《沉井基对础设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《沉井基对础设计.doc（19页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、 华中科技大学土木工程与力学学院基础工程课程设计专 业：道路桥梁与渡河工程班 级：0903学 号：U200916071姓 名：龙文兵指导老师：王雪峰 徐辉 张光永日 期：2012年7月 目录1、设计资料32、沉井高度及各部分尺寸拟定43、作用效应计算44、基底应力验算85、横向抗力验算96、沉井在施工过程中的强度验算（不排水下沉）97、沉井井壁竖向抗力验算148、井壁横向受力计算149、第一节沉井竖向挠曲验算1810、封底混凝土验算1911、盖板混凝土验算2012、参考文献21附图纸22沉井基础课程设计计算说明书1、设计资料上部结构为跨径25+2=27m的预应力混凝土T型钢构。桥梁为二级安全设
2、计等级。下部结构为C15混凝土重力式桥墩，基础为钢筋混凝土沉井，沉井各部分采用C25混凝土，尺寸如图一所示。【序号：6】地质情况：1钻孔2钻孔3钻孔土层编号土的名称图例土层顶面标高土层厚度土层编号土的名称图例土层顶面标高土层厚度土层编号土的名称图例土层顶面标高土层厚度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 水文资料：常水位高程132.00m,潮水位高程142.00m，一般冲刷线高程为128.5m，局部冲刷线高程为124.5m施工方法：常水位时筑岛制
3、作沉井，不排水下沉。2、沉井高度及各部分尺寸拟定2.1、沉井高度根据水文资料初步设计沉井的顶面高程为131m，按水文计算，大、中桥的基础埋置深度应在最大冲刷线以下2.0m，则沉井所需高度为：H=131-124.5+2=8.5m按地质条件与地基容许承载力考虑，沉井底面应位于黏土层中，根据分析初拟采用沉井高度H=13m，沉井的底面高程118m，顶节沉井高6.0m，底节沉井高7.0m。2.2、沉井的平面尺寸考虑到桥墩的形式，采用两端半圆形中间为矩形的沉井，详细的尺寸如图1。刃脚踏面的宽度为0.2m，刃脚高度为1.5m，则刃脚内侧倾角tan为：tan=1.51.5-0.2=49.09453、作用效应计
4、算3.1、梁、桥墩的计算桥梁自重：P1=2727=729kN ；墩帽、墩身自重： b=145.72-131220=3.672m S1=2.22+3.062,2=21.94m2 S2=3.6722+5.786-3.6723.672=50.12m2 V=13S1+S2+S1S2h=1321.94+50.12+21.9450.1214.72=516.28m3 P2=24.51.22+3.062.40.52+516.28=12800.06kN；3.2、车道荷载和人群荷载二级公路的车道荷载取一级公路的车道荷载和集中荷载的0.75倍，所以均布荷载：qk=0.7510.5=7.875kN/m集中荷载：Pk=
5、0.75272=204kN/m人群荷载：3.0kN/m23.2.1单孔布载：集中荷载和均布荷载的布载方式如图2汽车荷载支座反力：P3=7.8751227+2042= 620.625kN汽车荷载在顺桥向引起的弯矩：M1=620.6250.35= 217.219kNm人群荷载支座反力：P4=123272=81kN人群荷载在顺桥向引起的弯矩：M2=810.35=28.35kNm3.2.2 两孔布载：集中荷载和均布荷载的布载方式如图3汽车荷载支座反力：P5=272127.875+204 2=833kN人群荷载支座反力：P6=2327=162Kn3.3、风荷载梁上的风荷载：T1=1.5271.25=50
