任務(wù)13 沉井基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)

任務(wù)13沉井基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)任務(wù)13-1沉井基礎(chǔ)的類型和構(gòu)造一、理論知識(shí)1.沉井基礎(chǔ)的基本知識(shí)a）定義：用一個(gè)事先筑好的、以后能充當(dāng)橋梁墩臺(tái)或結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)的井筒狀結(jié)構(gòu)物；b）井筒狀結(jié)構(gòu)物四周有壁、上部無蓋、下部無底、通常用混凝土或鋼筋混凝土作成；c）沉井基礎(chǔ)適用于地基淺層較差而深部較好的底層，尤其適用于軟土中地下建筑物的基礎(chǔ)；任務(wù)13沉井基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)任務(wù)13-1沉井基礎(chǔ)的類型和構(gòu)造一、理論知識(shí)1.沉井基礎(chǔ)的基本知識(shí)d）下列情況可優(yōu)先考慮沉井基礎(chǔ)：i）上部結(jié)構(gòu)荷載較大，表層地基土承載力不足，而在一定深度下有較好的持力層，且與其他基礎(chǔ)方案相比較為經(jīng)濟(jì)合理；ii）山區(qū)河流中淺層地基土雖然較好，但沖刷大，或河中有較大卵石不便樁基礎(chǔ)施工時(shí)；iii）傾斜不大的巖面，在掌握巖面高差變化的情況下，可通過高低刃腳與巖面傾斜相適應(yīng)或巖面平坦且覆蓋薄、但河水較深、采用擴(kuò)大基礎(chǔ)施工圍堰有困難時(shí)。任務(wù)13沉井基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)任務(wù)13-1沉井基礎(chǔ)的類型和構(gòu)造一、理論知識(shí)2.沉井基礎(chǔ)的類型（1）按平面形狀分a）圓形沉井；b）矩形沉井：邊角土不易挖除，下沉易產(chǎn)生傾斜；c）圓端形沉井任務(wù)13沉井基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)任務(wù)13-1沉井基礎(chǔ)的類型和構(gòu)造一、理論知識(shí)2.沉井基礎(chǔ)的類型（2）按沉井的井孔布置方式分a）單孔沉井；b）雙孔沉井；c）多孔沉井。任務(wù)13沉井基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)任務(wù)13-1沉井基礎(chǔ)的類型和構(gòu)造一、理論知識(shí)2.沉井基礎(chǔ)的類型（3）按沉井的豎向剖面形狀分a）柱形；b）階梯形；c）錐形。任務(wù)13沉井基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)任務(wù)13-1沉井基礎(chǔ)的類型和構(gòu)造一、理論知識(shí)2.沉井基礎(chǔ)的類型（4）按沉井的建筑材料分a）混凝土沉井：多做成圓形，適用于下沉深度不大（4～7m）的松軟土層中；b）鋼筋混凝土沉井：當(dāng)下沉深度不很大時(shí)，井壁上部用混凝土、下部刃腳用鋼筋混凝土制造的沉井。在橋梁工程中應(yīng)用廣泛；c）竹筋混凝土沉井；d）鋼沉井；任務(wù)13沉井基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)任務(wù)13-1沉井基礎(chǔ)的類型和構(gòu)造一、理論知識(shí)3.沉井基礎(chǔ)的構(gòu)造主要由外井壁、刃腳、隔墻、井孔、凹槽、射水管、封底及頂板等組成。（1）井壁沉井的外壁，是沉井的主體部分。井壁必須具有足夠的強(qiáng)度和一定的厚度，并根據(jù)施工過程中的受力情況配置豎向及水平向鋼筋。一般壁厚為0.80～1.50m，最薄不宜小于0.4m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不低于C15.（2）刃腳刃腳是井壁下端形如楔形的部分，其作用是利用沉井切土下沉。刃腳地面（踏面）寬度一般小于150mm。刃腳內(nèi)側(cè)斜面與水平面夾角不宜小于45度，刃腳高度一般大于1.0m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)宜大于C20.任務(wù)13沉井基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)任務(wù)13-1沉井基礎(chǔ)的類型和構(gòu)造一、理論知識(shí)3.沉井基礎(chǔ)的構(gòu)造（3）隔墻作用是將沉井空腔分隔成多個(gè)井孔。隔壁厚度一般小于井壁約0.5～1.0m。隔墻底面應(yīng)高出刃腳底面0.5m以上，避免被土擋住而妨礙下沉。