地下結(jié)構(gòu)工程--沉井基礎(chǔ).ppt

,地 下 結(jié) 構(gòu) 工 程,第8章 沉井基礎(chǔ),8.1 概述 8.1.1 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(guò)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)。,廣泛應(yīng)用于橋梁、煙囪、水塔的基礎(chǔ)； 水泵房、地下油庫(kù)、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。,8.1.2 沉井的分類(lèi),（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(jiàn)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。,沉井按平面形式分類(lèi),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,8.1.3 沉井的設(shè)計(jì)原則,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單對(duì)稱(chēng)，受力合理，施工方便。 沉井的長(zhǎng)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(mǎn)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 。,8.1.4 沉井的施工步驟,沉井施工步驟示意圖,8.2 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,1）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,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0.81.5m；,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,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56m，厚度一般為0.51.0m。 一般要求隔墻底高出刃腳底面0.51.0m。,4）取土井,位置：取土井的平面布置應(yīng)與中軸線(xiàn)對(duì)稱(chēng)，以利于沉井均勻下沉； 大?。河扇⊥练椒ǘǎ捎猛谕炼啡⊥?xí)r，應(yīng)能使挖土斗自由升降，最小邊長(zhǎng)不宜小于2.5m。 處理：以素混凝土、片石混凝土或砌片填充。,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0.150.25m，高約1.0m左右，其距刃腳底面一般在1.5m以上。,6）射水管組、探測(cè)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(cè)管：探測(cè)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,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。,8）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1.02.0m ； 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。,8.3 沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算,8.3.1 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）,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(xiàn)規(guī)律由零增加至最大值； 超過(guò)深度5m以后取常數(shù)值,8.3.2 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(wú)水情況下下沉沉井,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(zhǎng)邊的中點(diǎn)（2）假定底節(jié)沉井支承于短邊的兩端點(diǎn),本講要點(diǎn),了解沉井構(gòu)造； 掌握下沉系數(shù)計(jì)算。 沉井底節(jié)驗(yàn)算,8.3.3 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(guò)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。,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(zhǎng)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,沉井外側(cè)直立時(shí)的井壁 受拉計(jì)算圖,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(jiàn)，也出現(xiàn)過(guò)被拉裂的沉井 。,驗(yàn)算建議值,表8-2 沉井豎向拉力計(jì)算及其最小配筋率,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。,計(jì)算簡(jiǎn)圖,Q由刃腳傳來(lái)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）。,（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。,8.3.4 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。,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(zhǎng)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;,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。 作用在井壁單位寬度上的摩阻力T，取其最小值,刃腳下單位寬度上土的垂直反力,刃腳斜面上的土反力,聯(lián)立方程式即可求得V1和V2。,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。,刃腳重力g按下式計(jì)算：,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(zhǎng)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。,（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，,計(jì)算刃腳外側(cè)的土壓力和水壓力。 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 作用在井壁外側(cè)的摩阻力T 刃腳計(jì)算時(shí)重力g與前面相同 計(jì)算在刃腳外側(cè)的鋼筋（豎直）數(shù)量,2）按封閉的水平框架計(jì)算刃腳水平方向的撓曲強(qiáng)度,作用在刃腳側(cè)面上的水平外力將由懸臂梁和框架來(lái)共同承擔(dān)。 分配系數(shù)公式如: 懸臂作用 : 框架作用 :,本講要點(diǎn),掌握: 沉井井壁計(jì)算 沉井刃腳驗(yàn)算,8.3.5 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(jiǎn)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。,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；,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,（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(zhǎng)（m）；,（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。,3）水下封底混凝土的厚度計(jì)算,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(xiàn)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。,若出現(xiàn)拉應(yīng)力，計(jì)算方法：,注意計(jì)算跨度； 周邊簡(jiǎn)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： 周邊簡(jiǎn)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：,簡(jiǎn)支支承雙向板計(jì)算簡(jiǎn)圖,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0.30.5m；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。,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。,8.3.6 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,2）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 ;,8.3.7 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)算 ,一般的沉井依靠自重獲得抗浮穩(wěn)定。 在不計(jì)井壁摩阻力的情況下，抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算公式為：,8.3.8 沉井下沉對(duì)周?chē)h(huán)境的影響,1）影響范圍的確定 采用土坡穩(wěn)定計(jì)算方法乘以重要性系數(shù) 影響范圍內(nèi)建筑物安全等級(jí)的重要性系數(shù),表8-4 沉井下沉影響范圍內(nèi)建筑物安全等級(jí)的重要性系數(shù),重要性系數(shù),2）減少沉井對(duì)周?chē)馏w破壞的措施,（1）增大沉井的下沉系數(shù); 使沉井刃腳插入土中0.5-