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沉井基础设计规范
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沉井基础设计规范
篇一:
沉井基础-最终版
第五节沉井基础设计
沉井基础为深基础,具有埋深较大,整体性好,稳定性好,能承受较大的垂直和水平荷载的特点。
桥梁沉井基础多用于大型桥梁。
江阴长江公路大桥北锚锭基础采用钢筋混凝土沉井,平面尺寸为69m×51m,下沉58m;日本明石海峡大桥主塔基础采用钢壳沉井,平面尺寸为80m×70m和78m×67m,下沉60m。
一、沉井的类型
1.按沉井形状分
按其截面轮廓分,有单孔或多孔的圆形、矩形和圆端形等三类:
①圆形沉井,形状对称,周长最小、摩阻力相应减小,便于下沉且下沉不宜倾斜,但与墩、台截面形状适应性差;②矩形沉井,惯性矩及核心半径均较大,对基底受力有利,与墩、台截面形状适应性好,模板制作简单,但边角土不易挖除,下沉易产生倾斜;③圆端形沉井,适用于圆端形的墩身,控制下沉与受力状态较矩形好,但施工较复杂。
图7-5-1沉井常见截面型式
a圆形沉井b圆端形沉井c矩形沉井
按沉井外壁立面形状分,有柱形、阶梯形和倒锥形:
①柱形构造简单,挖土较均匀,井壁接长较简单,模板可重复使用;②阶梯形、倒锥形,节井壁与土的摩擦力较小,但施工较复杂,消耗模板多。
609
7-5-2沉井外壁立面型式
a柱形沉井b阶梯形沉井c倒锥形沉井
2.按建筑材料分
按建筑材料分,有竹沉井、砖、石沉井、混凝土沉井、钢筋混凝土沉井和钢沉井等。
桥梁沉井多采用混凝土、钢筋混凝土和钢沉井。
混凝土沉井混凝土沉井的特点是抗压强度高,抗拉强度低,因此这种沉井宜做成圆形,并适用于下沉深度不大(4~7m)的软土层中。
钢筋混凝土沉井这种沉井的抗拉及抗压强度较高,下沉深度可以很大(达数十米以上),当下沉深度不很大时,井壁上部用混凝土,下部(刃脚)用钢筋混凝土,在桥梁工程中得到广泛运用,当沉井平面尺寸较大时,可做成薄壁结构,沉井外壁采用泥浆润滑套、壁后压气等施工辅助措施就地下沉或浮运下沉。
此外,钢筋混凝土沉井井壁隔墙可分段(块)预制,工地拼接,做成装配式。
竹筋混凝土沉井沉井在下沉过程中受力较大因而需配置钢筋,一旦完工后,它就不再承受多大的拉力。
因此,在南方产竹地区,可以采用耐久性差但抗拉力好的竹筋代替部分钢筋,我国南昌赣江大桥等曾采用这种沉井。
在沉井分节接头处及刃脚仍采用钢筋。
钢沉井用钢材制造的沉井其强度高、质量轻、易于拼装、宜于做浮运沉井,但用钢量大,国内较少采用。
二、一般构造和设计一般规定
沉井一般由刃脚、井壁、隔墙及封底(底版)等部分组成。
如图7-5-3。
图7-5-3沉井构造示意图
1——井壁;2——刃脚;3——隔墙;4——井壁凹槽;
5——封底和底板;6——顶盖沉井设计前,必须掌握下列资料:
①各项设计水位、施工水位和冲刷标高;
②河床标高610
和地质情况,各土层的容重、内摩擦角、承载力和井壁摩擦力,沉井通过的覆盖层有无障碍物,岩面的高差变化;③上部结构和墩台的情况,沉井基础的设计荷载;④拟采用的施工方法等。
井壁
沉井的外壁,是沉井的主要部分,应有足够的强度,以便承受沉井下沉过程中及使用时作用的荷载;同时还要求有足够的重量,使沉井在自重作用下能顺利下沉。
一般根据沉井深度预估井壁厚度,参见表值7-5-1。
井壁厚度预估参考值表7-5-1
刃脚
井壁下端一般都做成刀刃状的“刃脚”,其功用是减少下沉阻力。
刃脚底面(踏面)宽度一般为0.1~0.2m,刃脚处采用钢筋混凝土制作,混凝土强度等级宜在c20及上。
隔墙
设置在沉井井筒内,其主要作用是增加沉井在下沉过程中的刚度,同时,又把整个沉井分隔成多个施工井孔(取土井),使挖土和下沉可以较均衡地进行,也便于沉井偏斜时的纠偏。
隔墙厚度一般小于井壁,且高于刃脚0.5m,以免防碍沉井下沉,有时还在隔墙下端设置人孔,以便工作人员在井孔中活动。
井壁凹槽
设置在刃脚上方井壁内侧,其作用时使封底混凝土和底板与井壁间有更好的联结,以传递基底反力。
凹槽槽深约0.15~0.2m,高约1.0m。
封底和底版
当沉井下沉到设计标高,经过技术检验并对井底清理整平后,即可封底、浇注底版,以防止地下水渗入井内。
封底混凝土强度等级一般不低于c15,岩石地基可用c15,一般地基用c20。
顶盖
井顶浇筑钢筋混凝土顶盖,待顶盖达到设计强度后方可施工下构。
顶盖支承墩(台)及上部结构的全部荷载。
沉井的强度等级
沉井各部分混凝土强度等级:
