沉井基礎(chǔ)的設(shè)計與觀測

第11章沉井基礎(chǔ)11.4沉井的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算11.3沉井的下沉阻力11.2沉井的分類、組成及其施工方法11.1引言UndergroundStructureEngineeringChapter611.5沉井的封底計算11.6南京長江四橋北錨碇沉井的下沉記錄定義:依靠自身重力克服井壁摩阻力后下沉到設(shè)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(chǔ)的井筒狀結(jié)構(gòu)。11.1引言沉井最早的且有確切記錄的是1738年，瑞士工程師查爾斯

拉貝雷（CharlesLabelye）在拉姆比斯（Lambeth）和威斯敏斯特（Westminster）之間的泰晤士河（ThameS）上建造橋梁時，采用了80英尺長、30英尺寬、16英尺深的木沉井。我國近現(xiàn)代最早應(yīng)用沉井技術(shù)施工的成功實例出現(xiàn)在1894年2月，由詹天佑親自主持修筑的天津灤河大橋，該橋采用了氣壓沉箱法施工取得了成功。此后是20世紀30年代由我國著名橋梁專家茅以升主持設(shè)計建造的錢塘江大橋。沉井基礎(chǔ)的特點

(1)沉井結(jié)構(gòu)截面尺寸和剛度大，承載力高，內(nèi)部空間可以利用,可用于很深的地下工程的施工；(2)沉井施工不需要復雜的機械設(shè)備，在排水和不排水情況下，均能施工；(3)可用于各種復雜地形、地質(zhì)和場地狹窄條件下的施工，對鄰近建筑物影響較小，甚至不影響；(4)當沉井尺寸較大時，在制作和下沉過程中，均能采用機械化施工；(5)可在地下水很豐富、土的滲透系數(shù)大，難以將地下水排開，地下有流砂或有其它有害的土層情況下施工；(6)與大開挖施工相比，可大大減少挖、運、回填土方量，加快施工進度，降低施工費用。沉井的缺點或難點

(1)施工工期較長；

(2)施工技術(shù)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。（“突沉或超沉”，“拒沉”）項目平面尺寸(m)深度(m)終沉時間江陰長江大橋北錨碇沉井69.2×51.258.01997.05泰州長江大橋南錨碇沉井68.3×52.441.02008.12泰州長江大橋北錨碇沉井68.3×52.457.02009.04南京長江四橋北錨碇沉井69.0×58.052.82009.12馬鞍山長江大橋北錨碇沉井60.6×55.841.02010.12馬鞍山長江大橋南錨碇沉井60.6×55.848.02011.02重要的工程實例：

橋梁、水電工程、市政工程

江陰長江大橋金沙江向家壩水電站蘇通大橋（備選方案）承受640000kN和270000kN水平力沉井平面長69米，寬51米，下沉深度為（8+10*5）58米，體積20.4萬立方米,列世界最大沉井。(列世界第２的美國費雷澤諾橋的沉井體積為15萬立方米)江陰長江公路大橋北錨沉井：1385向家壩水電電站沉井群群1#～10＃沉井依次次沿一期土土石圍堰成成“L”型錯開布置置（相鄰井井間距@2m。每個沉井內(nèi)內(nèi)分6格，井間距距2m，井格凈空空平面尺寸寸為5.2m×5.6m（含40cm×40cm的倒角），，外墻厚2m，隔墻厚1.6m。最高9＃沉井高度度達57.4m，下沉深度度最深的為為10＃井，達60m；各沉井底底部設(shè)計要要求進入巖巖層不小于于0.5m，由于沉井井底部基巖巖左低右高高、上游低低下游高，，同一橫剖剖面基巖高高度大，最最深入巖7m。蘇通長江大大橋，主跨跨1088米斜拉橋橋世界第一蘇通大橋基基礎(chǔ)備選方方案（立面面）考慮到施工工組織難度度實際方案：：主塔基礎(chǔ)礎(chǔ)?？谑兰o大大橋海口世紀大大橋沉井井鋼殼----準備起吊?？谑兰o大大橋沉井井鋼殼沉井鋼沉井沉井鋼水下著床定定位，灌水水下沉就位某大型鋼殼殼沉井

11.2沉井的分類類、組成和和施工方法法11.2.1沉井的類型型（1）按下沉環(huán)境可分為陸地地沉井（包包括在淺水水中先筑島島制作的沉沉井）和浮浮運沉井；；（2）按沉井構(gòu)造形形式可分為獨立立沉井和連連續(xù)沉井；；（3）按沉井平面形形式可分為圓形形、橢圓形形、正方形形、矩形和和多邊形等等；也可分分為單孔和和多孔沉井井（見圖8-1）；（4）按沉井制作材材料可分為混凝土、鋼鋼筋混凝土土、鋼、磚、、石以及組組合式沉井井等。1.按沉井橫截截面形狀分分類(1)單孔沉井(2)單排孔沉井井(3)多排孔沉井井2.