沉井法施工演示(完整版).ppt

东南大学远程教育 地 下 结 构 工 程 主讲教师 ： 穆保岗 第08章 第8章 沉井基础 n8.1 概述 n8.1.1 沉井基础的特点及其应用范围 n是以沉井法施工的地下结构物和深基础的一种 型式。 n先在地表制作成一个井筒状的结构物（沉井） ，然后在井壁的围护下通过从井内不断挖土， 使沉井在自重作用下逐渐下沉，达到预定设计 标高后，再进行封底，构筑内部结构。 n广泛应用于桥梁、烟囱、水塔的基础； n水泵房、地下油库、水池竖井等深井构 筑物和盾构或顶管的工作井 。 n技术上比较稳妥可靠，挖土量少，对邻 近建筑物的影响比较小，沉井基础埋置 较深，稳定性好，能支承较大的荷载。 8.1.2 沉井的分类 n（1）按下沉环境可分为陆地沉井（包括在浅 水中先筑岛制作的沉井）和浮运沉井； n（2）按沉井构造形式可分为独立沉井和连续 沉井 ； n （3）按沉井平面形式可分为圆形、椭圆形、 正方形、矩形和多边形等；也可分为单孔和多 孔沉井（见图8-1）； n（4）按沉井制作材料可分为混凝土、钢筋混 凝土、钢、砖、石以及组合式沉井等。 沉井按平面形式分类 na圆形单孔沉井；b正方形单孔沉井；c矩形单孔沉井； nd矩形双孔沉井；e椭圆形双孔沉井；f矩形多孔沉井 8.1.3 沉井的设计原则 n结构简单对称，受力合理，施工方便。 n沉井的长短边之比越小越好，以保证下沉 时的稳定性。 n一般沉井应分节制作，每节高度不宜大于 5m。 n沉井底节高度应满足拆除支承时沉井纵向 抗弯要求之外，在松软土层中下沉的沉井 ，底节高度不宜大于0.8b 。 8.1.4 沉井的施工步骤 沉井施工步骤示意图 8.2 沉井构造 n沉井组成： n刃脚、 n井壁、 n内隔墙、 n取土井、 n凹槽、 n封底、 n顶板 1）沉井刃脚：作用在于减少沉井下沉阻力 a混凝土刃脚；b设角钢的刃脚；c尖刃脚 2）井壁主要承担井外水土压力和自重的部分 n设计时通常 先假定井壁 厚度再进行 承载力验算 ； n井壁厚度 n一般为 0.81.5m； n na）、（b）竖直的；（c）、（d）台阶形的； n（e）锥形的；（f）倒锥形的 n图8-5 沉井外壁的形式 3）内隔墙 n加强沉井刚度、缩小外壁计算跨度，同时又 将沉井分成多个取土井，便于掌握挖土位置 以控制下沉的方向 ； n内隔墙的间距一般不大于56m，厚度一般 为0.51.0m。 n一般要求隔墙底高出刃脚底面0.51.0m。 4）取土井 n位置：取土井的平面布置应与中轴线对 称，以利于沉井均匀下沉； n大小：由取土方法而定，采用挖土斗取 土时，应能使挖土斗自由升降，最小边 长不宜小于2.5m。 n处理：以素混凝土、片石混凝土或砌片 填充。 5）凹槽 n为了封底混凝土嵌入井壁，形成整体，使 传至沉井壁上的力能更好地传递给封底混 凝土底面。 n遇到意外困难，还可在凹槽处浇筑钢筋混 凝土盖板，将沉井改为沉箱。 n尺寸：凹槽深约0.150.25m，高约1.0m左 右，其距刃脚底面一般在1.5m以上。 6）射水管组、探测管、气管 和压浆管 n射水管组：压入高压水把井壁四周的土 冲松，以减少摩擦力和端部阻力。 n高压水水压一般不小于0.6MPa，每一水 管的排水量不小于200L/min； n探测管：探测刃脚和隔墙底面下的泥面标高 ，清基射水或破坏沉井正面土层以利下沉； n气管：空气幕下沉沉井 ； n压浆管：埋设压浆管 7）封底 n渗水率小于6mm/min时，排干水后用C15 或C20普通混凝土浇筑； n当井中的渗水率大于6mm/min时，宜采用 导管法浇注C20级水下混凝土封底。 n厚度按其承载力条件计算确定，一般其顶 面应高出凹槽0.5m。 