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沉井侧力和摩擦力计算

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第四节沉井侧力和摩擦力计算沉井的设计与计算内容：包括沉井作为整体深基础计算和施工过程中沉井结构强度计算。

沉井设计与计算前，必须掌握如下有关资料：
➢上部或下部结构尺寸要求和设计荷载；
➢水文和地质资料
➢拟采用的施工方法。

一、沉井作为整体深基础的设计与计算
设计程序：沉井作为整体深基础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。

沉井计算分为两种情况： 沉井基础埋置深度在局部冲刷线以下仅数米时：可按浅基础设计计算规定，不考虑沉井周围土体对沉井的约束作用，按浅基础设计计算。

当沉井埋置较深时：需要考虑基础井壁外侧土体横向弹性抗力的影响按刚性桩计算内力和土抗力，同时应考虑井壁外侧接触面摩阻力，进行地基基础的承载力、变形和稳定性
图5-18 井侧摩阻力分布假定
沉井底部地基土总反力R j 等于该处土的承载力容许
值f a 与支承面积A 的乘积，即 ： j a R f A
= (5-2)
沉井侧壁与土接触面提供的抗力，可假定井壁外侧与土的摩阻力沿深度呈梯形分布，距地面5m 范围内按三角形分布，5m 以下为常数，如图5-18所示，故总摩阻力为：
f ( 2.5)R U h q =- (5-3)
沉井基础作为整体深基础时，沉井深基础可以视为刚性桩柱，即相当于“m”法中刚性桩的条件，计算其内力和井壁外侧土抗力。

基本假定条件：
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。

(5-4) H
M H Hl Ne ∑=+=λ 沉井基础受到墩台水平力H 及偏心竖向力N 作用时[图5-19a ）]，为了计算方便，可以将上述外力简化为中心荷载N 和水平力H 的共同作用，转变后的水平力H 距离
图5-19 荷载作用情况
（一）非岩石地基上沉井基础计算
图5-20 水平及竖直荷载作用下的
应力分布
zx z z 0()tan p xC C z z ω
=∆=-ω
tan )(0z z x -=∆ 首先，考虑沉井在水平力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z 0 深度处A 点转动一ω 角（图5-20），地面下深度z 处沉井基础产生的
(5-5)
(5-6)
d 0102
tan 2
d p C C δω
== 沉井基础底面处的压应力计算，考虑基底水平面上竖向地基系数C 0不变，故其压应力图形与基础竖向位移
图相似，有： 由上式可见，沉井井壁外侧土的横向抗力沿深度为二次抛物线变化。

将深度z 处水平向地基系数代入上式p zx 表达式，可以得到：
\
或
Amh
H
6tan =
ω13
112(23)
tan (18)H h h mh b h Wd βωβ+=+2101(4)62(3)
b h h dW
z b h h βλβλ-+=
-对以上二式联立求解，可得 ：
h
1zx 1d 02
d 0
Hh p b z z p W --=⎰o
M
=∑，可以得到： h
h
zx 1100
d tan ()d 0
H
p b z H b m z z z z ω-=--=⎰
⎰ 在上述公式中，有两个未知数z 0和ω求解，可建立如下两个平衡方程式。

z zx 100
3
10()()()()
2z
M H h z p b z z dz
Hb z H h z z z hA
λλ=-+--=-+--⎰将上述z 0和tan ω表达式代入式（5-5）和式（5-6），得到：
(5-7)
(5-8)
当有竖向荷载N 及水平力H 同时作用时，则基底平面边缘处的压力为
βA Hd A N p 30min
max ±
=3zx 06()
H p z z z Ah =-d 2
dH
p A β=(5-9)
图 5-23 刃脚向外挠曲受力分析
最不利位置：当沉井下沉过程中刃脚内侧切入土中深约1.0m ，同时接筑完上节沉井，且沉井上部露出地面或水面约一节沉井高度时，刃脚斜面上土的抗力最大，且井壁外土、水压力最小，处于刃脚向外挠曲的。

1．刃脚竖向受力分析
（1）刃脚向外挠曲的内力计算
1
k k
2
a g h λγ+=
⋅ 3）刃脚下抵抗力的计算。

刃脚下竖向反力R （取单位宽度）
可按下式计算
e w
p +1) 刃脚外侧土压力及水压力的合力
2233e w e w e w k
1
()2
p p p h +++=+1k k T q h
=或10.5T E =2）作用在刃脚外侧单元宽度上的摩阻力T1可按下列两 式计算，并取其较小者 '
R q T
=-4）刃脚（单位宽度）自重g 为
（5-37） （5-38） （5-39）
式中：M R 、M H 、M e+w 、M T 、M g 分别为反力R 、土压力及水压力p e+w 、横向力H 、刃脚底部的外侧摩阻力T 1以及刃脚自重g 对刃脚根部中心轴的弯矩，其中作用在刃脚部分的各水平力均应按规定考虑分配系数a 。