6、.625kN c1=15.47m墩帽所受的风荷载：T2=1.255.460.52=3.5kN c2=14.72-0.522=14.46m桥墩上的风荷载（常水位最不利）：T3=5.26+6.5813.221.25=97.68kN （c3=7.35m）3.4、汽车制动力 T=P510%=84.9kN5m考虑井壁侧面上的弹性抗力：Pminmax=NA03HdA=557.18481.68 (kPa)其中：N=P=22969.23kN； A0=2.32+4.66=42.22m2 b1=1-0.1abb+1=1-0.14.610.610.6+1=11.10m =CnC00.65(h562.95kPa5、横
7、向抗力验算在地面下z深度处井壁承受的土横向抗力为: Pz=6HAhzz0-z z0=b1h24-h+6dw02b1h(3-h)=0.6511.16.52412.55-6.5+64.630.7220.6511.16.5(312.55-6.5)=4.850m当z=h3=2.167m时，Ph3=6198.68111.746.52.1674.85-2.167=9.543kPa当z=h=6.5m时，Ph=6198.68111.746.56.54.850-6.5=-17.603kPa当z=h3时，Ph34cos(3htan+c)12当z=h时，Ph4cos(htan+c)12其中1=1.0；2=1-0.8
8、MgM=1.0 4cos18.520.1736.5tan18.5+601.01.0=314.75kPa9.543kPa 4cos18.520.176.5tan18.5+601.01.0=438.11kPa17.603kPa可见，井壁承受的侧面土的横向抗力均满足要求，计算时可以考虑沉井侧面土的横向抗力。6、沉井在施工过程中的强度验算（不排水下沉）6.1、沉井自重下沉验算沉井自重：G=Q1+Q2+Q3+Q4=708.25+4394.08+313.6+3836.21=9252.14kN沉井浮力：G=V1+V2+V3+V4W=377.0610=3770.6kN土与井壁间的摩阻力：T=4.6+12257
9、+4.2+12246=8257.02Kn考虑井顶围堰（高出高水位）重力预计为600kN，则： GT=9252.14-3770.6+6008257.02=0.7371.0,所以取=1.0计算各个力值如下： tan（45-2）2=tan（45-18.52）2=0.518 W1=132-125.510=65kN/m2 W2=132-12410=80kN/m2 E1=20.17130-125.50.518=47.02kN/m2 E2=20.17130-1240.518=62.69kN/m2根据施工情况，从安全角度考虑，刃脚外侧的水压力按50%计算，作用在刃脚外侧的土压力和水压力为： PE1+W1=65
10、0.5+47.02=79.52kN/m2 PE2+W2=800.5+62.67=102.67kN/m2合力：E+W=1279.52+102.671.5=136.64kN如按静水压力的70%计算为： 0.7107.251.5=76.125kN136.64kN取E+W=76.125kN刃脚摩阻力按下面两式计算： T=0.5E=0.5147.02+62.692=27.43kN T=qA=251=25Kn两者取大值，故摩阻力为27.43kN单位宽沉井自重为： G=1.27525+1.34.5+1.5-1.55.524.5 =414.075kN(未考虑沉井浮力及隔墙重力)刃脚斜面竖向反力为： RV=G-
11、T=414.075-27.43=386.65kN(T按0.5E计算)刃脚斜面横向力为： V2=b2a+bRVU=V2tan(+)=1.3386.650.22+1.3tan49.09-18.5= 174.79kN井壁自重G的作用点至刃脚根部的距离为： x1=t2+at-2a26(t+a)=1.52+0.21.5-20.226(1.5+0.2)=0.242m V1=aRVa+b2=2aRV2a+b=20.2RV20.2+1.3=0.24RV V2=RV-0.24RV=0.76RVRV的作用点离井壁外侧的距离为： x=1RVV1a2+V2(a+b3)=0.240.22+0.760.2+1.33=0.