8）顶板 n以混凝土填心的沉井可用素混凝土顶板； n空心或以其他松散料填心的沉井需用钢筋混 凝土顶板，厚度一般为1.02.0m ； n排水下沉的沉井，其顶面在地面或水位以下 时，应设挡土防水墙连接在井壁的顶部。 8.3 沉井结构设计计算 n8.3.1 下沉系数计算 n验算沉井自重是否能克服下沉时土的摩 阻力 ，用下沉系数k表示 ： 表8-1 沉井井壁与土体之间的摩阻力f（kPa） 土的种类粘性土砂性土砂卵 石 砂砾石软土泥浆套 f(kPa)2550122518301520101235 摩擦力分布 n假定从地表到5m深 度范围内，单位摩阻 力按直线规律由零增 加至最大值； n超过深度5m以后取 常数值 8.3.2 沉井底节验算 n刃脚下的支承位置 不断在变，三种情况 ： n1）在排水或无水情 况下下沉沉井 2）对于不排水下沉的沉井 n（1）假定底 节沉井仅支承 于长边的中点 （2）假定底 节沉井支承于 短边的两端点 本讲要点 n了解沉井构造； n掌握下沉系数计算。 n沉井底节验算 8.3.3 沉井井壁计算 n沉井井壁应进行竖直和水平两个方向的 内力计算。 n1）竖直方向 n在沉井的下沉过程中，当沉井被四周土 体箝固着而刃脚下的土已被掏空时，应 验算井壁接缝处的竖向拉应力。 n接缝处：混凝土不承受拉应力而由接缝处 的钢筋承受，此时钢筋的抗拉安全系数可 采用1.25；同时并须验算钢筋的锚固长度 。 n井壁摩阻力可假定沿沉井全高按倒三角形 分布，即在刃脚底面处为零，在地面处为 最大，此时最危险的截面在沉井入土深度 的1/2处 沉井外侧直立时的井壁 受拉计算图 n按公路桥涵地基与基础设计规范， 最大竖向拉力Plmax为此时沉井全部重力 G的1/4，即 n实际工程中，沉井被卡住较为常见，也 出现过被拉裂的沉井 。 n验算建议值 表8-2 沉井竖向拉力计算及其最小配筋率 沉井施工 状态 沉井结构或受其影响建筑物的安全 等级与拉力计算取值 纵向钢筋最小 构造配筋率 一级二级三级 钢筋混凝土最 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 泥浆套中 下沉 0.30G0.25G0.20G 2）水平方向 n根据排水或不排水的情况，沉井井壁在水 压力和土压力等水平荷载作用下，应作为 水平框架验算其水平方向的挠曲。 n（1）验算刃脚根部以上，其高度等于该处 井壁厚度t的一段井壁，依此设置该段的水 平钢筋。 计算简图 Q由刃脚传来的剪力，其值等于求 算刃脚竖直外力时分配于悬臂梁上的水平力（kN/m）。 n（2）其余各段井壁的计算，可按井壁断面 的变化,取每一段中控制设计的井壁（位于每 一段最下端的单位高度）进行计算。 n上部井段按照作用在水平框架上的均布荷载 q=W+E。然后用同样的计算方法，求得水 平框架的最大弯矩M、轴向压力N、剪力Q， 并据此设计水平钢筋。 8.3.4 沉井刃脚验算 n沉井刃脚部分可分别作为悬臂或水平框架验 算其竖向及水平向的弯曲强度。 1）按悬臂梁计算刃脚竖直方向 的挠曲强度 n此时，刃脚根部可以认 为与井壁嵌固，刃脚高 度作为悬臂长度，并可 根据以下两种不利情况 分别计算： n（1）当沉井下沉途中， 刃脚内侧已切入土中深 约1m; n沿井壁的水平方向取一个单位宽度，计算 作用在刃脚上的土压力E和水压力W。 n作用在井壁单位宽度上的摩阻力T，取其 最小值 n刃脚下单位宽度上 土的垂直反力 刃脚斜面上的土反力 联立方程式即可求得V1和V2。 作用在刃脚斜面上的水平反 力U可按下式计算： nU的作用点在距刃脚底面1/3高处。 