沉井與墩基礎

1、第八章第八章 沉井與墩基礎沉井與墩基礎內容提要內容提要 概述概述 沉井的類型與基本構造沉井的類型與基本構造 沉井的施工沉井的施工 沉井的設計與計算沉井的設計與計算對沉井設計理論的討論對沉井設計理論的討論墩基礎的類型與特點墩基礎的類型與特點墩基礎的承載力與變形墩基礎的承載力與變形墩基礎設計要點墩基礎設計要點墩基礎施工要點墩基礎施工要點墩基工程質量檢測墩基工程質量檢測8.1 8.1 概述概述n 沉井沉井以現(xiàn)場澆注、挖土下沉方式設入地基中的深基礎以現(xiàn)場澆注、挖土下沉方式設入地基中的深基礎n墩基礎墩基礎在地基中鉆孔或鉆井灌注混凝土而形成的短粗型深基在地基中鉆孔或鉆井灌注混凝土而形成的短粗型深基礎礎n沉

2、井沉井斷面尺寸大、承載力很高，多做為大、重型結構物的基礎斷面尺寸大、承載力很高，多做為大、重型結構物的基礎在橋梁、水閘、港工等工程中應用廣泛在橋梁、水閘、港工等工程中應用廣泛施工方便，對臨近建筑物影響小，內部空間可利用施工方便，對臨近建筑物影響小，內部空間可利用是工業(yè)地基尤其是軟土中地下建筑物的主要地基類型之一是工業(yè)地基尤其是軟土中地下建筑物的主要地基類型之一n墩基礎墩基礎是一類短而粗的深基礎是一類短而粗的深基礎外形和工作方法同樁相似，與樁的定義界限不明顯外形和工作方法同樁相似，與樁的定義界限不明顯斷面尺寸較大，墩身較短，體積巨大，一般不采用打入、斷面尺寸較大，墩身較短，體積巨大，一般不采用打

3、入、壓入方法，只能采用灌注、砌筑方法壓入方法，只能采用灌注、砌筑方法在橋梁和建筑工程中廣泛應用，尤其是在高層建筑及重型在橋梁和建筑工程中廣泛應用，尤其是在高層建筑及重型構筑物設計中，單墩支持單柱的方案越來越多構筑物設計中，單墩支持單柱的方案越來越多斷面尺寸：斷面尺寸：0.82.0m，可達到，可達到6m；深度：；深度：620m，長徑，長徑比不大于比不大于30n墩基礎墩基礎支撐在較硬的土層或巖層上，墩的底部可做成擴底墩支撐在較硬的土層或巖層上，墩的底部可做成擴底墩水平承載能力和抗拔能力比單樁好水平承載能力和抗拔能力比單樁好用墩基礎代替群樁基礎，可避免復雜的設計施工方法，用墩基礎代替群樁基礎，可避免

4、復雜的設計施工方法，節(jié)省占地面積，取得明顯的經濟效益節(jié)省占地面積，取得明顯的經濟效益在港口碼頭、公路及鐵路橋梁、海洋鉆井平臺、堤壩與在港口碼頭、公路及鐵路橋梁、海洋鉆井平臺、堤壩與岸坡及高層建筑中應用廣泛岸坡及高層建筑中應用廣泛體型大、承載能力高，使得墩常以單獨或小組方法工作，體型大、承載能力高，使得墩常以單獨或小組方法工作，并承擔較大的風險，故設計、施工、監(jiān)測的要求高并承擔較大的風險，故設計、施工、監(jiān)測的要求高n墩基礎與樁基礎的區(qū)別墩基礎與樁基礎的區(qū)別樁是細長的地下結構，墩的斷面尺寸較大，長細比較小樁是細長的地下結構，墩的斷面尺寸較大，長細比較小墩不能以打入或壓入法施工墩不能以打入或壓入法施

5、工墩往往單獨承擔荷載，且承載力比樁高得多墩往往單獨承擔荷載，且承載力比樁高得多墩的荷載分擔與傳遞機理與樁有所不同墩的荷載分擔與傳遞機理與樁有所不同n墩基礎與沉井基礎的區(qū)別墩基礎與沉井基礎的區(qū)別沉井自身結構不同于實心的墩沉井自身結構不同于實心的墩沉井的外形輪廓尺寸比墩大很多沉井的外形輪廓尺寸比墩大很多沉井的承載能力比墩高沉井的承載能力比墩高施工方法不同施工方法不同n 沉井：沉井：帶刃腳的井筒狀構造物，帶刃腳的井筒狀構造物，用人工或機械方法清除井內土石，用人工或機械方法清除井內土石，主要借自重克服井壁與土層摩阻，主要借自重克服井壁與土層摩阻，逐節(jié)下沉至基底設計標高的基礎。逐節(jié)下沉至基底設計標高的基

6、礎。a)b)8.2 8.2 沉井的類型及基本構造沉井的類型及基本構造沉井 特點特點 下基深，下基深，hmax=220m，適用于深水，整體性強，適用于深水，整體性強， 穩(wěn)定性好，承載力大穩(wěn)定性好，承載力大 造價高，施工期長，不排水施工時難于克服刃腳下造價高，施工期長，不排水施工時難于克服刃腳下孤石、沉船、樹干等障礙物，易發(fā)生流砂現(xiàn)象孤石、沉船、樹干等障礙物，易發(fā)生流砂現(xiàn)象 適用條件適用條件 上部荷載較大上部荷載較大 在山區(qū)河流中沖刷大在山區(qū)河流中沖刷大 河水較深，采用擴大基礎施工圍堰有困難河水較深，采用擴大基礎施工圍堰有困難 n 按沉井橫截面形狀分類按沉井橫截面形狀分類單孔沉井、單排孔沉井、多排

7、孔沉井單孔沉井、單排孔沉井、多排孔沉井n按沉井豎直截面形狀分類按沉井豎直截面形狀分類柱形沉井、階梯形沉井、錐形沉井柱形沉井、階梯形沉井、錐形沉井n下沉方式下沉方式就地制造下沉沉井就地制造下沉沉井( (一般沉井一般沉井) )、浮運沉井、浮運沉井 n制作材料制作材料砼沉井，鋼筋砼沉井，竹筋沉井砼沉井，鋼筋砼沉井，竹筋沉井(南昌贛江大橋、白南昌贛江大橋、白沙沱長江大橋沙沱長江大橋)，鋼，鋼, ,磚石磚石, ,木木 8.2.1 8.2.1 沉井的類型沉井的類型n 按沉井的橫截面形狀分類按沉井的橫截面形狀分類 單孔沉井單孔沉井: : 圓形、正方形及矩形。圓形、正方形及矩形。力求簡單對稱，利力求簡單對稱，

