深基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算T32

課程團(tuán)隊(duì)：徐長節(jié)、胡文韜、耿大新、可文海、陳丹華基礎(chǔ)工程學(xué)華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院4深基礎(chǔ)——4.7沉井工程簡介及構(gòu)造要求主講人——耿大新一、沉井的基本概念、作用及適用條件沉井的概念:是井筒狀的結(jié)構(gòu)物(圖1)。它是以井內(nèi)挖土，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井孔，使其成為橋梁墩臺或其它結(jié)構(gòu)物的基礎(chǔ)(圖2)。

圖1沉井下沉示意圖圖2沉井基礎(chǔ)沉井的優(yōu)缺點(diǎn)沉井的優(yōu)點(diǎn)：埋置深度可以很大，整體性強(qiáng)、穩(wěn)定性好，有較大的承載面積，能承受較大的垂直荷載和水平荷載；沉井既是基礎(chǔ)，又是施工時(shí)的擋土和擋土圍堰結(jié)構(gòu)物，施工工藝并不復(fù)雜，因此在橋梁工程中得到較廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，沉井施工時(shí)對鄰近建筑物尤其是軟土中地下建筑物的基礎(chǔ)，也常用作為礦用豎井、地下油庫等。沉井的缺點(diǎn)：施工期較長；對粉細(xì)砂類土在井內(nèi)抽水易發(fā)生流砂現(xiàn)象，造成沉井傾斜；沉井下沉過程中遇到的大孤石、樹干或井底巖層表面傾斜過大，均會給施工帶來一定困難。沉井的適用條件根據(jù)經(jīng)濟(jì)合理、施工上可能的原則，一般在下列情況，可以采用沉井基礎(chǔ)：

1.上部荷載較大，而表層地基土的容許承載力不足，做擴(kuò)大基礎(chǔ)開挖工作量大，以及支撐困難，但在一定深度下有好的持力層，采用沉井基礎(chǔ)與其他深基礎(chǔ)相比較，經(jīng)濟(jì)上較為合理的。

2.在山區(qū)河流中，雖然土質(zhì)較好，但沖刷大，或河中有較大卵石不便樁基礎(chǔ)施工時(shí)。

3.巖層表面較平坦且覆蓋層薄，但河水較深；采用擴(kuò)大基礎(chǔ)施工圍堰有困難時(shí)。二、沉井的類型和構(gòu)造沉井的分類按沉井的施工方法分類一般沉井：指就地制造下沉的沉井，這種沉井是在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的位置上制造，然后挖土靠沉井自重下沉。如基礎(chǔ)位置在水中，需先在水中筑島，再在島上筑井下沉。浮運(yùn)沉井：在深水地區(qū)筑島有困難或不經(jīng)濟(jì)，或有礙通航當(dāng)河流流速不大時(shí)，可采用岸邊澆筑浮運(yùn)就位下沉的方法，這類沉井稱為浮運(yùn)沉井或浮式沉井。沉井的分類按沉井的形狀分類按沉井的平面形狀

