沉井基础设计

1、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 .51 水平压应力验算.72 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 .81 沉井顺利下沉自重验算.82 第一节沉井验算.83 刃脚计算.94 井壁计算

2、.145 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 .173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

3、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

4、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

5、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（kPap）低级系数 m()4/KN m 0(kPa)粉砂4.019.026.011.0310 10II粉砂土10.0020.026.013.0320 10密实砂夹卵石21.035.016.0380(50) 10550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 C

6、15（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51.90.91.40.00-0.1-1.0-4.0-13.0-14.5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

7、.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 650050030301508209Q1Q2BCDA115006038060440 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 1840/14.15130mmHM 值计算：局部冲刷线以下有 2 层土。则： 223233422232(2)/ ()20000 1080 10(2 100.5)0.525578

8、10.5mmmhh hmKN mhh430/()80 10mKN m30255780.32080 10mm33308.2 5/34.266bhWm计算宽度：1/18.2 19.2bmb 73103182 (3)0.320 9.2 14.518 5 34.26742 0.320 (3 14.15 14.5)bhdWAh 666 1303.12 10674 25578 14.5HAmh210012(4)6/2(3)0.320 9.2 14.5(4 14.15 14.5)6 5 34.211.352 0.320 9.2 14.5 (3 14.15 14.5)bhhdWZmbhh 局部冲刷线以下深度

9、Z 处基础截面上的弯矩和基础水平侧压应力计算为3100()(2)26()(2)zZXHbZMHhzZZhAHZ ZZAh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 ZmhZm()(1)Hhz02ZZ312HbZhA310(2)2HbZZZhA（2）(1)(2)KN m00022.700001113021.700.0611.38128.622226020.700.48810.10249.93339019.701.64732.45357.554452018.703.90473.00447.005565017.707.625134.96515.046

10、678016.7013.176220.04559.967791015.7020.923328.49581.5188104014.7031.232459.11580.8999117013.7044.469609.23560.771010130012.7061.000774.70525.31111143011.7081.191949.93480.071212156010.70105.4081127.8743270134.0171299.96390.04141418208.70167.3841456.24363.7614.514.518858.20185.9661524.9

11、2360.08续表 28Zm6HZAh（1）0ZZ（2）(1) (2)KN0011.35010.08010.350.82820.1609.351.49630.2408.352.00440.3207.352.35250.4006.352.54060.4805.352.56870.5604.352.43680.6403.352.14490.7202.351.692100.8001.351.080110.8800.350.308120.960-0.65-0.624131.040-1.65-1.716141.120-2.65-2.96814.51.160-3.15-3.6541 水平压应力验算验算=5

12、m，h=14.5 处。/3h/3124(tan)cos349.63(14.5tan26 ) 1 1101.03cos263hhc 式中 311229 1.5 10 2.5/9.63(10/);41.00,1hKN mC3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。 32.54101.03h 2124/()(tan)cos4(10 14.5tan350)495.783.654cos35hKN mhC满足要求。92 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20/

13、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 0550KPa3111/KN m 329 4 10 10 11 0.5/()9.7614.5KN m 5bm14.5h 14K 26K 2/()5504 11 (52)6 9.76 (14.53)1355KN m max2466.5min464.503190853 5 130/()41674 0.320NdhKN mAA 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，。324/KN m322/KN m kP=W=6754KNT=Uh(58.2)

14、 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。 20.6 5.0 2.50.3 1.5 0.5 (4.41.5)3/2.430.6 5.00.5 0.3 1.5/52.432.57YmYm上下 惯性矩 1043232111.5/0.6 50.6 5 (2.52.43)0.3 1.50.5 0.3 1.5 (2.57)123635.272I 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

15、 与 1.62m，效应分12333;220QKN QKN项系数取 1.2 得/()1.2 (333 3.6 1.65 2 220)2309.76dMKN 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)1307.88dMKN 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

16、 3，具体计算见表 3。图 3 刃脚向外挠曲计算W2e2Pw+eW3e3V1RV2GqTTHO33100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211tan (45)2eH2/KN m22619 1.9 tan (45)214.102212tan (45)2eeH浸2/KN m22614.1 10 9.0 tan (45)249.2土压力2323tan (45)2eeH浸2/KN m23549.2 11 1.5 tan (45)253.7220.5WH水2/KN m0.5 10 8.542.5静水压力33WH水2/KN m0.5 10 1050232qeW2/KN m53

