k 天然地基上的淺基礎(chǔ)

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1、【第16次課】 教學(xué)目的：通過(guò)本次課教學(xué)使學(xué)生掌握沉井的概念，沉井的構(gòu)造構(gòu)造，沉井的施工措施。 教學(xué)重點(diǎn)：沉井的概念，沉井的構(gòu)造構(gòu)造，沉井的施工措施。 教學(xué)難點(diǎn)：沉井的施工措施。 板書(shū)………………………… 解說(shuō)………………………………… 第四章 沉井基本及地下持續(xù)墻 第一節(jié) 沉井的基本概念、作用及合用條件 概念： 沉井是井筒狀的構(gòu)造物(圖4-1)。它是以井內(nèi)挖土，依托自身重力克服井壁摩阻力后下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高，然后通過(guò)混凝土封底并填塞井孔，使其成為橋梁敦臺(tái)或其他構(gòu)造物的基本（圖4-2）。 長(zhǎng)處：

2、 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;沉井既是基本，又是施工時(shí)的擋土和擋水圍堰構(gòu)造物，施工工藝并不復(fù)雜 (圖4-3)。同步，沉井施工時(shí)對(duì)鄰近建筑物影響較小且內(nèi)部空間可資運(yùn)用，因而常用作為工業(yè)建筑物特別是軟土中地下建筑物的基本，也常用作為礦用豎井、地下油庫(kù)等。 缺陷： 施工期較長(zhǎng)，對(duì)粉細(xì)砂類土在井內(nèi)抽水易發(fā)生流砂現(xiàn)象，導(dǎo)致沉井傾斜，沉井下沉過(guò)程中遇到的大孤石、樹(shù)干或井底巖層表面傾斜過(guò)大，均會(huì)給施工請(qǐng)來(lái)一定困難。 合用： 1．上部荷載較大

3、，而表層地基土的容許承載力局限性，做擴(kuò)大基本開(kāi)挖工作量大，以及支撐困難，但在一定深度下有好的持力層，采用沉井基本與其她深基本相比較，經(jīng)濟(jì)上較為合理時(shí); 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本施工時(shí); 3． 巖層表面較平坦且覆蓋層薄，但河水較深;采用擴(kuò)大基本施工圍堰有困難時(shí)。 板書(shū)………………………… 解說(shuō)………………………………… 第二節(jié) 沉井的類型和構(gòu)造 一、沉井的分類 (一)按沉井施工措施的分類 1． 一般沉井 指就地制造下沉的沉井，這種沉井是在基本設(shè)計(jì)的位置上制造，然后挖土靠沉井自重下沉。如基本位置在水中，需先在水

4、中筑島，再在島上筑井下沉。 2． 浮運(yùn)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)就位下沉的措施，此類沉井稱為浮運(yùn)沉井或浮式沉井。 (二)按沉井的形狀的分類 1．按沉井的平面形狀 圓形沉井 矩形沉井 圓端形沉井 2．按沉井的立面形狀 豎直式 傾斜式 臺(tái)階式等(圖4-5)。 (三)按沉井的建筑材科的分類 1． 混凝土沉井 2． 鋼筋混凝士沉井 3． 竹簡(jiǎn)混凝土沉井 贛江大橋 4． 鋼沉井 板書(shū)………………………… 解說(shuō)………………………………… 二、沉井基本的構(gòu)造 (一)沉井

5、的輪廓尺寸 平面形狀　　 ←　　墩(臺(tái))底部的形狀。 矩形沉井　　 ←　　矩形或圓端形墩（沉井的長(zhǎng)邊與短邊之比不適宜不小于3） 方形或圓形沉井　 ←　墩的長(zhǎng)寬比較為接近 沉井頂面尺寸為墩(臺(tái))身底部尺寸加襟邊寬度。襟邊寬度不適宜不不小于0.2m，也不適宜不不小于沉井全高的1/50，浮運(yùn)沉井不不不小于0.4m。 沉井的高度須根據(jù)上部構(gòu)造，水文地質(zhì)條件及各土層的承載力等定出墩底標(biāo)高相沉井基本底面的埋置深度后擬定。 高的沉井應(yīng)分節(jié)制造和下沉，每節(jié)高度不適宜不小于5m，對(duì)底節(jié)沉井若是在松軟土層中下沉?xí)r，還不應(yīng)不小于沉井寬度的

6、0.8倍。若底節(jié)沉井高度過(guò)高，沉井過(guò)重，會(huì)給制模、 板書(shū)………………………… 解說(shuō)………………………………… 筑島時(shí)島面解決、抽除墊木下沉等帶來(lái)困難。 (二)沉井的一般構(gòu)造 1．井壁 井壁是沉井的主體部分。它在沉井下沉過(guò)程中起擋土、擋水及運(yùn)用自身重量克服土與井壁之間的摩阻力的作用。當(dāng)沉井施工完畢后，它就成為基本或基本的一部分而將上部荷載傳到地基。因此，井壁必須具有足夠的強(qiáng)度和一定的厚度。根據(jù)井壁在施工中的受力狀況，可以在井壁內(nèi)配備豎向及水平向鋼筋，以增長(zhǎng)井壁強(qiáng)度。井壁厚度按下沉需要的自重，自身強(qiáng)度以及便于取土和清基等因素而定，一般為0.80一1.20m。

7、鋼筋混凝土薄壁沉井可不受此限制。井壁的混凝土標(biāo)號(hào)不低于15號(hào)。 2．刃腳 井壁下端形如楔狀的部分稱為刃腳。其作用是在沉井白重作用下易于切土下沉。刃腳底面(踏面)寬度一般為0.1一0.2m，對(duì)軟土可合適放寬。下沉深度大，且土質(zhì)較硬，刃腳底面應(yīng)以型鋼(角鋼或槽鋼)加強(qiáng)(圖4-7)，以防刃腳損壞。刃腳內(nèi)側(cè)斜面與水平面的夾角應(yīng)不小于45°。刃腳高度視井壁厚度、便于抽除墊木而定，一般在1.Om以上。由于刃腳在沉井下沉過(guò)程中受力較 板書(shū)………………………… 解說(shuō)………………………………… 集中，故刃腳宜采用20號(hào)以上的鋼筋混凝土制成。 3．隔墻 沉井長(zhǎng)寬尺寸較大，應(yīng)在沉井內(nèi)設(shè)

8、立隔墻，以加強(qiáng)沉井的剛度，使井壁的撓曲應(yīng)力減小，其厚度一般不不小于井壁。隔墻底面應(yīng)高出刃腳底面0.5m以上，避免隔墻下的土頂住沉井而阻礙下沉。也可在刃腳與隔墻聯(lián)結(jié)處設(shè)立埂肋加強(qiáng)刃腳與隔墻的連結(jié)。如為人工挖土，在隔墻下端應(yīng)設(shè)立過(guò)人孔，便于工作人員井孔間往來(lái)。 4．井孔 井孔是挖土排士的工作場(chǎng)合和通道。井孔尺寸應(yīng)滿足施工規(guī)定，寬度(直徑)不適宜不不小于3m。井孔布置應(yīng)對(duì)稱于沉井中心軸，便于對(duì)稱挖土使沉井均勻下沉。 5．凹槽 凹槽設(shè)在井孔下端近刃腳處，其作用是便封底混凝土與井壁有較好的接合，封底混凝土底面的反力更好的傳給井壁(如井孔所有填妥的實(shí)心沉井也可不設(shè)凹槽)。凹槽深度約0.15~0.2

