沉井侧力和摩擦力计算

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1、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

2、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- 2.5)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。

3、基本假定条件:i.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。Ne Hl = JMH 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

4、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：pdC0 1c 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。hhN X=0)可以付到：H - t pzxb1dz= H - b1mtan z( z(z0 - z)d

5、z= 0h士 Mo = 0)可以得到：Hh1 -pzxhzdz- pdW= 0o2对以上二式联立求解，可得：时2(4 - h) 6dW2 b1h(3 - h)tan12 H(2h 31)mh( b1h3 18Wd)tanAmh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(5-9Pd 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 minN 3Hd Mz 二 H( - h z)- 0 Pzxbi(z0 - z)dz=H ( - h z)

6、-Hb1z2hA(z0 一 z)图5-23刃脚向外挠曲受力分析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：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）刃脚外侧土压力及水压力的合P-（）hpe w 2 （ pe2 w 2 Pg w3 ）hk2）作用在刃脚外侧单元宽度上的摩阻力计算，并取其较小者Ti n qkhk或 T1 = 0.5E3）刃脚下抵抗力的计算 可按下式计算刃脚下竖向反力T1可按下列两 式R （取单位宽度）4）刃脚（单位宽度

7、）自重g为求出以上各力的数值、方向及作用点后，再算出各力对刃脚根部中心轴的弯矩总和值 其算式为Mo、竖向力No及剪力Q,(5-37)(5-38)(5-39)M。二 MR+MH+Me+w+MT+MgNo = R Ti gQ= Pe+w+H式中：Mr、Mh、Me+w、Mt、Mg分别为反力R、 土压力及水压力4+w、横向力H、刃脚底部的外侧摩阻力 Ti以及刃脚自重泌寸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。（四）井壁受力计算1 井壁竖向拉应力验算沉井在下沉过程中，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

8、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） ，阻止沉井下沉，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。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。G h G （h 21 1ax 二 .一 2G图5-29井壁井壁摩阻力分布h 2 h2 242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。