按沉井豎直直截面形狀狀分類(1)柱形沉井(2)階梯形沉井井(3)錐形沉井沉井按平面面形式分類類a—圓形單孔沉沉井；b—正方形單孔孔沉井；c—矩形單孔沉沉井；d—矩形雙孔沉沉井；e—橢圓形雙孔孔沉井；f—矩形多孔沉沉井實際沉井中中周邊一般般為圓弧形形沉井的豎直直剖面形式式(a)柱形沉井；；(b)階梯形沉井井；(c)錐形沉井新型根式沉井傳統(tǒng)沉井施施工難度大大，(60m××50m)小沉井施工工容易9＃沉井1＃沉井5＃沉井一期圍堰排水管線橋梁基礎(chǔ)錨錠基礎(chǔ)小沉井沉到到位后，水水平向頂入入根鍵根式沉井基基礎(chǔ)立面根式沉井基基礎(chǔ)橫斷面面根鍵立面布布置示意圖圖井壁11.2.2沉井結(jié)構(gòu)組組成沉井組成：：刃腳、井壁、內(nèi)隔墻、取土井、凹槽、封底、頂板301）沉井刃腳：作用在于減減少沉井下下沉阻力a—混凝土刃腳腳；b—設(shè)角鋼的刃刃腳；c—尖刃腳磚胎模放置置刃腳巖層或孤石石：爆破2）井壁-主要承擔井井外水土壓壓力和自重重的部分設(shè)計時通常常先假定井井壁厚度再再進行承載載力驗算；；井壁厚度一一般為0.8~1.5m；a）、（b）豎直的；；（c）、（d）臺階形的的；（e）錐形的；；（f）倒錐形的的圖8-5沉井外壁的的形式353）內(nèi)隔墻加強沉井剛剛度、縮小外壁壁計算跨度度，同時又又將沉井分分成多個取取土井，便便于掌握挖挖土位置以以控制下沉沉的方向；；內(nèi)隔墻的間間距一般不不大于5~6m，厚度一般般為0.5~1.0m。一般要求隔隔墻底高出出刃腳底面面0.5~1.0m。4）取土井位置：取土土井的平面面布置應(yīng)與與中軸線對對稱，以利利于沉井均均勻下沉；；大?。河扇∪⊥练椒ǘ?，采用用挖土斗取取土時，應(yīng)應(yīng)能使挖土土斗自由升升降，最小小邊長不宜宜小于2.5m。處理：以素混凝土土、片石混混凝土或砌砌片填充。。井內(nèi)挖機及及排水泵鍋底狀”開開挖5）凹槽為了封底混凝土土嵌入井壁壁，形成整整體，使傳至沉沉井壁上的的力能更好好地傳遞給給封底混凝凝土底面。。遇到意外困難，還可可在凹槽處處澆筑鋼筋筋混凝土蓋蓋板，將沉沉井改為沉沉箱。尺寸：：凹槽槽深約約0.15~0.25m，高約約1.0m左右，，其距距刃腳腳底面面一般般在1.5m以上。。6)射水管管組、、探測測管、、氣管管和壓壓漿管管射水管管組：壓入入高壓壓水把把井壁壁四周周的土土沖松松，以以減少少摩擦擦力和和端部部阻力力。高壓水水水壓壓一般般不小小于0.6MPa，每一一水管管的排排水量量不小小于200L/min；探測管管：探測測刃腳腳和隔隔墻底底面下下的泥泥面標標高，，清基基射水水或破破壞沉沉井正正面土土層以以利下下沉;壓漿管管：埋設(shè)設(shè)壓漿漿管;氣管：空氣氣幕下下沉沉沉井;泥漿套套助沉沉安裝泥泥漿槽槽空氣幕幕沉井井壓氣氣系統(tǒng)1-壓縮空氣機；2-貯氣筒；3-輸氣管路；4-沉井；5-豎管；6-水平噴氣管；7-氣斗；8-噴氣孔

（a）空氣氣幕氣氣龕空氣幕幕氣龕龕及防防堵設(shè)設(shè)置示示意圖圖（單單位：：mm）空氣幕幕下沉沉：氣氣龕注水檢檢查通通氣管管路7）封底底滲水率率小于6mm/min時，排排干水水后用用C15或C20普通混混凝土土澆筑筑；當井中中的滲滲水率率大于于6mm/min時，宜宜采用用導管管法澆澆注C20級水下下混凝凝土封封底。。厚度按按其承承載力力條件件計算算確定定，一一般其其頂面面應(yīng)高高出凹凹槽0.5m。8）頂板板以混凝凝土填心的沉井井可用用素混混凝土土頂板板；空心或以其其他松松散料料填心心的沉沉井需需用鋼鋼筋混混凝土土頂板板，厚厚度一一般為為1.0~2.0m；排水下下沉的的沉井井，其頂頂面在在地面面或水水位以以下時時，應(yīng)應(yīng)設(shè)擋擋土防防水墻墻連接接在井井壁的的頂部部。寶山鋼鋼鐵廠廠取水水泵房房sgdu.m2p沉井基基本施施工工工序為為：首先制制作沉沉井底底節(jié)，，刃腳腳;下沉，，逐節(jié)節(jié)接高高；混凝土土封底底(填充)，建沉沉井頂頂蓋;修建墩墩臺身身。下沉時時，為為了減減少沉沉井側(cè)側(cè)壁和和土壤壤之間間的摩摩阻力力，可可以采采用吸泥不不排水水、排排水下下沉、、泥漿漿潤滑滑套、、壁后后壓氣氣等方方法。。11.2.3沉井的的施工工步驟驟沉井施施工步步驟示示意圖圖沉井下下沉施施工方方案基礎(chǔ)施施工流流程沉井下下沉施施工方方案基礎(chǔ)施施工流流程沉井下下沉施施工方方案基礎(chǔ)施施工流流程沉井下下沉施施工方方案基礎(chǔ)施施工流流程1）.吸泥不不排水水沉井井法通過特特制的的鉆吸吸機組組，在在水中中用高高壓水水沖結(jié)結(jié)合潛潛水鉆鉆破土土、真真空吸吸泥相相配合合的方方法，，對土土體的的切削削破碎碎以及及同時時完成成排泥泥工作作，從從而使使沉井井下沉沉到達達設(shè)計計標高高。