9、5m，高約1.0m。 6．射水管 當(dāng)沉井下沉深度大，穿過(guò)的土質(zhì)又較好，估計(jì)下沉?xí)a(chǎn)生困難時(shí)，可在井壁中預(yù)埋射水管組。射水管應(yīng)均勻布置，以利于控制水壓和水量來(lái)調(diào)節(jié)下沉方向。一般水壓不不不小于600kPa。如使用泥漿潤(rùn)滑套施工措施時(shí)，應(yīng)有預(yù)理的壓射泥漿管路。 7．封底和蓋板 沉井沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高進(jìn)行清基后，便澆筑封底混凝土。混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，可從井孔中抽干水并填滿混凝土或其他圬工材料。如井孔中不填料或僅填以砂礫則須在沉井頂面寬鋼筋混凝土蓋板。封底混凝土底面承受地基土和水的反力，這就規(guī)定封底混凝土有一定的厚度(可由應(yīng)力驗(yàn)算決定)，其厚度根據(jù)經(jīng)驗(yàn)也可取不不不小于井孔最小邊長(zhǎng)的L5倍。封底混凝土

10、頂面應(yīng)高出刃腳根部不不不小于0.5m，并灌溉到凹槽上端。封底混凝土標(biāo)號(hào)對(duì)巖石地基用15號(hào);一般地基用20號(hào)。蓋板厚度一般為L(zhǎng)5~2.0m。井孔中充填的混凝土，其標(biāo)號(hào)不應(yīng)低于10號(hào)。 板書(shū)………………………… 解說(shuō)………………………………… (三)浮運(yùn)沉井的構(gòu)造 1．不帶氣筒的浮運(yùn)沉井 合用： 水下太深、流速不大、河床較平、沖刷較小的自然條件。 施工： 一般在岸邊制造，通過(guò)滑道拖拉下水，浮運(yùn)到墩位，再接高下沉到河床。這種沉井可用鋼、木、鋼筋混凝土、鋼絲網(wǎng)及水泥等材料組合。 鋼絲網(wǎng)水

11、泥薄壁沉井： 是由內(nèi)、外壁構(gòu)成的空心井壁沉井，這是制造浮運(yùn)沉井較好的措施，具有施工以便、節(jié)省鋼材等長(zhǎng)處。沉井的內(nèi)壁、外壁及橫隔板都是鋼筋鋼絲網(wǎng)水泥制成。做法是將若干層鋼絲網(wǎng)均勻地鋪設(shè)在鋼筋網(wǎng)的兩側(cè)，外面涂抹不低于40號(hào)的水泥砂漿，使它布滿鋼筋網(wǎng)和鋼絲網(wǎng)之間的間隙并形成厚1一3mm的保護(hù)層。圖4-8是鋼絲網(wǎng)水泥薄壁浮運(yùn)沉井的一種形式。 板書(shū)………………………… 解說(shuō)………………………………… 帶臨時(shí)底板的浮運(yùn)沉井： 底板一般是在底節(jié)的井孔下端刃腳處設(shè)立的木質(zhì)底板及其支撐，底板的構(gòu)造應(yīng)保證其水密性、能承受工作水壓并便于拆除。帶底板的浮運(yùn)沉井就位后，即可接高井壁

12、使其逐漸下沉，沉到河床后向井孔充水到與外面水面齊平，即可拆除臨時(shí)底板。這種帶底板的浮運(yùn)沉井與筑馬法、圍堰法施工相比，可以節(jié)省大量工程量，施工速度也較快。 2．帶鋼氣筒的浮運(yùn)沉井 合用： 水深流急的巨型沉井。 圖4-9為一帶鋼氣筒的圓形浮運(yùn)沉井構(gòu)造圖。它重要由權(quán)壁的沉井底節(jié)、單壁鋼殼、鋼氣筒等構(gòu)成。雙壁鋼沉井底節(jié)是一種可以自浮于水中的殼體構(gòu)造;底節(jié)以上的井壁采用單壁鋼殼，它一般由6mm厚的鋼板及若干豎向肋骨角鋼構(gòu)成，并以水平圓環(huán)作承受壁外水壓時(shí)的支撐，鋼殼沿高度可分為幾節(jié)，在接高時(shí)拼焊，單壁鋼殼既是防水構(gòu)造，又是接高時(shí)灌注沉井外圈混凝土的模板一部分

13、;鋼氣筒是沉井內(nèi)部的防水構(gòu)造，它根據(jù)壓縮空氣排開(kāi)氣筒內(nèi)的水提供浮式沉井在接高過(guò)程中所需的浮力。同步在懸浮下沉中可以通過(guò)在氣筒充氣或放氣及不同氣筒內(nèi)的氣壓調(diào)節(jié)使沉井可以上浮、下沉及調(diào)正偏斜，落入河床后如偏移過(guò)大·還可將氣筒所有充氣，使沉井重新浮起，定位下沉。 當(dāng)采用低樁承合而圍水挖基澆筑承具有困難時(shí);當(dāng)沉井刃腳遇到傾斜較大的巖層或在沉井范疇內(nèi)地基土軟硬不均而水深較大時(shí)可采用上面是沉井下面是樁基的混合式基本，或稱組合式沉井。施工時(shí)按設(shè)計(jì)尺寸做成沉井，下沉到預(yù)定標(biāo)高后，進(jìn)行澆筑封底混凝土和承臺(tái)，在井內(nèi)其上預(yù)留孔位鉆孔灌注成樁。這種混合式沉井既有圍水擋土作用，又作為鉆孔惦的護(hù)筒，還作為樁基的承臺(tái)(請(qǐng)

14、參閱第三章樁基本有關(guān)沉井結(jié)合法的內(nèi)容， 板書(shū)………………………… 解說(shuō)………………………………… 第三節(jié) 沉井的施工 一、旱地上沉井的施工(圖4-10) 1．整平場(chǎng)地 2．制造第一節(jié)沉井 3．拆模及抽墊 4．挖土下沉 5．接高沉井 6．筑井頂圍堰 7．地基檢查和解決 8．封底、充填井孔及澆筑頂蓋 二、水中沉井的施工 1．筑島法 水流速不大，水深在3或4m以內(nèi)，可用水中筑島的措施(圖4-12)。筑島材料為砂或礫石，周邊用草袋圍護(hù)，如水深較大可作圍堰防護(hù)。島面應(yīng)比沉井周邊寬出2m以上，作為護(hù)道，并應(yīng)高出施工最

15、高水位0.5m以上。砂島地基強(qiáng)度應(yīng)符合規(guī)定，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。 水深較大，如超過(guò)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，運(yùn)用在岸邊鋪成的滑道滑入水中(圖4-13)，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他措施（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運(yùn)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懷、徐徐下沉直至河底?；蛞劳性趹腋顟B(tài)下接長(zhǎng)沉井及填充混凝土使它逐漸下沉，這時(shí)每個(gè)環(huán)節(jié)均需保證沉井自身足夠的穩(wěn)定性。沉井刃腳切入河床一定深度

16、后，可按前述下沉措施施工。 三、沉井下沉過(guò)程中遇到的問(wèn)題及解決 1．沉井發(fā)生傾斜和偏移 偏斜因素： 土島表面松軟，使沉井下沉不均，河底土質(zhì)軟硬不勻;挖土 板書(shū)………………………… 解說(shuō)………………………………… 不對(duì)稱;井內(nèi)發(fā)生流砂，沉井忽然下沉，刃腳遇到障礙物頂住而禾及時(shí)發(fā)現(xiàn);井內(nèi)挖除的土堆壓在沉井外一側(cè)，沉井受壓偏移或水流將沉井一側(cè)土沖空等。沉井偏斜大多數(shù)發(fā)生在沉井下沉不深的時(shí)候，下沉較深時(shí)，只要控制得好，發(fā)生傾斜較少。 糾正措施： 在沉井高的一側(cè)集中挖土;在低的一側(cè)回填砂石;在沉井高的一側(cè)加