8、利于受力，便于施工于受力，便于施工 單排孔沉井：單排孔沉井：有兩個或兩個以上的井孔，各孔以內隔有兩個或兩個以上的井孔，各孔以內隔墻分開并在同一方向排布，矩形、長圓形及組合形狀墻分開并在同一方向排布，矩形、長圓形及組合形狀 多排孔沉井：多排孔沉井：沉井內部設置數(shù)道縱橫交叉的內隔墻沉井內部設置數(shù)道縱橫交叉的內隔墻圖圖8.2 8.2 沉井的平面形式沉井的平面形式 n 按沉井豎直截面形狀分類按沉井豎直截面形狀分類 柱形沉井：柱形沉井：下沉過程不易傾斜、井壁接長簡單，模板反下沉過程不易傾斜、井壁接長簡單，模板反復利用復利用 階梯形沉井階梯形沉井: 下沉阻力小，刃腳處的臺階高度一般為下沉阻力小，刃腳處的臺

9、階高度一般為12m，階梯寬度為，階梯寬度為1020cm錐形沉井：錐形沉井：帶斜坡，坡比一般為帶斜坡，坡比一般為1/201/50，下沉阻力小，下沉阻力小，下沉不穩(wěn)，制作較困難下沉不穩(wěn)，制作較困難圖圖8.3 8.3 沉井的豎向剖面圖沉井的豎向剖面圖柱形柱形階梯形階梯形錐形錐形n 沉井組成沉井組成 井壁井壁 刃腳刃腳 內隔墻內隔墻 井孔井孔 凹槽凹槽 封底封底 蓋板蓋板 圖圖8.4 8.4 沉沉 井井 的的 一一 般般 構構 造造b)a)c)d)a) a) 柱形柱形; b) ; b) 階梯形階梯形; c) ; c) 階梯形階梯形; d) ; d) 錐形錐形 一般：厚一般：厚0.81.5m，每節(jié)高，每

10、節(jié)高5m，砼強度等級，砼強度等級C15。 例：湘江大橋例：湘江大橋(一橋一橋)8#墩，上節(jié)厚墩，上節(jié)厚2.6m，下節(jié)，下節(jié)3.0m，22125m，下沉，下沉12.6m圖圖8.4 8.4 沉井立面形狀沉井立面形狀n 井壁井壁: :沉井主要部分，下沉過程起擋土、擋水及壓重作沉井主要部分，下沉過程起擋土、擋水及壓重作用，為深基礎的護壁和建筑物的基礎。用，為深基礎的護壁和建筑物的基礎。 n 刃腳：刃腳：井壁下端井壁下端楔狀部分，利于切楔狀部分，利于切入土中加速下沉入土中加速下沉 0.5 m0.5 m45 一般底面一般底面(踏面踏面)厚不厚不大于大于15 cm，以型鋼加強，以型鋼加強，高高1m以上，砼強

11、度等級以上，砼強度等級C20圖圖8.5 8.5 刃腳構造示意刃腳構造示意頂 蓋井 壁隔 墻凹 槽刃 腳封 底井 孔n 內隔墻：內隔墻：加強沉井整體剛度，施工時井孔作為取土井，加強沉井整體剛度，施工時井孔作為取土井，以便在沉井下沉時掌握土位置控制下沉方向，防止或糾正沉以便在沉井下沉時掌握土位置控制下沉方向，防止或糾正沉井傾斜或偏移。井傾斜或偏移。 內隔墻的間距一般內隔墻的間距一般不大于不大于56m，厚度，厚度一般為一般為0.51.0m 一般要求隔墻底高一般要求隔墻底高出刃腳底面出刃腳底面0.51.0m 圖圖8.6 8.6 隔墻構造示意隔墻構造示意n 井孔：井孔：挖土排土的工作場所和通道挖土排土的

12、工作場所和通道 位置：位置：取土井的平面布置應與中軸線對稱，以利取土井的平面布置應與中軸線對稱，以利于沉井均勻下沉于沉井均勻下沉 大?。捍笮。河扇⊥练椒ǘ?，采用挖土斗取土時，應由取土方法而定，采用挖土斗取土時，應能使挖土斗自由升降，一般寬度能使挖土斗自由升降，一般寬度3m，對稱布置，對稱布置 20 n 凹槽：凹槽：使封底砼和井壁結合良好使封底砼和井壁結合良好 深約深約0.15-0.30m，高約，高約1.0m，距刃腳底面一般在，距刃腳底面一般在1.5m以上以上圖圖8.7 8.7 凹槽構造示意凹槽構造示意n 封底和蓋板封底和蓋板 封底厚由計算確定，頂面突出刃腳根部不小于封底厚由計算確定，頂面突出

13、刃腳根部不小于0.5m，并達凹槽上端，砼強度一般地基并達凹槽上端，砼強度一般地基C20，巖石地基，巖石地基C15。蓋板厚一般蓋板厚一般1.52.0m，井孔充填砼時砼應，井孔充填砼時砼應C10。 頂蓋厚度一般為頂蓋厚度一般為1.52.0m。沉井頂部澆注鋼筋砼頂蓋，。沉井頂部澆注鋼筋砼頂蓋，承托上部結構。承托上部結構。 頂蓋井壁隔墻凹槽刃腳封底井孔圖圖8.9 8.9 封底和蓋板示意封底和蓋板示意 n旱地沉井施工：旱地沉井施工：平整場地，制造第一節(jié)沉井、拆平整場地，制造第一節(jié)沉井、拆模及抽墊、挖土下沉、接高沉井、井頂圍堰、地基模及抽墊、挖土下沉、接高沉井、井頂圍堰、地基檢驗和處理、封底、充填井孔、澆

