《沉井與沉箱結(jié)構(gòu)》課件

安徽建筑工業(yè)學(xué)院地下結(jié)構(gòu)工程主講教師：席培勝1精選課件ppt安徽建筑工業(yè)學(xué)院地下結(jié)構(gòu)工程主講教師：席培勝1精第4章沉井基礎(chǔ)4.1概述4.1.1沉井基礎(chǔ)的特點(diǎn)及其應(yīng)用范圍是以沉井法施工的地下結(jié)構(gòu)物和深基礎(chǔ)的一種型式。先在地表制作成一個(gè)井筒狀的結(jié)構(gòu)物（沉井），然后在井壁的圍護(hù)下通過從井內(nèi)不斷挖土，使沉井在自重作用下逐漸下沉，達(dá)到預(yù)定設(shè)計(jì)標(biāo)高后，再進(jìn)行封底，構(gòu)筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)。2精選課件ppt第4章沉井基礎(chǔ)4.1概述2精選課件ppt廣泛應(yīng)用于橋梁、煙囪、水塔的基礎(chǔ)；水泵房、地下油庫、水池豎井等深井構(gòu)筑物和盾構(gòu)或頂管的工作井。技術(shù)上比較穩(wěn)妥可靠，挖土量少，對(duì)鄰近建筑物的影響比較小，沉井基礎(chǔ)埋置較深，穩(wěn)定性好，能支承較大的荷載。3精選課件ppt廣泛應(yīng)用于橋梁、煙囪、水塔的基礎(chǔ)；3精選課件ppt4.1.2沉井的分類（1）按下沉環(huán)境可分為陸地沉井（包括在淺水中先筑島制作的沉井）和浮運(yùn)沉井；（2）按沉井構(gòu)造形式可分為獨(dú)立沉井和連續(xù)沉井；（3）按沉井平面形式可分為圓形、橢圓形、正方形、矩形和多邊形等；也可分為單孔和多孔沉井（見圖8-1）；（4）按沉井制作材料可分為混凝土、鋼筋混凝土、鋼、磚、石以及組合式沉井等。4精選課件ppt4.1.2沉井的分類（1）按下沉環(huán)境可分為陸地沉井（包括沉井按平面形式分類a—圓形單孔沉井；b—正方形單孔沉井；c—矩形單孔沉井；d—矩形雙孔沉井；e—橢圓形雙孔沉井；f—矩形多孔沉井5精選課件ppt沉井按平面形式分類a—圓形單孔沉井；b—正方形單孔沉井；c4.1.3沉井的設(shè)計(jì)原則結(jié)構(gòu)簡單對(duì)稱，受力合理，施工方便。沉井的長短邊之比越小越好，以保證下沉?xí)r的穩(wěn)定性。一般沉井應(yīng)分節(jié)制作，每節(jié)高度不宜大于5m。沉井底節(jié)高度應(yīng)滿足拆除支承時(shí)沉井縱向抗彎要求之外，在松軟土層中下沉的沉井，底節(jié)高度不宜大于0.8b。6精選課件ppt4.1.3沉井的設(shè)計(jì)原則結(jié)構(gòu)簡單對(duì)稱，受力合理，施工方便4.1.4沉井的施工步驟沉井施工步驟示意圖7精選課件ppt4.1.4沉井的施工步驟沉井施工步驟示意圖7精選課件4.2沉井構(gòu)造沉井組成：刃腳、井壁、內(nèi)隔墻、取土井、凹槽、封底、頂板8精選課件ppt4.2沉井構(gòu)造沉井組成：8精選課件ppt1）沉井刃腳：作用在于減少沉井下沉阻力

a—混凝土刃腳；b—設(shè)角鋼的刃腳；c—尖刃腳9精選課件ppt1）沉井刃腳：作用在于減少沉井下沉阻力a—混凝土刃腳；b—2）井壁主要承擔(dān)井外水土壓力和自重的部分