17、重物或用高壓射水沖松土層;必要時(shí)可在沉井頂面施加水平力扶正。糾正沉井中心位置發(fā)生偏移的措施是先使沉井傾斜，然后均勻除土，使沉井底中心線下沉至設(shè)計(jì)中心線后，再進(jìn)行糾偏。 在刃腳遇到障礙物的狀況，必須予以清除后再下沉。清除措施可以是人工排除，如遇樹(shù)根或鋼材可鋸斷或燒斷，遇大孤石宜用少量炸藥炸碎，以免損壞刃腳。在不能排水的狀況下，由潛水工進(jìn)行水下切割或水下爆破。 2．沉井下沉困難 因素： 沉井自身重力克服不了井壁摩阻力，或刃腳下遇到大的障礙物所致。 解決措施： （1）增長(zhǎng)沉井自重 可提前澆筑上一節(jié)沉井，以增長(zhǎng)沉井自重，或在沉井頂上壓重物(如鋼軌、

18、鐵塊或砂袋等，迫使沉井下沉。對(duì)不排水下沉的沉井，可以抽出井內(nèi)的水以增長(zhǎng)沉井自重，用這種措施要保證土不會(huì)產(chǎn)生流砂現(xiàn)象。 (2)減小沉井外壁的摩阻力。減小沉井外壁摩阻力的措施是:可以將沉井設(shè)計(jì)成階梯形、鐘形，或在施工中盡量使外壁光滑;亦可在井壁內(nèi)理設(shè)高壓射水管組，運(yùn)用高壓水流沖松井壁附近的土，且水流沿井壁上升而潤(rùn)滑井壁，便沉井摩阻力減小;以上幾項(xiàng)措施在設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)考慮。在刃腳下挖空的狀況，可采用炸藥，運(yùn)用炮震使沉井下沉，這種措施對(duì)沉井快沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)效果較好，但要避免震壞沉井，放用藥量要少，次數(shù)不適宜太多。 【思考題】 1．沉井基本與樁基本的荷載傳遞有何區(qū)別? 2．沉井基本有什

19、么特點(diǎn): 3．沉井在施工中會(huì)浮現(xiàn)哪些問(wèn)題，應(yīng)如何解決 4．泥漿潤(rùn)滑套的特點(diǎn)和作用是什么? 【第17次課】 教學(xué)目的：通過(guò)本次課教學(xué)使學(xué)生掌握沉井的概念，沉井的構(gòu)造構(gòu)造，沉井的施工措施。 教學(xué)重點(diǎn)：沉井的概念，沉井的構(gòu)造構(gòu)造，沉井的施工措施。 教學(xué)難點(diǎn)：沉井的施工措施。 板書(shū)………………………… 解說(shuō)………………………………… 四、泥漿潤(rùn)滑套與壁后壓氣沉井施工法 l．泥漿潤(rùn)滑套 泥漿潤(rùn)滑套： 把配備的泥

20、漿灌注在沉井井壁周邊，形成井壁與泥漿接觸。 作用： 對(duì)沉井壁起潤(rùn)滑作用，它與井壁間摩阻力僅3~5KPa大大減少了井壁摩阻力一般粘性土對(duì)井壁摩阻力為25~50KPa，砂性土為12~25Kpa。 長(zhǎng)處： 提高沉井下沉的施工效率，減少井壁的圬土數(shù)量，加大了沉井的下沉深度，施工中沉井穩(wěn)定性好。 泥漿配合比： 應(yīng)使泥漿性能具有良好的固壁性、觸變性和膠體穩(wěn)定性。一般采用的泥漿配合比(重量比)為粘土35%~45%，水55%~65%，另加分散劑碳酸鈉0.4%~0.6%，其中粘土或粉質(zhì)粘土規(guī)

21、定塑性指數(shù)不不不小于15，含砂率不不小于6%(泥漿的性能指標(biāo)以及檢測(cè)措施可參見(jiàn)有關(guān)施工技術(shù)手冊(cè))。。 泥漿潤(rùn)滑套的構(gòu)造： 射口擋板： 用角鋼或鋼板彎制，置于每個(gè)泥漿射出口處固定在井壁臺(tái)階上(見(jiàn)圖4-14)，它的作用是避免泥漿管射出的泥漿百?zèng)_土壁而起緩沖作用，避免士壁局部坍落堵塞射漿口。 地表圍圈： 埋設(shè)在沉井周邊保護(hù)泥漿的圍壁(圖4-15)。它的作用是沉井下沉?xí)r避免土壁坍落;保持一定數(shù)量的泥漿儲(chǔ)存量以保證在沉井下沉過(guò)程中泥漿補(bǔ)充到新導(dǎo)致的空隙內(nèi);通過(guò)泥漿在圍圈內(nèi)的流動(dòng)，調(diào)節(jié)各壓漿管出漿的不均衡。地表圍圈的寬度即沉井臺(tái)階的寬度，其高度一

22、般在1.5~2.0m左右，頂面高出地面或島面約 板書(shū)………………………… 解說(shuō)………………………………… 0.5m，圈頂面宜加蓋。可用木板或鋼板制做。 壓漿管： 根據(jù)井壁的厚度有內(nèi)營(yíng)法和外管法兩種。厚壁沉井多采用內(nèi)營(yíng)法(圖4-14)，薄壁沉井宜采用外管法(圖4-16)。 2．壁后壓氣沉井法 壁后壓氣沉井法也是減少下沉?xí)r井壁摩阻力的有效措施。它是通過(guò)對(duì)沿井壁內(nèi)周邊預(yù)埋的氣管中噴射高壓氣流，氣流沿噴氣孔射出再沿沉井外壁上升，形成一圈壓氣層(又稱空氣幕)式井壁周邊土松動(dòng)。減少井壁摩阻力，使沉井順利下沉。 施工時(shí)壓氣管分層分布設(shè)立，豎管可用塑料管或鋼

23、管，水平環(huán)管剛采用直徑25mm的硬質(zhì)聚氯乙烯管，沿井壁外緣埋設(shè)。每層水平環(huán)管可按四角分為四個(gè)區(qū)，以便分別壓氣調(diào)節(jié)沉井傾斜，壓氣沉井所需的氣壓可取靜水壓力的2.5倍。 與泥漿潤(rùn)滑套相比，壁后壓氣沉井法在停氣后即可恢復(fù)土對(duì)井壁的摩阻的，下沉量易于控制，且所需施工設(shè)備簡(jiǎn)樸，可以水下施工，經(jīng)濟(jì)效果好?，F(xiàn)覺(jué)得在一般條件下較泥漿潤(rùn)滑套更為以便，它合用于細(xì)、粉砂類土和粘性土中。但設(shè)計(jì)措施和施工措施尚待積累更多的資料。 第四節(jié) 沉井的設(shè)計(jì)與計(jì)算 沉井 施工完畢后 是構(gòu)造物的基本 按基本的規(guī)定進(jìn)行各項(xiàng)驗(yàn)算 施工過(guò)程中 是擋土、擋水 沉井自身進(jìn)行構(gòu)造設(shè)計(jì)和計(jì)算 一

24、、沉井作為整體深基本的設(shè)計(jì)與計(jì)算 設(shè)計(jì)根據(jù)： 上部構(gòu)造特點(diǎn)、荷載大小以及水文、地質(zhì)狀況，結(jié)合沉井的構(gòu)造規(guī)定及施工措施。 設(shè)計(jì)內(nèi)容： 擬定出沉井的平面尺寸，埋置深度，然后進(jìn)行沉井基本的計(jì)算。 計(jì)算措施： 1）按淺基本設(shè)計(jì)計(jì)算規(guī)定，分別驗(yàn)算地基強(qiáng)度、沉井基本的穩(wěn)定性和沉降，使它符合容許值的規(guī)定。 2）當(dāng)沉井基本埋置深度較大時(shí)，由于埋置在上體內(nèi)較深，不可忽視沉井周邊土體對(duì)沉井的約束作用，因此在驗(yàn)算地 板書(shū)………………………… 解說(shuō)………………………………… 基應(yīng)力。變形及沉井的穩(wěn)定性時(shí)，需要考慮