12、51m各力对刃脚根部截面中心的弯矩计算如下：刃脚斜面水平反力引起的弯矩为： Mu=174.791-0.33=117.11kNm水平水压力及土压力引起的弯矩为： Mp=E1+W1+(E2+W2)h32E2+W2+(E1+W1)E1+W1+(E2+W2)=142.43kNm反力RV引起的弯矩为： MRV=386.651.52-0.51=92.80kNm刃脚自重引起的弯矩为： MG=1.2751250.242=7.71kNm刃脚侧面摩阻力引起的弯矩为： MT=27.431.52=20.57kNm总弯矩为：M0=117.11-42.43+92.80-7.71+20.57=80.34kNm刃脚根部强度验
13、算如下： N0=RV+T-G=386.65+27.43-1.275125=382.21kN偏心距：e=M0N0=80.34382.21=0.2100N0=382.2kN所以按受力条件可不设钢筋，只需按构造要求设置。由于水平剪力较小，故验算时未考虑。6.2.2刃脚向内挠曲当沉井沉到设计高程，刃脚下的土已挖空，这时刃脚处于向内弯曲的不利情况。计算各个力值如下a、水压力及土压力 W1=142-118-1.510=225kN/m2 W2=142-11810=240kN/m2 E1=130-118-1.520.17=211.85kN/m2 E2=130-11820.17=242.04kN/m2 P=22
14、5+240+211.85+242.041.52=689.12kNP对刃脚根部形心轴的弯矩为： MP=689.12132240+242.04+225+211.785240+242.04+225+211.785=350.22kNmb、刃脚摩阻力产生的弯矩 T=0.5E=0.5211.785+242.041.52=170.18kN T=qA=2511.5=37.5kN两者取小值，则MT=37.51.52=28.125kNmc、刃脚自重产生的弯矩 G=1.27525=31.875kN MG=31.8750.242=7.71kNmd、所有力对刃脚根部的弯矩轴向力、剪力 M=350.22-28.125+7
15、.71=329.805kNm N=T-G=37.5-31.875=5.625kN Q=689.12Kn 刃脚根部截面压力验算a、弯矩压力验算 h=N0AM0W=5.6251.5329.80561.521=883.23-875.73 kPa 883.23fcd0=9.781031.0=9780kN 875.73ftmd0=0.921031.0=920kNb、剪力验算 =689.121.5=459.41kPafvd0=1.851031.0=1850kPa计算表明刃脚外侧也只需按构造要求配筋。6.3刃脚配筋计算设置混凝土保护层厚度为60mm。远离纵向力一侧的钢筋按最小配筋率确定所需钢筋面积： As=
16、minbh=0.00210001500=3000mm2所以选择822，As=3041mm2。受压区可以不配置钢筋。7、沉井井壁竖向抗力验算 Pmax=14Q1+Q2+Q3+Q4=149252.14=2313.04kN(未考虑浮力)井壁受拉面积为： F1=2.32-0.82+64.6-20.86=32.61m2混凝土受拉应力为： h=PmaxF1=2313.0432.61=70.93kPaftd=1060kPa满足要求，可只配置构造钢筋。8、井壁横向受力计算8.1、刃脚根部以上高度等于井壁厚度的一段井壁井壁横向受力最不利的位置是在沉井设计高程时，这时刃脚根部以上一段井壁承受的外力最大，它不仅承受
17、本身范围内的水平力，还要承受刃脚作为悬臂传来的剪力。a、常水位时单位宽度井壁上的水压力 W1=132-118-310=110kN/m2 W2=132-118-1.510=125kN/m2 W3=132-11810=140kN/m2单位宽度井壁上的土压力为： E1=130-118-320.17tan(45-18.52)2=94.03kN/m2 E2=130-118-1.520.17tan(45-18.52)2=109.70kN/m2 E3=130-11820.17tan(45-18.52)2=125.38kN/m2刃脚及刃脚根部以上1.5m井壁范围的外力为： P=110+1401+94.03+1
