沉井基礎一級建造師講義PPT

1、沉井基礎內(nèi)蒙古科技大學建筑與土木工程學院巖土工程教研組沉井平面長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。(列世界第的美國費雷澤諾橋的沉井體積為15萬立方米)9.1 概述 一、認識沉井江陰長江公路大橋北錨沉井1.工程 應用大型鋼殼沉井 過黃浦江倒虹管沉井寶山鋼鐵廠取水泵房工程 應用范圍 橋墩、錨碇、礦用豎井、地下泵房、水池、油庫、地下設備基礎、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計標高，然后經(jīng)過混凝土封底并填塞孔，最后成為結(jié)構(gòu)物基礎的井筒狀結(jié)構(gòu)。2. 沉井的定義3. 沉井基礎的特點 (1)埋置深度大，整體性強、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，又可作施工時的擋土和擋水圍堰結(jié)構(gòu)物； (3)施工時對鄰近建筑物影響較??； (4)內(nèi)部空間可進一步利用。4. 沉井的缺點 (1)施工工期較長； (2)施工技術要求高； (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：單孔、雙孔、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。 預埋射水管下沉困難時減阻。 封底（底板）沉井下沉到設計標高，經(jīng)檢驗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. 設計計算的主要構(gòu)件 a）直壁式 b）臺級式刃腳井壁底梁和框架 當不能設置內(nèi)隔墻而沉井又較大時，常常在沉井底部增設底梁或因沉井過高，常常在沉井不同高度處設置縱橫梁構(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鋼殼沉井施工 沉井基礎 一、組成及作用 沉井基礎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計高程，經(jīng)混凝土封底填塞井孔后，使整個筒體成為一個支墩。沉井基礎 二、特點 (1) 埋深大； (2) 整體性好； (3) 承載力高； (4)

5、對鄰近建筑物影響小； (5) 充分利用地下空間等特點； (6) 施工時具有擋水或擋土等作用； 但施工工期較長，沉井下沉遇障或遇流砂等都會給施工帶來困難。 沉井基礎 三、應用 工程中，遇到下列情況時考慮采用沉井基礎： （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，采用擴大基礎施工圍堰有困難。 （4）在已有的淺基礎鄰近修建深埋的設備基礎時，為避免基坑開挖對已有的基礎產(chǎn)生影響等情況。沉井基礎 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 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 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) 浮運沉井是在深水地區(qū)筑島有困難或有礙 通航時，可在岸邊制作沉井，再浮運就位 后下沉的沉井。沉井基礎 五、沉井基礎的基本構(gòu)造 沉井的輪廓尺寸其上部的墩（臺）底部的形狀尺寸決定，其長、短邊之比應不大于 3。 沉井頂面的尺寸通常為墩（臺）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。沉井基礎沉井基礎蓋板井壁凹槽刃腳封底隔墻沉井基礎六、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。沉井基礎沉井基礎 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設計位置后，再行糾偏扶正 。沉井基礎 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；將井壁設計成臺階式；設置管道，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、強度等級不低于C15。 井 壁沉井基礎 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，混凝土強度等級宜在C20及上。 刃 腳沉井基礎 凹槽設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 隔墻是為減小井壁的跨距，加強沉井的剛度，同時便于掌握挖土、控制沉井下沉和糾偏設置的。 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，有時還在隔墻下端設置人孔，以便工作人員在井孔中活動。 隔墻沉井基礎 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）及上部結(jié)構(gòu)的全部荷載。 封底是在沉井下沉達到設計高程并經(jīng)清理后以混凝土澆筑的，其強度等級一般不低于C15，（巖石地基可用C15,一般地基用C20），厚度應從刃腳下0.5m處到凹槽的上端。 板的構(gòu)造要求及計算按承受均布的雙向板來考慮。 封底和頂蓋板沉井基礎9.3 沉井的設計與計算 沉井是深基礎的一種類型，沉井在施工完畢后，由 于它本身就是結(jié)構(gòu)物的基礎，就應按基礎的要求進行各項驗算；但在施工過程中，沉井是擋土、擋水的結(jié)構(gòu)物，因而還要對沉井本身進行結(jié)構(gòu)設計和計算 。 沉井作為整體深基礎設計主要是根據(jù)上部結(jié)構(gòu)特點、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，然后進行沉井基礎的計算。 沉井基礎的計算，根據(jù)它的埋置深度可用兩種不同的計算方法。一、沉井作為整體深基礎的設計與計算 當沉井埋置深度在最大沖刷線以下較淺僅數(shù)米時，這時可以不考慮基礎側(cè)面土的橫向抗力影響，而按淺基礎設 計計算規(guī)定，分別驗算 地基強度、沉井基礎的穩(wěn) 定性和沉降，使它符合容許值的要求； 當沉井基礎埋置深度較大時，由于埋置在土體內(nèi)較深，不可忽略沉井周圍土體對沉井的約束作用，因此在驗算地基應力、變形及穩(wěn)定性時，需要考慮 基礎側(cè)面土體彈性抗力的影響。 假定沉井基礎在橫向外力作用下只能發(fā)生轉(zhuǎn)動而無撓曲變形。因此，可按剛性樁