14、筑頂蓋。檢驗和處理、封底、充填井孔、澆筑頂蓋。n水上筑島：水上筑島：水流速不大，水深水流速不大，水深34m時采用，砂時采用，砂島應高出施工最高水位島應高出施工最高水位0.5m以上，在島上澆筑沉井。以上，在島上澆筑沉井。 n浮運沉井：浮運沉井：水深筑島困難時采用，岸邊制作，滑水深筑島困難時采用，岸邊制作，滑入水中，井壁為空體可浮于水面，就位后灌注砼下入水中，井壁為空體可浮于水面，就位后灌注砼下沉至河床。沉至河床。 鋪墊木鋪墊木 （枕木、方木）（枕木、方木） 立模板綁鋼筋立模板綁鋼筋 注混凝土、養(yǎng)護注混凝土、養(yǎng)護 土內模制造沉井刃腳土內模制造沉井刃腳n 清理場地清理場地n 制造第一節(jié)沉井制造第一節(jié)

15、沉井圖圖8.11 8.11 制造第一節(jié)沉井實例制造第一節(jié)沉井實例圖圖8.10 8.10 基坑砂墊層剖面圖基坑砂墊層剖面圖首節(jié)沉井制作首節(jié)沉井制作第二節(jié)沉井的制作沉井下沉中沉井隔墻鋼筋的綁扎n 拆模及抽墊拆模及抽墊 拆模順序：拆模順序：井孔模板、外側模板、隔墻支撐及模板、井孔模板、外側模板、隔墻支撐及模板、 刃腳面支撐及模板刃腳面支撐及模板 抽墊順序：抽墊順序：內壁、短邊及長邊下對稱同步。長邊下隔內壁、短邊及長邊下對稱同步。長邊下隔1根撤根撤1根，最后以定位樁為中心由遠而近對稱撤除根，最后以定位樁為中心由遠而近對稱撤除刃腳下木墊板（底模）-剖面-剖面枕木橋中線 圖圖8.11 8.11 沉井墊木沉

16、井墊木 （a a）圓形沉井墊木；（）圓形沉井墊木；（b b）矩形沉井墊木）矩形沉井墊木n 取土下沉取土下沉b )a )d )c )圖圖8.12 8.12 除除 土土 下下 沉沉 示示 意意n排水下沉排水下沉 當沉井穿過的土層較穩(wěn)定，不會因排水而產生大當沉井穿過的土層較穩(wěn)定，不會因排水而產生大量流砂時，可采用排水下沉。量流砂時，可采用排水下沉。 圖圖8.12 8.12 排水下沉排水下沉 挖土和取土方法挖土和取土方法土質為砂土或軟黏土時，用土質為砂土或軟黏土時，用水力機械施工水力機械施工砂、卵石層或硬黏土層時，砂、卵石層或硬黏土層時，采用抓主斗出土采用抓主斗出土n不排水下沉不排水下沉 當上層不穩(wěn)定

17、、地下水涌水量很大，為防止因內當上層不穩(wěn)定、地下水涌水量很大，為防止因內排水而產生流砂等不利現(xiàn)象，需用不排水下沉。排水而產生流砂等不利現(xiàn)象，需用不排水下沉。 圖圖8.13 8.13 不排水下沉不排水下沉 挖土和取土方法挖土和取土方法使用機械抓主斗，或用高壓使用機械抓主斗，或用高壓水槍破土，然后用空氣或吸水槍破土，然后用空氣或吸泥機將泥水排出。泥機將泥水排出。n泥漿套下沉法泥漿套下沉法 泥漿套下沉法是在井壁與土層之間設一層觸泥漿套下沉法是在井壁與土層之間設一層觸變泥漿，靠泥漿的潤滑作用大大減少土對井的阻變泥漿，靠泥漿的潤滑作用大大減少土對井的阻力，使沉井又快又穩(wěn)地下沉。力，使沉井又快又穩(wěn)地下沉。

18、 第一節(jié)沉井頂面下沉至距地面還剩第一節(jié)沉井頂面下沉至距地面還剩1m1m2m2m時，應時，應停止挖土，接筑第二節(jié)沉井。停止挖土，接筑第二節(jié)沉井。接筑前應使第一節(jié)沉井位置正直，鑿毛頂面，然接筑前應使第一節(jié)沉井位置正直，鑿毛頂面，然后立模澆筑混凝土。后立模澆筑混凝土。待混凝土強度達設計要求后，再拆模繼續(xù)挖土下待混凝土強度達設計要求后，再拆模繼續(xù)挖土下沉。沉。 每次澆注的最大高度不宜超過每次澆注的最大高度不宜超過5m5m。對稱、均勻地澆注，以防傾斜。對稱、均勻地澆注，以防傾斜。 達到設計標高后，停止挖土，準備封底達到設計標高后，停止挖土，準備封底優(yōu)先考慮干封，其成本低，施工快，易保證質量優(yōu)先考慮干封，

19、其成本低，施工快，易保證質量封底一般采用素混凝土封底一般采用素混凝土 要確保封底質量，封底要預留集水井要確保封底質量，封底要預留集水井集水井用于當封底混凝土未達到設計強度時連續(xù)集水井用于當封底混凝土未達到設計強度時連續(xù)抽水，待封底達到強度要求后將其封死抽水，待封底達到強度要求后將其封死水下封底應特別注意保證混凝土澆注質量，厚度水下封底應特別注意保證混凝土澆注質量，厚度應按施工中最不利情況由素砼強度及沉井抗浮要求應按施工中最不利情況由素砼強度及沉井抗浮要求計算確定。計算確定。n 浮運沉井浮運沉井水深筑島困難時采用，岸邊制作，滑入水中，水深筑島困難時采用，岸邊制作，滑入水中，井壁為空體浮于水面，就

20、位后灌注砼下沉至河床。井壁為空體浮于水面，就位后灌注砼下沉至河床。 圖圖8.13 8.13 浮運沉井施工示意圖浮運沉井施工示意圖n 浮式沉井：浮式沉井：雙壁鋼殼雙壁鋼殼直徑直徑21.421.4米米 凈高凈高13.613.6米米 n偏斜偏斜：沉井偏斜大多發(fā)生在下沉不深時，導致偏斜原因沉井偏斜大多發(fā)生在下沉不深時，導致偏斜原因有多種；有多種；糾偏方法糾偏方法有：除土、壓重、頂部施加水平力有：除土、壓重、頂部施加水平力 n難沉難沉：即沉井下沉過慢或停沉；原因（側阻過大、踏面即沉井下沉過慢或停沉；原因（側阻過大、踏面過大、孤石樹根等）；過大、孤石樹根等）；解決方法解決方法（射水、加重井壁、減小（射水、