設(shè)計(jì)時(shí)通常先假定井壁厚度再進(jìn)行承載力驗(yàn)算；井壁厚度一般為0.8~1.5m；

a）、（b）豎直的；（c）、（d）臺(tái)階形的；（e）錐形的；（f）倒錐形的圖8-5沉井外壁的形式10精選課件ppt2）井壁主要承擔(dān)井外水土壓力和自重的部分設(shè)計(jì)時(shí)通常先假定井3）內(nèi)隔墻加強(qiáng)沉井剛度、縮小外壁計(jì)算跨度，同時(shí)又將沉井分成多個(gè)取土井，便于掌握挖土位置以控制下沉的方向；內(nèi)隔墻的間距一般不大于5~6m，厚度一般為0.5~1.0m。一般要求隔墻底高出刃腳底面0.5~1.0m。11精選課件ppt3）內(nèi)隔墻加強(qiáng)沉井剛度、縮小外壁計(jì)算跨度，同時(shí)又將沉井分成多4）取土井位置：取土井的平面布置應(yīng)與中軸線對(duì)稱，以利于沉井均勻下沉；大小：由取土方法而定，采用挖土斗取土?xí)r，應(yīng)能使挖土斗自由升降，最小邊長不宜小于2.5m。處理：以素混凝土、片石混凝土或砌片填充。12精選課件ppt4）取土井位置：取土井的平面布置應(yīng)與中軸線對(duì)稱，以利于沉井均5）凹槽為了封底混凝土嵌入井壁，形成整體，使傳至沉井壁上的力能更好地傳遞給封底混凝土底面。遇到意外困難，還可在凹槽處澆筑鋼筋混凝土蓋板，將沉井改為沉箱。尺寸：凹槽深約0.15~0.25m，高約1.0m左右，其距刃腳底面一般在1.5m以上。13精選課件ppt5）凹槽為了封底混凝土嵌入井壁，形成整體，使傳至沉井壁上的力6）射水管組、探測管、氣管和壓漿管射水管組：壓入高壓水把井壁四周的土沖松，以減少摩擦力和端部阻力。高壓水水壓一般不小于0.6MPa，每一水管的排水量不小于200L/min；探測管：探測刃腳和隔墻底面下的泥面標(biāo)高，清基射水或破壞沉井正面土層以利下沉；氣管：空氣幕下沉沉井；壓漿管：埋設(shè)壓漿管14精選課件ppt6）射水管組、探測管、氣管和壓漿管射水管組：壓入高壓水把7）封底滲水率小于6mm/min時(shí)，排干水后用C15或C20普通混凝土澆筑；當(dāng)井中的滲水率大于6mm/min時(shí)，宜采用導(dǎo)管法澆注C20級(jí)水下混凝土封底。厚度按其承載力條件計(jì)算確定，一般其頂面應(yīng)高出凹槽0.5m。15精選課件ppt7）封底滲水率小于6mm/min時(shí)，排干水后用C15或C208）頂板以混凝土填心的沉井可用素混凝土頂板；空心或以其他松散料填心的沉井需用鋼筋混凝土頂板，厚度一般為1.0~2.0m；排水下沉的沉井，其頂面在地面或水位以下時(shí)，應(yīng)設(shè)擋土防水墻連接在井壁的頂部。16精選課件ppt8）頂板以混凝土填心的沉井可用素混凝土頂板；16精選課件pp4.3沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算4.3.1下沉系數(shù)計(jì)算驗(yàn)算沉井自重是否能克服下沉?xí)r土的摩阻力，用下沉系數(shù)k表示：表8-1沉井井壁與土體之間的摩阻力f（kPa）土的種類粘性土砂性土砂卵石砂礫石軟土泥漿套f(kPa)25~5012~2518~3015~2010~123~517精選課件ppt4.3沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算4.3.1下沉系數(shù)計(jì)算表8-1摩擦力分布假定從地表到5m深度范圍內(nèi)，單位摩阻力按直線規(guī)律由零增加至最大值；超過深度5m以后取常數(shù)值18精選課件ppt摩擦力分布假定從地表到5m深度范圍內(nèi)，單位摩阻力按直線規(guī)律4.3.2沉井底節(jié)驗(yàn)算刃腳下的支承位置不斷在變，三種情況：1）在排水或無水情況下下沉沉井19精選課件ppt4.3.2沉井底節(jié)驗(yàn)算刃腳下的支承位置不斷在變，三種情2）對(duì)于不排水下沉的沉井（1）假定底節(jié)沉井僅支承于長邊的中點(diǎn)（2）假定底節(jié)沉井支承于短邊的兩端點(diǎn)20精選課件ppt2）對(duì)于不排水下沉的沉井（1）假定底節(jié)沉井僅支承于長邊的中4.3.3沉井井壁計(jì)算沉井井壁應(yīng)進(jìn)行豎直和水平兩個(gè)方向的內(nèi)力計(jì)算。1）豎直方向在沉井的下沉過程中，當(dāng)沉井被四周土體箝固著而刃腳下的土已被掏空時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算井壁接縫處的豎向拉應(yīng)力。21精選課件ppt4.3.3沉井井壁計(jì)算沉井井壁應(yīng)進(jìn)行豎直和水平兩個(gè)方向的接縫處：混凝土不承受拉應(yīng)力而由接縫處的鋼筋承受，此時(shí)鋼筋的抗拉安全系數(shù)可采用1.25；同時(shí)并須驗(yàn)算鋼筋的錨固長度。井壁摩阻力可假定沿沉井全高按倒三角形分布，即在刃腳底面處為零，在地面處為最大，此時(shí)最危險(xiǎn)的截面在沉井入土深度的1/2處22精選課件ppt接縫處：混凝土不承受拉應(yīng)力而由接縫處的鋼筋承受，此時(shí)鋼筋的抗沉井外側(cè)直立時(shí)的井壁