25、基本側(cè)面土體彈性抗力的影響。 計(jì)算基本假定： 1． 地基上作為彈性變形介質(zhì)，水平向地基系數(shù)隨深度成正比例增長(zhǎng); 2． 不考慮基本與上之間的粘著力和摩阻力; 3． 沉井基本的剛度與土的剛度之比可覺(jué)得是無(wú)限大。 (一)非巖石地基上沉井基本的計(jì)算 沉井基本受到水平力H及偏心豎向力N作用時(shí)(圖4-17a)，為了討論以便，可以把這些外力轉(zhuǎn)變?yōu)橹行暮奢d和水平力的共同作用，轉(zhuǎn)變后的水平力H距離基底的作用高度從（圖4-17b））為 （4-1） 先討論沉井在水平力H作用下的狀況。由于水平力的作用，沉井將環(huán)繞位于地面下Z。深度處的A點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)角(圖4-18)，地面下深度Z處沉井基本產(chǎn)生的

26、水平位移曲和土的橫向抗力分別為 （4-2） 板書(shū)………………………… 解說(shuō)………………………………… （4-3a） 式中：Z.0 轉(zhuǎn)動(dòng)中心A離地面的距離; Cz 深度Z處水平向的地基系數(shù)，Cz=mZ0 (kN/m3)，m為地基比例系數(shù)(kN/m。) 將G值代大武(4-3a)得 （4-3b） 從式(4-3b)可見(jiàn)，土的橫向抗力沿深度為二次拋物線變化。 基本底面處的壓應(yīng)力，考慮到該水平面上的豎向地基系數(shù)G不變，故其壓應(yīng)力圖形與基本豎向位移圖相似。故 （4-4） 式中C0(見(jiàn)表3-16注)

27、不得不不小于10m0，d為基底寬度或直徑。 在上述三個(gè)公式中，有兩個(gè)未知數(shù)Z。和w，規(guī)定解其值，可建立兩個(gè)平衡方程式: ΣX=0 （4-5） ΣM=0 （4-6） 式中b1為基本計(jì)算寬度，按第三章中“m法”計(jì)算，w為基底的截面模量。對(duì)上二式進(jìn)行聯(lián)立解，可得 （4-7） （4-8） 板書(shū)………………………… 解說(shuō)………………………………… 或 式中： β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)的比值，其中m、m。按第三章有關(guān)規(guī)定采

28、用 將式（4-7）(4-8)代入式（4-3）及式（4-4）得 （4-9） （4-10） 當(dāng)有豎向荷載N及水平力H同步作用時(shí)(圖4-18)則基底邊沿處的壓應(yīng)力為 （4-11） 式中A。為基本底面積。 離地面或最大沖刷線如下Z深度處基本截面上的彎矩(圖4-18)，為 （4-12） 板書(shū)………………………… 解說(shuō)………………………………… (二)基底嵌入基巖內(nèi)的計(jì)算措施 若基底嵌入基巖內(nèi)，在水平力和豎直偏心荷載作用下，可覺(jué)得基底不產(chǎn)生水平位移，則基本的旋轉(zhuǎn)中心A與基底中心相吻合，即Z0=h

29、，為一已知值(圖4-19)。這樣，在基底嵌人處便存在一水平阻力P，由于P力對(duì)基底中心軸的力臂很小，一般可忽視P對(duì)A點(diǎn)的力矩。當(dāng)基本有水平力H作用時(shí)，地面下Z深度處產(chǎn)生的水平位移M和土的橫向抗力σzx分別為 （4-13） （4-14） 基底邊沿處的豎向應(yīng)力為 （4-15） 巖石的C0值可按表3-17查用。 上述公式中只有一種末知數(shù)ω，故只需建立一種彎矩平衡方程便可解出ω值。 板書(shū)………………………… 解說(shuō)………………………………… ΣMA=0 （4-16） 解上式得 （4-17）

30、 式中 將tgω代入式（4-14）（4-15）得 （4-18） （4-19） 基底邊沿處的應(yīng)力為 （4-20） 根據(jù)ΣX=0可以求出嵌人處未知的水平阻力P 板書(shū)………………………… 解說(shuō)………………………………… （4-21） 地面如下Z深度處基本截面上的彎矩為 （4-22） (三) 墩臺(tái)頂面的水平位移 基本在水平力和力矩作用下，墩臺(tái)頂面會(huì)產(chǎn)生水平位移δ，它由地面處的水平位移Z0tgω，地面到墩臺(tái)頂范疇機(jī)h2的水平移h2tgω，在h2

31、范疇內(nèi)墩合身彈性撓曲變形引起的墩臺(tái)頂水平位移δ0，三部分構(gòu)成。 （4-23） 考慮到轉(zhuǎn)角一般均很小，令tgω=ω不會(huì)產(chǎn)生多大的誤差。另一方面，由于基本的實(shí)際剛度并非無(wú)窮大，而剛度對(duì)墩臺(tái)頂?shù)乃轿灰剖怯杏绊懙?。故需考慮實(shí)際剛度對(duì)地面處水平位移的影響及對(duì)地面處轉(zhuǎn)角的影響，用系數(shù)K1及K2表達(dá)。K1、K2是αh，λ/h的函數(shù)，其值可按表4-1查用。因此，式(4-23)可寫(xiě)成 （4-24） 或?qū)χС性趲r石地基上的墩臺(tái)頂面水平位移為 （4-25） (四)驗(yàn)算 1．基底應(yīng)力驗(yàn)算 式(4-11)及式（4-20）所計(jì)算出的最大壓應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)沉井底

32、面處土的容許壓應(yīng)力。 板書(shū)………………………… 解說(shuō)………………………………… （4-26） 2．橫向抗力驗(yàn)算 由式(4-9)，(4-18)計(jì)算出的σzx，值應(yīng)不不小于沉井周邊土的極限抗力值，否則不能考慮基本側(cè)向上的彈性抗力，其計(jì)算措施如下： 當(dāng)基本在外力作用下產(chǎn)生位移時(shí)，在深度Z處基本一側(cè)產(chǎn)生積極上壓力強(qiáng)度Pa而被擠壓一側(cè)土就受到被動(dòng)土壓力強(qiáng)度Pp，故其極限抗力，以土壓力體現(xiàn)為 （4-27） 由朗金土壓力理論可知 （4-28） 代入式（4-27）整頓后 （4-29） 式中γ為土的容重，φ和

33、c分別為土的內(nèi)摩擦角和粘聚力?？紤]到橋梁構(gòu)造性質(zhì)和荷載狀況，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)懂得浮現(xiàn)最大的橫向抗力大體在Z=h/3和Z=h處，將考慮的這些值代入式(4-29，便有下列不等式 （4-30） 板書(shū)………………………… 解說(shuō)………………………………… （4-31） 式中：σ（h/3）x相應(yīng)于Z=h/3深度處的土橫向抗力; σhx 相應(yīng)于Z=h深度處的土橫向抗力，h為基本的理量深度; η1 取決于上部構(gòu)造形式的系數(shù)，一般取η1=1，對(duì)于拱橋 η1=0.7; η2 考慮恒載對(duì)基本底面重心所產(chǎn)生的彎矩Mg在總彎矩M中所占比例的系數(shù)，即η2=1-0.8M

34、g/M 3．墩臺(tái)頂面水平位移驗(yàn)算 橋梁墩臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)，除應(yīng)考慮基本沉降外，往往還需要檢查由于地基變形和墩合身的彈性水平變形所產(chǎn)生的墩臺(tái)頂面的彈性水平位移?，F(xiàn)行規(guī)范規(guī)定：墩臺(tái)頂面的水平位移δ應(yīng)符合下列規(guī)定：δ≤0.5√L(cm)，式中L為相鄰跨中最小跨的跨度(m)，當(dāng)跨度上<25m時(shí)，按25m計(jì)算。 【第18次課】 教學(xué)目的：通過(guò)本次課教學(xué)使學(xué)生掌握沉井的概念，沉井的構(gòu)造構(gòu)造，沉井的施工措施。 教學(xué)重點(diǎn)：沉井的概念，沉井的構(gòu)造構(gòu)造，沉井的施工措施。 教學(xué)難點(diǎn)：沉井的施工措施。 板書(shū)…………………………

