沉井基礎(chǔ)ppt課件

1、沉井基礎(chǔ)施工,沉井基礎(chǔ),7.1 沉井的基本概念、作用及適用條件,沉井的概念:是井筒狀的結(jié)構(gòu)物(圖1)。它是以井內(nèi)挖土，依靠自身重力克服井壁摩阻力后下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高，然后經(jīng)過混凝土封底并填塞井孔，使其成為橋梁墩臺(tái)或其它結(jié)構(gòu)物的基礎(chǔ)(圖2)。,圖1 沉井下沉示意圖,圖2 沉井基礎(chǔ),沉井的優(yōu)點(diǎn)：埋置深度可以很大，整體性強(qiáng)、穩(wěn)定性好，有較大的承載面積，能承受較大的垂直荷載和水平荷載；沉井既是基礎(chǔ)，又是施工時(shí)的擋土和擋土圍堰結(jié)構(gòu)物，施工工藝并不復(fù)雜，因此在橋梁工程中得到較廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，沉井施工時(shí)對(duì)鄰近建筑物尤其是軟土中地下建筑物的基礎(chǔ)，也常用作為礦用豎井、地下油庫(kù)等。 沉井的缺點(diǎn)：施工期較長(zhǎng)；對(duì)粉細(xì)砂

2、類土在井內(nèi)抽水易發(fā)生流砂現(xiàn)象，造成沉井傾斜；沉井下沉過程中遇到的大孤石、樹干或井底巖層表面傾斜過大，均會(huì)給施工帶來一定困難。 根據(jù)經(jīng)濟(jì)合理、施工上可能的原則，一般在下列情況，可以采用沉井基礎(chǔ)： 1.上部荷載較大，而表層地基土的容許承載力不足，做擴(kuò)大基礎(chǔ)開挖工作量大，以及支撐困難，但在一定深度下有好的持力層，采用沉井基礎(chǔ)與其他深基礎(chǔ)相比較，經(jīng)濟(jì)上較為合理的； 2.在山區(qū)河流中，雖然土質(zhì)較好，但沖刷大，或河中有較大卵石不便樁基礎(chǔ)施工時(shí)； 3.巖層表面較平坦且覆蓋層薄，但河水較深；采用擴(kuò)大基礎(chǔ)施工圍堰有困難時(shí)。,沉井,7.2 沉井的類型和構(gòu)造,一、沉井的分類,(一) 按沉井的施工方法分類,1.一般沉

3、井：指就地制造下沉的沉井，這種沉井是在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的位置上制造，然后挖土靠沉井自重下沉。如基礎(chǔ)位置在水中，需先在水中筑島，再在島上筑井下沉。 2. 浮式沉井：在深水地區(qū)筑島有困難或不經(jīng)濟(jì)，或有礙通航當(dāng)河流流速不大時(shí)，可采用岸邊澆筑浮運(yùn)就位下沉的方法，這類沉井稱為浮運(yùn)沉井或浮式沉井。,(二) 按沉井形狀分類,常用的有圓形、圓端形和矩形等。根據(jù)井孔的布置方式，又有單孔、雙孔及多孔的分別。,1.按沉井的平面形狀：,2.按沉井的立面形狀,主要有柱形、錐形及階梯形等。采用形式應(yīng)視沉井需要通過的土層性質(zhì)和下沉深度而定。,土軟，淺,土密，深,土軟，深,柱形沉井，它在下沉過程中不易傾斜，井壁接長(zhǎng)較簡(jiǎn)單，模板可重復(fù)

4、使用。故當(dāng)土質(zhì)較松軟，沉井下沉深度不大，可以采用這種形式。 錐形沉井，井壁可以減少土與井壁的摩阻力，其缺點(diǎn)是施工較復(fù)雜，消耗模板多，同時(shí)沉井下沉過程中容易發(fā)生傾斜。 階梯式沉井的臺(tái)階寬度約為100200mm。鑒于沉井所承受的土壓力與水壓力，均隨深度而增大。為了合理利用材料，可將沉井的井壁隨深度分為幾段，做成階梯形。下部井壁厚度大，上部井壁厚度小，因此，這種沉井外壁所受的摩擦阻力可以減小，有利于下沉。,上述各類沉井的適用條件：,(三) 按沉井所用材料分類,1.素混凝土沉井：素混凝土沉井的特點(diǎn)是抗壓強(qiáng)度高，抗拉能力低，因此這種沉井宜做成圓形，并適用于下沉深度不大(47m)的軟土層中。,2.鋼筋混凝