受拉計(jì)算圖23精選課件ppt沉井外側(cè)直立時(shí)的井壁

受拉計(jì)算圖23精選課件ppt按《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》，最大豎向拉力Plmax為此時(shí)沉井全部重力G的1/4，即實(shí)際工程中，沉井被卡住較為常見，也出現(xiàn)過被拉裂的沉井。24精選課件ppt按《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》，最大豎向拉力Plmax為此驗(yàn)算建議值表4-2沉井豎向拉力計(jì)算及其最小配筋率沉井施工狀態(tài)沉井結(jié)構(gòu)或受其影響建筑物的安全等級(jí)與拉力計(jì)算取值縱向鋼筋最小構(gòu)造配筋率一級(jí)二級(jí)三級(jí)鋼筋混凝土最小配筋率不宜于少0.1%；少筋混凝土不宜少于0.05%排水下沉0.50G0.30G0.25G不排水下沉0.40G0.25G0.20G泥漿套中下沉0.30G0.25G0.20G25精選課件ppt驗(yàn)算建議值表4-2沉井豎向拉力計(jì)算及其最小配筋率沉井2）水平方向根據(jù)排水或不排水的情況，沉井井壁在水壓力和土壓力等水平荷載作用下，應(yīng)作為水平框架驗(yàn)算其水平方向的撓曲。（1）驗(yàn)算刃腳根部以上，其高度等于該處井壁厚度t的一段井壁，依此設(shè)置該段的水平鋼筋。26精選課件ppt2）水平方向根據(jù)排水或不排水的情況，沉井井壁在水壓力和土壓力計(jì)算簡圖Q——由刃腳傳來的剪力，其值等于求算刃腳豎直外力時(shí)分配于懸臂梁上的水平力（kN/m）。27精選課件ppt計(jì)算簡圖Q——由刃腳傳來的剪力，其值等于求27精選課件ppt（2）其余各段井壁的計(jì)算，可按井壁斷面的變化,取每一段中控制設(shè)計(jì)的井壁（位于每一段最下端的單位高度）進(jìn)行計(jì)算。上部井段按照作用在水平框架上的均布荷載q=W+E。然后用同樣的計(jì)算方法，求得水平框架的最大彎矩M、軸向壓力N、剪力Q，并據(jù)此設(shè)計(jì)水平鋼筋。28精選課件ppt（2）其余各段井壁的計(jì)算，可按井壁斷面的變化,取每一段中控制4.3.4沉井刃腳驗(yàn)算沉井刃腳部分可分別作為懸臂或水平框架驗(yàn)算其豎向及水平向的彎曲強(qiáng)度。29精選課件ppt4.3.4沉井刃腳驗(yàn)算沉井刃腳部分可分別作為懸臂或水平框1）按懸臂梁計(jì)算刃腳豎直方向的撓曲強(qiáng)度此時(shí)，刃腳根部可以認(rèn)為與井壁嵌固，刃腳高度作為懸臂長度，并可根據(jù)以下兩種不利情況分別計(jì)算：（1）當(dāng)沉井下沉途中，刃腳內(nèi)側(cè)已切入土中深約1m;30精選課件ppt1）按懸臂梁計(jì)算刃腳豎直方向的撓曲強(qiáng)度此時(shí)，刃腳根部可以認(rèn)為①沿井壁的水平方向取一個(gè)單位寬度，計(jì)算作用在刃腳上的土壓力E和水壓力W。