35、 解說(shuō)………………………………… 二、沉井施工過(guò)程中的構(gòu)造強(qiáng)度計(jì)算 從底節(jié)沉井拆除墊木，直至上部構(gòu)造修筑完畢開(kāi)始使用，以及營(yíng)運(yùn)過(guò)程中沉井均受到不同外力的作用。因此，沉井的構(gòu)造強(qiáng)度必須滿足各階段最不利受力狀況的規(guī)定。根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ023-85)，鋼筋混凝土受彎構(gòu)件施工階段應(yīng)力驗(yàn)算可采用容許應(yīng)力法。因此在下列有關(guān)鋼筋混凝土構(gòu)造強(qiáng)度驗(yàn)算中除沉井封底與頂蓋一部分計(jì)算外，均采用容許應(yīng)力法。針對(duì)沉井各部分在施工過(guò)程中的最不利受力狀況，一方面擬出相應(yīng)的計(jì)算圖式，然后計(jì)算截面應(yīng)力，進(jìn)行必要的配筋，保證井體構(gòu)造在施工各階段中的強(qiáng)度和穩(wěn)定。 (一

36、)沉井自重下沉驗(yàn)算 為了便沉井能在自重下順利下沉，沉井重力(不排水下沉者應(yīng)扣除浮力)應(yīng)不小于土對(duì)井壁的摩阻力，將兩者之比稱為下沉系數(shù)，規(guī)定 （4-32） 式中：K 下沉系數(shù)，應(yīng)根據(jù)土類別及施工條件取不小于l的數(shù)值; Q 沉井自重（KN）; T 土對(duì)井壁的總摩阻力 當(dāng)不能滿足式(4-32)規(guī)定期，可選擇下列措施直至滿足規(guī)定：加大井壁厚度或調(diào)節(jié)取土井尺寸；如為不排水下沉者，則下沉者到一定深度后可采用排水下沉；增長(zhǎng)附加荷載或射 板書(shū)………………………… 解說(shuō)………………………………… 水助沉;采用泥漿潤(rùn)滑套或壁后壓氣法等措施。 (二)第一節(jié)

37、(底節(jié))沉井的豎向撓曲驗(yàn)算 第一節(jié)沉井在抽除墊木及挖土下沉過(guò)程中，沉井可按承受自重的梁計(jì)算井壁產(chǎn)生的豎向撓曲應(yīng)力。如撓曲應(yīng)力超過(guò)了沉井材料的容許限值，就應(yīng)增長(zhǎng)第一節(jié)沉井高度或在井壁內(nèi)設(shè)立橫向鋼筋，以避免沉井豎向開(kāi)裂。 驗(yàn)算時(shí)應(yīng)采用的第一節(jié)沉井的支承點(diǎn)位置與沉井的施工措施有關(guān)，現(xiàn)分別敘還如下： 1．排水挖土下沉 由于沉井是排水挖土下沉，因此不管在抽除刃腳下墊木以及在整個(gè)挖土下沉過(guò)程中，都能較好地控制沉井的支承點(diǎn)。為了使井體撓曲應(yīng)力盡量小些，支點(diǎn)距離可以控制在最有利的位置處。對(duì)矩形及圓端形沉井而言，是使其支點(diǎn)和跨中點(diǎn)的彎矩大體相等。如沉井長(zhǎng)寬比不小于支點(diǎn)設(shè)在長(zhǎng)邊上，支點(diǎn)間距可采用0.7

38、L，L為沉井長(zhǎng)度如(圖4-20a))，以此驗(yàn)算沉井井壁頂部和下部彎曲抗拉的強(qiáng)度，避免開(kāi)裂。圓形沉井四個(gè)支點(diǎn)可布置在兩個(gè)互相垂直線上的端點(diǎn)處。 2．不排水挖土下沉 由于井孔中有水，挖土也許不均勻，支點(diǎn)設(shè)立也難控制，沉井下沉過(guò)程中也許會(huì)浮現(xiàn)最不利的支承狀況。對(duì)矩形及圓端形沉井，支點(diǎn)在長(zhǎng)邊的中點(diǎn)上，如圖4-20b)，另一種狀況支點(diǎn)在四個(gè)角上，如圖4-20c);對(duì)于圓形沉井，兩個(gè)支點(diǎn)位于始終徑上。圖4-20a)和b)狀況使沉井成為一懸臂梁，在支點(diǎn)處，沉井頂部也許產(chǎn)生豎向開(kāi)裂;而圖4-20c)使沉井成為一簡(jiǎn)支梁，跨中彎矩最大，也許沉井下部豎向開(kāi)裂。兩種狀況均應(yīng)對(duì)長(zhǎng)邊跨中附近最小截面上下緣進(jìn)行驗(yàn)算。

39、 若底節(jié)沉井內(nèi)隔墻的跨度較大，還需驗(yàn)算內(nèi)隔墻的抗拉強(qiáng)度。內(nèi)隔墻最不利的受力狀況是下部土已挖空，第二節(jié)沉井的內(nèi)墻已澆筑，但未凝固，這時(shí)，內(nèi)隔墻成為兩端支承在井壁上的梁，承受了自身重量以及上部第二節(jié)沉井內(nèi)隔墻如模板等重量。如驗(yàn)算成果也許使內(nèi)隔墻下部產(chǎn)生豎向開(kāi)裂，應(yīng)采用措施，或布置水平向鋼筋，或在澆筑第二節(jié)沉 板書(shū)………………………… 解說(shuō)………………………………… 井時(shí)內(nèi)隔墻底部回填砂石并夯實(shí)，使荷載傳至填土上。 (三) 沉井刃腳受力計(jì)算 沉井在下沉過(guò)程中，刃腳受力較為復(fù)雜，刃腳切入土中時(shí)受到向外彎曲應(yīng)力，挖空刃腳下的土?xí)r，刃腳又受到外部土、水壓力作用而向內(nèi)彎曲。從構(gòu)造上

40、來(lái)分析，可覺(jué)得刃腳把一部分力通過(guò)自身作為懸壁梁的作田傳到刃腳根部，另一部分由自身作為一種水平的閉合框架作用所承當(dāng)，因此，可以把刃腳當(dāng)作在平面上是一種水平閉合框架，在豎向是一種固定在井壁上的懸臂梁。水平外力的分派系數(shù)，如根據(jù)懸臂及水平框架兩者的變位關(guān)系及其她某些假定得到： 刃腳懸臂作用的分派系數(shù)為 （4-33） 刃腳框架作用的分派系數(shù)為 （4-34） 式中：L1 支承于隔墻間的井壁最大計(jì)算跨度; L2 支承于隔墻間的井壁最小計(jì)算跨度; hk 刃腳斜面部分的高度。 水平外力按上面兩個(gè)分派系數(shù)數(shù)分派，只合用于內(nèi)隔墻底面高出刃腳底面不超過(guò)0.