若為人工挖土，還應(yīng)在隔墻下端設(shè)置過人孔，以便工作人員井孔間往來。（4）井孔為挖土排土的工作場所和通道。最小邊長不宜小于3m。井孔應(yīng)對(duì)稱布置，以便對(duì)稱挖土，保證沉井均勻下沉。（5）凹槽凹槽位于刃腳內(nèi)側(cè)上方，用于沉井封底時(shí)使井壁與封底混凝土較好地結(jié)合，使封底混凝土底面反力更好地傳遞給井壁。凹槽高約1.0m，深度一般為150～300mm。任務(wù)13沉井基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)任務(wù)13-1沉井基礎(chǔ)的類型和構(gòu)造一、理論知識(shí)3.沉井基礎(chǔ)的構(gòu)造（6）射水管當(dāng)沉井下沉較深，土阻力較大，估計(jì)下沉困難時(shí)，可在井壁中預(yù)埋射水管組。射水管應(yīng)均勻布置，一般水壓不小于600kPa。（7）封底沉井沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高進(jìn)行清基后，便在刃腳踏面以上至凹槽處澆注混凝土形成封底。封底混凝土頂面應(yīng)高出凹槽0.5m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)一般不低于C15，并孔內(nèi)填充的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不低于C10。（8）頂板頂板厚度一般為1.5～2.0m，鋼筋配置由計(jì)算確定。沉井井孔是否填充，應(yīng)根據(jù)受力或穩(wěn)定要求決定。在嚴(yán)寒地區(qū)，低于凍結(jié)線0.25m以上部分，必須使用混凝土或圬工填實(shí)。任務(wù)13沉井基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)任務(wù)13-2沉井基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)一、理論知識(shí)沉井基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與計(jì)算的內(nèi)容：a）沉井尺寸擬定及驗(yàn)算（計(jì)算）；b）按實(shí)體基礎(chǔ)進(jìn)行各項(xiàng)驗(yàn)算；c）結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算。任務(wù)13沉井基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)任務(wù)13-2沉井基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)一、理論知識(shí)沉井基礎(chǔ)在設(shè)計(jì)前，應(yīng)收集相關(guān)資料，主要包括：a）水文地質(zhì)資料；b）上部結(jié)構(gòu)資料；c）擬采用的施工方法；沉井基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)內(nèi)容：a）擬定沉井各部分尺寸；b）各部分結(jié)構(gòu)計(jì)算；c）沉井基礎(chǔ)作為整體基礎(chǔ)的計(jì)算；d）驗(yàn)算：基底應(yīng)力、穩(wěn)定性、基底偏心、沉降量等等。任務(wù)13沉井基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)任務(wù)13-2沉井基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)一、理論知識(shí)1.沉井各部分尺寸的選定（1）沉井高度和分節(jié)a）沉井頂面和底面兩個(gè)標(biāo)高之差為沉井的高度；b）沉井基礎(chǔ)底面標(biāo)高應(yīng)根據(jù)沖刷深度和地基、承載力等因素確定；c）沉井頂面不應(yīng)高出最低水位；d）較高、較重的沉井應(yīng)分節(jié)制造下沉，沉井的分節(jié)高度一般為5～7m，底節(jié)不宜過高，一般為5～6m。在松軟土層中下沉的沉井，為保證穩(wěn)定，其底節(jié)高度不應(yīng)大于沉井寬度的0.8倍。為減少下沉?xí)r同土對(duì)井壁的摩阻力，在分節(jié)處一般留有臺(tái)階，臺(tái)階寬度為10～20cm。任務(wù)13沉井基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)任務(wù)13-2沉井基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)一、理論知識(shí)1.