 45 tan151110 14 2 07 81 2 35 45 tan5 11107 81 2 54 85 沙砾 层只 有 2 5m 未分 开计 算 静水 压力 水 水 33 22 5 0 5 0 Hw Hw kN m kN m 0 5 15 10 75 0 5 16 10 80 总 压 力 333 222 Weq Weq kN m kN m 81 07 75 156 07 85 54 80 165 54 刃脚部分上总土 水压力 2 32 qq h P k ew kN 241 21 54 16507 156 2 5 1 作用点离踏面高度 ew P 2 3 23 23 qq qqh X k m 0 74 07 15654 165 07 156254 165 3 5 1 刃脚部分总土压力 2 32 ee h E k kN 124 96 54 8507 81 2 5 1 刃脚 ET5 0 外壁摩阻力 k fhT kN kN 0 5 124 96 62 48 取最小值 1 5 1 5 1 0 22 5 22 5 为使 内向 弯矩 最大 刃脚部分自重 扣除浮力 G kN 9 45 1024 5 1 6 03 0 2 1 表表 5 刃脚为单宽悬臂的弯矩和剪力计算表 对刃脚根部中点 刃脚为单宽悬臂的弯矩和剪力计算表 对刃脚根部中点 14 沉井下沉至中途向外挠曲沉井沉至设计标高内向挠曲 项目水平 力 kN 垂直 力 kN 力臂 kN 弯矩 kN m 水平 力 kN 垂直 力 kN 力臂 kN 弯矩 kN m 水压力及 土压力 ew P 81 3 72 0 68 0 4 1 Xhk 58 5 206 6 0 72148 8 土的水平 反力 H 88 3 07 1 33 0 4 13 1 k h 94 5 土的垂直 反力 R 320 8 32 0 33 0 65 0 2 3 1 Y 102 7 刃脚部分 外侧摩阻 力 T 21 0 65 0 2 3 1 13 7 21 00 65 13 7 刃脚部分 自重 G 15 30 65 0 435 0 215 3 3 15 30 215 3 3 总计 7 0 326 5 149 1 206 6 5 7 138 4 3 刃脚作为水平框架计算 刃脚作为水平框架计算最不利情况是沉井沉至设计标高 刃脚下的土已挖空准备封底 之前 其外侧水平力分配系数为 44 4444 2 1 4 0 314 0 051 40 053 6 k k h hl 具体计算见下表 6 表表 6 刃脚井壁水平框架内力计算表刃脚井壁水平框架内力计算表 离踏面高度 m距施工水位距离 whm 土压力 e 2 KN m 水压力 e 2 KN m iewq 2 KN m 015 967 979 5147 4 1 414 562 272 5134 7 2 713 256 966122 9 3 712 252 861113 8 6 09 943 549 593 7 08 939 444 583 9 10 055 8527 129 356 4 114 923 224 547 7 井壁框 架位置 断面高 度 框架上均 布荷载 p KNm 沉井四角 弯矩 内隔墙处 弯矩 长边井壁 中点弯矩 短边井壁 轴向力 长边井壁 轴向力 内隔墙 轴向力 15 M A DMBMCNBNDN 第一节沉井 3 9m 3 6m1l2l 0 1 4 刃脚 1 4 62p 74 7 63 042 8120 9114 9216 5 1 4 2 7 刃脚 1 3Q P 355 8 428 9 361 5245 8693 8659 71242 5 2 7 3 7 第一节 沉井 1 0118 4 142 7 120 381 8230 9219 5413 5 第二节沉井 3 85m 3 55m1l2l 6 0 7 0 第一节 沉井底 部 1 088 5 106 7 89 961 1172 6164 1309 第一节沉井 3 8m 3 5m1l2l 100 5 110 第三 节沉井 底部 1 052 1 62 8 52 936 0101 696 6181 9 4 井壁计算 1 井壁水平计算 井壁水平向计算最不利位置是沉井沉至设计标高 其平面为双孔对称矩形框架 验算 位置为刃脚根部以上及各变截面处 12 3 9 3 61 083Kll 16 沉井四角弯矩 33 222 222 212 1 0831 0 093 12 21 12 2 1 083 1 A K Mplplpl K 内隔墙处井壁弯矩 33 222 222 1 31 3 1 083 1 0