四川内江桥梁拆除沉井作为刚性深基础的整体设计与计算

图6-20刚性深基础受力分析

（2）将水平力和弯矩作用转换为基底以上高度为A的水平力H，作用（以下记为H）[图6-20b）]。则转换后的水平力H距离基底的作用高度A为：A=

ZM：学。2M为地面线或局部冲刷线以上所有水平力、弯矩、偏心竖向力对基础底面重心的总弯矩。当基础仅受偏心竖向力作用时，入-→0o。

2.水平力H作用下地基应力的计算

如图6-21所示，不考虑沉井底中心竖向力N的作用，仅在水平力H作用下，沉井将绕位于地面（或局部冲刷线）以下0深度处的A点转w角，则地面下任意深度z处沉井基础产生的水平位移Ax，产生土的水平土抗力p，和沉井基础底面竖向土抗力（压应力）pv2的计算公式为：

Ax=（2o-z）tan（6-2）

p.=C.Ax=C（zo-z）tano=mz（zo-z）tanw

（6-3）pu2=Co·号·tan（6-4）

式中：z0—转动中心A离地面的距离（m）；C.——深度z处水平向地基系数，C.=mz（kN/m2）；C。——基底面竖向地基系数；m——地基水平向抗力系数随深度变化的比例系

数（kN/m）。

图6-21水平力H作用下的应力分布

d——基底宽度或直径。

从式（6-3）可知，基础侧面水平土抗力沿深度呈二次抛物线变化。上述参数具体计算见前文的“m”法弹性桩计算。

在式（6-2）~式（6-4）中，有两个未知数z0和aw，可建立如下两个平衡方程式求解。

由乏X=0，可以得到：

H-p.bide=H-mbtanwa（o-2）dz=0（6-5）由乏M。=0，可以得到：

Hh，-p.buzdz-P2W=0（6-6）式中：b1——基础计算宽度，按照第五章有关内容计算；W——基础底截面模量。

图6-21水平力H作用下的应力分布

整理后可解得：

Bb，h2（4x-h）+6dw

128（2h+3h）_SH（6.8）tano=mh（Bb，h？+18Wd）Amh式中：B——基底深度h处基础侧面水平向的地基系数与基础底面竖向地基系数的比值，由式（6-9）计算；A——表内简化系数，由式（6-10）计算。

Chmhm

=C6-c。元高

Bb，h3+18WdA将式（6-7）和式（6-8）代入式（6-3）及式（6-4）得：

p.=0（0-2）（6-11）6H

3dHPua=g（6-12）

3.应力验算

（1）基底应力验算

在竖向力N与水平力H共同作用时，基底最大应力不应超过沉井底面处地基土的承载力容许值：

N3dHninAnAB式中：A。—基础底面面积；

[f.]——修正后的地基承载力容许值。

（2）基础侧面水平压应力（横向抗力）验算

由于刚性深基础破坏是周围土体破坏，现通常假定基础一侧处于主动土压力状态，另一侧处于被动土压力状态。当基础侧面土的应力达到极限平衡状态时，基础一侧产生主动土压力，另一侧产生被动土压力，则任意深度处桩对土产生的水平压力（亦为土对桩作用的水平土抗力）p.，均应小于相应深度处土对桩的被动土压力强度p。和主动土压力强度p。之差，即：