該法適適用于于穿過過的地地層為為較厚厚的亞亞砂土土或粉粉砂層層，且且含水水量很很大(含水量量為30%～40%)的土層層時，，或附附近水水源補補給豐豐富，，沉井井下面面的土土層不不穩(wěn)定定，容容易出出現(xiàn)流流砂或或涌土土的土土層地地段。。2）.排水下下沉沉沉井法法在沉井井基坑坑四周周設(shè)置置一定定數(shù)量量降水水用的的集水水井，，通過過水泵泵將沉沉井內(nèi)內(nèi)與集集水井井將水水排到到排水水溝或或排水水管道道，通通過挖挖掘機機等取取土機機械將將土挖挖運，，同時時沉井井在自自重作作用下下，下下沉到到達設(shè)設(shè)計標標高。。大型沉沉井的的下沉沉深度度較深深，一一般而而言普普遍采采用的的是前期排排水下下沉，，后期期不排排水下下沉的的綜合合方案案。常見排排水下下沉時時的開開挖方方式有有“大鍋鍋底””開挖挖和分分區(qū)開開挖，，前者呈呈放射射狀的的從內(nèi)內(nèi)部向向外開開挖，，后者者則是是分成成4-6個小鍋鍋底開開挖。。在不不排水水下沉沉期間間，沉沉井的的安全全性能能有所所保障障，則則一般般采用用““大鍋鍋底開開挖””。(a)大鍋底底開挖挖(b)分區(qū)開開挖E:\地下結(jié)結(jié)構(gòu)課課件2012\ziliao\00012.MTSE:\地下結(jié)結(jié)構(gòu)課課件2012\ziliao\000111.MTS3）.泥漿潤潤滑套套沉井井法泥漿潤潤滑套套是把把配置置的泥泥漿灌灌注在在沉井井井壁壁周圍圍，形形成井井壁與與泥漿漿接觸觸。一一般采采用的的泥漿漿配合合比(重量比比)為粘土土35%～45%，55%～65%，另加加分散散劑碳碳酸鈉鈉0.4%～0.6%，其中中粘土土或粉粉質(zhì)粘粘土要要求塑塑性指指數(shù)不不小于于15，含砂砂率小小于6%。這種種泥漿漿對沉沉井壁壁起潤潤滑作作用，，它與與井壁壁間摩摩阻力力僅3～5kPa，大大大降低了了井壁壁摩阻阻力，因而而可以以提高高沉井井下沉沉的施施工效效率，，加大大沉井井的下下沉深深度。。4）.空氣幕幕助沉沉法空氣幕幕助沉沉法也也是減減少下下沉時時井壁壁摩阻阻力的的有效效方法法。通通過在在沉井井井壁壁內(nèi)預預設(shè)管管路和和氣龕龕，向向管路路內(nèi)注注入壓壓縮空空氣，，沿管管路通通過氣氣龕向向沉井井壁外外噴射射，氣氣流沿沿噴氣氣孔射射出再再沿沉沉井外外壁上上升，，形成成一層層空氣氣帷幕幕，使使井壁壁周圍圍土松松動，，進而而減少少井壁壁摩阻阻力，，促使使沉井井順利利下沉沉。泰州橋橋錨錠錠動畫畫.m2p空氣幕幕使用用后氣氣泡形形成的的痕跡跡E:\地下結(jié)結(jié)構(gòu)課課件2012\ziliao\空氣幕幕作用用視頻頻.MTS空氣幕幕拆模模后效效果氣龕頂管工工程工工具具井第一節(jié)節(jié)施工工：沉井鋼鋼筋,注意下下方刃刃腳鋼鋼筋后續(xù)井井模板板65沉井“軟眼”安裝：：隧道道、頂頂管澆注混混凝土土下沉到到位后后的沉沉井11.3沉井的的下沉沉阻力力11.3.1刃腳反反力的的計算算根據(jù)刃刃腳反反力分分析法法，為為保證證沉井井順利利下沉沉，作作用在在刃腳腳上的的平均均壓力力應(yīng)等等于或或略大大于刃刃腳下下土體體的極極限承承載力力。11.3.2側(cè)摩阻阻力的的計算算摩擦力力分布布(a)井壁外外側(cè)直直壁式式(b)井壁外外側(cè)階階梯式式實際真真實側(cè)側(cè)摩分分布比比較復復雜為一實實測結(jié)結(jié)果11.3.3下沉系系數(shù)和和穩(wěn)定定系數(shù)數(shù)計算算下沉系系數(shù)驗算沉沉井自自重是是否能能克服服下沉沉時土土的摩摩阻力力，，用下下沉系系數(shù)k表示：：表8-1沉井井井壁與與土體體之間間的摩摩阻力力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)25~5012~2518~3015~2010~123~5下沉穩(wěn)穩(wěn)定驗驗算在下沉沉過程程中，，構(gòu)成成K1的分子子和分分母不不斷變變化，，因此此不僅僅要確確定最最終狀狀態(tài)下下，而而且應(yīng)應(yīng)跟蹤蹤整個個下沉沉過程程中K1值的變變化規(guī)規(guī)律。如：：沉井井在軟軟弱土土層中中接高高時有有突沉沉可能能，應(yīng)應(yīng)根據(jù)據(jù)施工工情況況進行行：式中——下沉穩(wěn)穩(wěn)定系系數(shù)，，一般般取0.8～0.9。R1——刃腳踏踏面及及斜面面下土土的支支承力力，kN；R2——隔墻和和底梁梁下土土的支支承力力，kN。沉井的的設(shè)計計原則則結(jié)構(gòu)簡單對對稱，，受力合理，，施工方便。。