沉井侧力和摩擦力计算.docx

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。
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 分析与验算。
沉井底部地基土总反力Rj等于该处土的承载力容许 值fa与支承面积A的乘积，即Rj= faA( 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：
图5-18井侧摩阻力分布假定
Rf = 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:
，水平向地基系数随深度成正比
例增加；
.不考虑基础与土之间的粘着力和摩阻力;
.沉井基础的刚度与土的刚度之比可认为是无限大。
Ne Hl = JM
H H
(5-4)
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
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, 基底的作用高度z ［图5-19b］为：
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Z0
深度处A点转动一 05角(图 5-20),地面下深度z处沉井基础 产生的水平位移Ax和土的横向抗 力Pzx分别为：
Pzx = xCz = Cz(Z0 - z)tan
图5-20水平及竖直荷载作用下
x = (z0 z) tan
的应力分布
各深度z处水平向地基系数代入上式Pzx表达式，可以得到:
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。
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C0不变，故其压应力图形与基础竖向位移 图相似，有：
pd C0 1
c d X
=C03tan
(5-6)
在上述公式中，有两个未知数Z0和3求解，可建立 如下两个平衡方程式。
hh
N X=0)可以付到：H - t pzxb1dz= H - b1mtan® z( z(z0 - z)dz= 0
h
士 Mo = 0)可以得到：Hh1 -』pzxhzdz- pdW= 0
o・
2
对以上二式联立求解，可得：
时2(4 - h) 6dW
2 b1h(3 - h)
tan
12 H(2h 31)
mh( b1h3 18Wd)
tan
Amh
将上述Z0和tan0表达式代入式（5-5）和式（5-6）,得至U：
(5-7)
6H ,、
(5-8)
Pzxz(z0 - z)
Ah
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
3dH
(5-9
Pd 二
离地面或局部冲刷线以下深度
Z处基础截面上的弯矩为:
pmax min
N 3Hd
±
Mz 二 H( - h z)- 0 Pzxbi(z0 - z)dz
=H ( - h z) -
Hb1z
2hA
(z0 一 z)
图5-23刃脚向外挠曲受力分析

(1)刃脚向外挠曲的内力计算
最不利位置：当沉井下沉 过程中刃脚内侧切入土中深约 ,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）刃脚外侧土压力及水压力的合P
-（）h
pe w 2 （