21、加重井壁、減小踏面、小型爆破）踏面、小型爆破） n突沉突沉：沉井產生較大的傾斜或超沉，突沉常發(fā)生于軟土沉井產生較大的傾斜或超沉，突沉常發(fā)生于軟土地區(qū)；地區(qū)；主要原因主要原因是井壁側阻較小是井壁側阻較小 n流砂流砂：在粉、細砂層中下沉沉井，易出現(xiàn)流砂現(xiàn)象；主在粉、細砂層中下沉沉井，易出現(xiàn)流砂現(xiàn)象；主要原因是土中動水壓力的水頭梯度大于臨界值；要原因是土中動水壓力的水頭梯度大于臨界值；防治措施防治措施有：采用井點降水及不排水除土，或向井內回灌水有：采用井點降水及不排水除土，或向井內回灌水沉井偏斜n 主要內容：主要內容： 沉井尺寸的確定沉井尺寸的確定 沉井作為天然地基上基礎的計算沉井作為天然地基上基礎

22、的計算 沉井自重的驗算沉井自重的驗算 第一節(jié)井壁在自重作用下應力驗算第一節(jié)井壁在自重作用下應力驗算 刃腳驗算刃腳驗算 沉井井壁計算沉井井壁計算 沉井封底混凝土的計算沉井封底混凝土的計算 沉井抗浮驗算沉井抗浮驗算 沉井高度沉井高度 沉井底面標高，主要根據(jù)上部荷載、水文地質沉井底面標高，主要根據(jù)上部荷載、水文地質條件及各土層的承載力等確定。條件及各土層的承載力等確定。 沉井作為基礎，其頂面應埋入地面沉井作為基礎，其頂面應埋入地面0.2m或地下或地下水位以上水位以上0.5m。 沉井尺寸的確定沉井尺寸的確定n 沉井尺寸的確定沉井尺寸的確定沉井平面形狀和尺寸沉井平面形狀和尺寸 沉井平面形狀應根據(jù)上部建筑

23、物的平面形狀決定。沉井平面形狀應根據(jù)上部建筑物的平面形狀決定。 為取土方便，取土井寬度為取土方便，取土井寬度 2.5m，沿沉井中心線布置，沿沉井中心線布置為防止下沉過程中少許偏斜對建筑物影響，要求留襟為防止下沉過程中少許偏斜對建筑物影響，要求留襟邊，其寬度邊，其寬度 下沉總深度的下沉總深度的2%，且不得小于，且不得小于20cm。上部建筑底部長寬尺寸為上部建筑底部長寬尺寸為A0、B0，沉井下下沉高度為，沉井下下沉高度為h0，沉井頂，沉井頂面尺寸為面尺寸為 A=A0+2（0.020.04) h0或或A0+20cm B=B0+2（0.020.04) h0或或B0+20cm井壁厚度一般為井壁厚度一般為

24、0.71.5m，內隔墻厚度為，內隔墻厚度為0.5m左右左右沉井尺寸的確定沉井尺寸的確定 地基強度：地基強度：沉井作為深基礎時，一般要求下沉沉井作為深基礎時，一般要求下沉至堅實土層或巖層上，且地基強度須滿足：至堅實土層或巖層上，且地基強度須滿足： F作用于沉井頂面處荷載作用于沉井頂面處荷載 G沉井自重沉井自重 Rf井側總摩阻力井側總摩阻力 Rj沉井底部地基土的總反力沉井底部地基土的總反力 Rj = fa A ( fa為基底土承載力特征值為基底土承載力特征值)F + G Rj + Rf n 沉井作為天然地基基礎計算沉井作為天然地基基礎計算式中：式中： 礎 井側總摩阻力井側總摩阻力Rf：可假定井側總

25、摩阻力可假定井側總摩阻力R Rf f沿深度成沿深度成梯形分布，距地面梯形分布，距地面5m5m范圍內按三角形分布，范圍內按三角形分布，5m5m以下為以下為常數(shù)，故總摩阻力為常數(shù)，故總摩阻力為f2h2f1h1f4h4f3h3Rth0HGFfah-2.5mh5mRjRf U (h2.5 ) q U沉井周長沉井周長 q單位面積摩阻力單位面積摩阻力加權平均值。加權平均值。圖圖8.15 8.15 井壁摩阻力分布假設井壁摩阻力分布假設 確定沉井的外形尺寸和壁厚時，應保證沉井在各種施工確定沉井的外形尺寸和壁厚時，應保證沉井在各種施工階段能克服四壁摩阻力階段能克服四壁摩阻力Rf而順利下沉，即而順利下沉，即 G各

26、種施工階段沉井的自重；各種施工階段沉井的自重； Rf沉井井壁土的摩阻力。沉井井壁土的摩阻力。為保證沉井在施工時能順利下沉到設計標高，需要驗算為保證沉井在施工時能順利下沉到設計標高，需要驗算沉井自重是否滿足下沉要求，用下沉系數(shù)沉井自重是否滿足下沉要求，用下沉系數(shù)K表示表示1.151.25fGKR在抽出墊木及挖土可能有不均勻等不利條件下，第一節(jié)在抽出墊木及挖土可能有不均勻等不利條件下，第一節(jié)井壁在自重作用下應按單支點、簡支梁等驗算井壁強度。井壁在自重作用下應按單支點、簡支梁等驗算井壁強度。 開始下沉開始下沉 不排水取土下沉不排水取土下沉 圓形沉井圓形沉井 按支撐在相互垂直直徑的四個點驗算，不排水下

