沉井基礎(chǔ)一級(jí)建造師講義PPT

1、沉井基礎(chǔ)內(nèi)蒙古科技大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院巖土工程教研組沉井平面長(zhǎng)69米，寬51米，下沉深度為58米，體積20.4萬立方米,列世界最大沉井。(列世界第的美國(guó)費(fèi)雷澤諾橋的沉井體積為15萬立方米)9.1 概述 一、認(rèn)識(shí)沉井江陰長(zhǎng)江公路大橋北錨沉井1.工程 應(yīng)用大型鋼殼沉井 過黃浦江倒虹管沉井寶山鋼鐵廠取水泵房工程 應(yīng)用范圍 橋墩、錨碇、礦用豎井、地下泵房、水池、油庫(kù)、地下設(shè)備基礎(chǔ)、盾構(gòu)隧道、頂管的工作井和接收井等。 依靠自身重力克服井壁摩阻力后下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高，然后經(jīng)過混凝土封底并填塞孔，最后成為結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)的井筒狀結(jié)構(gòu)。2. 沉井的定義3. 沉井基礎(chǔ)的特點(diǎn) (1)埋置深度大，整體性強(qiáng)、穩(wěn)定性好，承載面

2、積大，承載力高(垂直 與水平)； (2)既可作基礎(chǔ)，又可作施工時(shí)的擋土和擋水圍堰結(jié)構(gòu)物； (3)施工時(shí)對(duì)鄰近建筑物影響較??； (4)內(nèi)部空間可進(jìn)一步利用。4. 沉井的缺點(diǎn) (1)施工工期較長(zhǎng)； (2)施工技術(shù)要求高； (3)施工中易發(fā)生流砂造成沉井傾斜或下沉困難等。 二、沉井的構(gòu)造1. 沉井的截面形式 平 面 形 狀有：圓形、矩形、圓端形等井孔的布置方式有：?jiǎn)慰住㈦p孔、多孔。 井壁厚度0.41.2m；承受水土壓力。 刃腳寬度1020cm ，高度約1.5m（濕封底）或0.6m（干封底），內(nèi)側(cè)傾角4560 ；沖切硬土，減小端部阻力。 內(nèi)隔墻厚度約0.5m，底面高出井壁刃腳踏面0.51m，增加沉井剛

3、度、改善井壁受力條件、挖土均衡，便于糾偏。 井孔寬度（直徑）不宜小于3m，挖土、排土場(chǎng)所和通道。井壁凹槽槽高約1.0m，深度0.150.25m，增加封底混凝土、底版與井壁連接。 預(yù)埋射水管下沉困難時(shí)減阻。 封底（底板）沉井下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高，經(jīng)檢驗(yàn)和坑底清理后澆注的混凝土底版。分為干封和濕封（水下澆灌混凝土）兩種。2. 沉井的構(gòu)造 3. 設(shè)計(jì)計(jì)算的主要構(gòu)件 a）直壁式 b）臺(tái)級(jí)式刃腳井壁底梁和框架 當(dāng)不能設(shè)置內(nèi)隔墻而沉井又較大時(shí)，常常在沉井底部增設(shè)底梁或因沉井過高，常常在沉井不同高度處設(shè)置縱橫梁構(gòu)成框架結(jié)構(gòu)。 9.2 沉井的施工分旱地施工沉井 與水上施工沉井 兩種情況旱地沉井工序：就地制造挖土下沉

4、孔底清查封底 充填井孔以及澆注頂板。水上沉井工序：水深 3m 4m以內(nèi)且流速不大時(shí)水上筑島島上制造挖土下沉孔底清查封底 充填井孔以及澆注頂板。水較深或流速較大時(shí)岸邊制造牽引滑移或起吊就位挖土下沉孔底清查封底 充填井孔以及澆注頂板。旱地沉井施工過程圖 大型沉井下沉施工中水上沉井施工過程圖深圳水庫(kù)鋼殼沉井施工 沉井基礎(chǔ) 一、組成及作用 沉井基礎(chǔ)是一種豎直的筒形結(jié)構(gòu)，常用混凝土、鋼筋混凝土或磚石等制成。 通過在井內(nèi)挖土，使筒體在自重作用下克服井壁摩阻力下沉至設(shè)計(jì)高程，經(jīng)混凝土封底填塞井孔后，使整個(gè)筒體成為一個(gè)支墩。沉井基礎(chǔ) 二、特點(diǎn) (1) 埋深大； (2) 整體性好； (3) 承載力高； (4)