5、土沉井： 這種沉井的抗拉及抗壓能力較好，下沉深度可以很大(達(dá)數(shù)十米以上)，當(dāng)下沉深度不很大時(shí)，井壁上部用混凝土，下部(刃腳)用鋼筋混凝土，在橋梁工程中得到較廣泛的應(yīng)用。當(dāng)沉井平面尺寸較大時(shí)，可做成薄壁結(jié)構(gòu)，沉井外壁采用泥漿潤(rùn)滑套，壁后壓氣等施工輔助措施就地下沉或浮運(yùn)下沉。此外，鋼筋混凝土沉井井壁隔離墻可分段(塊)預(yù)制，工地拼接，做成裝配式。,5. 鋼沉井：鋼沉井由鋼材制作，強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、易于拼裝、適于制造空心浮運(yùn)沉井，但用鋼量大，國(guó)內(nèi)應(yīng)用較少。,4.竹筋混凝土沉井：沉井在下沉過程中受力較大因而需配置鋼筋，一旦完工后，它就不再承受多大的拉力，因此，在南方產(chǎn)竹地區(qū)，可以采用耐久性差但抗拉力好的竹

6、替部分鋼筋來承受下沉階段過程中拉力。我國(guó)南昌贛江大橋等曾用這種沉井。在沉井分節(jié)接頭處及刃腳仍用鋼筋。,3. 磚石沉井：這種沉井適用于深度淺的小型沉井，或臨時(shí)性沉井。例如，房屋糾傾工作井，即用磚砌沉井，深度約45m。,二、沉井基礎(chǔ)的構(gòu)造,(一)沉井的輪廓尺寸,沉井的平面形狀：決定于墩(臺(tái))底部的形狀。對(duì)矩形或圓端形墩，可采用相應(yīng)形狀的沉井，采用矩形沉井時(shí)，為保證下沉的穩(wěn)定性，沉井的長(zhǎng)邊與短邊之比不宜大于3。當(dāng)墩的長(zhǎng)寬比較為接近時(shí)，可采用方形或圓形沉井。沉井頂面尺寸為墩(臺(tái))身底部尺寸加襟邊寬度。襟邊寬度不宜小于0.2m，也不宜小于沉井全高的1/50，浮運(yùn)沉井不小于0.4m。如沉井頂面需設(shè)置圍堰，

7、其襟邊寬度根據(jù)圍堰構(gòu)造還需加大。墩(臺(tái))身邊緣應(yīng)盡可能支承于井壁上或蓋板支承面上，對(duì)井孔內(nèi)不以混凝土填實(shí)的空心沉井不允許墩(臺(tái))身邊的緣全部置于井孔位置上。 沉井的底面標(biāo)高：須根據(jù)上部結(jié)構(gòu)荷載，水文地質(zhì)條件及各土層的承載力等確定。 沉井基礎(chǔ)的頂面(墩底)要求埋在地面下0.2m或在地下水位以上0.5m。當(dāng)沉井頂面標(biāo)高和底面標(biāo)高確定之后，由墩底面和沉井底面兩個(gè)標(biāo)高之差即可定出沉井高度。,(二) 沉井的一般構(gòu)造,一般沉井構(gòu)造上主要由井壁、刃腳、隔墻、井孔、凹槽、射水管、封底和蓋板等組成。,一、旱地上沉井的施工,橋梁墩臺(tái)位于旱地時(shí)，沉井可就地制造、挖土下沉、封底、充填井孔以及澆筑頂板，參見下圖。在這種

8、情況下，一般較容易施工。,沉井施工順序圖 a)制造第一節(jié)沉井；b)抽墊木、挖土下沉；c)沉井接高下沉；d)封底 1-井壁；2-凹槽；3-刃腳；4-承墊木；5-素混凝土封底,7.3 沉井的施工,一般可分為旱地施工、水中筑島施工及浮運(yùn)沉井施工三種,2.制造第一節(jié)沉井,由于沉井自重較大，刃腳踏面尺寸較小，應(yīng)力集中，場(chǎng)地土往往承受不了這樣大的壓力。所以在整平的場(chǎng)地上應(yīng)在刃腳踏面位置處對(duì)稱地鋪滿一層墊木(可用200200mm的方木)以加大支承面積，使沉井重量在墊木下產(chǎn)生的壓應(yīng)力不大于100kPa。墊木的布置應(yīng)考慮抽除墊木方便(有時(shí)可用素混凝土墊層代替墊木)。然后在刃腳位置處放上刃腳角鋼，豎立內(nèi)模，綁扎鋼

