沉井设计计算

土的侧向抗力：
y
hyy H
D0h
基底边缘压应力：
max N Hd min A0 2 D
其中： D bl h3 6Wd 12
嵌入处水平阻力P：
P
H
bl h2 6D
1
地面或最大冲刷线以下任意深度y处 基础截面上的弯矩为：
M
y
H
h
y
bl Hy 3 12Dh
2h
y
（3）深基础的验算
①基底应力验算
max
②横向抗力验算
y pp pa
整理得：
y co 4syta nc
③墩台顶面水平位移的计算方法
l tan 0
y0 tan
l
h2
z0
基础发生刚体转动在地 面处产生的水平位移
墩台随同基础一起发生刚 体转动而产生的水平位移
墩台本身弹性挠曲变形 引起的墩台顶水平位移
ab c
z0 l0
墩台顶面水平位移计算方法
3、刃脚受力计算
切土下沉：刃脚外弯 受力复杂
挖空刃脚底部土层：刃脚内弯
◆刃脚受力计算 1个三维问题转为2个二维问题求解
竖向受力（悬臂梁） 刃脚受力
横向受力（水平框架）
向外挠曲 向内挠曲
根据悬臂梁及水平 框架两者的变位关 系得各自的外力分 配系数：
hk4
0.1L14 0.05L14
沉井的计算包括施工期验算和作为整体基础的计算。
作为整体基础的计算：包含两种情况，当埋深仅有数米时，计算同 浅基础；当埋深较大，不能忽略沉井侧壁土体弹性抗力影响时，按 刚性桩计算。
沉井（刚性桩）计算假定： 1、地基土作为弹性变形介质，水平地基系数随深度成正比增
加。 2、不考虑基础与土间的粘着力和摩阻力。 3、沉井基础刚度与土刚度之比可认为是无限大。
max N 3Hd
min A0 A
zx
A
blh3 18Wd
2 3 h
Ch mh C0 C0
离地面或最大冲刷线以下深度y处基础截面 上的弯矩为
Mz
H
h
y
Hbl y3 2 Ah
y0
y
（2）基底嵌入基岩内的计算方法
基底无水平位移，仅绕基底中心转动， 此时y0=h，基底嵌入处存在一水平阻力P
沉井受到的横向抗力σy σy = ΔxCy = Cy ( y0eFVy)·ω
■基底变形—绕中心转动ω角
沉井底面受到的抗力：
a)
d/2C 01C 0d 2tan
h
λ
O
x
Z Z1
zx
Z0
h
1
max
d/2 min
d/2 0
z d
b)
图5-24 非岩石地基计算示意
土的横向抗力:
y
6H Ah
yy0
y
基底边缘压应力:
部加压；在保证不发生流砂的前提下，抽取井内的 水，以减小浮力。 （2) 减小井壁的摩阻力：尽力将井壁外侧制作光滑平 整；将井壁设计成台阶式；设置管道，利用高压空 气或水的喷射能量来减小摩擦；从管道中喷出触变 泥浆，形成泥浆套。
2、底节沉井的竖向挠曲验算
底节沉井在垫木抽除及挖土下沉过程中，在井壁自重作用下将产生挠曲变形
当沉井基础埋置深度较大时，需要考 虑基础侧面土体弹性抗力的影响。
假定沉井基础在横向外力作用下只能 发生转动而无挠曲变形。因此，按刚性桩计 算内力和土抗力，即相当于“m”法中 h2.5的情况。
5.3沉井的设计与计算
计算假定： 1.地基土为弹性体且C=my 2.不考虑基础与土之间的粘着力与摩阻力 3.沉井基础的刚度可视为无穷大 沉井基础 视为 刚性桩柱
5.3沉井的设计与计算
使用阶段（基础）：
1.承载力验算
竖向承载力验算 水平向承载力验算
2.沉降计算 3.基础结构计算
井壁竖向受压 井壁横向受压 封底受压弯剪 顶板受压弯剪
施工阶段(支挡结构):
自重下沉验算 底节沉井挠曲验算 刃脚受力计算 井壁受力计算
5.3.1沉井作为整体基础的设计与计算
主要内容
5.1沉井的类型和构造 5.2沉井的施工 5.3沉井的设计与计算
5.3沉井的设计与计算
实体基础:进行承载能力及地基变形及稳定性验算
沉井计算
施工期挡土、挡水结构:进行截面配筋计算及抗浮稳定性验算
据埋置深度 按浅基础设计 按深基础设计
不考虑基础侧面土的横向抗力 考虑基础侧面土的横向抗力
基础在水平力和弯矩作用下，l0 范 围 内 弹 性 位 移 线
墩台顶面产生水平位移Δ按两种情况分别计算转 动 ω 后 中 心 线
基础位于非岩石地基
＝ K 1 z0K 2 l00
设 计 中 心 线a
基底嵌入岩层
＝ K 1hK 2l00
ω a = K 1 ω z 0
z b c = = δ K 2 0 ω l0
式中，L为相邻跨中最小跨的跨度(m)，当跨度 L<30m时，L按30m计算。
5.3.2沉井施工过程中的设计
1、沉井自重下沉验算
下沉系数：
沉井自重
K Q 1
Q
T
土对井壁总摩阻力
fi
hi
（1）不排水下沉时，沉井自重应扣除浮力
（2） T fihiui
克服下沉困难
主要可以从两方面着手： (1) 增加沉井重量：提前浇筑上一节沉井；在沉井顶
（1）井壁 ①排水挖土下沉
能控制支承点的位置
井壁受力：承受均匀荷载的简支梁
选择最有利的支点位置，使跨中弯矩=支座弯矩 矩形、圆端形沉井：长边，间距0.7L
圆形沉井：圆周四分点
②不排水挖土下沉
支承点的位置难控制
选择沉井下沉过程中最不利情况验算
矩形、圆端形沉井：
a、支点位于长边中点
b、支点位于四个角点
验算截面：长边跨中附近最小截面 圆形沉井：两支点位于一直径上
③隔墙
最不利情况:
第二节沉井内隔墙 已砌筑，但未凝固
G2 +G3 G1
下部土被 挖空
荷载:第一节隔墙自重G1+第二节隔墙重G2 +模板重G3
验算截面:跨中截面
处理措施:
配置水平钢筋 第二节沉井浇注时，隔墙下填砂石并夯实
5.3.2沉井施工过程中的设计
③墩台顶面水平位移的计算方法
考虑到沉井基础的实际刚度对地面位移及转角的影响，引入系数K1， K2对其进行修正
k1y0 k2l 0
对于嵌岩桩， z0=h K1， K2由h及/h查表得。
基础工程
墩台顶面水平位移验算
现行桥梁规范中规定，墩台顶面的水平位移Δ应 符合下列要求：
0.5 L(cm)
1、非岩石地基上沉井深基础的计算
（1）荷载简化：
沉井受力：水平力H + 竖向偏心力N 等效为 水平力H + 竖向中心力N 等效后水平力H距基底的高为：
MNeHl
H
H
在水平力作用下，F沉H井将围绕位于地
FH
面下深度y0处点A转动ω角
h1
h2
l
■侧面：深度z处沉井水平位移Δx
Δx = ( y0y)·tanω