5、對(duì)鄰近建筑物影響?。?(5) 充分利用地下空間等特點(diǎn)； (6) 施工時(shí)具有擋水或擋土等作用； 但施工工期較長(zhǎng)，沉井下沉遇障或遇流砂等都會(huì)給施工帶來困難。 沉井基礎(chǔ) 三、應(yīng)用 工程中，遇到下列情況時(shí)考慮采用沉井基礎(chǔ)： （1）荷載較大，表層地基土的承載力小，在一定深度有較好持力層； （2）在河流中，雖土質(zhì)較好，但沖刷大或有較大卵石，不便樁基施工； （3）巖層表面較平坦且覆蓋層較薄但河水深，采用擴(kuò)大基礎(chǔ)施工圍堰有困難。 （4）在已有的淺基礎(chǔ)鄰近修建深埋的設(shè)備基礎(chǔ)時(shí)，為避免基坑開挖對(duì)已有的基礎(chǔ)產(chǎn)生影響等情況。沉井基礎(chǔ) 四、沉井的分類 1. 按沉井的形狀 按沉井的平面形狀，常用的沉井形狀有：圓形、圓端形

6、、矩形及單孔、多孔沉井；按沉井的剖面形狀可分為：（1）外壁垂直無階式；（2）有階式和外壁傾斜式沉井基礎(chǔ) 2.按沉井的建筑材料，沉井可分為： （1）混凝土沉井； （2）鋼筋混凝土沉井； （3）鋼沉井； （4）磚沉井等。 沉井基礎(chǔ) 3.按沉井的施工方法，沉井可分為： (1) 一般沉井是指就地制造并下沉的沉井; (2) 浮運(yùn)沉井是在深水地區(qū)筑島有困難或有礙 通航時(shí)，可在岸邊制作沉井，再浮運(yùn)就位 后下沉的沉井。沉井基礎(chǔ) 五、沉井基礎(chǔ)的基本構(gòu)造 沉井的輪廓尺寸其上部的墩（臺(tái)）底部的形狀尺寸決定，其長(zhǎng)、短邊之比應(yīng)不大于 3。 沉井頂面的尺寸通常為墩（臺(tái)）底部再加 0.2m0.4m的襟邊寬度； 沉井高度則由

7、上部結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)和土層承載力等決定，高的沉井要分節(jié)制作下沉，底節(jié)沉井的高度不宜過高。沉井基礎(chǔ)沉井基礎(chǔ)蓋板井壁凹槽刃腳封底隔墻沉井基礎(chǔ)六、沉井下沉過程中可能遇到的問題及處理方法 沉井在下沉過程中可能出現(xiàn)的問題主要有兩類: (1) 下沉不均勻發(fā)生傾斜和位置偏移； (2) 下沉困難。 發(fā)生偏斜的原因大致有這幾種： (1) 土質(zhì)軟硬不均勻; (2) 挖土不對(duì)稱; (3) 刃腳處有障礙物未予清除; (4) 一側(cè)出現(xiàn)流砂而未得到控制等。沉井基礎(chǔ)沉井基礎(chǔ) 糾偏的方法是： (1) 在沉井下沉多的一側(cè)回填砂石，以阻止繼續(xù)下沉，在高的一側(cè)集中 挖土; (2) 在高的一側(cè)配加重物，以加速該側(cè)下沉；如有必要，還可在