上述各式数值的正负号视具体情况而定。

对刃脚根部中心轴的弯矩总和值M 0、竖向力N 0及剪力Q ，其算式为
求出以上各力的数值、方向及作用点后，再算出各力 0R H e+w T g
++++M M M M M M =g
10++=T R N e+w +Q p H
=
（四）井壁受力计算
，阻止沉
沉井在下沉过程中，上部土层工程性能相对下部土层明显偏优时，当刃脚下土体已被挖空，沉井上部性能良好土层将提供足够侧壁摩擦力（例如大于沉井自重）井下沉，则形成下部沉井呈悬挂状态，井壁结构就有在自重作用下被拉断的可能。

1．井壁竖向拉应力验算
需要验算井壁的竖向拉应力是否满足井壁抗拉要求。

拉应力的大小与井壁摩阻力分布图有关，在判断可能夹住沉井的土层不明显时，可近似假定沿沉井高
度成倒三角形分布（图5-29）。

在地面处摩阻力最大，而刃脚底面处为零。

图5-29 井壁井壁摩阻力分布
G
h h G h h G S 4
1222
2max =⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅-⋅=
2．井壁横向受力计算
当沉井沉至设计高程，且刃脚下土已挖空而尚未封底时，井壁承受的土、水合力为最大。

此时，应按水平框架分析内力，验算井壁材料强度，其计算方法与刃脚框架计算相同。

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圆形工作井(沉井)结构计算

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圆形工作井（沉井）结构计算
本次计算结构简图如下:
15940
下沉计算
工作井采用排水下沉
地下水位埋深3.90m（根据地勘成果）。

根据地勘资料，素填土、淤泥、粉质粘土及砂质粘性土侧摩阻力系数f分别取20kPa 10kPa 25kPa 和25kPa。

多层土单位摩阻力标准值f k按各层土单位摩阻力标准值取加权平均值f ka，计算式如下:
n
20*6.03 10*2.5 25
*「3 25*「17 l8.85KPa (6.03+2.5+1.3+1.17 ) 沉井井壁自重 G=212.09X 25=5302 KN
当井外壁为阶梯形时，沉井与土间的总摩阻力 T 按下图计算:
相应公式及计算结果为:
3889KN
沉井排水下沉系数
抗浮验算
沉井井壁自重:
沉井底板自重: k st ^w, 530^^ T 3889 1.363 1.05
经计算，沉井下沉系数大于 1.05, 下沉系数满足规范要求。

g
罠
I.
r
r
1 卜
r
—IB T (f ka h 0.7 f ka H 5m h
(18.85 2.5 0.7 18.85
11 5 1
0.7f ka 2 1 2.5 — 0.7 18.85 5) 3.142 9.8 2 5m )n d G 1=5302.25KN G 2=3.142 X 42X 0.6 X
25=754.08KN f ki h si。

沉井课程设计计算书

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基础工程课程设计计算书沉井基础计算书一、方案比选此次所做的是桥梁的桥墩，上部荷载较大，基础埋深比较大，采用沉井基础不仅使桥墩的整体性好，而且相对于其他的深基础也更经济，故经过比选后决定采用沉井基础。

二、持力层选择1、根据工程地质资料选择持力层；由设计资料可知，沉井高度m H 5.10=，又沉井高出地面m 5.0，所以沉井埋深m h 0.10=。

根据工程地质资料持力层为灰色粘土层，沉井刃脚根部深入灰色粘土层m 5.55.15.25.010=---。

2、确定沉井基础的尺寸和埋深；R350沉井平面布置图R300沉井高度m H 5.10=，又沉井高出地面m 5.0，所以沉井埋深m h 0.10=。

沉井内径m d 0.6=。

底节沉井高度m H 756.11=，外径m D 6.6=，壁厚mm t 5002=，刃脚踏面宽度mm a 150=；三、荷载计算1. 上部结构荷载活载及墩身自重产生的竖向力kN N 15000=，对沉井底面形心轴的力臂为0.5m ；水平力为kN H 585=，对沉井底面形心轴的力臂为18.5m 。

2. 沉井自重(伸入井壁的部分在计算井壁的自重时计算)：顶盖重1G kN G 86.7062514614.32514d 221=⨯⨯⨯=⨯⨯•=π 封底混凝土重2G ： KN d G 89.204925)4.05.2(422=⨯+••=π 井孔填粘土3G ： KN d G 99.335818)4.05.215.10(423=⨯---••=π 刃脚与井壁重：KN d D d D G 19.174625)756.15.10()(425756.1)(42222214=⨯-⨯-+⨯⨯-=ππ枯水位时沉井受的浮力:KN g D D G 74.2127)756.15.45.10(4756.142215=••⎥⎦⎤⎢⎣⎡--⨯•+⨯•=ρππ 则沉井自重93.786119.174699.335889.204986.7064321=+++=+++=G G G G G四、沉井基础承载力计算根据上部结构荷载及地基条件，进行基底应力验算、横向抗力验算。