沉井的的長短邊邊之比比越小越越好，，以保保證下下沉時時的穩(wěn)穩(wěn)定性性。一般沉沉井應(yīng)應(yīng)分節(jié)制制作，每節(jié)高度不宜大大于5m。沉井底節(jié)高度應(yīng)滿足拆除支承時時沉井縱向抗彎要要求之外，在松軟軟土層中下沉的沉沉井，底節(jié)高度不不宜大于0.8b。11.4沉井的結(jié)構(gòu)設(shè)計計計算沉井是深基礎(chǔ)的一一種類型，沉井在在施工完畢后，由由于它本身就是結(jié)結(jié)構(gòu)物的基礎(chǔ)，就就應(yīng)按基礎(chǔ)的要求求進行各項驗算；；但在施工過程中，，沉井是擋土、擋擋水的結(jié)構(gòu)物，因因而還要對沉井本本身進行結(jié)構(gòu)設(shè)計計和計算。地基承載力計算F+G≤Rj+RfF——沉井頂面處作用的的荷載，kN；G——沉井的自重，kN；Rj——沉井底部地基土的的總反力，kN；Rf——沉井側(cè)面的總摩阻阻力，kN。沉井底部地基土的的總反力RjRj=fA沉井側(cè)面的總摩阻阻力Rf=U(h-2.5)q0q0——單位面積摩阻力加加權(quán)平均值，q0=∑qihi/∑hi，kPa；某頂管工程，出發(fā)發(fā)井采用矩形鋼筋筋混凝土沉井，沉沉井平面尺寸和沉沉井周圍土體參數(shù)數(shù)如圖所示，每節(jié)節(jié)沉井高度均為5米，原計劃下沉20米；（1）試計算該沉井能否否順利下沉?（2）若不能順利下沉，，可采用何種手段段輔助實現(xiàn)下沉?）11.4.1沉井底節(jié)驗算刃腳下的支承位置置不斷在變，三三種情況：1）在排水或無水情況況下下沉沉井81底節(jié)沉井在墊木抽抽除及挖土下沉過過程中，在井壁自自重作用下將產(chǎn)生生撓曲變形（1）排水挖土下沉能控制支承點的位位置選擇最有利的支點點位置，使跨中彎矩=支座彎矩井壁受力：承受均均勻荷載的簡支梁梁矩形、圓端形沉井井：長邊，間距0.7L圓形沉井：圓周四四分點（2）不排水挖土下沉沉支承點的位置難控控制選擇沉井下沉過程程中最不利情況驗驗算矩形、圓端形沉井井：圓形沉井：兩支點點位于一直徑上a.支點位于長邊中點點b.支點位于四個角點點驗算截面：長邊跨中附近最最小截面2）對于不排水下沉的沉井（1）假定底節(jié)沉井僅僅支承于長邊的中中點（2）假定底節(jié)沉井支支承于短邊的兩端端點8411.4.2沉井井壁計算沉井井壁應(yīng)進行豎直和水平兩個方方向的內(nèi)力計算。1）豎直方向在沉井的下沉過程程中，當沉井被四四周土體箝固著而而刃腳下的土已被被掏空時，應(yīng)驗算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)應(yīng)力而由接縫處的的鋼筋承受，此時鋼筋的抗拉安安全系數(shù)可采用1.25；同時并須驗算鋼鋼筋的錨固長度。。井壁摩阻力可假定沿沉井全高高按倒三角形分布布，即在刃腳底面面處為零，在地面面處為最大，此時時最危險的截面在在沉井入土深度的的1/2處沉井外側(cè)直立時的的井壁受拉計算圖圖按《公路橋涵地基與基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》，最大豎向拉力Plmax一般取沉井全部部重力G的1/4，即實際工程中，沉井被卡住較為常見，也出現(xiàn)現(xiàn)過被拉裂的沉井井。驗算建議值表8-2沉井豎向拉力計算算及其最小配筋率率沉井施工狀態(tài)沉井結(jié)構(gòu)或受其影響建筑物的安全等級與拉力計算取值縱向鋼筋最小構(gòu)造配筋率一級二級三級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0.30G0.25G0.20G2）水平方向根據(jù)排水或不排水水的情況，沉井井井壁在水壓力和土土壓力等水平荷載載作用下，應(yīng)作為為水平框架驗算其其水平方向的撓曲曲。（1）驗算刃腳根部以上，其其高度等于該處井井壁厚度t的一段井壁，依此設(shè)置該段的的水平鋼筋。計算簡圖Q——由刃腳傳來的剪力力，其值等于求算刃腳豎直外力時時分配于懸臂梁上上的水平力（kN/m）。（2）其余各段井壁的計算，可按井壁壁斷面的變化,取每一段中控制設(shè)設(shè)計的井壁（位于于每一段最下端的單單位高度）進行計算。上部井段按照作用在水平框架上上的均布荷載q=W+E。然后用同樣的計計算方法，求得水水平框架的最大彎彎矩M、軸向壓力N、剪力Q，并據(jù)此設(shè)計水平平鋼筋。11.4.3沉井刃腳驗算沉井刃腳部分可分分別作為懸臂或水平框框架驗算其豎向及水平平向的彎曲強度。。