41、5m，或不小于0.5m而垂直埂肋的狀況。否則，所有水平力應(yīng)由懸臂作用承當(dāng)，即α=1.0。刃腳不再起水平框架作用，但仍應(yīng)按構(gòu)造規(guī)定布置水平鋼筋，便能承受一定的正、負(fù)彎矩。 外力通過(guò)上面的分派后來(lái)，就可以將刃腳受力狀況按豎、橫兩個(gè)方向來(lái)計(jì)算。 1．刃腳豎向受力分析 (1) 刃腳向外撓曲的內(nèi)力計(jì)算 最不利狀況： 刃腳斜面上土的抵御力最大，而井壁外的土壓力及水壓力最小 一般近似覺(jué)得在沉井下沉施工過(guò)程中，刃腳內(nèi)側(cè)切入土中深度約1.0m，上節(jié)沉井均已接上，且沉井上部露出地面或水面約板書(shū)………………………… 解說(shuō)………………………………… 板書(shū)……………………

42、…… 解說(shuō)………………………………… 一節(jié)沉井高度時(shí)較符合需要條件，為最不利狀況，以此來(lái)計(jì)算刃腳的向外撓曲彎矩。 刃腳高度范疇內(nèi)的外力： 刃腳外側(cè)的積極土壓力及水壓力，沉井自重，土對(duì)刃腳外側(cè)的摩阻力，以及刃腳下土的抵御力。其計(jì)算圖式如圖4-21。 1)作用在刃腳外側(cè)單位寬度上的土壓力及水壓力的合力為 （4-35） 式中：pe2+w2 作用在刃腳根部處的土壓力及水壓力強(qiáng)度之和; pe3+w3 刃腳底面處的土壓力及水壓力強(qiáng)度之和; hk 刃腳高度。 pe+w力的作用點(diǎn)(離刃腳根部的距離)為 （4-36） 地面下深度hi處刃腳

43、承受的土壓力ei可按朗金積極土壓力公式計(jì)算 （4-37） 式中γi為hi高度范疇內(nèi)土的平均容重，在水位如下應(yīng)考慮浮力, hi為計(jì)算位置至地面的距離。 水壓力ωi的計(jì)算為ωi=γwhwi，其中γw為水的容重，hwi為計(jì)算位置至水面的距離。水壓力是應(yīng)根據(jù)施工狀況和土質(zhì)條件計(jì)算的(可參照刃腳向內(nèi)撓曲驗(yàn)算時(shí)有關(guān)闡明)，為了避免計(jì)算所得土、水壓力值偏大而使驗(yàn)算措施偏于不安全，一般設(shè)計(jì)規(guī)范均規(guī)定了由式(4-35)算得的刃腳外側(cè)土、水壓力值不得不小于靜水壓力的70%，否則按靜水壓力的70%。 2)作用在刃腳外側(cè)單位寬度上的摩阻力Ti可按下列二式計(jì)算，并取其較小者

44、 （4-38） 板書(shū)………………………… 解說(shuō)………………………………… （4-39） 式中：τ　土與井壁間單位面積上的摩阻力，由表4-2查用; hk 刃腳高度; E 刃腳外側(cè)總的積極土壓力 3)刃腳下抵御力的計(jì)算。 刃腳下豎向反力R(取單位寬度)可按下式計(jì)算 （4-40） 式中：q 為沿井壁周長(zhǎng)單位寬度上沉井的自重，在水下部分應(yīng)考慮水的浮力; T’ 為沉井入土部分單位寬度上的摩阻力。 為求R的作用點(diǎn)，可將R分為v1及v2兩部分，然后根據(jù)圖4-21求得。圖中刃腳踏面寬度為a1，踏面下的反力假定為均勻分布，其合力用v1

45、表達(dá)。假定刃腳斜面與水平面成θ角，斜面與土間的摩擦角為況。故作用在斜面上土反力的合力與斜面的垂直方向成δ角，斜面上反力成三角形分布，在地面處為o，將合力分解成豎直力v2及水平力H時(shí)，它們的應(yīng)力圖形也是呈三角形分布。因此， （4-41） R的作用點(diǎn)距井壁外側(cè)的距離為 （4-42） 式中：b2為刃腳內(nèi)側(cè)入土斜面在水平面上的投影長(zhǎng)度。 根據(jù)力的平衡條件，從圖4-21可知 （4-43） （4-44） （4-45） 其中δ2為土與刃腳斜面間的外摩擦角，一般定為300，刃腳斜面上水平反力H 作用

46、點(diǎn)離刃腳底面1/3m。 4)刃腳(單位寬度)自重g為(4-43) （4-46） 式中：λ 井壁厚度i γ 鋼筋混凝土刃腳的容重，不排水施工時(shí)應(yīng)扣除浮力。 刃腳自重g的作用點(diǎn)至刃腳根部中心軸的距離 （4-47） 求出以上各力的數(shù)值、方向及作用點(diǎn)后，再算出各力對(duì)刃腳根部中心軸的彎矩總和值M0豎向力N0及剪力Q，其算式為 （4-48） （4-49） （4-50） 式中：MR、MH、Me+w、MT、Mg分別為反力R、土壓力及水壓力pe+w、橫向力H、刃腳底部的外側(cè)摩阻力T1以及刃腳自重g對(duì)刃腳根部中心軸

47、的彎矩，其中作用在刃腳部分的各水平力均應(yīng)接規(guī)定考慮分派系數(shù)α上述各式數(shù)值的正負(fù)號(hào)視具體狀況而定。 根據(jù)M0、N0及Q值就可驗(yàn)算刃腳根部應(yīng)力并計(jì)算出刃腳內(nèi)側(cè)所需的豎向鋼筋用量。一般刃腳鋼筋截面積不適宜少于刃腳跟部截面積的0.1%，刃腳的豎直鋼筋應(yīng)伸入根部以上0.5L1(L1為支承于隔墻間的井 最大計(jì)算跨跨度)。 (2)刃腳向內(nèi)撓曲的內(nèi)力計(jì)算 最不利狀況： 沉井已下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高，刃腳下的土已挖空而尚未澆筑封底混凝土(圖4-22)，這時(shí)，將刃腳作為根部固定在井壁的懸 板書(shū)………………………… 解說(shuō)………………………………… 臂梁，計(jì)算最大的向內(nèi)彎矩。

48、 作用在刃腳上的力： 刃腳外側(cè)的土壓力、水壓力、摩阻力以及刃腳自身的重力。 計(jì)算措施： 同前。但計(jì)算水壓力應(yīng)注意根據(jù)施工實(shí)際狀況，現(xiàn)行的設(shè)計(jì)規(guī)范考慮到一般的狀況及從安全出發(fā)規(guī)定不排水下沉沉井，井壁外側(cè)水壓力值以內(nèi)水壓力值以50%計(jì)算，或按施工也許浮現(xiàn)的水頭差計(jì)算。若為排水下沉沉井，對(duì)不透水土，可按靜水壓力70%計(jì)算，在透水性土中，可按靜水壓力的100%計(jì)算。計(jì)算所得各水平外力均應(yīng)接規(guī)定考慮分派系數(shù)α。 根據(jù)外力值計(jì)算出對(duì)刃腳根部中心軸的彎矩、豎向力及剪力后，并以此求出刃腳外壁的鋼筋用量。同樣，刃腳鋼筋截面積不適宜少于刃腳恨部截面積的0.1%。

49、刃腳的豎直鋼筋應(yīng)伸入刃腳恨部以上0.5L1。 2．刃腳水平鋼筋的計(jì)算 最不利的狀況： 沉井已下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高，刃腳下的土已挖空，尚未澆筑封底混凝土的時(shí)候。 計(jì)算措施： 由于刃腳有懸臂作用及水平閉合框架的作用，故當(dāng)刃腳作為懸臂考慮時(shí)，刃腳所受水平力乘以α而作用于框架的水平力應(yīng)乘以分派系數(shù)β式（4-34)后，其值作為水平框架上的外力，由此求出框架的彎矩及軸向力值。再計(jì)算框架所需的水平鋼筋用量。 根據(jù)常用沉井水平框架的平面形式，現(xiàn)列出其內(nèi)力計(jì)算式，以供設(shè)計(jì)時(shí)參照。 (1)單孔矩形框架(圖

50、4-23) A點(diǎn)處的彎矩 B點(diǎn)處的彎矩 C點(diǎn)處的彎矩 軸向力 板書(shū)………………………… 解說(shuō)………………………………… 式中：K=a/b，a為短邊長(zhǎng)度，b為長(zhǎng)邊長(zhǎng)度。 (2)單孔圓端形(圖4-24) 式中：K=L/r，r為圓心至圓端形井壁中心軸的距離。 (3)雙孔矩形(圖4-25) 板書(shū)………………………… 解說(shuō)………………………………… 式中:K=a/b。 (4)雙孔圓端形(圖4-26a) 板書(shū)………………………… 解說(shuō)………………………………