沉井或气压沉箱的计算与验算方法

沉井或气压沉箱的计算与验算方法

沉井或气压沉箱的计算与验算方法一、一般规定（一）沉井施工前应对垫层厚度、下沉系数、接高稳定性、封底混凝土等内容进行计算与验算，计算和验算时所取的作用力均采用标准值。

（二）气压沉箱施工计算应符合下列规定：1、在下沉阻力计算中，除箱壁侧摩阻力、刃脚反力外，尚应包括气压浮托力；2、工作室顶板的计算荷载应根据不同工况确定，应取配重、自重、地基反力、水浮力和气压浮托力的最不利工况，且不应计入封底混凝土的作用。

3、水域沉井与沉箱在溜放、拖运以及沉放施工时，应对沉井与沉箱的倾斜稳定性进行验算；水域沉井与沉箱的前后两面水平作用不均衡时，尚应验算抗滑移及抗倾覆稳定性。

4、钢筋混凝土沉井与气压沉箱在分节制作时，每节井（箱）壁上端水平钢筋应加强。

5、沉井与气压沉箱首节制作时的基底压力不应大于下卧层地基承载力特征值，以后各节接高制作时应符合地基极限承载力的要求。

6、沉井与气压沉箱地基承载力及软弱下卧层验算应按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007的规定执行。

二、混凝土垫层及砂垫层（一）开挖工作坑遇有暗塘、暗沟、旧河道等不良地质时应进行加固处理，工作坑的开挖应符合现行行业标准《建筑基坑支护技术规程》JGJ120的规定。

（二）砂垫层的厚度应根据沉井与气压沉箱的重量和地基土的承载力按下列公式计算确定，且不宜小于600mm。

p=G0/(2*hs*tanα+BL)+γs*hsp≤fa式中：p——基底压力标准值(kN/m2)；hs——砂垫层厚度(m)；G0——沉井与气压沉箱第一节沿井壁单位长度重量(kN/m)；γs——砂的天然重度(kN/m3)，可取15kN/m3；BL——素混凝土垫层的宽度(m)，BL=B+2bl，计算时取bl=hc；b1——素混凝土外挑宽度(m)，可取b1≥hc(hc为素混凝土垫层厚度)；α——砂垫层的压力扩散角(°)，可取30°；fa——修正后的地基承载力特征值(kPa)；b——刃脚踏面宽度(m)；B——刃脚宽度(m)。

沉井的设计与计算

沉井的设计与计算


Δx = (h − z )tgω σ zx = mzΔx = mz (h − z )tgω
基底边缘处的竖向应力为 σ d = C0 d tgω = mhd tgω 2 2β 2 上述公式中只有一个未知数ω，故只需建立一个弯矩 平衡方程便可解出值ω。
墩台顶面的水平位移
基础在水平力和力矩作用下，墩台顶面会产生水平位 h 移 ，它由地面处的水平位移、地面到墩台顶范围 2 内的水 δ 平位移、在h2 范围内墩台身弹性挠曲变形引起的墩台顶水 平位移δ 2 三部分组成。
d 2
2
式中 C0不得小于10m0； d为基底宽度或直径。 由上述三个公式，可建立两个平衡 方程式，即
∑
x = 0； H － ∫ σ zx b1 dz = H − b1 mtg ω
0
h
∑M
= 0； Z ( Z 0 − Z ) dZ = 0 ∫
0
h
求得z0、ω（tanω），进而求得
σ = 3dH σ zx Aβ 当有竖向荷载N及水平力H同时作用时，则基底边缘 处的压应力为 max σ min = N ± 3Hd A0 Aβ
– 排水挖土下沉 – 不排水挖土下沉
排水挖土下沉
• 由于沉井是排水挖土下沉，所以不论在抽除刃脚下垫木 以及在整个挖土下沉过程中，都能很好地控制沉井的支 承点。 • 为了使井体挠曲应力尽可能小些，支点距离可以控制在 最有利的位 置处。对矩形及圆端形沉井而言，应使其 支点和跨中点的弯矩大致相等。如沉井长宽比大于 1.5, 支点设在长边上 , 支点间距可采用 0.7L，L为沉井长度, 以此验算沉井井壁顶部和下部弯 曲抗拉的强度, 防止开裂。圆形 沉井四个支点可布置在两个相互 垂直线上的端点处。
水平力的作用下，沉井将围绕 位于地面下z0深度处的A点转动 ω角，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：