931）按懸臂梁計算刃腳豎直方向的撓撓曲強度此時，刃腳根部可以認為為與井壁嵌固，刃腳高度作為懸臂臂長度，并可根據(jù)以下兩兩種不利情況分別別計算：（1）當沉井下沉途中中，刃腳內(nèi)側(cè)已切入土土中深約1m;94①沿井壁的水平方向向取一個單位寬度度，計算作用在刃刃腳上的土壓力E和水壓力W。②作用在井壁單位位寬度上的摩阻力力T，取其最小值③刃腳下單位寬度上上土的垂直反力刃腳斜面上的土反反力聯(lián)立方程式即可求求得V1和V2。④作用在刃腳斜面上上的水平反力U按下式計算：U的作用點在距刃腳腳底面1/3高處。⑤刃腳重力g按下式計算：⑥求得作用在刃腳上的所有外力力的大小、方向和和作用點之后，即可求算刃腳根部部處截面上每單位位周長內(nèi)（井壁））的軸向壓力N、水平剪力Q及對截面重心軸的的彎矩M。并據(jù)此計算在刃刃腳內(nèi)側(cè)的鋼筋（豎直直）數(shù)量。（2）當沉井已沉到設(shè)計計標高，刃腳下的的土已被掏空，這這時刃腳處于向內(nèi)內(nèi)撓曲的不利情況況①計算刃腳外側(cè)的土土壓力和水壓力。。②由于刃腳下的土土已被掏空，故刃刃腳下的垂直反力Rv和刃腳斜面水平反反力U等于零③作用在井壁外側(cè)側(cè)的摩阻力T④刃腳計算時重力g與前面相同⑤計算在刃腳外側(cè)側(cè)的鋼筋（豎直））數(shù)量2）按封閉的水平框架架計算刃腳水平方向的撓曲強度作用在刃腳側(cè)面上上的水平外力將由由懸臂梁和框架來來共同承擔。分配系數(shù)公式如:懸臂作用:框架作用:11.5沉井的封底計算封底混凝土在基底底反力作用下，將將其當作支承于刃刃腳斜面及隔墻上上的周邊支承板考慮；支承情況（簡支或嵌固）和和計算強度在設(shè)計中應(yīng)視具體體情況而定。1）規(guī)定（1）封底混凝土應(yīng)承承受基底水和土的向上反力，此時時混凝土的齡期不不足，應(yīng)降低容許應(yīng)力；；（2）混凝土填實時，，計入井孔內(nèi)填充充物的重力；（3）封底混凝土的厚厚度，一般不宜小小于1.5D；2）干封底及有關(guān)計計算（a）下有足夠厚粘土土層；（b）待底板達到足夠夠強度后方停止降降水沉井可干封底的情情況(1)沉井刃腳停留在不不透水粘土層中不透水粘土層的厚厚度：A——沉井底部面積（m2）；——土的有效重度（即即浮重度）（kN/m3）；——刃腳下面不透水粘粘土層厚度（m）；c——粘土的粘聚力（kPa）；U——沉井刃腳踏面內(nèi)壁壁周長（m）；（2）在沉井內(nèi)設(shè)吸水鼓鼓并有良好濾層的情情況下降水，一直直降到鋼筋混凝土底板足夠承擔地下水回回升后的水土壓力力，方可拆除并封封閉降水管，在這這種情況下，可采用干封底。3）水下封底混凝土土的厚度計算封底要求是：（1）按最不利情況混凝土厚度：即即在沉井封底后，，將井內(nèi)水排干，，在鋼筋混凝土底底板尚未施工前。。（2）水下封底混凝土土最好不讓其中出現(xiàn)拉應(yīng)力。分配線相交于素素混凝土封底上，，可以認為不承受受拉應(yīng)力。中央鍋底挖深可形形成倒拱。110若出現(xiàn)拉應(yīng)力，計計算方法：注意計算跨度；①周邊簡支支承的的圓板在承受均勻勻荷載時，可計算算板中心的最大彎彎矩值：②周邊簡支支承的雙向板在承受均均布荷載時，計算算跨中彎矩Mx和My：簡支支承雙向板計計算簡圖③求出彎矩值后，封封底混凝土的厚度度——考慮封底混凝土因因與井底泥土摻混混需要增加的厚度，宜取0.3~0.5m；若基底采取鋪塊塊石或碎石灌漿抹抹平處理后再封底底，可不考慮此增增加值。④封底混凝土剪應(yīng)力力計算應(yīng)加大封底混凝土土的抗剪面積。如在井壁和隔墻內(nèi)內(nèi)設(shè)置凹槽等。11.5.2沉井底板計算1）底板荷載計算A：沉井結(jié)構(gòu)的最大大自重除以沉井外外圍底面積的商，不計計井壁側(cè)面摩阻力力。B：假定水壓力全部部由鋼筋混凝土底底板承受。土反力和水壓力中中數(shù)值較大者2）沉井底板內(nèi)力計計算內(nèi)力可按單跨或多多跨板計算;邊界支承條件,根據(jù)具體情況決定定;11.5.3沉井抗浮穩(wěn)定驗算算可能出現(xiàn)的最高地地下水位進行驗算算,一般的沉井依靠自重獲得抗浮浮穩(wěn)定。在不計井壁摩阻力力的情況下，抗浮浮穩(wěn)定驗算公式為為：11.5.4沉井下沉對周圍環(huán)環(huán)境的影響1）影響范圍的確定定采用土坡穩(wěn)定計算算方法乘以重要性性系數(shù)——影響范圍內(nèi)建筑物物安全等級的重要要性系數(shù)沉井偏斜表8-4沉井下沉影響范圍圍內(nèi)建筑物安全等等級的重要性系數(shù)數(shù)重要性系數(shù)建筑物安全等級一級二級三級2.52.01.82）減少沉井對周圍圍土體破壞的措施施（1）增大沉井的下沉沉系數(shù);使沉井刃腳插入土土中0.5-3.0m，以阻止土體從井井外向井向涌入。。