常用的有圓形、圓端形和矩形等。

沉井平面形式a)單孔沉井；b)雙孔沉井；c)多孔沉井根據(jù)井孔的布置方式，又有單孔、雙孔及多孔的分別。沉井的分類圓形沉井：沉井在下沉過程中易控制方向；使用抓泥斗挖土，要比其他類型的沉井，更能保證其刃腳均勻地支承在土層上；在側(cè)壓力作用下，井壁只受軸向力(側(cè)壓力均布時(shí))，或稍受撓曲(側(cè)壓力非均布時(shí))；承受水平土壓力和水壓力性能良好。沉井的分類矩形沉井：具有制造簡單，基礎(chǔ)受力有利的優(yōu)點(diǎn)，常能配合墩臺(或其他結(jié)構(gòu)物)底部平面形狀。四角一般做成圓角，可有效改善轉(zhuǎn)角處的受力條件，減緩應(yīng)力集中現(xiàn)象，以降低井壁摩阻力和避免取土清孔的困難。矩形沉井在側(cè)壓力作用下，井壁受較大的撓曲力矩；在流水中阻水系數(shù)較大，沖刷較嚴(yán)重。沉井的分類圓端形沉井：：控制下沉、受受力條件、阻阻水沖刷均較較矩形者有利利，但沉井制制造較復(fù)雜。。對平面尺寸寸較大的沉井井，可在沉井井中設(shè)置隔墻墻，使沉井由由單孔變成雙雙孔或多孔。沉井的分類按沉井的形狀狀分類按沉井的立面面形狀主要有豎直式、傾斜式及臺階式等。采用形式應(yīng)視沉井需要通通過的土層性性質(zhì)和下沉深深度而定。沉井的分類上述各類沉井井的適用條件件：外壁豎直形式的沉井，它在在下沉過程中中不易傾斜，，井壁接長較較簡單，模板板可重復(fù)使用用。故當(dāng)土質(zhì)質(zhì)較松軟，沉沉井下沉深度度不大，可以以采用這種形形式。沉井的分類上述各類沉井井的適用條件件：傾斜式及臺階式井壁可以減少少土與井壁的的摩阻力，其其缺點(diǎn)是施工工較復(fù)雜，消消耗模板多，，同時(shí)沉井下下沉過程中容容易發(fā)生傾斜斜。故在土質(zhì)質(zhì)較密實(shí)，沉沉井下沉深度度大，要求在在不太增加沉沉井本身重量量的情況下沉沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高高，可采用這這類沉井。沉井的分類上述各類沉井井的適用條件件：臺階式井壁的臺階寬寬度約為100～200mm。傾斜式的沉沉井井壁坡度度一般為1/20～1/50，外壁傾斜式式沉井同樣可可以減少下沉沉?xí)r井壁外側(cè)側(cè)土的阻力，，但這類沉井井具有下沉不不穩(wěn)定，制造造困難等缺點(diǎn)點(diǎn)，故較少使使用。一般沉井的構(gòu)構(gòu)造一般沉井構(gòu)造上主主要由井壁、刃腳、、隔墻、井孔孔、凹槽、射射水管、封底底和蓋板等組成。一般沉井的構(gòu)構(gòu)造井壁是沉井的主要要部分。它在沉井下沉過過程中起擋土土、擋水及利利用本身重量量克服土與井井壁之間的摩摩阻力的作用用。當(dāng)沉井施工工完畢后，它它就成為基礎(chǔ)礎(chǔ)或基礎(chǔ)的一一部分而將上上部荷載傳遞遞給地基。因因此，井壁必必須具有足夠夠的強(qiáng)度和一一定的厚度。。根據(jù)井壁在在施工中的受受力情況，可可以在井壁內(nèi)內(nèi)配置豎向及及水平向鋼筋筋，以增加井井壁強(qiáng)度。井井壁厚度按下下沉需要的自自重，本身強(qiáng)強(qiáng)度以及便于于取土和清基基等因素而定定，一般為0.80～1.50m，為便于綁扎扎鋼筋及澆筑筑混凝土，其其厚度不宜小小于0.4m。鋼筋混凝土土薄壁沉井可可不受此限制制。井壁的混混凝土強(qiáng)度等等級不低于C15。井壁一般沉井的構(gòu)構(gòu)造井壁下端形如楔狀狀的部分稱為為刃腳。