17、.742.596.2,0.7 10 8559.559.5总压力323qeW2/KN m49.25099.2,0.7 10 107070每米宽井壁自重 q（含刃脚）KN114.2 0.6 24(0.30.6) 1.5 242221每米宽井壁浮力 QKN1(14.2 0.60.3 1.5) 10283.0井壁全高土压力2311231()22eeEe HHHKN149.253.714.1 1.9(9 1.5)22553.62KN0.5 553.62276.81井壁上全高的摩阻力0.5TETf KN15 12.4186取小值186刃脚部分总土压力231()2kEee hKN1(49.253.7) 1.

18、5277.2KN0.5 77.238.6刃脚部分外壁摩阻力0.5TETf KN15 1.522.5取大值38.6续上表：12刃脚部分总水、土压力23()2kWehPqqKN11.5 (59.570)297.1的作用点离踏面高度WePm1.5702 59.5()37059.5 0.73刃脚部分自重（扣除浮力）GKN1(0.30.6) 1.5 (24 10)29.45RqQTKN221 18683-48tanbZcm0.31.50.222RbVbaKN48 0.20.22 0.15 -19.212VRVKN48 19.2-28.82tan()HVKN19.2 tan(78.735 )-18.3R

19、作用点距离外边缘的距离121()23bYVVRm10.150.228.819.2 (0.15)48230.132）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。W2e2Pw+eW3e3GTO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 441444410.10.1 3.91.40.051.50.05 3.9klhl 因，刃脚作为悬臂梁计算取。1.01.0 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

20、)2-45(tan211He )2-45(tan2212水下浸Hee)2-45(tan2323水下浸HllkN/m2kN/m2kN/m2 )22645(tan9 . 119210.14 )22545(tan151110.14207.81 )23545(tan5 . 11107.81254.85沙砾层只有2.5m未分开计算静水压力水，水，33225 . 05 . 0HwHwkN/mkN/m0.51510 750.51610 80总压力333222WeqWeqkN/mkN/m81.07+75 156.0785.54+80 165.54刃脚部分上总土、水压力)(232qqhPkewkN 241.21

21、)54.16507.156(25 . 1作用点离踏面高度ewP)2(32323qqqqhXkm 0.74)07.15654.16507.156254.165(35 . 1刃脚部分总土压力 )(232eehEk，kN 124.96)54.8507.81(25 . 1刃脚 ，ET5 . 0,外壁摩阻力 kfhT ，kNkN0.5124.96=62.48 取最小值1.51.51.0=22.5 22.5为使内向弯矩最大刃脚部分自重（扣除浮力）GkN 9.45)1024(5 . 1)6 . 03 . 0(21 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（

22、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)(ewP-81.372. 068. 04 . 1 Xhk-58.5-206.60.72148.8土的水平反力 H+88.307. 133. 04 . 13/1kh+94.5土的垂直反力 R+320.832. 033. 065. 023 . 1Y+102.7刃脚部分外侧摩阻力,T+21.065. 023 . 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

23、-3.3总计+7.0+326.5+149.1-206.6+5.7-138.43）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：44444421.40.3140.051.40.053.6kkhhl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 e2/KN m水压力 e2/KN miewq2/KN m015.967.979.5147.41.414.562.272.5134.72.713.256.966122.93.712.252.861113

24、.86.09.943.549.5937.08.939.444.583.910.055.8527.129.356.4114.923.224.547.7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15M ADMBMCNBNDN第一节沉井 =3.9m =3.6m1l2l01.4刃脚1.4=62p-74.7-63.042.8120.9114.9216.51.42.7刃脚1.3Q+P=355.8-428.9-361.5245.8693.8659.71242.52.73.7第一节沉井1.0118.4-142.7-120.

25、381.8230.9219.5413.5第二节沉井 =3.85m =3.55m1l2l6.07.0第一节沉井底部1.088.5-106.7-89.961.1172.6164.1309第一节沉井 =3.8m =3.5m1l2l100.5110 第三节沉井底部1.052.1-62.8-52.936.0101.696.6181.94 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。12/3.9/3.61.083Kll16沉井四角弯矩：33222222212 1.08310.09312(21)12(2 1.083 1)AKMplplplK 内隔墙处井壁弯矩： 332222221 31 3 1.083 1.0830.078412(21)12(2 1.0