（2）在粉細砂土層中中下沉沉井時，事事先壓漿固結(jié)，使使粉細砂土固結(jié)。。（3）如沉井外流砂等等固結(jié)困難時，也也可采用不排水下下沉沉井;（4）及時進行回填（5）沉井等地下工程程施工前應(yīng)作好充充分準備，施工速速度要快；（6）沉井下沉影響范范圍內(nèi)的重要建筑筑物應(yīng)采取樁基或或地下連續(xù)墻等加加固措施，防止土土體破壞向建筑物物方向延伸。需要了解水平及豎直荷載作作用下的應(yīng)力分布布：（非巖石、巖石地地基上沉井基礎(chǔ)））簡述圖示沉井刃腳腳的鋼筋分別由哪哪種最不利受力情情況確定?11.6南京長江四橋北錨錨碇沉井的下沉簡簡錄11.11.1工程概況南京長江第四大橋橋采用雙塔三跨鋼鋼箱梁懸索橋設(shè)計計結(jié)構(gòu)，主跨1418m。其北錨碇基礎(chǔ)為超大大陸上沉井，結(jié)構(gòu)構(gòu)規(guī)模龐大，其平平面尺寸（69×58m）為目前國內(nèi)最大的陸地橋橋梁沉井。北錨碇效果圖如如下圖所示。沉井基礎(chǔ)埋深52.8米，北錨碇的豎向剖面面由于北錨碇沉井所處位置瀕臨臨長江大堤最近約80m，地質(zhì)條件極為復復雜，沉井底部支支撐在密實的卵礫礫石層上，這都給沉井的的下沉施工帶來諸諸多不確定因素。。在沉井下沉施工工中存在以下諸多多施工難點：⑴沉井位置處地地質(zhì)以砂層為主，，且粉砂和細砂層層較厚，易出現(xiàn)涌砂等不利狀況；⑵在沉井下沉后期，須穿過較厚的密密實砂層，地基承承載力較大，最終終沉井支撐在密實實的圓礫石層，僅僅靠自重下沉困難難；⑶施工中沉井一旦出現(xiàn)偏斜斜，糾偏困難；⑷沉井下沉施工工過程不可見，下下沉過程中抽水對長江大堤及及附近結(jié)構(gòu)物有不同程度影響，必必須采用先進的監(jiān)監(jiān)控措施和施工控控制手段。工程施工技術(shù)難點點沉井基礎(chǔ)設(shè)計(1)傳統(tǒng)的沉井設(shè)計為為全截面內(nèi)凹（10-20cm），而北錨碇沉井井首次在井壁設(shè)置置凹凸50cm的齒坎，在凹槽處處回填砂，隨著沉沉井下沉被帶入地地下形成砂套。(2)對南京四橋沉井井井壁加厚“增大沉沉井重度系數(shù)”的的助沉措施。沉井共分十一節(jié)，，除第一節(jié)為鋼殼殼混凝土沉井外，，其余十節(jié)均為鋼鋼筋混凝土沉井。。沉井共分20個井孔。沉井標準準井壁厚2.0m，第一節(jié)沉井井壁壁壁厚2.1m，第七～十一節(jié)沉井井井壁加厚至2.5m；隔墻標準壁厚2.4m；頂板厚7.8～13.8m；封底厚度10m。沉井井壁及隔墻墻自第二節(jié)起加厚厚。⑴砂套助沉沉井井壁砂套設(shè)計計原理：通過設(shè)置置在井壁壁四周的的齒坎構(gòu)構(gòu)造，使使堆放在在沉井四四周的砂砂隨沉井井下沉逐逐步回填填，松散散的回填填砂在井井壁凹槽槽范圍內(nèi)內(nèi)隔絕井井壁與原原狀土的的直接接接觸，有有效減小小井周摩摩阻力。。與傳統(tǒng)統(tǒng)的全斷斷面內(nèi)凹凹相比，，既保證證了砂的的有效回回填，又又便于控控制沉井井下沉姿姿態(tài)。沉井井壁壁砂套原原理示意意圖沉井凹槽槽處回填填砂現(xiàn)場場照片沉井凹槽槽處回填填砂現(xiàn)場場照片沉井下沉沉是一個個動態(tài)的的過程，，數(shù)據(jù)離離散性較較大，根根據(jù)土壓壓力的分分布規(guī)律律，對砂砂套凸起起和凹槽槽位置的的土壓力力分別進進行線性性擬合。。結(jié)果表明明，砂套套凹槽位位置的土土壓力明明顯小于于砂套凸凸起位置置的土壓壓力，減減小約35%。沉井井壁壁土壓力力實測數(shù)數(shù)值統(tǒng)計計實測擬合合土壓力力和理論論計算靜靜止土壓壓力、主主動土壓壓力和被被動土壓壓力進行行了對比比，其中中土壓力力的計算算對粘性性土采用用水土合合算，對對砂性土土采用水水土分算算。結(jié)果果表明，，實測擬合合結(jié)果遠遠遠小于于被動土土壓力；；砂套凹槽槽位置擬擬合結(jié)果果與主動動土壓力力十分接接近，凸起位置置擬合結(jié)結(jié)果大于于靜止土土壓力。。數(shù)據(jù)表表明，砂砂套的設(shè)設(shè)置有效效減小了了井壁側(cè)側(cè)壓力。。實測擬合合土壓力力與理論論計算對對比極限摩阻阻力理論論值采用用靜土壓壓力計算算，由圖圖中可以以看出，，沉井下下沉至30m時，考慮慮端阻的的下沉動動力基本本小于井井壁極限限側(cè)摩阻阻力，下下沉困難難。而在沉井井實際下下沉過程程中（啟啟動空氣氣幕前，，刃腳標標高至-43.345前），沉沉井刃腳腳下土體體均未掏掏空，并并最少保保持約1m埋深，并并保持較較快的下下沉速度度。