其作用是在沉井井自重作用下下易于切土下下沉。刃腳底面(踏面)寬度一般為0.1～0.2m，對軟土可適適當(dāng)放寬。下下沉深度大，，且土質(zhì)較硬硬，刃腳底面面應(yīng)以型鋼(角鋼或槽鋼)加強(qiáng)(圖5-7)，以防刃腳損損壞。刃腳內(nèi)內(nèi)側(cè)斜面與水水平面的夾角角一般為45°～60°。刃腳高度視視井壁厚度、、便于抽除墊墊木而定，一一般當(dāng)沉井濕濕封底時(shí)，取取1.5m左右；干封底底時(shí)，取0.6m左右。由于刃刃腳在沉井下下沉過程中受受力較集中，，故刃腳宜采采用C20以上的鋼筋混混凝土制成。。刃腳一般沉井的構(gòu)構(gòu)造沉井平面尺寸較大大，也即井壁壁跨徑較大時(shí)時(shí)，應(yīng)在沉井井內(nèi)設(shè)置隔墻墻，以加強(qiáng)沉井的剛剛度，使井壁壁的撓曲應(yīng)力力減小，其厚度一般小小于井壁。隔隔墻底面應(yīng)高高出刃腳底面面0.5m以上，避免隔隔墻下的土頂頂住沉井而妨妨礙下沉。也也可在刃腳與與隔墻聯(lián)結(jié)處處設(shè)置埂肋加加強(qiáng)刃腳與隔隔墻的連結(jié)。。如為人工挖挖土，在隔墻墻下端應(yīng)設(shè)置置過人孔，便便于工作人員員井孔間往來來。隔墻一般沉井的構(gòu)構(gòu)造井孔井孔是挖土排土的工工作場所和通通道。井孔尺寸應(yīng)應(yīng)滿足施工要要求，寬度(直徑)不宜小于3m。井孔布置應(yīng)應(yīng)對稱于沉井井中心軸，便便于對稱挖土土使沉井均勻勻下沉。一般沉井的構(gòu)構(gòu)造凹槽設(shè)在井孔下端端近刃腳處，，其作用是使封底混凝土土與井壁有交交好的接合，，封底混凝土土底面的反力力更好的傳給給井壁(如井孔全部填填實(shí)的實(shí)心沉沉井也可不設(shè)設(shè)凹槽)。凹槽深度約約0.15～0.25m，高約1.0m。凹槽一般沉井的構(gòu)構(gòu)造射水管當(dāng)沉井下沉沉深度大，，穿過的土土質(zhì)又較好好，估計(jì)下下沉?xí)a(chǎn)生生困難時(shí)，，可在井壁壁中預(yù)埋射射水管組。。射水管應(yīng)均均勻布置，，以利于控控制水壓和和水量來調(diào)調(diào)整下沉方方向。一般般水壓不小小于600kPa。如使用泥漿潤滑套套施工方法法時(shí)，應(yīng)有有預(yù)埋的壓壓射泥漿管管路。一般沉井的的構(gòu)造沉井沉至設(shè)設(shè)計(jì)標(biāo)高進(jìn)進(jìn)行清基后后，便澆筑筑封底混凝凝土?；炷吝_(dá)到設(shè)設(shè)計(jì)強(qiáng)度后后，可從井井孔中抽干干水井填滿滿混凝土或或其它圬工工材料。如如井孔中不不填料或僅僅填以砂礫礫則須在沉沉井頂面筑筑鋼筋混凝凝土蓋板。。封底混凝凝土底面承承受地基土土和水的反反力，這就就要求封底底混凝土有有一定的厚厚度(可由應(yīng)力驗(yàn)驗(yàn)算決定)，其厚度根根據(jù)經(jīng)驗(yàn)也也可取不小小于井孔最最小邊長的的1.5倍。封底混混凝土頂面面應(yīng)高出刃刃腳根部不不小于0.5m，并澆灌到到凹槽上端端。封底混混凝土標(biāo)號號對巖石地地基用C15；一般地基基用C20。蓋板厚度度一般為1.5～2.0m。井孔中充充填的混凝凝土，其強(qiáng)強(qiáng)度等級不不應(yīng)低于C10。