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。
设计程序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。
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坷等于该处土的承载力容许值盒与支承面积A的乘积,即:=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:
R=U(h-)q(5-3)f
图5-18井侧摩阻力分布假定
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。
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;
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。
一)非岩石地基上沉井基础计算
转变后的水平力H距离
一Ne+Hl/M (5-4)
H
地而或同部
▽冲刷线
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,基底的作用高度入[图5-19b]为:
b)
a)
图5-19荷载作用情况
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点转动一3角(图5-20),地面下深度z处沉井基础产生的水平位移A和土的横向抗力血分别为:
Ax二(z-z)tan®
o
p=AxC=C(z一z)tan
图5-20水平及竖直荷载作用下
的应力分布
zxzz0
将深度z处水平向地基系数代入上式p表达式,可以得到:
zx
(5-5)
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:
(5-6)
在上述公式中,有两个未知数Z。和3求解,可建立如下两个平衡方程式。
1X=0,
可以得到:
H-jh
0
pbdz二H-bmtan®
zx11
jhz(z-z)dz=0
00
M=0,可以得到:Hh
6H
tan®=
Amh
-jhpbzdz一pW=00zx1 d
2
对以上二式联立求解,可得:
卩bh2(4九—h)+6dW
z= 1
o 2卩bh(3九—h)
1
12卩H(2h+3h)
1
mh(卩bh3+18Wd)
1
将上述Z0和tane表达式代入式(5-5)和式(5-6),得到:
p
zx
(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
(5-9)
3dH
A
离地面或局部冲刷线以下深度z处基础截面上的弯矩为:
p
max
N*3Hd
min0
M=H(九一h+z)-fzpb(z-z)dz
z0zx10
=H(九-h+z)-第
(z-z)
0
1■刃脚竖向受力分析
(1)刃脚向外挠曲的内力计算最不利位置:,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。
宀卜
图5-23刃脚向外挠曲受力分析
1)刃脚外侧土压力及水压力的合力p
1
p
e+w
(P +P )h
2 e2+W2 e3+W3 k
e+w
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
T=qh或T=
1kk1
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
4)刃脚(