這說明極極限摩阻阻力理論論值比實實際作用用井壁側(cè)側(cè)摩阻力力要大，，進一步步驗證的的砂套的的作用效效果。沉井下沉沉動力與與側(cè)壁極極限摩阻阻力對比比圖空氣幕與與砂套組組合助沉沉在沉井下下沉至刃刃腳標高高-43.345m時，下沉沉困難，，為避免免大范圍圍內(nèi)涌砂砂，減小小對長江江大堤的的影響，，開啟空空氣幕助助沉。壓縮空氣氣通過氣氣龕向土土體擴散散的過程程中，總總是通過過土體最最薄弱的的通道通通向地表表，并非非完全貼貼井壁四四周上升升形成空空氣帷幕幕，很難難達到理理想助沉沉效果。。由于砂套內(nèi)均均為回填填松散砂砂，使壓壓縮空氣氣貼井壁壁向上擴擴散，大大提提高了空空氣幕的的助沉效效果。砂套內(nèi)壓壓縮空氣氣上升形形成的地地表氣泡泡開啟空氣氣幕助沉沉效果照照片(2)增重助沉沉北錨碇為為重力式式錨碇，，需要大大量的填填充混凝凝土壓重重，通過過增重助助沉設(shè)計計適當增增加沉井井井壁及及隔墻厚厚度并相相應(yīng)減少少壓重混混凝土數(shù)數(shù)量，在在不增加加投入的的基礎(chǔ)上上提高沉井下沉沉重度系系數(shù)（（（重力–浮力）/井周總面面積），，達到8.0，起到了了很好的的助沉效效果。11.11.2下沉方案案南京長江江四橋北北錨碇沉沉井體形形巨大，，結(jié)構(gòu)復復雜，且且施工工工藝繁多多，考慮慮到工期期及長江江汛期的的影響，，通過8種不同工工況對沉沉井結(jié)構(gòu)構(gòu)應(yīng)力計計算分析析，以更更合理的的安排沉沉井接高高下沉施施工工序序。計算分析析中采用用ABAQUS有限元計計算軟件件，結(jié)算算結(jié)果如如下表所所示。工況工況情況沉井受約束情況沉井最大拉應(yīng)力順橋向橫橋向工況1接高4節(jié)后，首次整體下沉限制刃腳處三個方向自由度1.62.3工況2接高4節(jié)后，首次整體下沉限制刃腳處豎向和平行井壁方向的自由度3.85.5工況3接高第5節(jié)，二次下沉限制刃腳處三個方向自由度1.01.3工況4接高第5節(jié)，二次下沉限制刃腳處豎向和平行井壁方向的自由度2.03.1工況5接高3節(jié)后，首次整體下沉限制刃腳處三個方向自由度2.03.1工況6接高3節(jié)后，首次整體下沉限制刃腳處豎向和平行井壁方向的自由度5.17.6工況7接高5節(jié)后，首次整體下沉限制刃腳處三個方向自由度1.72.3工況8接高4節(jié)后，首次整體下沉橫橋向分區(qū)隔墻支撐0.072.3沉井下沉沉各種工工況受力力分析工況1、2是接高四四節(jié)首次次下沉的的結(jié)果，，工況5、6是接高三三節(jié)首次次下沉的的結(jié)果，，二者對對比發(fā)現(xiàn)現(xiàn)，在同同等條件件下，接接高三節(jié)節(jié)下沉時時沉井中中產(chǎn)生的的橫橋向向和順橋橋向主拉拉應(yīng)力均均要大于于接高四四節(jié)下沉沉的情況況。因此此從受力力角度考考慮，采用首次次接高四四節(jié)下沉沉的方案案。根據(jù)以上上計算分分析，沉沉井結(jié)構(gòu)構(gòu)受力安安全隱患患階段主主要位于于沉井首首次下沉沉階段，，結(jié)合工工程實際際情況，，考慮到到長江汛汛期的影影響，最最終確定定北錨碇碇沉井前前四節(jié)接接高后，，整體采采取降排排水下沉沉施工，，后續(xù)沉沉井下沉沉施工，，已經(jīng)進進入正規(guī)規(guī)的下沉沉軌道，，且結(jié)構(gòu)構(gòu)受力已已不存在在安全隱隱患。

計算工況刃腳踏面標高(m)

工況沉井重量(t)正面阻力(t)外側(cè)面摩阻力(t)施工荷載(t)浮力(t)下沉系數(shù)K首節(jié)及第二節(jié)沉井混凝土澆注完成+0.8半刃腳支撐32709.014095.53060244.001.92全刃腳支撐32709.025788.03060244.001.14全截面支撐32709.060993.03060244.000.51施工第三、四節(jié)沉井接高系數(shù)61131.660993.03060244.000.96下沉沉井穩(wěn)定-14.7半刃腳支撐61131.69982.417068.4244.002.27全刃腳支撐61131.618263.117068.4244.001.74全截面支撐61131.643195.217068.4244.001.02施工第五、六節(jié)沉井接高系數(shù)89512.943195.217068.4244.0176811.31.20下沉沉井穩(wěn)定-24.7半刃腳支撐89512.911998.128032.2244.025014.91.62全刃腳支撐89512.921950.728