12、計算內(nèi)力和土抗力，即相當于“m” 法中 h 2.5 的情況。 下面具體討論這種計算方法。（一）非巖石地基上沉井基礎的計算 沉井基礎受到水平力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點轉(zhuǎn)動一 角，地面下深度 z處沉井基礎產(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。 基礎底面處的壓應力，考慮到該水平面上的豎向地

13、基 系數(shù)C0不變，故壓應力圖形與基礎豎向位移圖相似。 式中 : C0不得小于10m0，d為基底寬度或直徑。 X0 M0 在上述三個公式中，有兩個未知數(shù) z0和 ，要求解其值，可建立兩個平衡方程式，即 式中：W為基底的截面模量。 求得z0、（tan），進而求得 當有豎向荷載N及水平力H同時作用時，則基底邊緣處的壓應力為： 式中: A0基礎底面積。 離地面或最大沖刷線以下 z 深度處基礎截面上的彎矩 可以認為基底不產(chǎn)生水平位移，則基礎的旋轉(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力為

14、： （二）基底嵌入基巖內(nèi)的沉井 上述公式中只有一個未知數(shù)，故只需建立一個彎矩平衡方程便可解出值 。 由彎矩平衡方程MA0便可解出值 ，進一步求得： 式中：基底邊緣處的應力為：再根據(jù)X0，可求出嵌入處未知的水平阻力 P （三）驗算 基底計算最大壓應力不應超過沉井底面處地基土的設計承載力h。即: max h 1. 基底應力驗算 橫向計算z x值應小于沉井周圍土的極限抗力值。 極限抗力值計算方法： 當基礎在外力作用下產(chǎn)生位移時，在深度z處基礎一側(cè)產(chǎn)生主動土壓力強度pa，而被擠壓一側(cè)土就受到被動土壓力強度pP，故其極限抗力，以土壓力表達為 z x pp-pa2. 橫向抗力驗算 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: 相應于z=h/3深度處的土橫向抗力； 相應于z=h深度處的土橫向抗力； h基礎的埋置深度； 基礎在水平力和力矩作用下，墩臺頂面會產(chǎn)生 水平位移。 由地面處的水平位移z0 tg ，地面到墩臺頂范圍h2內(nèi)的水平位移h2 tg ，在h2范圍內(nèi)墩臺身彈性撓曲變形引起的墩臺頂水平位移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， 對于拱橋1=0.7； 2考慮恒載對基礎底面重心所產(chǎn)生的彎矩 Mg 在總彎矩M中所占百分比的系數(shù)，即 3.

16、墩臺頂面水平位移驗算 現(xiàn)行橋梁規(guī)范中規(guī)定：墩臺頂面的水平位移應符合下列要求： 式中：L相鄰跨中最小跨的跨度(m)， 當跨度L 25m時，L按25m計算。 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，驗算在沉井施工下沉時，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應為：式中:G 沉井在各種施工階段時的總自重，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)在施工過程中應主要

17、進行下列驗算。 二、沉井的結(jié)構(gòu)設計（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，而且應跟蹤整個下沉過程中K1值的變化規(guī)律。如：沉井在軟弱土層中接高時有突沉可能，應根據(jù)施工情況進行下沉穩(wěn)定驗算：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。 當沉井沉到設計標高，在進行封底并抽除井內(nèi)積水后， 而內(nèi)部結(jié)構(gòu)及設備尚未安裝，井外按各個時期出

18、現(xiàn) 的最高地下水位驗算沉井的抗浮穩(wěn)定： 式中：K2 抗浮安全系數(shù)，一般取1.051.1。 在不計井壁摩阻力時，可取1.05。 B 封底后沉井所受的總浮力，kN；（二）刃腳計算 沉井刃腳相當于是三面固定，一面自由的雙向板。 簡化計算：1.可看作固著在刃腳根部處的懸臂梁，梁長等于井壁刃 腳斜面部分的高度；2.刃腳又可看作為一個封閉的水平框架。 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，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。 （三）井壁計算1. 豎向撓曲計算（沉井抽承墊木時計算）2. 沉井均布豎向拉力計算（井壁豎直鋼筋驗算）3. 沉井井壁水平應力計算（井壁水平鋼筋計算）（四）封底混凝土的厚度計算 沉井底板可按均布荷載作用下的鉸支承板設計，在計算該均布荷載時，不計沉井均布摩阻力。市政施工視頻 備考13年一二級建造師 市政 必備參考資料http:/item.h