27、沉時，按支撐在相互垂直直徑的四個點驗算，不排水下沉時，可能遇到障礙物，按直徑兩端支點下沉可能遇到障礙物，按直徑兩端支點下沉考慮下兩種最不利情況：考慮下兩種最不利情況： 刃腳外撓：刃腳外撓：刃腳內側入土刃腳內側入土1m1m，并剛接筑完上節(jié)沉井，井頂露并剛接筑完上節(jié)沉井，井頂露出地面或水平面約一節(jié)沉井高出地面或水平面約一節(jié)沉井高度時處于最不利位置。此時因度時處于最不利位置。此時因自重作用，產生向外撓曲。自重作用，產生向外撓曲。 刃腳內撓：刃腳內撓：沉井下沉至接近沉井下沉至接近設計標高，刃腳下土已掏空，設計標高，刃腳下土已掏空，沉井自重全部由外側摩阻力承沉井自重全部由外側摩阻力承擔。此時在外側水、土

28、壓力作擔。此時在外側水、土壓力作用下，使刃腳產生向內撓曲。用下，使刃腳產生向內撓曲。1mh/2h/2V2REAWTQ1mgV1MNWgEATMNMCAMMB計算土壓力和水壓力計算土壓力和水壓力總的土壓力總的土壓力0.5()aaakEh土壓力作用點到刃腳底面的土壓力作用點到刃腳底面的距離為距離為23aakEaahh計算水壓力計算水壓力wwwz總水壓力總水壓力23wwkWwwhh0.5()wwkWh水壓力作用點到刃腳底面的水壓力作用點到刃腳底面的距離為距離為計算井壁側的摩擦力計算井壁側的摩擦力按以下兩個公式取較小值按以下兩個公式取較小值0.5aTETqA計算刃腳下土的反力計算刃腳下土的反力R Rj

29、 jjRGTR Rj j作用點計算法作用點計算法12jRVV122VaVb2tan()UV假定假定U U為三角形分布，則為三角形分布，則作用點在距離刃腳底面作用點在距離刃腳底面1/31/3高度處高度處計算刃腳自重計算刃腳自重2ckagh刃腳外側的摩擦力刃腳外側的摩擦力計算作用在刃腳外側的摩擦力的方法與計算井壁計算作用在刃腳外側的摩擦力的方法與計算井壁側面摩擦力側面摩擦力T T的方法相同，取較大值，目的為使刃的方法相同，取較大值，目的為使刃腳彎矩為最大腳彎矩為最大作用于刃腳上的水平外力的分配作用于刃腳上的水平外力的分配414410.11.00.05bklchl424420.11.00.05fkl

30、chl沉井刃腳一方面看做固著在刃腳根部的懸臂梁，又可看沉井刃腳一方面看做固著在刃腳根部的懸臂梁，又可看做一個封閉的水平框架做一個封閉的水平框架懸臂作用懸臂作用框架作用框架作用刃腳內側豎直鋼筋的確定刃腳內側豎直鋼筋的確定 求得刃腳上所有外力的求得刃腳上所有外力的大小、方向和作用點后，即大小、方向和作用點后，即可求算作用在刃腳根部截面可求算作用在刃腳根部截面上單位周長的軸向力上單位周長的軸向力F F、水、水平剪力平剪力V V以及對刃腳根部截以及對刃腳根部截面中心面中心O O點的力矩點的力矩M M。 根據(jù)根據(jù)F F、V V、M M計算刃腳計算刃腳內側所需的數(shù)值鋼筋。內側所需的數(shù)值鋼筋。 鋼筋面積不小

31、于根部總鋼筋面積不小于根部總截面面積的截面面積的0.1%0.1%，布置鋼筋，布置鋼筋時應深入懸臂根部以上時應深入懸臂根部以上0.50.5l1 1計算刃腳外壁的土壓力和水壓力。計算刃腳外壁的土壓力和水壓力。土壓力和第一種情況相同。水壓力土壓力和第一種情況相同。水壓力的計算，不排水下沉，井壁外側水的計算，不排水下沉，井壁外側水壓力按壓力按100%100%計算，井內水壓力按計算，井內水壓力按50%50%計算，也可按施工中的水頭差計算，也可按施工中的水頭差計算；排水下沉時，在不透水土中，計算；排水下沉時，在不透水土中，按靜水壓力的按靜水壓力的60%60%計算計算因刃腳下的土已掏空，故因刃腳下的土已掏空

32、，故R Rj j=0=0，U=0U=0刃腳上的側面摩擦力與第一種情況相同，取較小值刃腳上的側面摩擦力與第一種情況相同，取較小值刃腳自重計算、外側豎向鋼筋的計算和布置，同第一刃腳自重計算、外側豎向鋼筋的計算和布置，同第一種情況種情況矩形沉井矩形沉井視為封閉的水平框架計算視為封閉的水平框架計算刃腳處于第二種不利情況下，刃腳受到最大水平剪力。刃腳處于第二種不利情況下，刃腳受到最大水平剪力。作用在刃腳上的外力與計算刃腳向內撓曲時一樣，由作用在刃腳上的外力與計算刃腳向內撓曲時一樣，由于水平鋼筋只分擔作用在水平框架上的的荷載，采用于水平鋼筋只分擔作用在水平框架上的的荷載，采用分配系數(shù)分配系數(shù)cf作用在水平

33、框架上的均布荷載作用在水平框架上的均布荷載p p等于作用在刃腳上的等于作用在刃腳上的水平外力乘以系數(shù)水平外力乘以系數(shù)cf圓形沉井圓形沉井同一標高上的土壓力，理論上應是同一標高上的土壓力，理論上應是均勻的，但實際上由于傾斜、土質均勻的，但實際上由于傾斜、土質不均勻等原因，會引起土壓力不均不均勻等原因，會引起土壓力不均勻分布。勻分布。為計算方便，采用調整土的內摩擦為計算方便，采用調整土的內摩擦角值來解決。角值來解決。井壁上互成井壁上互成9090的兩點處的徑向土的兩點處的徑向土壓力位壓力位p pA A和和p pB B，計算計算pA的內摩擦角采的內摩擦角采用用-（2.55），計算），計算pB的內摩擦角

34、的內摩擦角采用采用 +（2.55）1 (1)sinBAApppp220.785()0.149()0.500()0.137()AABAABABABABBANppprMpprNppprMppr 作用在作用在A A、B B截面上的內力為截面上的內力為圓形沉井刃腳的環(huán)向拉力計算圓形沉井刃腳的環(huán)向拉力計算沉井下沉途中，由于刃腳內側的土反力的作用，使圓沉井下沉途中，由于刃腳內側的土反力的作用，使圓形沉井的刃腳產生環(huán)向拉力形沉井的刃腳產生環(huán)向拉力N N，其值為，其值為mNUr 井壁水平外力沿深度變化，井壁水平內力應分井壁水平外力沿深度變化，井壁水平內力應分段計算，計算水平內力時，最不利位置是沉井下沉段計算，