②作用在井壁單位寬度上的摩阻力T，取其最小值31精選課件ppt①沿井壁的水平方向取一個(gè)單位寬度，計(jì)算作用在刃腳上的土壓力E③刃腳下單位寬度上土的垂直反力32精選課件ppt③刃腳下單位寬度上土的垂直反力32精選課件ppt刃腳斜面上的土反力聯(lián)立方程式即可求得V1和V2。33精選課件ppt刃腳斜面上的土反力聯(lián)立方程式即可求得V1和V2。33精選④作用在刃腳斜面上的水平反力U可按下式計(jì)算：U的作用點(diǎn)在距刃腳底面1/3高處。34精選課件ppt④作用在刃腳斜面上的水平反力U可按下式計(jì)算：U的作用點(diǎn)在距刃⑤刃腳重力g按下式計(jì)算：⑥求得作用在刃腳上的所有外力的大小、方向和作用點(diǎn)之后，即可求算刃腳根部處截面上每單位周長內(nèi)（井壁）的軸向壓力N、水平剪力Q及對(duì)截面重心軸的彎矩M。并據(jù)此計(jì)算在刃腳內(nèi)側(cè)的鋼筋（豎直）數(shù)量。35精選課件ppt⑤刃腳重力g按下式計(jì)算：35精選課件ppt（2）當(dāng)沉井已沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高，刃腳下的土已被掏空，這時(shí)刃腳處于向內(nèi)撓曲的不利情況，①計(jì)算刃腳外側(cè)的土壓力和水壓力。②由于刃腳下的土已被掏空，故刃腳下的垂直反力Rv和刃腳斜面水平反力U等于零

③作用在井壁外側(cè)的摩阻力T

④刃腳計(jì)算時(shí)重力g與前面相同⑤計(jì)算在刃腳外側(cè)的鋼筋（豎直）數(shù)量36精選課件ppt（2）當(dāng)沉井已沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高，刃腳下的土已被掏空，這時(shí)刃腳處于2）按封閉的水平框架計(jì)算刃腳水平方向的撓曲強(qiáng)度37精選課件ppt2）按封閉的水平框架計(jì)算刃腳水平方向的撓曲強(qiáng)度37精選課件p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)。分配系數(shù)公式如:懸臂作用:框架作用:38精選課件ppt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)。384.3.5沉井封底計(jì)算封底混凝土在基底反力作用下，將其當(dāng)作支承于刃腳斜面及隔墻上的周邊支承板考慮；支承情況（簡支或嵌固）和計(jì)算強(qiáng)度在設(shè)計(jì)中應(yīng)視具體情況而定。39精選課件ppt4.3.5沉井封底計(jì)算封底混凝土在基底反力作用下，將其當(dāng)1）規(guī)定（1）封底混凝土應(yīng)承受基底水和土的向上反力，此時(shí)混凝土的齡期不足，應(yīng)降低容許應(yīng)力；（2）混凝土填實(shí)時(shí)，計(jì)入井孔內(nèi)填充物的重力；（3）封底混凝土的厚度，一般不宜小于1.5D；