8、沉井頂部施加水平力來幫助糾偏。 (3) 如遇中心位置偏移，則應(yīng)先人為造成沉井傾斜，再均勻取土，使之傾斜下沉，直到沉井中心線到達(dá)設(shè)計(jì)位置后，再行糾偏扶正 。沉井基礎(chǔ) 克服下沉困難主要可以從兩方面著手： (1) 增加沉井重量：提前澆筑上一節(jié)沉井；在沉井頂部加壓；在保證不發(fā)生流砂的前提下，抽取井內(nèi)的水，以減小浮力。（2) 減小井壁的摩阻力：盡力將井壁外側(cè)制作光滑平整；將井壁設(shè)計(jì)成臺(tái)階式；設(shè)置管道，利用高壓空氣或水的噴射能量來減小摩擦；從管道中噴出觸變泥漿，形成泥漿套。 井壁是沉井基礎(chǔ)的主體部分，它需擋水、擋土，并承受多種荷載的作用，而且還需要有一定的重量以便下沉。常用的厚度為0.51.5m；混凝土的

9、強(qiáng)度等級(jí)不低于C15。 井 壁沉井基礎(chǔ) 刃腳的作用是沉井在自重的作用下易于切土下沉。 其底面（踏面）寬度一般為0.10.2m,刃腳處采用鋼筋混凝土制作，混凝土強(qiáng)度等級(jí)宜在C20及上。 刃 腳沉井基礎(chǔ) 凹槽設(shè)置于沉井下部接近刃腳處，其作用是使封底混凝土嵌入井壁而形成一個(gè)整體，以便封底混凝土底面的反力能更好的傳給井壁。 凹槽槽深約0.150.2m，高約1.0m。 凹槽沉井基礎(chǔ) 隔墻是為減小井壁的跨距，加強(qiáng)沉井的剛度，同時(shí)便于掌握挖土、控制沉井下沉和糾偏設(shè)置的。 隔墻厚度一般小于井壁，且高于刃腳 0.5m，以免防礙沉井下沉，有時(shí)還在隔墻下端設(shè)置人孔，以便工作人員在井孔中活動(dòng)。 隔墻沉井基礎(chǔ) 井孔中不

10、填料或僅填以砂礫，須在沉井的頂面澆筑鋼筋混凝土頂蓋板，以支承墩（臺(tái)）及上部結(jié)構(gòu)的全部荷載。 封底是在沉井下沉達(dá)到設(shè)計(jì)高程并經(jīng)清理后以混凝土澆筑的，其強(qiáng)度等級(jí)一般不低于C15，（巖石地基可用C15,一般地基用C20），厚度應(yīng)從刃腳下0.5m處到凹槽的上端。 板的構(gòu)造要求及計(jì)算按承受均布的雙向板來考慮。 封底和頂蓋板沉井基礎(chǔ)9.3 沉井的設(shè)計(jì)與計(jì)算 沉井是深基礎(chǔ)的一種類型，沉井在施工完畢后，由 于它本身就是結(jié)構(gòu)物的基礎(chǔ)，就應(yīng)按基礎(chǔ)的要求進(jìn)行各項(xiàng)驗(yàn)算；但在施工過程中，沉井是擋土、擋水的結(jié)構(gòu)物，因而還要對(duì)沉井本身進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算 。 沉井作為整體深基礎(chǔ)設(shè)計(jì)主要是根據(jù)上部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、荷載大小以及水文、地

11、質(zhì)情況，結(jié)合沉井的構(gòu)造要求及施工方法，擬定出沉井的平面尺寸，埋置深度，然后進(jìn)行沉井基礎(chǔ)的計(jì)算。 沉井基礎(chǔ)的計(jì)算，根據(jù)它的埋置深度可用兩種不同的計(jì)算方法。一、沉井作為整體深基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 當(dāng)沉井埋置深度在最大沖刷線以下較淺僅數(shù)米時(shí)，這時(shí)可以不考慮基礎(chǔ)側(cè)面土的橫向抗力影響，而按淺基礎(chǔ)設(shè) 計(jì)計(jì)算規(guī)定，分別驗(yàn)算 地基強(qiáng)度、沉井基礎(chǔ)的穩(wěn) 定性和沉降，使它符合容許值的要求； 當(dāng)沉井基礎(chǔ)埋置深度較大時(shí)，由于埋置在土體內(nèi)較深，不可忽略沉井周圍土體對(duì)沉井的約束作用，因此在驗(yàn)算地基應(yīng)力、變形及穩(wěn)定性時(shí)，需要考慮 基礎(chǔ)側(cè)面土體彈性抗力的影響。 假定沉井基礎(chǔ)在橫向外力作用下只能發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)而無撓曲變形。因此，可按剛性樁