受上述结构类型不同及荷载作用情况不同的影响，公式引入1、2系数，得：

P：≤7172（pp-pa）（6-15）

式中：n—考虑上部结构形式的系数，对于静定结构n1=1.0，超静定结构n1=0.7；

。M。

72——考虑结构重力在总荷载中所占百分比的系数，72=1-0.8；M.——结构重力对基础底面重心产生的弯矩；M——全部荷载对基础底面重心产生的总弯矩。

作用于基础侧面的被动土压力和主动土压力强度分别为：

P。=yxtan？（45+g）+2cot（45°+g）（6-16）P.=yztan？（45o-g）+2cot（45°-g）（6-17）

代入式（6-15），可得到：

p：≤7172cn（yatano+c）（6-18）

且根据测试可知（图6-21），对于非岩石地基上的沉井基础，其侧壁地基土最大水平压应力（横向抗力）的位置一般出现在z=号和z=h处，代入上式整理后，得：

。（4tang+c）（6-19）

phg≤7i·2’co44

pA≤71·2·——（yhtano+c）（6-20）coscg

式中：y—土的重度，对于透水性土，y取浮重度，在验算深度范围内有多层土时，取各层土的加权平均值；

9、c——土的内摩擦角和黏聚力。

4.基础截面弯矩计算与配筋

对于刚性沉井基础而言，需要计算基础截面的弯矩并配筋，因此，需计算距离地面或局部冲刷线以下深度a处基础截面的弯矩，计算式如下：

M.=H（A-h+a）-fp，bi（o一4）d，

=H（A-h+a）-f’6H

1（Go-4）b1（=-a1）daiH61z3，

=H（A-h+z）

2Ah据此进行配筋和截面强度验算。

5.墩台顶水平位移验算

在进行桥梁墩台设计时，除应考虑基础沉降外，尚需验算地基变形和墩合身弹性水平变形引起的墩台顶水平位移是否满足上部结构的设计要求。

当基础处于水平力H和力矩M作用时，墩台顶的水平位移A由以下三部分组成：地面处的水平位移xtano；地面或局部冲刷线以上至墩台顶面a范围内的水平位移htanl；台身或立柱的弹性挠曲变形引起的墩顶水平位移。，即：

A=（zo+h2）tanw+o（6-22）

考虑一般沉井基础转角很小，可近似用代替tano，并考虑基础和墩身实际并非刚度无穷大，需考虑其刚度对墩顶水平位移的影响，因此引入系数、，反映实际刚度对地面处水平位移及转角的影响：

A=kiwzo+kzoha+n（6-23）式中：h2——地面或局部冲刷线至墩台顶的高度；

80—一在h范围内墩台身与基础变形产生的墩台顶面水平位移；

、——考虑基础刚性的影响系数，是与ah、A/h有关的系数，按α、/；换算的深度，A、k2可按表6-1取用。

（二）基底嵌入基岩中的刚性深基础的计算

1.计算要点

当沉井基底嵌入基岩中时，在水平力H及竖向偏心荷载N的作用下，认为基底无水平位移，则基础转动中心与基底中心重合，即：

z0=h当基础转动时，在基底嵌入基岩处基岩有一水平阻力H，作用于基础上。由于力H，对基底中心的力臂很小，可忽略其对基础底的弯矩，但需验算力H，作用下嵌固处基础的抗剪强度。

墩顶水平位移修正系数表表6-1

注：1.当awh<1.6时，k1=k2=1.0。

2.当仅有竖向偏心力作用时，Ao。

图6-22基底嵌入基岩中水平力作用下应力分布

2.水平力H作用下地基应力计算如图6-22所示，在水平力H作用下，地面下任意深度z处沉井基础产生的水平位移Ax、井壁外侧土的横向抗力p。和沉井基础底面竖向土抗力（压应力）pun分别为：

Ax=（h-z）tano（6-24）

p.=mz（h-z）tano（6-25）

P42=Co号tan（6-26）

上述公式只有一个未知数w，建立一个平衡方程即可。

对A点取矩，则有ZMA=0

H（h+h）-fp.b，（h-2）dz-Pu2·W=0（6-27）

解得：am0=易。（628）tano=miD。

b1Bh3+6dW将式（6-29）代入式（6-28）和式（6-25）中，得：

HB.=z（h-2）高（6-30）=2BD。

3.应力验算

（1）基底应力验算

masN.dHP需=术士28易。≤[U.]（6-32）

（2）基础侧面水平压应力验算

对于基底嵌入基岩的沉井基础，其最大水平压应力出现在z=号处。

pasn1·na·4（yhtano+c）（6-33）

4.基础截面弯矩计算与配筋

地面下深度z处基础截面弯矩为：

M=H（A-h+a）-c0H（si2d（2h-2）（6-34）可据此进行截面配筋和强度验算。

5.基底嵌固处水平阻力H1的计算

由水平向荷载的平衡关系乏x=0，可求得基底嵌固处水平阻力H，为：

H1=pbide-H=H（9-1）（6-35）可据此进行基底的抗剪强度验算。

6.墩台顶水平位移验算

对于支承于岩基上的墩台顶面水平位移，可用式（6-36）计算：

A=（hk，+hak?）w+60（6-36）

式中：k1、k——可按表6-1取用。

支承在非岩石与岩石上刚性桩水平位移及作用效应，前文已具体按水平力H与偏心竖向力N共同作用做了详细介绍。对仅有偏心竖向力N作用是类同的，在此不再介绍，需要计算时可应用《公桥基规》表Q.0.1。