9、筋，立外模，最后澆灌第一節(jié)沉井混凝土。,沉井刃腳立模 1-內(nèi)模；2-外模；3-立柱；4-角鋼； 5-墊木；6-砂墊層,如天然地面土質(zhì)較好，只需將地面雜物清掉整平地面，就可在其上制造沉井，如為了減小沉井的下沉深度也可在基礎(chǔ)位置處挖一淺坑，在坑底制造沉井下沉，坑底應(yīng)高出地下水位0.51.0m 。如土質(zhì)松軟，應(yīng)整平夯實(shí)或換土夯實(shí)。在一般情況下，應(yīng)在整平場(chǎng)地上鋪上不小于0.5m厚的砂或砂礫層。,1.整平場(chǎng)地,3.拆模及抽墊,沉井混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%時(shí)可拆除模板，強(qiáng)度達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度后才能抽撤墊木。抽撤墊木應(yīng)按一定的順序進(jìn)行，以免引起沉井開裂、移動(dòng)或傾斜。其順序是：撤除內(nèi)隔墻下的墊木，再撤沉井短邊下的墊

10、木，最后撤長(zhǎng)邊下的墊木。拆長(zhǎng)邊下的墊木時(shí)，以定位墊木(最后抽撤的墊木)為中心，對(duì)稱地由遠(yuǎn)到近拆除，最后的拆除定位墊木。注意在抽墊木過程中，抽除一根墊木應(yīng)立即用砂回填進(jìn)去進(jìn)行搗實(shí)。,原則：分區(qū)、依次、對(duì)稱、同步。,4.挖土下沉,沉井下沉施工可分為排水下沉和不排水下沉。 排水下沉：當(dāng)沉井穿過的土層較穩(wěn)定，不會(huì)因排水而產(chǎn)生大量流砂時(shí)，可采用排水下沉。土的挖除可采用人工挖土或機(jī)械除土，排水下沉常用人工挖土，它適用于土層滲水量不大且排水時(shí)不會(huì)產(chǎn)生涌土或流砂的情況；人工挖土可使沉井均勻下沉和清除井下障礙物，但應(yīng)采取措施，確實(shí)保證施工安全。排水下沉?xí)r，有時(shí)也用機(jī)械除土。 不排水下沉：一般都采用機(jī)械除土，挖土

11、工具可以是抓土斗或水力吸泥機(jī)，如土質(zhì)較硬，水力吸泥機(jī)需配以水槍射水將土沖松。由于吸泥機(jī)是將水和土一起吸出井外，故需經(jīng)常向井內(nèi)加水維持井內(nèi)水位高出井外水位12m，以免發(fā)生涌土或流砂現(xiàn)象。,5.接高沉井,第一節(jié)沉井頂面下沉至距地面還剩1m2m時(shí)，應(yīng)停止挖土，接筑第二節(jié)沉井。接筑前應(yīng)使第一節(jié)沉井位置正直，鑿毛頂面，然后立模澆筑混凝土。待混凝土強(qiáng)度達(dá)設(shè)計(jì)要求后，再拆模繼續(xù)挖土下沉。,6.筑井頂圍墻,如沉井頂面低于地面或水面，應(yīng)在沉井上接筑圍堰，圍堰的平面尺寸略小于沉井，其下端與井頂上預(yù)埋錨桿相連。圍堰是臨時(shí)性的，待墩臺(tái)身出水后可拆除。,7.地基檢驗(yàn)和處理,沉井沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，應(yīng)進(jìn)行基底檢驗(yàn)。檢驗(yàn)內(nèi)容是

12、地基土質(zhì)是否和設(shè)計(jì)相符，是否平整，并對(duì)地基進(jìn)行必要的處理。如果是排水下沉的沉井，可以直接進(jìn)行檢查，不排水下沉的沉井由潛水工進(jìn)行檢查或鉆取土樣鑒定。地基為砂土或粘性土，可在其上鋪一層礫石或碎石至刃腳底面以上200mm。地基為風(fēng)化巖石，應(yīng)將風(fēng)化巖層鑿掉，巖層傾斜時(shí)，應(yīng)鑿成階梯形。若巖層與刃腳間局部有不大的孔洞，由潛水工清除軟層并用水泥砂漿封堵，待砂將有一定強(qiáng)度后再抽水清基。不排水情況下，可由潛水工清基或用水槍及吸泥機(jī)清基?？傊ＷC井底地基盡量平整，浮土及軟土清除干凈，以保證封底混凝土、沉井及地基緊密連接。,8.封底、充填井孔及澆筑頂蓋,地基經(jīng)檢驗(yàn)及處理合乎要求后，應(yīng)立即進(jìn)行封底。如封底是在不排水