18、25.38132=704.12kN/m(=1)b、圆端形沉井各部分受力为： L=3m,r=2.3+0.82=1.55m =L(0.25L3+2rL2+3r2L+2r3)L2+rL+2r2=3(0.2533+21.553+31.5523+21.553)321.553+21.552=5.93m =0.67L3+rL2+4r2L+1.57r3L2+rL+2r2=0.6733+1.5532+41.5523+1.571.55332+1.553+21.552=3.40m =0.33L3+1.57rL2+2r2L2L+r=0.3333+1.571.5532+21.552323+1.55=4.16m 1=L2
19、+rL+2r22L+r=32+1.553+21.55223+1.55=2.61m N=P-1=704.125.93-4.163.40-2.61=1577.59kN N1=2N=3155.17kN N2=Pr=704.121.55=1091.39kN N3=PL+r-N=704.123+1.55-1577.59=1626.16kN M1=P1-1-=704.125.932.61-3.44.162.61-3.40=-1188.36kNm M2=M1+NL-PL22=-1188.36+1577.593-704.124.5=375.87kNm M3=M1+NL+r-PL12+r=1659.34kNm根
20、据以上计算，井壁最不利的受力位置在长轴端点处，其弯矩M3=1659.34kNm，轴向力 N1=3155.17kN。c、井壁配筋计算 fcd=9.2MPa,fsd=fsd=280MPa,b=0.56,0=1.0截面设计轴向力计算值N=3155.17kN，弯矩计算值M=0Md=1659.34kNm，可得到偏心距（e0）为： e0=MN=1659.343155.17=0.53m弯矩作用平面内的长细比为l0h=21.51.5=20.3h0=0.31440=432mm,故可先按大偏心受压情况进行设计。 es=e0+h2-as=530+15002-60=1220mm计算所需的纵向钢筋面积取=b=0.56，
21、可以得到： As=Nes-b(1-0.5b)fcdbh02fsd(h0-as)=3155.171031220-0.56(1-0.50.56)9.2100014402280(1440-60)0.2%。截面受压区高度值为： x=h0-h02-2Nes-fsdAsh0-asfcdb=1440-14402-231551701220-28030411440-609.21000 =218mm bh0(=0.561440=806mm)x2as(=120mm)取s=fsd并代入公式可得： As=fcdbx+fsdAs-Nfsd=9.21000218+2803041-3155.171032800故仅需按照构造要
22、求配置受拉钢筋，选取822。8.2、其它井壁控制截面强度验算。取第二节沉井最下端单位高度进行强度验算，按此计算的水平钢筋布置于全段井壁上，作用在各框架的均布荷载为：P=E+Wa、常水位时单位宽度井壁上的水压力 W1=132-12510=70kN/m2 W2=132-118-1.510=125kN/m2 W3=132-11810=140kN/m2单位宽度井壁上的土压力为： E1=130-12520.17tan(45-18.52)2=52.24kN/m2 E2=130-118-1.520.17tan(45-18.52)2=109.70kN/m2 E3=130-11820.17tan(45-18.5
23、2)2=125.38kN/m2刃脚及刃脚根部以上1.5m井壁范围的外力为： P=70+1401+52.24+125.38172=1356.67kN/m(=1)b、圆端形沉井各部分受力为： L=3m,r=2.3+0.82=1.55m N=P-1=1356.675.93-4.163.40-2.61=3039.63kN N1=2N=6079.26kN N2=Pr=1356.671.55=2102.84kN N3=PL+r-N=1356.673+1.55-3039.63=3133.22kN M1=P1-1-=1356.675.932.61-3.44.162.61-3.40=-2289.68kNm M2
24、=M1+NL-PL22=-2289.68+3039.633-1356.674.5=724.19kNm M3=M1+NL+r-PL12+r=3197.12kNm minmax=N1AM3W=6079.261.55.53197.1265.521.5=1159.647820kPa314.12800kPa计算表明，井壁只需按构造要求设置钢筋。即受压区和受拉区分别配置822钢筋。9、第一节沉井竖向挠曲验算如果井壁截面不对称，则井壁截面形心轴的位置为： y下=71.53.5-1.51.312131.571.5-121.51.3=3.81m y上=7-3.81=3.19m x左=71.50.75-121.3
