川渝拆除17713551981四川资阳桥梁拆除沉井基础算例
一、基本设计资料
某公路桥的桥墩为圆端形，墩底设计高程为29.50m，拟采用钢筋混凝土矩形沉井基础。
施工水位为最低水位高程为30.00m，河床高程为29.00m，局部冲刷线高程为24.50m，采用水中筑岛法施工，依据《公桥基规》进行设计计算。地质资料情况如图6-36所示，各土层的物理力学性质见表6-5。
地基土性质表表6-5
基本设计数据：上部结构恒载与汽车荷载总竖向作用值N=9080kN，弯矩M=1740kN·m，水平力H=120.0kN；墩身重力为3500kN，墩身底尺寸为3.80m×7.10m。
二、沉并尺寸拟定和材料选取
拟选用钢板桩围堰修筑人工砂岛，在岛上预制沉井不排水施工，砂岛用中砂填筑。沉井基础顶面高程在最低水位下0.5m，高程为29.50m。基础底面高程根据地质条件，持力层取砂砾层面以下0.5m，高程为13.50m。确定沉井高度H=29.50-13.50=16.00m，沉井自局部冲刷线至井底的埋深h=24.50-13.50=11.00m。
沉井襟边取为0.5m，确定沉井平面尺寸为4.80m×8.10m。
沉井分为三节接长，为减小摩阻力，外壁设置为台阶形，逐节每边加宽10cm，沉井底面尺寸为5.20m×8.50m，第一节井壁壁厚为1.3m，第二节井壁壁厚1.2m，第三节井壁壁厚1.1m，隔墙厚度为0.9m，其他尺寸详见图6-37。
刃脚踏面宽度采用0.15m，刃脚高度为1.4m，刃脚内侧倾角：tan0=1.4/（1.3-0.15）=1.217，0=50.590>45°。
井壁、盖板采用C20混凝土，其余均采用C25混凝土。沉井自重（包括贫混凝土填心，并扣除低水位浮力）W=9600kN。
图6-36沉井竖向高程与地质资料图（尺寸单位：m，高程单位：m）
图6-37沉井尺寸构造图（尺寸单位：m）
三、沉井作为整体刚性深基础的验算
若沉井入土深度超过5.0m，应考虑土的水平抗力作用，按ch≤2.5的刚性深基础验算地基强度和稳定性。水平作用力高度为：
A=ZM_1740+120×（36.70-13.50）=37.9（m）
H120沉井基础侧面的地基比例系数按规范规定的双层地基当量m值计算，即将双层地基的地基比例系数按深度进行加权换算，使换算前后的地基比例系数面积相等。
mihi+mahz（2hi+h2）
m=h215000×8.002+40000×3.00×（2×8.00+3.00）
11.002
=27776.9（kN/m*）mo=40000（kN/m2）
B=Ch/Co=mh/（moh）=27776.9×11.00/（40 000×11.00）=0.69
W。=一bh2=÷×8.5×5.22=38.3（m2）
计算宽度
b1=b+1=8.5+1=9.5（m）
4Bb，h2+18dWa 0.69×9.5×113+18×5.2×38.326（3A-A）=2×0.09 ×（3 ×3.911312=86.85（m2）
6H6×1200=
Amh86.85/27776.9×11=27.1×106
Z.Bb，h2（4x-h）+6dWa
2Bb:h（3x-h）
0.69×9.5×112×（4×37.9-11）+6×5.2×38.32×0.69×9.5×11×（3×37.9-11）
=7.61（m）
局部冲刷线以下深度Z处基础截面上的弯矩和基础水平侧压力为：
H6，23
M2=H（A-h+Z）-（2Z。-z）
6H杯（Z。-Z）（详细计算见表6-6）刚性桩要依据弯矩配筋，而沉井可不验算弯矩。
沉井作为刚性基础计算表表6-6
（一）水平压应力验算
验算h/3=4.0m、h=11.0m处水平压应力：
4Png ≤7i·72cosglgtane +c）
4Pa≤7i·72.cn（yhtanp+c）cosp
式中：g——土的内摩擦角，近似取P水下=25（计算h处时，取P水下=27°）；y—透水性土，按ya=7.8kN/m2，计算h处时取yz=（10.0×3.0+7.8×8.0）/11
=8.4kN/m3；c——黏聚力，砂c=0；n——静定结构n；=1.0；
72——等跨中墩基础，恒载弯矩M。=0，2=1。
71·n2.4（yhtanp +c）=1×1×0so×（48×11xtan25o+0）
coscp\3
=58.86kPa>pa=9.06kPa
.4（yhtano +c）=1×1x4x（8.4×11.0xtan27°+0）
7：·72cosc
=186.2（kPa）>p，=28.12kPa满足要求。
（二）基础底面竖向压应力验算
沉井自重（包括贫混凝土填心，并扣除低水位浮力）：
W=9600（kN）作用于基底的竖向荷载：
N=ZP=9080+3500+9600=22180（kN）
沉井底面积：
A0=8.5×5.2=44.20（m2）
砂砾持力层容许承载力为[f.]，查《公桥基规》，取[-0]=550kPa，k=4，k₂=6，土重度yi=10.0kN/m2，y2=7.8kN/m2（考虑浮力后的近似值）。
[6.]=[o]+kayn（b-2）+kayi（h-3）
=550+4×10.0×（5.2-2）+6×7.8×（11-3）
=1052.4（kPa）
基底底面竖向压应力可按基底位于非岩石地基上考虑，即按式（6-13）计算：