13、情況下進(jìn)行，則可用導(dǎo)管法灌注水下混凝土(見鉆孔灌注樁施工)，若灌注面積大，可用多根導(dǎo)管，以先周圍后中間，先低后高的次序進(jìn)行灌注。待混凝土達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，再抽干井孔中的水，填筑井內(nèi)圬土。如井孔中不填料或僅填以礫石，則井頂面應(yīng)澆筑鋼筋混凝土頂蓋，以支承墩臺(tái)，然后砌筑墩身，墩身出土(或水面)后可拆除臨時(shí)性的井頂圍堰。,首節(jié)沉井制作,首節(jié)沉井制作,第二節(jié)沉井的制作,沉井下沉中,沉井隔墻鋼筋的綁扎,二、水中沉井的施工,1.筑島法,水流速不大，水深在3m或4m以內(nèi)，可用水中筑島的方法 。筑島材料為砂或礫石，周圍用草袋圍護(hù)，如水深較大可作圍堰防護(hù) (右圖)。島面應(yīng)比沉井周圍寬出2m以上，作為護(hù)道，并應(yīng)高出施工

14、最高水位0.5m以上。砂島地基強(qiáng)度應(yīng)符合要求，然后在島上澆筑沉井。如筑島壓縮水面較大，可采用鋼板樁圍堰筑島，但要考慮沉井重力對(duì)它產(chǎn)生的側(cè)向壓 力，為避免沉井對(duì)它的影響。,水上筑島下沉沉井,2.浮運(yùn)沉井施工,水深較大，如超過10m時(shí)，筑島法很不經(jīng)濟(jì)，且施工也困難，可改用浮運(yùn)法施工。沉井在岸邊做成，利用在岸邊鋪成的滑道滑入水中，然后用繩索引到設(shè)計(jì)墩位。沉井井壁可做成空體形式或采用其它措施(如帶木底或裝上鋼氣筒)使沉井浮于水上，也可以在船塢內(nèi)制成用浮船定位和吊放下沉或利用潮汐，水位上漲浮起，再浮運(yùn)至設(shè)計(jì)位置。沉井就位后，用水或混凝土灌入空體、徐徐下沉直至河底?；蛞揽吭趹腋顟B(tài)下接長(zhǎng)沉井及填充混凝土使

15、它逐步下沉，這時(shí)每個(gè)步驟均需保證沉井本身足夠的穩(wěn)定性。沉井刃腳切入河床一定深度后，可按前述下沉方法施工。,沉井偏斜,7.4 沉井的設(shè)計(jì)與計(jì)算,沉井是深基礎(chǔ)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(chǔ)，就應(yīng)按基礎(chǔ)的要求進(jìn)行各項(xiàng)驗(yàn)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(duì)沉井本身進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算。即沉井的設(shè)計(jì)與計(jì)算包括沉井基礎(chǔ)與沉井結(jié)構(gòu)兩方面的設(shè)計(jì)與計(jì)算。,沉井尺寸的確定 沉井基礎(chǔ)的計(jì)算 施工過程中的結(jié)構(gòu)計(jì)算,一、沉井作為整體深基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與計(jì)算,設(shè)計(jì)程序：沉井作為整體深基礎(chǔ)設(shè)計(jì)主要是根據(jù)上部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、荷載大小以及水文、地質(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

16、平面尺寸，埋置深度，然后進(jìn)行沉井基礎(chǔ)的計(jì)算。,計(jì)算方法： 1）當(dāng)沉井埋置深度在最大沖刷線以下較淺僅數(shù)米時(shí)，這時(shí)可以不考慮基礎(chǔ)側(cè)面土的橫向抗力影響，而按淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算規(guī)定，分別驗(yàn)算地基強(qiáng)度、沉井基礎(chǔ)的穩(wěn)定性和沉降，使它符合容許值的要求； 2）當(dāng)沉井基礎(chǔ)埋置深度較大時(shí)，由于埋置在土體內(nèi)較深，不可忽略沉井周圍土體對(duì)沉井的約束作用，因此在驗(yàn)算地基應(yīng)力、變形及沉井的穩(wěn)定性時(shí)，需要考慮基礎(chǔ)側(cè)面土體彈性抗力的影響。,本章主要就沉井作為深基礎(chǔ)的計(jì)算進(jìn)行研究。這種計(jì)算方法的基本假定條件是：,1.地基土作為彈性變形介質(zhì)，水平向地基系數(shù)隨深度成正比例增加； 2.不考慮基礎(chǔ)與土之間的粘著力和摩阻力； 3.沉井基礎(chǔ)的剛