25、1.5(231.3+0.2)71.5-121.51.3=0.72m x右=1.5-0.72=0.78m Ix-x=1121.573+1.570.312-1361.31.53-121.31.53.312 =33.08mm2单位宽度井壁重力为：q=1.27525+1.55.524.5=234kN/m圆弧重心公式为：xc=rsin当沉井长宽比大于1.5，设两支点的距离为0.7L（L为长边长度），使支点和跨中的弯矩大致相等，则支点处的弯矩为： 0.35L=0.353+2.32=3.71m sin=3.71-32.3=0.3087,所以=1759 xc=2.3sin(90-1759)180(90-175
26、9)=1.74m M支上=180180-217592.32341.74-2.30.3087=1393.41kNm井壁上端的弯曲拉应力为： =M支上y上2Ix-x=1393.413.19233.08=67.19kPa8001.0=800kPa计算结果安全。按最不利荷载计算，假定长边中点搁住或长边两端点搁住，当长边中点搁住时，最危险的截面是离隔墙中点0.8m处（弯矩大且截面小），该处的弯矩为： M中上=2.323422.3+2.2+2342.22=7328.05kNm =M中上y上2Ix-x=7328.053.19233.08=353.33kPa800kPa计算结果安全。当长边两端点搁住时，沉井的
27、支点反力为: R1=12Q1+Q2+Q3=12708.25+4394.08+313.6=2707.97kN离隔墙中线0.8m处的弯矩为： M中下=2707.972.3+3-0.8-7328.05=4857.82kNm井壁下端的挠曲应力为： =M中下y下2Ix-x=4857.823.81233.08=279.75kPa800kPa计算结果满足要求。10、封底混凝土验算基底考虑弹性抗力的验算如下： Pminmax=NA03HdA=356.56281.06(kPa)填料和混凝土封底的重力为：1392.05+2828.95=4221kN水压力为：132-11810=140kPa混凝土封底承受的竖向反力
28、（最不利情况）为： P=356.56+140-42212.32+4.66=401.10kPa弯矩验算按四周支承的双向板计算。计算跨度为4.45*2.9m（以刃脚高度一半处的跨度计算） LxLy=2.94.45=0.65查双向板弯矩计算表得系数Mx=0.0804,My=0.0421 Mx=0.0804401.102.92=271.21kNm My=0.0421401.104.452=334.39kNm当泊松比=0.2时 Mx=271.21+334.390.2=338.09kNm My=271.210.2+334.39=388.63kNm封底混凝土中产生的拉应力为： =388.63165.52=7
29、7.08kPa800kPa计算结果满足要求。剪力验算井孔面积：20.82+1.63=8.82m2井孔中周边混凝土的剪切面积为：0.8+1.6+231.5=15.17m2则：=401.108.8215.17=233.20kPa800kPa因此盖板要配置钢筋。感想与领悟 通过这次课程设计，我认识到了自己在学习上还有不少问题，基础知识不够扎实，在做课程设计的过程中遇到了很多问题，后来在同学的帮助下和自己的努力下终于算是完成了任务，估计还是会有不少问题。另外，施工图的设计比较困难，我参照了网上搜到的相关资料。我会继续努力的。参考文献1 中华人民共和国行业标准.JTG D63-2007 公路桥涵地基与基
30、础设计规范S.北京：人民交通出版社，2007.2 中华人民共和国行业标准.JTG D61-2005 公路圬工桥涵设计规范S.北京：人民交通出版社，2005.3 中华人民共和国行业标准.JTG D60-2004 公路桥涵设计通用规范S.北京：人民交通出版社，2004.4 中华人民共和国行业标准.JTG D62-2004 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范S.北京：人民交通出版社，2004.5 中华人民共和国行业标准.JTJ 041-2000 公路桥涵施工技术规范S.北京：人民交通出版社，2000.6 张光永.基础工程M. 武汉：武汉理工大学出版社，2011.7 交通部第一公路工程总公司.公路施工手册-桥涵（上册）M. 北京：人民交通出版社，2002.8 公路设计手册编写组.公路设计手册-墩台与基础M. 北京：人民交通出版社，1978.19