51、… (5)圓形沉井(圖4-26b)) 圓形沉井，如在均勻土中平穩(wěn)下沉，受到周邊均布的水平壓力，則刃腳作為水平圓環(huán)，其任意截面上的內(nèi)力彎矩M=0，剪力Q=0，軸向壓力N=p×R，其中R為沉井刃腳外壁的半徑。 如由于下沉過(guò)程中沉井發(fā)生傾斜或土質(zhì)的不均勻，都將使刃腳截面產(chǎn)生彎矩。因此應(yīng)根據(jù)實(shí)際狀況考慮水平壓力的分布。為了便于計(jì)算，可以對(duì)土壓力的分布作如下的假設(shè)：設(shè)在井壁(刃腳)的橫截面上互成90。兩點(diǎn)處的徑向壓力為PA、PB，計(jì)算PA時(shí)土的內(nèi)摩擦角可增大2.5~50，計(jì)算PB時(shí)減少2.5 ~5°，并假設(shè)其她各點(diǎn)的土壓力Pa按下式變化 pa=PA(1+ω’sinα) 式中：ω’

52、=ω-1，ω=pB/pA(也可根據(jù)土質(zhì)不均勻狀況，覆蓋層厚度，直接擬定ω值，一般取1.5-2.5，。 則作用在A、B截面上的內(nèi)力為 NA=PA×r(1+0.785ω’) MA=-0.149PAr2ω’ NB=PA×r(1+0.5ω’) MB=0.137PAr2ω’ 式中：NA、MA A截面上的軸向力和彎矩; NB、MB B截面(垂直于A截面)上的軸向力彎矩; r 井壁(刃腳)軸線的半徑。 (四)井壁受力計(jì)算 1.井壁豎向拉應(yīng)力驗(yàn)算 沉

53、井在下沉過(guò)程中，刃腳下的土已被挖空，但沉井上部被摩擦力較大的上體夾住(這一般在下部土層比上部土層軟的情 板書(shū)………………………… 解說(shuō)………………………………… 況下浮現(xiàn))，這時(shí)下部沉井呈懸掛狀態(tài)，井壁就有在自重作用下被拉斷的也許，因而應(yīng)驗(yàn)算井壁的豎向拉應(yīng)力。拉應(yīng)力的大小與井壁摩阻力分布圖有關(guān)，在判斷也許夾住沉井的土層不明顯時(shí)，呵近似假定沿沉井高度成例三角形分布(圖2-27)。在地面處摩阻力最大，而刃腳底面處為零。 該沉井自重為G，h 為沉井的入土深度，U為井壁的周長(zhǎng)，τ為地面處井壁上的摩阻力，τx為距刃腳底x處的摩阻力(圖4-27) 由于 （4-51）

54、 離刃腳底x處井壁的拉力為Sx，其值為 （4-52） 為求得最大拉應(yīng)力令 （4-53） 除沉井障礙物卡住的狀況以外，可用式(4-53)算出的拉應(yīng)力進(jìn)行驗(yàn)算，當(dāng)Smax不小于井壁污工材料容許限值時(shí)，應(yīng)布置必要的豎向受力鋼筋。對(duì)每市井壁接縫處的豎直拉力驗(yàn)算，可假定該處混凝土不承受拉應(yīng)力，所有由接縫處鋼筋承受。鋼筋的應(yīng)力應(yīng)不不小于0.75鋼筋原則強(qiáng)度，并須驗(yàn)算鋼筋錨固長(zhǎng)度。 板書(shū)………………………… 解說(shuō)………………………………… 2．井壁橫向受力計(jì)算 沉井下沉過(guò)程中，井壁始終受到水平向的土壓力及水壓力作用，因而應(yīng)驗(yàn)算井壁材料的強(qiáng)度

55、。驗(yàn)算時(shí)是將井壁水平向截取一段作為水平框架來(lái)考慮，然后計(jì)算該框架的受力狀況(計(jì)算措施與刃腳框架計(jì)算同)。井壁截取位置應(yīng)是在刃腳根部(如圖4-28所示)。沉井的最不利下沉狀況是下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高，刃腳下土已挖空而尚未封底，此時(shí)在c一c斷面(圖4-28)以上截取一段高度為井壁厚A的井壁作為水平框架。其上作用的水平荷載，除了該段井壁范疇內(nèi)的土、水壓力外，尚有刃腳作為懸臂作用傳來(lái)的水平剪力(其值等于刃腳向內(nèi)撓曲時(shí)受到的水平外力乘以分派系數(shù)α。 對(duì)于分布澆筑的沉井，整個(gè)沉井高度范疇的井壁厚度也許不一致，而依厚度變化提成數(shù)段。因此，除了應(yīng)驗(yàn)算接近刃腳根部以上處的井壁材料強(qiáng)度外，同步還應(yīng)驗(yàn)算備厚度變化段最下端

56、處的單位高度的井壁作為水平框架的強(qiáng)度。并以此來(lái)控制該段全高的設(shè)計(jì)。這些水平框架所承受的水平力為該水平框架高度范疇內(nèi)的土壓力及水壓力，并不需乘以分派系數(shù)β。 采用泥漿潤(rùn)滑套的沉井，若臺(tái)階以上泥漿壓力不小于上述土壓力和水壓力之和，則井壁壓力應(yīng)按泥漿壓力計(jì)算。 (五)　混凝土封底及項(xiàng)蓋的計(jì)算 1．封底混凝土計(jì)算 沉井封底混凝土的厚度應(yīng)根據(jù)基底承受的反力狀況而定。作用于封底混凝土的豎向反力可分為兩種狀況：一種是沉井水下封底后，在施工抽水時(shí)封底混凝土需承受基底水和地基土的向上反力；一種是空心沉井在使用階段，封底混凝土須承受沉井基本所有最不利荷載組合所產(chǎn)生的基底反力，如沉井井孔內(nèi)填砂或有水時(shí)，

57、可扣除其重量。 封底混凝土厚度，可按下列兩種措施計(jì)算并取其控制者。 1. 封底混凝土視為支承在凹槽或隔墻底面和刃腳上的底板，按周邊支承的雙向板(矩形或圓端形沉井，或圓板(圓形沉井，計(jì)算。底板與井壁的連接一般按簡(jiǎn)支承考慮，當(dāng)?shù)装迮c井壁有可靠的整體連接(由井壁內(nèi)預(yù)留鋼筋聯(lián)接等)時(shí)， 板書(shū)………………………… 解說(shuō)………………………………… 也可按彈性固定考慮。 封底混凝土的厚度，可按下式計(jì)算: （4-54） 式中：h1 封底混凝土的厚度(m); Mtm 在最大均布反力作用下的最大計(jì)算彎矩(

58、kN·m)，按支承條件考慮的荷載系數(shù)可由構(gòu)造設(shè)計(jì)手冊(cè)直取; Rwj 混凝土彎曲抗拉極限強(qiáng)度; γsi 荷載安全系數(shù)，此處γsi=1.1； γm 材料安全系數(shù)，此處γm=2.31 b 計(jì)算寬度，此處取lm。 有時(shí)為簡(jiǎn)樸初步估算也可采用式(2-29)。 (2)封底混凝土接受剪計(jì)算，即計(jì)算封底混凝土承受基底反力后與否有沿井孔范疇內(nèi)周邊剪斷的也許性。若剪應(yīng)力超過(guò)其抗剪強(qiáng)度則應(yīng)加大封底混凝土的抗剪面積。 2．鋼筋混凝土蓋板的計(jì)算 對(duì)于空心沉井或井孔填以礫砂