msN：3dH 22180：3×5.2×120[533.05（kPa）[f.1=1052.4kPa Pmin AoAB 44.20-86.85×0.691470.57（kPa）
验算通过。
四、沉井施工过程各种验算
（一）沉井顺利下沉自重验算
P>T式中：P—井壁自重，不排水施工扣除浮力，P=12000-4800=7200（kN）；
——井壁摩阻力，计入井顶围堰筑岛摩阻力，井壁与砂类土之间的摩阻力为15kPa。
T=2×（8.5+5.2）×16.0×15=6576（kN）<7200（kN），满足要求。
（二）第一节沉井验算
由于不排水施工，在下沉时可能发生的最不利情况为：
（1）在长边中间搁住，危险断面为隔墙外边缘1-1处（图6-37），井壁在1-1断面处截面形心位置。
y.130×6.00×3.00-1.15×1.40×1/2×（4.60+2/3×1.40）=2.71（m）
1.30×6.00-1/2×1.15×1.40惯性矩：
1=吉×1.30×6.00°+1.30×6.00×（3.00-2.71）2-
去×1.15×1.40°-号×1.15×1.40×（3.29-1.40-）
=21.695（m1）
w=/=21.695=8.006（m2）
2.71计算得Q1=906kN，Q2=438kN，作用点距1-1面分别为3.15m与1.25m（图6-37），效应分项系数取1.2得：
M：=1.2×（906×3.15+2×438×1.25）=5399.28（kN·m）
依据以上计算结果进行验算，根据混凝土自身承载能力，确定是否配置第一节沉井上缘水平钢筋或仅按构造配筋（具体验算略）。
（2）在短边四角搁住，危险断面仍为1-1，按简支梁计算弯矩。支反力为：
R=203+Q，=2×438+906=1782（kN）（隔墙自重忽略）M：=1.2（1782×3.8-906×3.15-2×438×1.25）=3125.80（kN·m）
依据以上结果验算，确定是否配置第一节沉井下缘水平钢筋或仅考虑构造配筋。
（三）刃脚计算
1.刃脚向井外挠曲验算
此时，最不利状态为刃脚沉至中途，刃脚切入土中1.0m，沉井已全部接长，产生向外最大挠曲弯矩。
刃脚高程为32.50-32.50-13.50=23.00（m）。取刃脚1m宽计算，受力情况如图6-38所示，具体计算见表6-7。
2.刃脚向井内挠曲验算
此时，最不利情况是沉井沉至设计高程，刃脚下的土已挖空准备封底之前（图6-39）。
图6-38刃脚向外挠曲计算
图6-39刃脚向内挠曲计算
刃脚向外挠曲单宽悬臂梁受力计算表表6-7
续上表
取1m宽刃脚进行计算，具体计算见表6-8。
刃脚向内挠曲单宽悬臂梁受力计算表表6-8
以上刃脚计算的水平力分配系数为：
0.160.1×3.91.5
C=hR+0.05A 1.4+0.05×3.94-·
因x>1.0，刃脚作为悬臂梁计算，取x=1.0。
以上沉井刃脚竖向验算的最终结果见表6-9。
刃脚为单宽悬臂的弯矩和剪力计算表（对刃脚根部中点）表6-9
3.刃脚作为水平框架计算
刃脚作为水平框架计算，最不利情况是沉井沉至设计高程，刃脚下的土已挖空准备封底之前，其外侧水平力分配系数为：
hi1.44=0.314
B=A+0.0551.4+0.05×3.6具体计算见表6-10。
（四）井壁计算
1.井壁水平计算（图6-40）井壁水平向计算最不利位置是沉井沉至设计
高程处，其平面为双孔对称矩形框架，验算位置为刃脚根部以上及各变断面处。
3.9=1.083
K=l，/13=3.6
图6-40刃脚、井壁水平框架计算图（尺寸单位：m）
刃脚、井壁水平框架内力计算表表6-10
注：1.刃脚根部以上井壁水平框架尚需承担刃脚悬臂作用向内挠曲时传来的剪力，即：
P+0=152.3+140.9×1.3+221.8=412.4（kN/m）
2.细砂、中砂层土压力按e=2.4+7.8×h。（45°--）=2.4+3.166h。计算，砂砾层土压力按e=2.4+10×h。（45°-号-）=2.4+3.755h。计算。
沉井四角弯矩：
2k3+1122×1.0833+1
MA=-22k+1yPLA2=-12（2 ×1.083+1）PE=-0.0932p内隔墙处井壁弯矩：
53-6K-1o12=1.0833-6×1，083-1.pB=-0.163 9p3
Mo=12（2K +1）P2=12（2×1.083+1）
井壁长边中点弯矩：
M。2K3+3K2-2，g=2×1，0839+3×1，08-2.pG=0.0533p324（2K+1）P42=24×（2×1.083+1）
井壁短边轴向力：
Nc=号pl4=0.50pl，井壁长边轴向力：
N.=3+3K+2o1，=1，0833+3×1.083+2.pl，=0.51pl，
4（2K+1）P42=4×（2×1.083+1）
内隔墙轴向力：
N.2+5K-kK212+5×1.083-1.083.pl，=0.49pl，
4（2K+1P2=4×（2×1.083+1）
详细计算见表6-10。
2.井壁竖向计算
单宽井壁重500kN，浮力Q=200kN。
单宽井壁所受最大拉力为：
sG-Q500-200=75（kN）
4=4
（五）封底混凝土与顶盖板计算
以上配筋计算从略。
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