40精選課件ppt1）規(guī)定（1）封底混凝土應(yīng)承受基底水和土的向上反力，此時(shí)2）干封底及有關(guān)計(jì)算（a）下有足夠厚粘土層；（b）待底板達(dá)到足夠強(qiáng)度后方停止降水沉井可干封底的情況41精選課件ppt2）干封底及有關(guān)計(jì)算（a）下有足夠厚粘土層；41精選課件pp（1）沉井刃腳停留在不透水粘土層中；不透水粘土層的厚度：A——沉井底部面積（m2）；——土的有效重度（即浮重度）（kN/m3）；——刃腳下面不透水粘土層厚度（m）；

c——粘土的粘聚力（kPa）；

U——沉井刃腳踏面內(nèi)壁周長（m）；42精選課件ppt（1）沉井刃腳停留在不透水粘土層中；不透水粘土層的厚度：（2）在沉井內(nèi)設(shè)吸水鼓并有良好濾層的情況下降水，一直降到鋼筋混凝土底板足夠承擔(dān)地下水回升后的水土壓力，方可拆除并封閉降水管，在這種情況下，可采用干封底。43精選課件ppt（2）在沉井內(nèi)設(shè)吸水鼓并有良好濾層的情況下降水，一直降到鋼筋3）水下封底混凝土的厚度計(jì)算44精選課件ppt3）水下封底混凝土的厚度計(jì)算44精選課件ppt封底要求是：（1）按最不利情況混凝土厚度：即在沉井封底后，將井內(nèi)水排干，在鋼筋混凝土底板尚未施工前。（2）水下封底混凝土最好不讓其中出現(xiàn)拉應(yīng)力。分配線相交于素混凝土封底上，可以認(rèn)為不承受拉應(yīng)力。中央鍋底挖深可形成倒拱。45精選課件ppt封底要求是：（1）按最不利情況混凝土厚度：即在沉井封底后若出現(xiàn)拉應(yīng)力，計(jì)算方法：注意計(jì)算跨度；①周邊簡支支承的圓板在承受均勻荷載時(shí)，可計(jì)算板中心的最大彎矩值：②周邊簡支支承的雙向板在承受均布荷載時(shí)，計(jì)算跨中彎矩Mx和My：46精選課件ppt若出現(xiàn)拉應(yīng)力，計(jì)算方法：注意計(jì)算跨度；46精選課件ppt簡支支承雙向板計(jì)算簡圖47精選課件ppt簡支支承雙向板計(jì)算簡圖47精選課件ppt③求出彎矩值后，封底混凝土的厚度——考慮封底混凝土因與井底泥土摻混需要增加的厚度，宜取0.3~0.5m；若基底采取鋪塊石或碎石灌漿抹平處理后再封底，可不考慮此增加值。

48精選課件ppt③求出彎矩值后，封底混凝土的厚度48精選課件ppt④封底混凝土剪應(yīng)力計(jì)算應(yīng)加大封底混凝土的抗剪面積。如在井壁和隔墻內(nèi)設(shè)置凹槽等。49精選課件ppt④封底混凝土剪應(yīng)力計(jì)算應(yīng)加大封底混凝土的抗剪面積。49精選4.3.6沉井底板計(jì)算1）底板荷載計(jì)算A：沉井結(jié)構(gòu)的最大自重除以沉井外圍底面積的商，不計(jì)井壁側(cè)面摩阻力。B：假定水壓力全部由鋼筋混凝土底板承受。土反力和水壓力中數(shù)值較大者

50精選課件ppt4.3.6沉井底板計(jì)算1）底板荷載計(jì)算50精選課件ppt2）沉井底板內(nèi)力計(jì)算內(nèi)力可按單跨或多跨板計(jì)算;邊界支承條件,根據(jù)具體情況決定;51精選課件ppt2）沉井底板內(nèi)力計(jì)算內(nèi)力可按單跨或多跨板計(jì)算;51精選課件4.3.7沉井抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算可能出現(xiàn)的最高地下水位進(jìn)行驗(yàn)