沉井基础算例

沉井自局部冲刷线至井底的埋深
考虑土的水平抗力作用，又因基底土层为密实砂卵石层，所以按 的非岩石类地基土的刚性深基础验算地基强度和稳定性。
（1）基底应力验算
基础宽度：
底面积：
井底截面抵抗矩：
基础底面处竖向力标准值（包括基础自重）
局部冲刷线以上水平力总和：
局部冲刷线以上所有力对基底形心轴总弯矩
所以水平力H作用高度λ
20.0
50000
600
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。
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 ，而大、中桥基础埋深应≥2m（总冲刷深约5m），故沉井所需高度为：
沉井基础侧面的地基比例系数按规范规定的地基当量m值计算如下：
刚性深基础取，
在hm范围内有三层土，将后两层看作一层，取m2=50000kN/m4
因
故有
所以
因 ，故取
故
基础计算宽度b1
因 ，所以
沉井相当于单根桩情况，故
圆端形与矩形组合截面：
所以
所以
考虑轴向N和水平力H的作用，基底边缘处压应力计算如下：
井底地基土为密实砂卵石层，根据规范可按下式计算地基承载力容许值：
重度
刃脚截面积
形心至井壁外侧的距离为
刃脚体积
刃脚重力：
②底节沉井井壁
重度
截面积
体积
重力：
③底节沉井隔墙
重度
体积
重力：
④第二节沉井井壁
重度
截面积
体积
刃脚重力：
⑤钢筋混凝土盖板（厚1.5m）
重度
体积
重力：
⑥井孔填砂卵石重
重度
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。
（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：
三.荷载计算
（1）沉井自重
①刃脚
第五节
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》（JTG D63—2007）、《公路圬工桥涵设计规范》（JTG D61—2004）及《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62—2004）等设计计算
由土层资料知：
根据持力层土的类别查规范表格得：
又基础的最小宽度
一般冲刷线至基底的距离
土重度：持力层为透水性土， 取浮重度
基底持力层土的浮重度：
基底以上土层的加权平均浮重度：
考虑地基承受作用短期效应组合，承载力可提高25%，即
满足要求。
若不考虑井壁侧土的弹性抗力作用，即按一般的浅基础验算，则有：
也满足要求。
故取
作用点距刃脚根部为：
水平力和土压力对刃脚根部截面中心轴的弯矩为（顺时针方向为正）：
②刃脚摩阻力
取大值，因此
摩阻力距刃脚根部截面中心轴的距离为：
引起的弯矩为：
③刃脚底单位周长上土的竖向反力
单位宽沉井自重（未考虑沉井浮力及隔墙重）
刃脚作用在井壁外侧单位宽度上的摩阻力
或
取小值，即
刃脚踏面竖向反力为：
刃脚踏面下反力合力
体积
重力：
⑦封底混凝土
重度
体积
重力：
沉井总重为：
⑧低水位时沉井的浮力
2.各力汇总
力的名称
力值kN
对沉井底面形心轴的力臂m
弯矩（kNm）
两孔上部结构恒载及墩身
P1=25691.00
一孔活载（竖向力）
Pg=650.00
1.15
747.50
有制动力产生的竖向力
Pt=32.40
1.15
37.26
沉井自重
G=14839.39
（2）土体横向抗力验算
沉井转动中心位置为：
两控制位置z=h/3和z=h处井侧水平压应力
土体极限横向土抗力为：
修正系数 ，
0~h/3范围内土的加权浮重度：
h/3处的内摩擦角：
h/3处的粘聚力：
0~h范围内土的加权浮重度：
h处的内摩擦角：
h处的粘聚力：
则
均满足要求，因此计算时可以考虑沉井侧面的弹性抗力。
五、沉井施工过程验算
（一）沉井自重下沉验算
沉井自重
沉井浮力
土与井壁间平均单位摩阻力
总摩阻力
排水下沉时，下沉系数 (未考虑围堰重)
不排水下沉时，考虑沉井顶部围堰（高程洪水位）重预计为600kN，下沉系数为：
均满足要求。
（二）刃脚受力验算
刃脚向外挠曲的最不利情况，本例经分析及试算，按《公桥基规》建议定位刃脚下沉到中途，标高为 ，刃脚切入土中1m，第二节沉井已接上，其悬臂作用分配系数为：
沉井浮力
G´=-6355.23
合计
ΣP=34857.62
784.76
一孔活载（水平力）
Hg=815.10
18.806
-15328.77
制动力
HT=75.00
18.806
-1410.45
合计
ΣH=890.10
-15954.46
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m）
重度(kN/m3)
内摩擦角（度）
土与井壁的摩阻力（kN/m2）
地基系数m和m0（kN/m4）
承载力基本容许值（kPa）
砂砾石
6.01
20.0
32.0
18.0
30000
细砂砾石夹淤泥
0.81
18.0
30.0
12.0
10000
密实砂卵石
>5.00
22.0
35.0
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
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。
取 。
（1）计算各个力值（按低水位取单位宽度计算，目的取W小值）
刃脚侧土仅单层，为砂砾石，
①土压力和水压力计算
水压力折减系数λ：
排水挖土时，砂类土λ=1.0
不排水挖土时，井外λ=1.0，井内λ=0.5。综合，水压力作用在井外，取λ=0.5。
按不排水计算：
总水压力：
总土压力
总土压力和水压力为：
静水压力的70%计算为