35、計算水平內力時，最不利位置是沉井下沉到設計標高，且刃腳挖空時，把井壁看做框架，計到設計標高，且刃腳挖空時，把井壁看做框架，計算各分段的內力及水平鋼筋算各分段的內力及水平鋼筋位于刃腳根部以上高度等于井壁厚度的一段井壁位于刃腳根部以上高度等于井壁厚度的一段井壁施工階段的水平荷載有：自身的水平荷載，刃腳傳施工階段的水平荷載有：自身的水平荷載，刃腳傳遞的水平剪力，其值等于作用在懸臂梁上的水平外遞的水平剪力，其值等于作用在懸臂梁上的水平外力乘以分配系數(shù)力乘以分配系數(shù)c cb b作用在此段井壁上的均布荷載為：作用在此段井壁上的均布荷載為：pEWV其余各段其余各段按斷面變化為準，將井壁分為數(shù)段，取每一段中控

36、按斷面變化為準，將井壁分為數(shù)段，取每一段中控制設計的井壁進行計算。作用在框架的水平荷載為制設計的井壁進行計算。作用在框架的水平荷載為pEW井壁受拉的最不利情況為沉井達到設計標高井壁受拉的最不利情況為沉井達到設計標高此時，上部井壁被土夾住，刃腳下的土已挖空，此時，上部井壁被土夾住，刃腳下的土已挖空，沉井好像掛在土中，在井壁內將出現(xiàn)較大的拉力，沉井好像掛在土中，在井壁內將出現(xiàn)較大的拉力，使井壁有拉斷的危險。使井壁有拉斷的危險。作用在井壁的側面摩阻力，按沉井可能被夾住的作用在井壁的側面摩阻力，按沉井可能被夾住的不利位置，此時假設井壁摩阻力沿深度成倒三角形不利位置，此時假設井壁摩阻力沿深度成倒三角形分

37、布分布等截面井壁等截面井壁根據(jù)自重和倒三角形分布的摩阻力相等，推得根據(jù)自重和倒三角形分布的摩阻力相等，推得x x處處的井壁摩阻力的井壁摩阻力x x處的拉力為處的拉力為022xG xqUh02(1)xG xxShh對上式求導，求得最大拉力位置為對上式求導，求得最大拉力位置為x/2x/2，最大拉力為，最大拉力為G G0 0/4/4非等截面井壁非等截面井壁沉井上部側摩阻力為沉井上部側摩阻力為1230.5mq hUGGG井壁井壁x x處的拉應力為處的拉應力為1232()mGGGqhU任意高度上的摩阻力為任意高度上的摩阻力為xmxqqh12xxxSGUq x在施工抽水時，封底砼承受基底水和土的向上反在施

38、工抽水時，封底砼承受基底水和土的向上反力，此時若砼的齡期不足，應考慮砼的強度折減力，此時若砼的齡期不足，應考慮砼的強度折減沉井井孔用砼填實時，封底砼應承受基礎設計的沉井井孔用砼填實時，封底砼應承受基礎設計的最大基底反力，并可計入孔內其他填充物作用在封最大基底反力，并可計入孔內其他填充物作用在封底砼的重量底砼的重量 抗浮穩(wěn)定系數(shù)抗浮穩(wěn)定系數(shù):當沉井下沉到設計標高，砼封底并做好鋼筋當沉井下沉到設計標高，砼封底并做好鋼筋砼頂板、抽除井內積水后，而內部結構及設備尚未安裝，井砼頂板、抽除井內積水后，而內部結構及設備尚未安裝，井外地下水位達最高時，應考慮沉井的抗浮穩(wěn)定，即要求外地下水位達最高時，應考慮沉井

39、的抗浮穩(wěn)定，即要求K2：05.12PRGKtG沉井結構的自重；沉井結構的自重； P水對沉井的浮力，等于地下水位以下沉井排開同體積的水重水對沉井的浮力，等于地下水位以下沉井排開同體積的水重目前沉井土壓力計算多采用朗肯（目前沉井土壓力計算多采用朗肯（RankineRankine）及庫倫（）及庫倫（CoulombCoulomb）土壓力理論。）土壓力理論。由于沉井結構的剛度較大，井筒的截面尺寸一般不很由于沉井結構的剛度較大，井筒的截面尺寸一般不很大，通常處于空間受力狀態(tài)，故用平面問題進行土壓力大，通常處于空間受力狀態(tài)，故用平面問題進行土壓力的計算不盡合理。的計算不盡合理。當深度較大時，誤差更明顯當深度

40、較大時，誤差更明顯雖有一些考慮空間問題因素的沉井土壓力計算方法，雖有一些考慮空間問題因素的沉井土壓力計算方法，但較復雜，不宜使用但較復雜，不宜使用傳統(tǒng)的土壓力理論計算土壓力，考慮沉偏時沉井周圍傳統(tǒng)的土壓力理論計算土壓力，考慮沉偏時沉井周圍土壓力分布時，現(xiàn)行的方法是對圓形沉井，采用調整土土壓力分布時，現(xiàn)行的方法是對圓形沉井，采用調整土內摩擦角法，矩形沉井按均布考慮。內摩擦角法，矩形沉井按均布考慮。實際沉偏時，沉井在偏斜方向兩端點處的土壓力狀態(tài)實際沉偏時，沉井在偏斜方向兩端點處的土壓力狀態(tài)及量值不同，且與沉井的平面尺寸，深度及糾偏方法等及量值不同，且與沉井的平面尺寸，深度及糾偏方法等有關。有關。調