封底和蓋板板沉井基礎(chǔ)的的施工旱地施工：：平整場地，，制造第一一節(jié)沉井、、拆模及抽抽墊、挖土土下沉、接接高沉井、、井頂圍堰堰、地基檢檢驗(yàn)和處理理、封底、、充填井孔孔、澆筑頂頂蓋。沉井基礎(chǔ)施施工分類水中筑島施施工：水流速不打打，水深≤≤3~4m時(shí)采用，沙沙島應(yīng)高出出施工最高高水位0.5m以上，在島島上澆筑沉沉井。浮運(yùn)沉井施施工：水深筑島困困難時(shí)采用用，岸邊制制作，滑入入水中，井井壁為空體體可漂浮于于水面，就就位后灌注注混凝土下下沉至河床床。旱地上沉井井基礎(chǔ)的施施工1.整平場地橋梁墩臺位于旱旱地時(shí)，沉沉井可就地地制造、挖挖土下沉、、封底、充充填井孔以以及澆筑頂板。如天然地面土土質(zhì)較好，，只需將地地面雜物清清掉整平地地面，就可可在其上制制造沉井，，如為了減減小沉井的的下沉深度度也可在基基礎(chǔ)位置處處挖一淺坑坑，在坑底底制造沉井井下沉，坑坑底應(yīng)高出出地下水位位0.5～1.0m。旱地上沉井井基礎(chǔ)的施施工2.制造第一節(jié)節(jié)沉井由于沉井自重較較大，刃腳腳踏面尺寸寸較小，應(yīng)應(yīng)力集中，，場地土往往往承受不不了這樣大大的壓力。。所以在整整平的場地地上應(yīng)在刃腳踏面面位置處對對稱地鋪滿滿一層墊木木，沉井重量量在墊木下下產(chǎn)生的壓壓應(yīng)力不大于100kPa。墊木的布布置應(yīng)考慮慮抽除墊木木方便，在在刃腳位置置處放上刃刃腳角鋼，，豎立內(nèi)模模，綁扎鋼鋼筋，立外外模，最后后進(jìn)行第一一節(jié)沉井混混凝土灌注注。旱地上沉井井基礎(chǔ)的施施工3.拆模及抽墊墊沉井混凝土達(dá)到到設(shè)計(jì)強(qiáng)度度的70%時(shí)可拆除模模板，強(qiáng)度度達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)強(qiáng)度后才能能抽撤墊木木。抽撤墊墊木應(yīng)按一一定的順序序進(jìn)行，以以免引起沉沉井開裂、、移動或傾傾斜。其順順序是：先撤除內(nèi)隔墻墻下的墊木木，再撤沉沉井井壁短邊下的墊墊木，最后后撤長邊下下的墊木。。拆長邊下的的墊木時(shí)，，以定位墊墊木(即最后抽撤的的墊木)為中心，對對稱地由遠(yuǎn)遠(yuǎn)到近拆除除，最后的的拆除定位位墊木。注注意在抽墊墊木過程中中，每抽除一根墊墊木，應(yīng)立即采用砂回填并搗實(shí)，防止沉井井失穩(wěn)。旱地上沉井井基礎(chǔ)的施施工4.挖土下沉當(dāng)沉井穿過過的土層較較穩(wěn)定，不不會因排水水而產(chǎn)生大大量流砂時(shí)時(shí)，可采用用排水下沉沉。土的挖挖除可采用用人工挖土土或機(jī)械除除土，排水水下沉常用用人工挖土土，它適用用于土層滲滲水量不大大且排水時(shí)時(shí)不會產(chǎn)生生涌土或流流砂的情況況；人工挖挖土可使沉沉井均勻下下沉和清除除井下障礙礙物，但應(yīng)應(yīng)采取措施施，確實(shí)保保證施工安安全，排水水下沉?xí)r，，有時(shí)也用用機(jī)械除土土。排水下沉一般都采用用機(jī)械除土土，挖土工工具可以是是抓土斗或或水力吸泥泥機(jī)，如土土質(zhì)較硬，，水力吸泥泥機(jī)需配以以水槍射水水將土沖松松。由于吸吸泥機(jī)是將將水和土一一起吸出井井外，故需需經(jīng)常向井井內(nèi)加水維維持井內(nèi)水水位高出井井外水位1~2m，以免發(fā)生生涌土或流流砂現(xiàn)象。。不排水下沉沉旱地上沉井井基礎(chǔ)的施施工5.