12、計(jì)算內(nèi)力和土抗力，即相當(dāng)于“m” 法中 h 2.5 的情況。 下面具體討論這種計(jì)算方法。（一）非巖石地基上沉井基礎(chǔ)的計(jì)算 沉井基礎(chǔ)受到水平力H及偏心豎向力N作用。將水平力 H及偏心豎向力N引起的力矩等效轉(zhuǎn)換成水 平力H距離基底的作用： 先討論沉井在水平力H作用下的情況，水平力的作用下，沉井將圍繞位于地面下 z0 深度處的 A點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)一 角，地面下深度 z處沉井基礎(chǔ)產(chǎn)生的水平位移x和土的橫向抗力 zx分別為： x = (z0z) tg zx = x Cz = mz(z0z) tg 式中 z0 轉(zhuǎn)動(dòng)中心A離地面的距離；土的橫向抗力沿深度為二次拋物線變化。 基礎(chǔ)底面處的壓應(yīng)力，考慮到該水平面上的豎向地

13、基 系數(shù)C0不變，故壓應(yīng)力圖形與基礎(chǔ)豎向位移圖相似。 式中 : C0不得小于10m0，d為基底寬度或直徑。 X0 M0 在上述三個(gè)公式中，有兩個(gè)未知數(shù) z0和 ，要求解其值，可建立兩個(gè)平衡方程式，即 式中：W為基底的截面模量。 求得z0、（tan），進(jìn)而求得 當(dāng)有豎向荷載N及水平力H同時(shí)作用時(shí)，則基底邊緣處的壓應(yīng)力為： 式中: A0基礎(chǔ)底面積。 離地面或最大沖刷線以下 z 深度處基礎(chǔ)截面上的彎矩 可以認(rèn)為基底不產(chǎn)生水平位移，則基礎(chǔ)的旋轉(zhuǎn)中心A 與基底中心相吻合，即z0h。地面下z深度處產(chǎn)生的水平位移x和土的橫向抗力zx分別為 x=(hz)tg zxmzx mz(hz)tg基底邊緣處的豎向應(yīng)力為

14、： （二）基底嵌入基巖內(nèi)的沉井 上述公式中只有一個(gè)未知數(shù)，故只需建立一個(gè)彎矩平衡方程便可解出值 。 由彎矩平衡方程MA0便可解出值 ，進(jìn)一步求得： 式中：基底邊緣處的應(yīng)力為：再根據(jù)X0，可求出嵌入處未知的水平阻力 P （三）驗(yàn)算 基底計(jì)算最大壓應(yīng)力不應(yīng)超過沉井底面處地基土的設(shè)計(jì)承載力h。即: max h 1. 基底應(yīng)力驗(yàn)算 橫向計(jì)算z x值應(yīng)小于沉井周圍土的極限抗力值。 極限抗力值計(jì)算方法： 當(dāng)基礎(chǔ)在外力作用下產(chǎn)生位移時(shí)，在深度z處基礎(chǔ)一側(cè)產(chǎn)生主動(dòng)土壓力強(qiáng)度pa，而被擠壓一側(cè)土就受到被動(dòng)土壓力強(qiáng)度pP，故其極限抗力，以土壓力表達(dá)為 z x pp-pa2. 橫向抗力驗(yàn)算 由朗金土壓力理論可知 式

15、中: 為土的容重， 和c分別為內(nèi)摩擦角和粘聚力。 橋梁結(jié)構(gòu)中，根據(jù)試驗(yàn)知道出現(xiàn)最大的橫向抗力大致在 z=h/3和z=h處，即式中: 相應(yīng)于z=h/3深度處的土橫向抗力； 相應(yīng)于z=h深度處的土橫向抗力； h基礎(chǔ)的埋置深度； 基礎(chǔ)在水平力和力矩作用下，墩臺(tái)頂面會(huì)產(chǎn)生 水平位移。 由地面處的水平位移z0 tg ，地面到墩臺(tái)頂范圍h2內(nèi)的水平位移h2 tg ，在h2范圍內(nèi)墩臺(tái)身彈性撓曲變形引起的墩臺(tái)頂水平位移0，三部分組成。 =(z0+h2) tg+ 01取決于上部結(jié)構(gòu)形式的系數(shù)，一般1=1， 對(duì)于拱橋1=0.7； 2考慮恒載對(duì)基礎(chǔ)底面重心所產(chǎn)生的彎矩 Mg 在總彎矩M中所占百分比的系數(shù)，即 3.