032.2244.025014.91.30全截面支撐89512.952917.228032.2244.025014.90.80施工第七、八節(jié)沉井接高系數(shù)120005.252917.228032.2244.025014.91.18下沉沉井穩(wěn)定-34.7半刃腳支撐120005.211324.342544.2244.042650.81.44全刃腳支撐120005.220718.142544.2244.042650.81.23全截面支撐120005.249001.842544.2244.042650.80.85施工第九、十、十一節(jié)沉井接高系數(shù)142623.649001.842544.2244.042650.81.09下沉沉井穩(wěn)定-48.5半刃腳支撐142623.611324.364015.2244.056474.01.15全刃腳支撐142623.632493.164015.2244.056474.00.90全截面支撐142623.663682.764015.2244.056474.00.68接高、下沉系系數(shù)計算結(jié)果果匯總表北錨碇沉井前前四節(jié)21m高采用整體降降排水下沉施施工，于5月22日正式開始下下沉，6月2日結(jié)束，歷時時10天，下沉深度度19.6m,日均下沉量達達1.96m，下沉過程順順利，沉井姿姿態(tài)良好，沉沉井整個降排排水下沉過程程中結(jié)構(gòu)受力力是安全的。。下沉次數(shù)階段組合接高/總高(m)單次/累計下沉深度(m)沉井刃腳底標（m）第一次⑴+⑵+⑶+⑷21/2119/19-14.7第二次⑸+⑹10/3110/29-24.7第三次⑺+⑻10/4110/39-34.7第四次⑼+⑽+⑾11.8/52.813.8/52.8-48.5沉井接高、下下沉組合表11.11.3下沉過程第二次下沉曲曲線第一次下沉曲曲線第三次下沉曲曲線第四次下沉曲曲線深水井降水北錨碇基坑涌涌水量約為Q=39230.93m3/d，經(jīng)計算，要要保證前四節(jié)節(jié)沉井降排水水下沉，其深深水井數(shù)量要要求不小于28口?，F(xiàn)場最終打設(shè)設(shè)了32口深水井（另另外，外圈4口井只在第五五、六節(jié)沉井井降排水和半半排水下沉施施工時用），，沿沉井周圍圍交錯布置兩兩圈，井深35m。降水深井平平面布置見圖圖所示。深水井布置圖圖深水井現(xiàn)場打打設(shè)照片φ325mm孔徑的降水管管井安裝125m3/h水泵，φ273mm孔徑的降水管管井安裝80m3/h水泵。根據(jù)現(xiàn)現(xiàn)場沉井內(nèi)泥泥面開挖深度度，確定水泵泵開啟數(shù)量及及降水深度，，其中降水深深度通過安裝裝在降水井內(nèi)內(nèi)的自動水位位控制器進行行控制。深水井現(xiàn)場抽抽水照片根據(jù)計算結(jié)果果，指導現(xiàn)場場施工：在沉沉井下沉13m后形成大鍋底底，然后以大大鍋底的形式式下沉至-14.7m。確保了沉井首首次降排水下下沉施工過程程中結(jié)構(gòu)受力力安全。沉井首次下沉沉采用先中間間，逐步擴展展向四周，最最后擴大到刃刃腳的對稱均均衡開挖原則則。為確保沉沉井下沉初期期，整個沉井井的結(jié)構(gòu)受力力安全，防止止造成沉井傾傾斜和突沉，，初次下沉擬擬采用逐步擴擴大的大鍋底底方案：先將中間六個個井孔挖成一一個鍋底，然然后在下沉過過程中逐漸開開挖形成大鍋鍋底。為確保前四節(jié)節(jié)沉井首次開開挖下沉時，，沉井結(jié)構(gòu)受受力安全，針針對首次中間間6個小鍋底開挖挖進行了有限限元模擬計算算。沉井接高后下下沉前照片高壓水槍沖泥泥照片泥漿泵排泥照照片沉井降排水下下沉到位后照照片沉井終沉幾何何姿態(tài)11.11.4監(jiān)控成果部分儀器布置置示意圖沉井降排水下下沉施工期江江堤沉陷量控控制長江大堤與沉沉井位置關(guān)系系圖沉井降排水下下沉施工期江江堤沉陷量控控制江堤沉陷量控控制技術(shù)標準準：⑴沉井排水水下沉施工期期長江大堤堤堤頂沉降量不不大于堤壩高高度的1%，即累計沉降降量不大于45mm；⑵長江大堤堤不均勻沉降降不大于0.5%，即不均勻沉沉降量不大于于22.5mm。江堤防護預案案通過分析，南南京長江四橋橋北錨沉井排排水下沉施工工期降排水對對周邊長江堤堤防等重要建建筑物的影響響，主要表現(xiàn)現(xiàn)在堤頂沉降降變形和堤基基下部滲透變變形兩個方面面。經(jīng)過研究分析析，制定了沉沉井沿長江大大堤側(cè)設(shè)置隔水帷幕+回灌井的預案案。局部防滲帷幕幕+回灌方案圖施工期江堤沉沉陷量⑴、前四節(jié)沉沉井降排水下下沉期間，大大堤累計最大大沉降量