沉井各部分尺寸的選定（2）確定沉井平面形狀和尺寸a）沉井頂面的平面尺寸在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足墩臺(tái)身底面尺寸及基底受力兩方面的要求；b）沉井平面形狀應(yīng)當(dāng)根據(jù)其上部建筑物或墩臺(tái)底部的平面形狀決定。對(duì)矩形或圓端形橋墩，可采用相應(yīng)形狀的沉井，采用矩形沉井時(shí)，為保證下沉的穩(wěn)定性，沉井的長邊與短邊之比不宜大于3；當(dāng)墩的長寬較為接近時(shí)，可采用方形或圓形沉井；c）設(shè)計(jì)時(shí)一般先按墩臺(tái)身底面尺寸的要求初擬沉井平面尺寸，經(jīng)基底受力檢算合格后確定。沉井頂面尺寸等于墩臺(tái)身底面尺寸加襟邊寬度，襟邊的最小寬度一般不小于沉井度的1/50，且不小于200mm，若為浮式沉井，再另加寬250mm。任務(wù)13沉井基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)任務(wù)13-2沉井基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)一、理論知識(shí)1.沉井各部分尺寸的選定（2）確定沉井平面形狀和尺寸d）沉井基礎(chǔ)的驗(yàn)算也稱為沉井基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)算。包括沉井作為整體深基礎(chǔ)的計(jì)算和在施工過程中的計(jì)算兩部分；e）根據(jù)沉井基礎(chǔ)的埋置深度不同有兩種計(jì)算方法：i）當(dāng)沉井埋深在最大沖刷線以上僅數(shù)米時(shí)，可不考慮基礎(chǔ)側(cè)面土的橫向抗力影響，按淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算；ii）當(dāng)埋深較深時(shí)，沉井周圍土體對(duì)沉井的約束作用不可忽視，此時(shí)在驗(yàn)算地基應(yīng)力、變形及沉井的穩(wěn)定性時(shí)，應(yīng)考慮基礎(chǔ)側(cè)面土體彈性抗力的影響。任務(wù)13沉井基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)任務(wù)13-2沉井基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)一、理論知識(shí)2.沉井施工過程中的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算沉井結(jié)構(gòu)在施工過程中主要需進(jìn)行下列驗(yàn)算：（1）沉井自重下沉驗(yàn)算沉井自重應(yīng)大于土對(duì)井壁的摩阻力，兩者之比稱為下沉系數(shù)K，一般要求（2）底節(jié)沉井豎向撓曲驗(yàn)算若撓曲應(yīng)力大于沉井材料縱向抗拉強(qiáng)度，應(yīng)增加底節(jié)沉井高度或在井壁內(nèi)設(shè)置水平向鋼筋，防止沉井豎向開裂。任務(wù)13沉井基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)任務(wù)13-2沉井基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)一、理論知識(shí)2.沉井施工過程中的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算沉井結(jié)構(gòu)在施工過程中主要需進(jìn)行下列驗(yàn)算：（3）沉井刃腳受力計(jì)算沉井在下沉過程中，刃腳受力可簡化為豎向和水平受力。豎向分析時(shí)，根據(jù)刃腳內(nèi)外側(cè)作用力的不同可能向外或向內(nèi)撓曲；在水平面上，在水、土壓力作用下在水平面內(nèi)發(fā)生彎曲變形。（4）井壁受力計(jì)算a）井壁豎向拉應(yīng)力驗(yàn)算b）井壁橫向受力計(jì)算任務(wù)13沉井基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)任務(wù)13-2沉井基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)一、理論知識(shí)2.沉井施工過程中的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算沉井結(jié)構(gòu)在施工過程中主要需進(jìn)行下列驗(yàn)算：（5）混凝土封底及頂板計(jì)算a）封底混凝土計(jì)算b）鋼筋混凝土頂板計(jì)算頂板厚度一般預(yù)先擬定再進(jìn)行配筋計(jì)算，計(jì)算時(shí)按承受最不利均布荷載的雙向板考慮。