59、石的沉井，必須在井頂筑鋼筋混凝土蓋板，用以支承墩臺(tái)的所有荷載。蓋板厚度一般是預(yù)先擬定的，只需進(jìn)行配筋計(jì)算，計(jì)算時(shí)考慮蓋板作為承受最不利組合傳來(lái)均布荷載的雙向板，然后以此計(jì)算成果來(lái)進(jìn)行配筋計(jì)算。 如墩身所有位于井孔內(nèi)，還應(yīng)驗(yàn)算蓋板的剪應(yīng)力和井壁支承壓力。如墩身較大，部分支承在井壁上則不需進(jìn)行蓋板的剪力驗(yàn)算，只進(jìn)行井壁壓應(yīng)力的驗(yàn)算。 三、浮運(yùn)沉井的計(jì)算要點(diǎn) 設(shè)計(jì)浮運(yùn)沉井，除了按前述措施計(jì)算外，還應(yīng)考慮沉井浮運(yùn)過(guò)程中的受力狀況。在根據(jù)基本構(gòu)造的需要擬訂出沉井的基本尺寸后，先要擬定浮運(yùn)沉井的浮體構(gòu)造，進(jìn)行施工環(huán)節(jié)計(jì)算，精確計(jì)算各施工環(huán)節(jié)的沉井重量，入土深度，浮體穩(wěn)定性，井壁內(nèi)外水頭差，井壁露

60、出水面高度等。 (一)浮運(yùn)沉升穩(wěn)定性驗(yàn)算 浮運(yùn)沉井由于其浮運(yùn)階段和就位后接高下沉至河床階段中均屬一 板書(shū)………………………… 解說(shuō)………………………………… 個(gè)懸浮于水中的浮體，它必須是一種穩(wěn)定的浮體，故對(duì)懸浮狀態(tài)下沉井，根據(jù)每一種施工環(huán)節(jié)中的受力狀況，必須核算其穩(wěn)定性。 在穩(wěn)定性驗(yàn)算中，重要是決定沉井的重心、浮心及定傾半徑，然后將它們的數(shù)值進(jìn)行比較，便可判斷沉井在浮運(yùn)和下沉過(guò)程中與否穩(wěn)定?，F(xiàn)以帶臨時(shí)底板的浮運(yùn)沉井為例，進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算如下。 1．計(jì)算浮心位置(圖4-29) 沉井重量等于沉井排開(kāi)水的重量，浮運(yùn)沉井吃水深h0(從底板算起)，可按下式計(jì)算：

61、 （4-55） 式中：V0 為沉井底板以上部分排水體積； A0 為沉井吃水的截面積，對(duì)圓端形沉井(圖4-30) （4-56） 其中：d為圓端形直徑或沉井的寬度；L為沉井矩形部分的長(zhǎng)度。 浮心的位置，以刃腳底面起算為h3+Y1時(shí)，Y1可由下式求得 （4-57） 式中：M為各排水體積(沉井底板以上部分排水體積V0、刃腳體積V1、底板下隔墻體積V2)對(duì)其中心到刃腳底距離的乘積。 如各部分的乘積分別以M0、M2、M3表達(dá)則 （4-58） （4-59） （4-60） 板書(shū)………………………

62、… 解說(shuō)………………………………… （4-61） 式中：h1 底板至刃腳底面的距離; h3 隔墻底距刃腳踏面的距離; h4 底板下的隔墻高度; λ’　底板下井壁的厚度; λ1　　隔墻厚度; a1 隔墻底踏面的寬度; a 刃腳踏面的寬度。 2．重心位置的計(jì)算(圖4-29) 設(shè)重心位置O2，離刃腳底面的距離為Y2，則 （4-62） 式中：MⅡ?yàn)槌辆鞑糠煮w積對(duì)其中心到刃腳底面距離的乘積，并假定了沉井圬工單位重相似。 令重心與浮心的高差為Y，則 （4-63） 3．定

63、傾半徑的計(jì)算 定傾半徑ρ為定傾中心到浮心的距離，由下式計(jì)算 （4-64） 式中：Ix-x為吃水截面積的慣性矩，對(duì)圓端形沉井而言(圖4-30)其值為 （4-65） 對(duì)帶氣筒的浮運(yùn)沉井，應(yīng)根據(jù)氣筒布置、各階段氣筒的使用、連通狀況分別擬定定傾半徑ρ。 板書(shū)………………………… 解說(shuō)……………………………… 4．浮運(yùn)沉井穩(wěn)定的必要條件 浮運(yùn)沉井的穩(wěn)定性應(yīng)滿足重心到浮心的距離不不小于定傾中心到浮心的距離即 （4-66） (二)浮運(yùn)沉井露出水面最小高度的驗(yàn)算 沉井在浮運(yùn)過(guò)程中受到牽引力、風(fēng)力等作用，不免使沉井

64、產(chǎn)生一定的傾斜，這就規(guī)定沉井傾斜后頂面露出水面0.5~1.0m作為安全高度或沉井露出水面的最小高度，以保證沉井在拖運(yùn)中的安全。拖引力及風(fēng)力等對(duì)浮心產(chǎn)生彎矩M，因而使沉井旋轉(zhuǎn)(傾斜)角度θ其值為 （4-67） 式中：為水的容量，取為l0kN/m3。在一般狀況下不容許θ值不小于6°。 沉井浮運(yùn)時(shí)露出水面的最小高度h按下式計(jì)算 （4-68） 式中：H 浮運(yùn)時(shí)沉井的高度; f 浮運(yùn)沉井發(fā)生最大的傾斜時(shí)，頂面露出水面的安全距離，其值為0.5~1.0m。 上式中用了dtgθ，d為圓端形的直徑，即假定由于彎矩作用使沉井沒(méi)入水中的深度為計(jì)算值(d/2)

65、tgθ的兩倍。 【思考題】 1．沉井基本的設(shè)計(jì)計(jì)算涉及哪些內(nèi)容? 2．沉井基本基底應(yīng)力驗(yàn)算的基本原理是什么? 3．沉井構(gòu)造計(jì)算有哪些內(nèi)容? 4．浮運(yùn)沉井的計(jì)算有何特殊性？ 【第19次課】 教學(xué)目的：通過(guò)本次課教學(xué)使學(xué)生掌握沉井的概念，沉井的構(gòu)造構(gòu)造，沉井的施工措施。 教學(xué)重點(diǎn)：沉井的概念，沉井的構(gòu)造構(gòu)造，沉井的施工措施。 教學(xué)難點(diǎn)：沉井的施工措施。 板書(shū)………………………… 解說(shuō)………………………………… 第六節(jié) 地下持續(xù)墻 一、地下持續(xù)墻的概念、特點(diǎn)及其應(yīng)用與發(fā)展 概念： 地下持續(xù)墻是在地

66、面上用抓斗式或回轉(zhuǎn)式等的成槽機(jī)械，沿著開(kāi)挖工程的周邊，在泥漿護(hù)壁的狀況下開(kāi)挖一條狹長(zhǎng)的深槽，形成一種單元槽段后，在槽內(nèi)放大預(yù)先在地面上制作好的鋼筋籠，然后用導(dǎo)管法灌溉混凝土，完畢一種單元的墻段，各單元墻段之間以特定的接頭方式互相連接，形成一條地下持續(xù)墻壁(圖4-40)。隨著地下持續(xù)墻技術(shù)的發(fā)展也可在挖好深槽后直接放置預(yù)制的鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土墻板。 長(zhǎng)處： 構(gòu)造剛度大;整體性、防滲性和耐久性好;施工時(shí)基本上無(wú)噪聲、無(wú)振動(dòng)、施工速度快、建造深度大，能適應(yīng)較復(fù)雜的地質(zhì)條件;可以做為地下主體構(gòu)造的一部分、節(jié)省擋土構(gòu)造的造價(jià)等長(zhǎng)處。 應(yīng)用范疇： 市政工程的多種地下工程、房屋基本，豎井、船塢船閘，碼頭堤壩等。近來(lái)，地下墻技術(shù)在國(guó)內(nèi)有了較快的發(fā)展和應(yīng)用。 應(yīng)用類型: 1．作為地下工程基坑的擋上防滲墻，它是施工用的臨時(shí)構(gòu)造; 2．在開(kāi)挖期作為基坑施工的擋土防滲構(gòu)造，后來(lái)與主體構(gòu)造側(cè)墻以某種形式結(jié)合，作為主體構(gòu)造側(cè)墻的一部分；