16、墩臺(tái)頂面水平位移驗(yàn)算 現(xiàn)行橋梁規(guī)范中規(guī)定：墩臺(tái)頂面的水平位移應(yīng)符合下列要求： 式中：L相鄰跨中最小跨的跨度(m)， 當(dāng)跨度L 25m時(shí)，L按25m計(jì)算。 考慮到轉(zhuǎn)角一般均很小，可令tg=。如果沉井基 底嵌入基巖內(nèi)，z0h。 在確定沉井主體尺寸后，即可算出沉井自重，驗(yàn)算在沉井施工下沉?xí)r，保證在自重作用下克服井壁摩阻力Rf而順利下沉，亦即下沉系數(shù)K1應(yīng)為：式中:G 沉井在各種施工階段時(shí)的總自重，kN； B 下沉過程中地下水的總浮力，kN； Rf 井壁總摩阻力，kN； 沉井是一種預(yù)制構(gòu)件，在施工過程中受到各種外力的 作用，沉井結(jié)構(gòu)強(qiáng)度必須滿足各階段最不利受 力情況的要求，沉井結(jié)構(gòu)在施工過程中應(yīng)主要

17、進(jìn)行下列驗(yàn)算。 二、沉井的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（一）下沉系數(shù) K1、下沉穩(wěn)定系數(shù) K1和抗浮安全系數(shù) K2 在下沉過程中，構(gòu)成K1的分子和分母不斷變化，因此不僅要確定最終狀態(tài)下，而且應(yīng)跟蹤整個(gè)下沉過程中K1值的變化規(guī)律。如：沉井在軟弱土層中接高時(shí)有突沉可能，應(yīng)根據(jù)施工情況進(jìn)行下沉穩(wěn)定驗(yàn)算：式中： 下沉穩(wěn)定系數(shù)，一般取0.80.9。 R1 刃腳踏面及斜面下土的支承力，kN； R2 隔墻和底梁下土的支承力，kN。 K1 下沉系數(shù)，一般為1.051.25。對(duì)位于淤泥質(zhì)土層 中沉井宜取小值；位于其它土層的沉井可取較大值。 當(dāng)沉井沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高，在進(jìn)行封底并抽除井內(nèi)積水后， 而內(nèi)部結(jié)構(gòu)及設(shè)備尚未安裝，井外按各個(gè)時(shí)期出

18、現(xiàn) 的最高地下水位驗(yàn)算沉井的抗浮穩(wěn)定： 式中：K2 抗浮安全系數(shù)，一般取1.051.1。 在不計(jì)井壁摩阻力時(shí)，可取1.05。 B 封底后沉井所受的總浮力，kN；（二）刃腳計(jì)算 沉井刃腳相當(dāng)于是三面固定，一面自由的雙向板。 簡(jiǎn)化計(jì)算：1.可看作固著在刃腳根部處的懸臂梁，梁長(zhǎng)等于井壁刃 腳斜面部分的高度；2.刃腳又可看作為一個(gè)封閉的水平框架。 因此：作用在刃腳側(cè)面上的水平外力將由懸臂梁和框架來共同承擔(dān)，也即部分水平外力是垂直向傳至刃腳根部，余下部分由框架承擔(dān)。 （三）井壁計(jì)算1. 豎向撓曲計(jì)算（沉井抽承墊木時(shí)計(jì)算）2. 沉井均布豎向拉力計(jì)算（井壁豎直鋼筋驗(yàn)算）3. 沉井井壁水平應(yīng)力計(jì)算（井壁水平鋼筋計(jì)算）（四）封底混凝土的厚度計(jì)算 沉井底板可按均布荷載作用下的鉸支承板設(shè)計(jì)，在計(jì)算該均布荷載時(shí)，不計(jì)沉井均布摩阻力。市政施工視頻 備考13年一二級(jí)建造師 市政 必備參考資料http:/item.h