任務(wù)13沉井基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)任務(wù)13-2沉井基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)一、理論知識(shí)3.考慮土體彈性抗力的沉井設(shè)計(jì)與計(jì)算考慮沉井側(cè)壁土體彈性抗力時(shí)，通?？勺魅缦禄炯俣ǎ篴）地基土為彈性變形介質(zhì)，水平向地基系數(shù)隨深度以正比例增加；b）不考慮基礎(chǔ)與土之間的黏著力和摩阻力；c）沉井剛度與土的剛度之比視為無限大，橫向力作用下職能發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)而無撓曲變形。任務(wù)13沉井基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)任務(wù)13-2沉井基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)一、理論知識(shí)3.考慮土體彈性抗力的沉井設(shè)計(jì)與計(jì)算根據(jù)基礎(chǔ)底面的地質(zhì)情況，又可分為兩種情況：（1）非巖石地基（包括沉井立于風(fēng)化巖層內(nèi)和巖面上）a）土體橫向抗力b）基底邊緣處壓應(yīng)力c）離地面或zuida沖刷線以下z深度處基礎(chǔ)截面上的彎矩為任務(wù)13沉井基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)任務(wù)13-2沉井基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)一、理論知識(shí)3.考慮土體彈性抗力的沉井設(shè)計(jì)與計(jì)算根據(jù)基礎(chǔ)底面的地質(zhì)情況，又可分為兩種情況：（2）基底嵌入基巖內(nèi)a）土體橫向抗力b）基底邊緣處壓應(yīng)力c）離地面或zuida沖刷線以下z深度處基礎(chǔ)截面上的彎矩為任務(wù)13沉井基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)任務(wù)13-2沉井基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)一、理論知識(shí)3.考慮土體彈性抗力的沉井設(shè)計(jì)與計(jì)算（3）墩臺(tái)頂水平位移基礎(chǔ)在水平力和力矩作用下，墩臺(tái)頂水平位移由地面處水平位移z0tanw、地面至墩頂h2范圍內(nèi)水平位移h2tanw及臺(tái)身彈性撓曲變形在h2范圍內(nèi)引起的墩頂水平位移三部分所組成：基礎(chǔ)的實(shí)際剛度并非無窮大，對(duì)墩頂?shù)乃轿灰票赜杏绊?。故通常采用系?shù)K1和K2來反映實(shí)際剛度對(duì)地面處水平位移及轉(zhuǎn)角的影響。因此任務(wù)13沉井基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)任務(wù)13-2沉井基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)一、理論知識(shí)3.考慮土體彈性抗力的沉井設(shè)計(jì)與計(jì)算（4）驗(yàn)算a）基底應(yīng)力要求計(jì)算所得的最大壓應(yīng)力不超過沉井底面處土的承載力，即b）橫向抗力考慮到橋梁結(jié)構(gòu)性質(zhì)和荷載情況，且經(jīng)驗(yàn)表明最大的橫向抗力大致在z＝h/3和z＝h處，即任務(wù)13沉井基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)任務(wù)13-2沉井基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)一、理論知識(shí)3.考慮土體彈性抗力的沉井設(shè)計(jì)與計(jì)算（4）驗(yàn)算c）墩臺(tái)頂面水平位移現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定墩頂水平位移應(yīng)滿足cm，L為相鄰跨中最小跨的跨度，當(dāng)L<25m時(shí)，取L＝25m。任務(wù)13沉井基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)任務(wù)13-2沉井基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)一、理論知識(shí)4.沉井基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)圖的應(yīng)用對(duì)鐵道部第一勘測設(shè)計(jì)院編制壹橋4203圖的適用條件：a）沉井穿過的土層是軟土及松散砂類土，土對(duì)井壁的摩擦力f<=12k