刃脚重力g按下式计算： n求得作用在刃脚上的所有外力的大小、方向和 作用点之后，即可求算刃脚根部处截面上每单位 周长内（井壁）的轴向压力N、水平剪力Q及对 截面重心轴的弯矩M。并据此计算在刃脚内侧的 钢筋（竖直）数量。 （2）当沉井已沉到设计标高，刃脚 下的土已被掏空，这时刃脚处于向内 挠曲的不利情况， n计算刃脚外侧的土压力和水压力 。 n由于刃脚下的土已被掏空，故刃 脚下的垂直反力Rv和刃脚斜面水平 反力U等于零 n作用在井壁外侧的摩阻力T n刃脚计算时重力g与前面相同 n计算在刃脚外侧的钢筋（竖直） 数量 2）按封闭的水平框架计算刃脚 水平方向的挠曲强度 n作用在刃脚侧面上的水平外力将由悬臂 梁和框架来共同承担。 n分配系数公式如: n悬臂作用 : n框架作用 : 本讲要点 n掌握: n沉井井壁计算 n沉井刃脚验算 8.3.5 沉井封底计算 n封底混凝土在基底反力作用下，将其当 作支承于刃脚斜面及隔墙上的周边支承 板考虑； n支承情况（简支或嵌固）和计算强度在 设计中应视具体情况而定。 1）规定 n（1）封底混凝土应承受基底水和土的向 上反力，此时混凝土的龄期不足，应降低 容许应力； n（2）混凝土填实时，计入井孔内填充物 的重力； n（3）封底混凝土的厚度，一般不宜小于 1.5D； 2）干封底及有关计算 n（a）下有足够厚粘土层； n（b）待底板达到足够强度后方停止降水 n沉井可干封底的情况 （1）沉井刃脚停留在不透水粘 土层中； n不透水粘土层的厚度 ： nA沉井底部面积（m2）； n 土的有效重度（即浮重度）（kN/m3）； n 刃脚下面不透水粘土层厚度（m）； n c粘土的粘聚力（kPa）； n U沉井刃脚踏面内壁周长（m）； n（2）在沉井内设吸水鼓并有良好滤层的 情况下降水，一直降到钢筋混凝土底板 足够承担地下水回升后的水土压力，方 可拆除并封闭降水管，在这种情况下， 可采用干封底。 3）水下封底混凝土的厚度计算 封底要求是： n（1）按最不利情况混凝土厚 度 ：即在沉井封底后，将井 内水排干，在钢筋混凝土底板 尚未施工前 。 n（2）水下封底混凝土最好不 让其中出现拉应力。分配线相 交于素混凝土封底上，可以认 为不承受拉应力。 n中央锅底挖深可形成倒拱。 若出现拉应力，计算方法： n注意计算跨度； n周边简支支承的圆板在承受均匀荷载 时，可计算板中心的最大弯矩值： n周边简支支承的双向板在承受均布荷 载时，计算跨中弯矩Mx和My： 简支支承双向板计算简图 n求出弯矩值后，封底混凝土的厚度 n 考虑封底混凝土因与井底泥土掺混需要增加 的厚度，宜取0.30.5m；若基底采取铺块石或碎石灌 浆抹平处理后再封底，可不考虑此增加值。 封底混凝土剪应力计算 n应加大封底混凝土的 抗剪面积。 n如在井壁和隔墙内设 置凹槽等。 8.3.6 沉井底板计算 n1）底板荷载计算 nA：沉井结构的最大自重除以沉井外围 n底面积的商，不计井壁侧面摩阻力。 nB：假定水压力全部由钢筋混凝土底板承受。 n土反力和水压力中数值较大者 2）沉井底板内力计算 n内力可按单跨或多跨板计算 ; n边界支承条件 ,根据具体情况决定 ; 8.3.7 沉井抗浮稳定验算 n可能出现的最高地下水位进行验算 ,一般 的沉井依靠自重获得抗浮稳定。 n在不计井壁摩阻力的情况下，抗浮稳定 验算公式为： 8.3.8 沉井下沉对周围环境的 影响 n 1）影响范围的确定 n采用土坡稳定计算方法乘以重要性系数 n 影响范围内建筑物安全等级的重 要性系数 表8-4 沉井下沉影响范围内建筑物安全等级的重要性系数 重要性系数 建筑物安全等级一级二级三级 2.52.01.8 2）减少沉井对周围土体破坏 的措施 n（1）增大沉井的下沉系数; n