17、度與土的剛度之比可認(rèn)為是無限大。,沉井尺寸的確定,沉井高度 平面尺寸 壁厚,1) 沉井的高度 沉井底面標(biāo)高，可根據(jù)沉井的用途、上部或下部結(jié)構(gòu)尺寸要求，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)荷載大小，結(jié)合水文地質(zhì)資料(如設(shè)計(jì)水位、施工水位、沖刷線或地下水位標(biāo)高，地基土層分布，土的物理力學(xué)性質(zhì)，地基承載力)及施工方法來確定。沉井頂面，一般要求埋入地面以下0.2m，或在地下水位以上0.5m。沉井的頂面與底面高差為沉井的高度。,2) 沉井的平面形狀與頂面尺寸 (1) 沉井的平面形狀與尺寸 沉井的平面形狀應(yīng)根據(jù)上部結(jié)構(gòu)物的平面形狀和荷載大小來確定。如沉井作為煙囪的基礎(chǔ)，應(yīng)采用圓形；沉井作為橋墩基礎(chǔ)，則為橢圓形。當(dāng)上部建筑物的平面面積

18、不大時(shí)，用一個(gè)單孔沉井；否則應(yīng)用多排孔大型沉井，或用多個(gè)沉井組合。沉井頂面尺寸每邊至少應(yīng)大于上部結(jié)構(gòu)20cm，以適應(yīng)沉井下沉過程中可能發(fā)生的少量偏差。,(2) 沉井的井壁厚度 通常沉井井壁的厚度，由強(qiáng)度和沉井自重下沉要求計(jì)算確定。一般大中型沉井井壁厚度為0.51.0m，內(nèi)隔墻的厚度為0.5m 左右。小型沉井井壁厚度為0.30.4m。,沉井基礎(chǔ)的計(jì)算,1.沉井的地基承載力驗(yàn)算 2.沉井的基底應(yīng)力和橫向抗力驗(yàn)算 3.沉井自重驗(yàn)算,1.沉井的地基承載力驗(yàn)算,沉井作為地下結(jié)構(gòu)物時(shí)，荷載較小，而基底支承于堅(jiān)實(shí)土層或巖層上，故地基的強(qiáng)度 和變形通常不會(huì)存在問題。但沉井作為建筑物的深基礎(chǔ)時(shí)，荷載較大，必須驗(yàn)

19、算地基承載 力，一般要求地基強(qiáng)度滿足以下條件：,沉井底面地基承載力總和Rj等于該處土的承載力設(shè)計(jì)值f 與沉井底部面積A 的乘積，即,考慮沉井四周地表土被松動(dòng)，則此部分土的摩擦力不計(jì)。簡(jiǎn)化計(jì)算：可假定5m 范圍的摩擦力可按三角形分布，5m 以下為矩形分布，如下圖所示。故沉井側(cè)面的滑動(dòng)摩阻力總和為：,up沉井的周長(zhǎng)(m)； hi沉井高度范圍內(nèi)，各土層的厚度(m)； qsi第i層土對(duì)井壁的摩擦阻力，按實(shí)際資料或下表選用。,井側(cè)摩擦阻力分布假定,土對(duì)井壁的摩擦阻力q s經(jīng)驗(yàn)值,注：(1) 本表適用于深度不超過30m 的沉井。 (2) 泥漿潤(rùn)滑套為灌注在井壁外側(cè)的膨潤(rùn)土泥漿，是一種助沉材料。,2.沉井的基底應(yīng)力和橫向抗力驗(yàn)算,荷載作用與簡(jiǎn)化情況,如左圖所示，在非巖石地基上高為l的沉井基礎(chǔ)受到水平力H 及偏心距為e的豎向力V( =F + G )作用?？砂堰@兩個(gè)力轉(zhuǎn)化為距基底 的水平力H 及軸心豎向壓力 V( =F + G )。則,理論計(jì)算表明沉井圍繞地面下深度z0處點(diǎn)的A轉(zhuǎn)動(dòng)一角，地面下深度為z 處沉井受到土的橫向抗力zx為：,荷載作用下應(yīng)力分布,驗(yàn)算：,為深度h處沉井側(cè)面的水平向地基系數(shù)與沉井底面的豎向地基系數(shù)比值，b1為基底計(jì)算寬度，d為沉井基底偏心方向幾何寬度，W 0為基底抗彎截面模量。,驗(yàn)算：,基底邊緣處壓應(yīng)力：,當(dāng)要求井側(cè)水平壓應(yīng)力zx應(yīng)小于沉井周圍土的