刃脚不应低于c25;井身不应低于c20;当为薄壁浮运沉井时,井壁和隔板不应低于c25,腹腔内填料不应低于c15。
封底混凝土强度等级:
非岩石地基不应低于c25,岩石地基不应低于c20。
611
三、设计计算的主要内容
沉井设计计算包括各部尺寸的拟定、沉井作为整体基础的计算;沉井施工过程中的计算三部分。
(一)沉井主要尺寸的拟定
根据水文、地质及上部结构和墩台的情况,结合沉井的构造要求、施工方法,分别拟定沉井的高度和分节、沉井的平面尺寸、井孔的大小及形状、刃脚的形式和尺寸、井孔的填料、凹槽的位置以及封底、承台的厚度等。
1.沉井高度及分节
沉井的全高取决于沉井顶面和基底位置,沉井基础底面高程应根据冲刷深度和地基容许承载力等因素确定。
沉井顶面不应高出最低水位,如果地面高出最低水位且不受冲刷时,则不宜高出地面。
顶面和基底位置拟好后,即可得出沉井的高度。
较高的沉井应分节制造下沉,沉井的分节高度不宜高于5m。
在软土层中下沉的沉井,为保证稳定,其底节高度不应大于沉井宽度的0.8倍。
为了减小下沉时土对井壁的摩阻力,在分节处一般留有台阶,台阶宽度为10~20cm。
对于采用泥浆套和空气幕下沉的沉井,除底节顶部留有台阶外,其他分节处可不留台阶。
2.沉井的平面尺寸
沉井的平面尺寸应满足墩台身底面尺寸及基底受力两个要求,同时还要考虑井孔、隔墙、井壁等构造尺寸和施工要求。
设计时一般先按墩台身底尺寸的要求初拟尺寸,经基底受力检算合格才最后确定。
沉井顶面尺寸等于墩台身底面尺寸加襟边宽度,襟边的最小宽度一般不小于沉井总高度的1/50,且不小于0.2m。
如为浮式沉井,再另加宽0.2m。
对于井顶设置围堰的沉井,除上述规定外,襟边宽度还应满足安装墩台身模板的要求。
当沉井的全部尺寸拟定后,首先应检算沉井的自重是否足以克服下沉时土的摩擦力。
(二)沉井作为整体基础的计算
沉井作为整体深基础的设计主要是根据上部结构特点、荷载大小以及水文、地质情况,结合沉井的构造要求及施工方法,拟定出沉井的平面尺寸、埋置深度,然后进行沉井基础的计算。
沉井基础的计算。
根据它的埋置深度可采用两种不同的计算方法。
当沉井埋置深度在最大冲刷线以下较浅仅数米时,这时可以不考虑基础侧面土的横向抗力的影响,而可按浅基础设计计算规定,分别验算地基强度、沉井基础的稳定性和沉降,使它符合容许值得要求;当沉井基础埋置深度较大时,由于埋置深度在土体内较深,不可忽略沉井周围土体对沉井的约束作用,因此在验算地基应力、变形及沉井的稳定性时,需要考虑基础侧面土体弹性抗力的影响。
本章主要介绍后者。
这种计算方法的基本假定条件是:
612
①地基土作为弹性变形介质,水平向地基系数随深度成正比例增加;
②不考虑基础与土之间的粘着力和摩阻力;
③沉井基础的刚度与土的刚度之比可认为是无限大。
由于这些假设条件,沉井基础在横向外力作用下只能转动而无绕曲变化,因此,可按刚性桩柱(刚性杆件)计算内力和土抗力。
即相当于“m”法中αh≤2.5的情况。
下面讨论这种计算方法。
1.非岩石地基上沉井基础的计算
沉井基础受到水平力h及偏心竖向力n作用时[图7-5-4a)],为了讨论方便,可以把这些外力转变成为中心荷载和水平力的共同作用,转变后的水平力h距离基底的作用高度λ[图7-5-4b)]为:
nehlm(7-5-1)hh
先讨论沉井在水平力h作用下的情况。
由于水平力的作用,沉井将围绕位于地面下z0深度处的a点转动一ω角(图7-5-5),地面下深度z处沉井基础产生的水平位移Δx和土的横向抗力σzx分别为
xz0-ztan(7-5-2)
zxxczczz0-ztan(7-5-3a)
式中:
z0—转动中心a离地面的距离;
cz—深度z处水平向的地基系数(kn/m3),czmz;
m—地基系数随深度变化的比例系数(kn/m4)。
a)b)
图7-5-4荷载作用情况(p167)
613
篇二:
沉井计算书
武汉工程大学
课程设计(学年论文)
说明书
课题名称:
沉井基础设计学生学号:
专业班级:
20xx级交通土建02班学生姓名:
学生成绩:
指导教师:
课题工作时间:
20xx年5月20日至20xx年5月31日
武汉工程大学教务处制
填写说明:
1.一、二、三项由指导教师在课程设计(学年论文)开始前填写并交由学生保管;
2.四、五两项由学生在完成课程设计后填写,并将此表与课程设计一同装订成册交给指导教师;
3.成绩评定由指导教师按评定标准评分。
4.此表格填写好后与正文一同装订成册。
篇三:
6沉井算例
第五节圆端形沉井基础设计示例
一.设计资料
某公路桥上部为等跨等截面悬链线双曲拱,下部设计采用圆端形重力式墩与钢筋混凝土沉井基础。