41、整內摩擦角的做法本身隨意性很大，且其依據(jù)是否調整內摩擦角的做法本身隨意性很大，且其依據(jù)是否充分，到底能否放映上述因素，尚不清楚。充分，到底能否放映上述因素，尚不清楚。鑒于沉井土壓力機理尚缺乏研究，傳統(tǒng)土壓力理鑒于沉井土壓力機理尚缺乏研究，傳統(tǒng)土壓力理論計算很粗略，與實際出入很大論計算很粗略，與實際出入很大為簡化計算，可近似的將水和土視為水土混合重為簡化計算，可近似的將水和土視為水土混合重液，按重液靜壓力施加于沉井井壁，即重液法液，按重液靜壓力施加于沉井井壁，即重液法重液法簡單易行，具有一定使用價值，在國內外重液法簡單易行，具有一定使用價值，在國內外均有應用均有應用沉井底面尺寸較大，進行足尺試驗

42、測定沉井底面沉井底面尺寸較大，進行足尺試驗測定沉井底面土層承載力是十分困難甚至是不可能的土層承載力是十分困難甚至是不可能的估算沉井豎向承載力值時，需確定沉井底面土層估算沉井豎向承載力值時，需確定沉井底面土層承載力特征值承載力特征值通常按淺基礎作用下的地基承載力做深、寬度修通常按淺基礎作用下的地基承載力做深、寬度修正后用于計算正后用于計算實際上由于深井深度大，沉井底面處土層的承載實際上由于深井深度大，沉井底面處土層的承載力屬于深基礎承載力課題力屬于深基礎承載力課題按墩的受力情況分類按墩的受力情況分類 墩基礎主要承受上部結構傳遞來的豎向壓力及水平墩基礎主要承受上部結構傳遞來的豎向壓力及水平力，較少

43、用于抗拔情況力，較少用于抗拔情況按傳遞上部荷載的方式，分為按傳遞上部荷載的方式，分為摩擦墩摩擦墩與與端承墩端承墩兩類兩類墩以承受水平荷載為主時，稱墩以承受水平荷載為主時，稱水平受力墩水平受力墩圖圖8.28 墩按受力情況分類墩按受力情況分類摩擦墩摩擦墩端承墩端承墩水平受力墩水平受力墩按墩體形狀分類（軸向截面、墩底）按墩體形狀分類（軸向截面、墩底） 墩軸向截面形狀墩軸向截面形狀柱形墩柱形墩：截面尺寸及形狀不隨深度變化、形狀簡單、施：截面尺寸及形狀不隨深度變化、形狀簡單、施工方便、設計計算較簡單工方便、設計計算較簡單錐形墩錐形墩：截面形狀隨深度不變而尺寸隨深度線性變化、：截面形狀隨深度不變而尺寸隨深

44、度線性變化、受力狀態(tài)較好、成孔施工較復雜受力狀態(tài)較好、成孔施工較復雜齒形墩齒形墩：沿墩身設置倒置的臺階，故可加大墩的側壁摩：沿墩身設置倒置的臺階，故可加大墩的側壁摩阻力，適用于墩側面有較厚黏性土層的情況。阻力，適用于墩側面有較厚黏性土層的情況。圖圖8.29 墩按豎向斷面形式分類墩按豎向斷面形式分類柱形墩柱形墩錐形墩錐形墩齒形墩齒形墩按墩體形狀分類按墩體形狀分類（豎向截面形狀、墩底） 墩底形狀墩底形狀（取決于墩底基巖的承載能力及墩底荷載水平）直底墩直底墩：用于墩底為堅硬土層或巖層：用于墩底為堅硬土層或巖層擴底墩擴底墩：為使墩承擔更大的荷載：為使墩承擔更大的荷載嵌底墩嵌底墩：當墩底支撐于巖層上，為

45、使墩底牢固，防止水：當墩底支撐于巖層上，為使墩底牢固，防止水平荷載導致墩底滑動而將墩端部嵌入巖層平荷載導致墩底滑動而將墩端部嵌入巖層圖圖8.30 墩按墩底形狀分類墩按墩底形狀分類直底墩直底墩擴底墩擴底墩嵌底墩嵌底墩按施工方法分類按施工方法分類 成孔方法成孔方法：鉆孔、沖孔、挖孔：鉆孔、沖孔、挖孔孔壁支護孔壁支護：無護壁墩、有護壁墩：無護壁墩、有護壁墩無護壁墩：成孔過程及成孔后，孔壁無需保護而直接澆注砼，適應于上部土層較好不宜坍塌的情況有護壁墩：在施工過程中加以支撐，防止土體坍塌或地下水流入孔內，有鋼筒、木板、磚石或砂土等圖圖8.31 墩按有無護壁分類墩按有無護壁分類無護壁墩無護壁墩有護壁墩有護

46、壁墩按鋼材布置情況分類（鋼作為加勁材料）按鋼材布置情況分類（鋼作為加勁材料） 鋼筋混凝土墩鋼筋混凝土墩：配筋與一般灌注樁的配筋類似：配筋與一般灌注樁的配筋類似鋼套筒墩鋼套筒墩鋼核墩鋼核墩圖圖8.31 墩按有無護壁分類墩按有無護壁分類鋼筋砼墩鋼筋砼墩鋼套筒墩鋼套筒墩采用成品鋼管或型鋼，鋼材用量大，主采用成品鋼管或型鋼，鋼材用量大，主要適用于墩身受力很大的情況要適用于墩身受力很大的情況鋼核墩鋼核墩有很高的承載力，單墩質量要求高有很高的承載力，單墩質量要求高在較密實的砂層、卵石地基中，打樁困難，做墩基在較密實的砂層、卵石地基中，打樁困難，做墩基易于施工易于施工與沉井、沉箱相比，墩基施工只需輕型機具，

47、在適與沉井、沉箱相比，墩基施工只需輕型機具，在適當?shù)牡鼗c環(huán)境條件下，常有較大的經濟優(yōu)勢。噪音當?shù)牡鼗c環(huán)境條件下，常有較大的經濟優(yōu)勢。噪音小，但成孔施工中可能引起流砂小，但成孔施工中可能引起流砂有較大的豎向和水平承載力，還有較大的抗拔能力有較大的豎向和水平承載力，還有較大的抗拔能力墩身斷面尺寸較大，便于檢查墩底持力層與墩側土墩身斷面尺寸較大，便于檢查墩底持力層與墩側土質情況質情況墩載荷試驗方法墩載荷試驗方法經驗公式方法經驗公式方法理論公式方法理論公式方法墩身材料強度方法墩身材料強度方法墩載荷試驗方法（最常用、最可靠）墩載荷試驗方法（最常用、最可靠）安全系數(shù)法安全系數(shù)法 根據(jù)豎向荷載根據(jù)豎向荷