墩址处水文与土层分布如图所示,各土层资料见表3.1.沉井混凝土等级为c20,考虑到洪水位较高,采用浮运法施工(浮运方法及浮运稳定性等验算本例从略),并按《公路桥涵地基与基础设计规范》(jtgd63—20xx)、《公路圬工桥涵设计规范》(jtgd61—20xx)及《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(jtgd62—20xx)等设计计算表3.1各土层主要参数表
传给沉井的恒载及活载见力的汇总表。
洪水位96.56m;最低水位标高91.8m,河床标高90.4m,一般冲刷线标高89.4m;局部冲刷线标高86.77m。
1
二.初步设计
(1)沉井高度
沉井顶面在最低水位下0.1m,标高为91.7m。
①按水文条件:
局部冲刷深度h90.4086.773.63(m),而大、中桥基础埋深应≥2m(总冲刷深约5m),故沉井所需高度为:
h(91.790.40)3.6326.93(m)
若按此深度,则沉井将较接近于细砂类淤泥层,形成软弱土层,对沉井与上部结构安全不利。
②按土质条件沉井应进入密实的砂卵石层并考虑2.0m的安全度,则
h91.783.58210.12(m)
③按地基承载力,沉井底面位于密实的砂卵石层为宜。
根据以上分析,拟采用沉井高度h=10m,沉井顶面标高定为91.7m,沉井底面标高为81.7m。
因洪水位较高,第一节沉井高度不宜太小,故取8.5m,第二节沉井高1.5m,第一节沉井顶面标高为90.2m。
(2)沉井平面尺寸
考虑到桥墩形式,采用两端半圆形中间为矩形的圆端形沉井。
圆端的外半径为2.9m,矩形长边为6.6m,宽5.8m,第一节井壁厚1.1m,第二节厚度为0.55m,隔墙厚度为0.8m。
具体尺寸如图所示。
刃脚踏面宽度0.15m,刃脚高1.00m,则内侧倾角为:
arctan
三.荷载计算
(1)沉井自重①刃脚
重度125.00knm3刃脚截面积F1
1.00
4628450.95
1.10.15
1.00.625m22
形心至井壁外侧的距离为
2
[0.151x
0.151.00.950.95
(0.15)]0.372m
0.625
刃脚体积V1[2(2.90.372)6.62]0.62518.18m3刃脚重力:
q1V1118.1825.00454.50(kn)②底节沉井井壁重度224.50knm3截面积F21.17.58.25m2
体积V2[22.356.62]8.25230.72m3重力:
q2V22230.7224.505652.6(kn)③底节沉井隔墙重度324.50knm3体积V3[0.87.5
0.150.80.40.4
0.5]3.65.5424.22m322
重力:
q3V3324.2224.50593.39(kn)④第二节沉井井壁重度424.50knm3
截面积F40.551.50.825m2
体积V4[22.3756.62]0.82523.20m3重力:
q4V4423.2024.50568.40(kn)⑤钢筋混凝土盖板(厚1.5m)重度524.50knm3
体积V5[2.126.64.2]1.562.36m3重力:
q5V5562.3624.501527.82(kn)
3
⑥井孔填砂卵石重重度620.00knm3
考虑自井底以上3.6m范围内以水下混凝土封底,以上用砂卵石填孔,填孔高度为4.9m。
体积V6[1.826.63.6
0.40.4
40.83.6]4.9150.62m32
重力:
q6V66150.6220.003012.40(kn)⑦封底混凝土重度724.00knm3体积
V7[2.926.65.8]8.5(18.18230.7224.22150.62)549.96423.74126.26m
3
重力:
q7V77126.2624.003030.24(kn)使用阶段沉井总重为:
gq1q2q3q4q5q6q7
454.505652.64593.39568.401527.823012.403030.2414839.39(kn)
⑧使用阶段低水位时沉井的浮力
g(549.962.6521.56.65.31.5)10.006355.23(kn)2.各力汇总
4
注:
上表仅列了单孔活载作用情况,对其他活载作用情况本例题从略。
四.沉井基础整体验算
使用阶段沉井已封底,加顶盖板。
沉井自局部冲刷线至井底的埋深
h86.7781.705.07m5m
5
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