48、載Q Q與與s s的關系曲線特征，先確定墩的的關系曲線特征，先確定墩的極限承載力極限承載力Q Qu u，然后除以安全系數(shù)，然后除以安全系數(shù)k=2.0k=2.0/auRQk容許變形法容許變形法 按變形控制原則進行墩基礎設計時，根據(jù)按變形控制原則進行墩基礎設計時，根據(jù)Q-sQ-s曲線，曲線，按某一容許變形值按某一容許變形值ss取相應荷載作為承載力特征值取相應荷載作為承載力特征值 |assRQ直底墩，直底墩，s=1025mm，擴底墩，擴底墩，s=1015mm。按經驗公式確定墩的承載力值按經驗公式確定墩的承載力值 再除以安全系數(shù)再除以安全系數(shù)k=2.03.0該方法精度較低，用于初步設計階段用于初估墩該

49、方法精度較低，用于初步設計階段用于初估墩的承載力的承載力1nubbupsui iiQA qUq l按理論公式計算墩的承載力按理論公式計算墩的承載力 按土的極限平衡理論，墩的極限承載力按土的極限平衡理論，墩的極限承載力墩底下為較硬密土層，按整體剪切破壞計算，即墩底下為較硬密土層，按整體剪切破壞計算，即ubusuQQQ*1()2bubcqbQA CNqND N1nsupsui iiQUq ltansuioiviiiqk按墩身材料強度確定墩的承載力特征值按墩身材料強度確定墩的承載力特征值 置于堅硬土層或巖層上的墩，由于其可承受荷載置于堅硬土層或巖層上的墩，由于其可承受荷載高，承載能力往往由墩身材料強

50、度控制，設計用保證高，承載能力往往由墩身材料強度控制，設計用保證外荷載滿足墩身材料強度要求外荷載滿足墩身材料強度要求()agcggRAAfA f 確定軸心受壓情況確定軸心受壓情況墩的沉降由三部分組成墩的沉降由三部分組成pbssssssp墩身軸向壓縮變形墩身軸向壓縮變形sb墩底土層壓縮變形墩底土層壓縮變形ss墩端下沉渣壓縮變形墩端下沉渣壓縮變形墩的抗拔承載力墩的抗拔承載力uunTTGTu墩的極限抗拔承載力墩的極限抗拔承載力Tun墩的凈極抗拔力墩的凈極抗拔力G墩體的有效重度墩體的有效重度直底墩抗拔破壞模式直底墩抗拔破壞模式擴底墩抗拔破壞模式擴底墩抗拔破壞模式unaaTTGk對于承受水平力及彎矩作用

51、為主的墩，可根據(jù)墩身長對于承受水平力及彎矩作用為主的墩，可根據(jù)墩身長度與墩的相對剛度系數(shù)度與墩的相對剛度系數(shù)R R之比之比，將墩分為，將墩分為2剛性墩剛性墩5/cllRE I m24半剛性墩半剛性墩4柔性墩柔性墩系數(shù)系數(shù)計算方法計算方法多墩共同承擔水平力，水平力的分配多墩共同承擔水平力，水平力的分配11niijnjjjRHHR設計依據(jù)設計依據(jù)建筑物或構筑物的結構形式及特點、場地與地基的工建筑物或構筑物的結構形式及特點、場地與地基的工程地質條件、荷載類型、量級及組合條件、墩基承載程地質條件、荷載類型、量級及組合條件、墩基承載能力與沉降的設計控制準則能力與沉降的設計控制準則設計原則設計原則墩基礎的

52、設計必須針對每一根墩的具體條件來進行墩基礎的設計必須針對每一根墩的具體條件來進行墩的設計應緊密結構墩的施工技術、施工條件進行墩的設計應緊密結構墩的施工技術、施工條件進行選擇墩的類型選擇墩的類型確定墩的基本尺寸確定墩的基本尺寸墩的承載力特征值與變形計算墩的承載力特征值與變形計算墩基本身的配筋、加勁材料的設計計算與墩身護墩基本身的配筋、加勁材料的設計計算與墩身護壁結構設計，并繪制施工圖壁結構設計，并繪制施工圖提出對施工方法、質量檢測等工作的意見和建議提出對施工方法、質量檢測等工作的意見和建議上部結構的復雜性及對不均勻沉降的敏感程度上部結構的復雜性及對不均勻沉降的敏感程度特殊荷載的作用，如地震力、墩

53、上的負摩擦力、膨特殊荷載的作用，如地震力、墩上的負摩擦力、膨脹土的膨脹力脹土的膨脹力墩基施工對鄰近建筑物及設施的不利影響，如墩成墩基施工對鄰近建筑物及設施的不利影響，如墩成孔造成土層側移與滲水等孔造成土層側移與滲水等現(xiàn)在及未來環(huán)境因素對墩基形狀的不利影響現(xiàn)在及未來環(huán)境因素對墩基形狀的不利影響在復雜地質條件下中途改變改變設計方案的可能性在復雜地質條件下中途改變改變設計方案的可能性及由此帶來的其他工程問題及由此帶來的其他工程問題墩基施工先進、便利技術的應用及墩基質量檢測的墩基施工先進、便利技術的應用及墩基質量檢測的便利性和可靠性便利性和可靠性清理場地放線定位成孔施工驗孔清底放設鋼材砼灌注清理場地清理場地施工的前期準備工作施工的前期準備工作對進場道路、材料堆放及施工操作現(xiàn)場應清楚雜物、對進場道路、材料堆放及施工操作現(xiàn)場應清楚雜物、整平，安排施工臨時建筑物、設施整平，安排施工臨時建筑物、設施放線定位放線定位在整平的施工場地，按設計要求放出建筑物軸線和在整平的施工場地，按設計要求放出建筑物軸線和邊線，在設計墩位處設置標志即定位。邊線，在設計墩位處設置標志即定位。成孔施工：成孔施工：鉆孔、挖空鉆孔、挖空、沖孔、沖孔鉆孔法：大型鉆機在地基中定位鉆孔鉆孔法：大型鉆機在地基中定位鉆孔挖孔法：機械挖孔、人工挖孔挖孔法：機械挖