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1、第五章第五章 沉井基礎沉井基礎 土木工程本科生專業(yè)課程基礎工程主主 要要 內(nèi)內(nèi) 容容5.1 5.1 天然地基上深基礎的修筑方法天然地基上深基礎的修筑方法5.2 5.2 沉井的類型和構(gòu)造沉井的類型和構(gòu)造5.3 5.3 沉井的施工方法沉井的施工方法5.4 5.4 沉井的設計計算沉井的設計計算5.1 5.1 天然地基上深基礎的修筑方法天然地基上深基礎的修筑方法概述概述基礎埋深基礎埋深施工難度施工難度施工安全系數(shù)施工安全系數(shù)水中施工水中施工需采用特殊需采用特殊的處理方式的處理方式需更多更強需更多更強的支撐結(jié)構(gòu)的支撐結(jié)構(gòu)施工困難施工困難造價上升造價上升沉井基礎沉井基礎沉箱基礎沉箱基礎新方法新方法施工方法
2、施工方法制作制作井筒井筒挖土挖土下沉下沉到達設到達設計標高計標高封底填封底填充制蓋充制蓋修筑上修筑上部結(jié)構(gòu)部結(jié)構(gòu)5.1 5.1 天然地基上深基礎的修筑方法天然地基上深基礎的修筑方法特點特點施工過程：沉井擋土、擋水，起臨時圍堰作用施工過程：沉井擋土、擋水，起臨時圍堰作用運營階段：深埋的實體基礎運營階段：深埋的實體基礎優(yōu)點優(yōu)點剛度大、橫向抗力大、抗震性能較好剛度大、橫向抗力大、抗震性能較好機具簡單、施工方便機具簡單、施工方便5.1 5.1 天然地基上深基礎的修筑方法天然地基上深基礎的修筑方法5.1 5.1 天然地基上深基礎的修筑方法天然地基上深基礎的修筑方法5.2 5.2 沉井的類型和構(gòu)造沉井的類
3、型和構(gòu)造5.3 5.3 沉井的施工方法沉井的施工方法5.4 5.4 沉井的設計計算沉井的設計計算主主 要要 內(nèi)內(nèi) 容容5.2 5.2 沉井的類型及構(gòu)造沉井的類型及構(gòu)造5.2.1 5.2.1 沉井類型沉井類型按下沉方法按下沉方法一般沉井一般沉井浮運沉井浮運沉井按沉井材料按沉井材料混凝土沉井混凝土沉井鋼筋混凝土沉井鋼筋混凝土沉井鋼沉井鋼沉井其他沉井其他沉井1 1井壁井壁2 2刃腳刃腳3 3隔墻隔墻4 4井孔井孔5 5凹槽凹槽6 6射水管射水管7 7封底封底8 8頂蓋頂蓋5.2 5.2 沉井的類型及構(gòu)造沉井的類型及構(gòu)造5.2.2 5.2.2 沉井構(gòu)造沉井構(gòu)造1 1 平面形狀平面形狀平面平面形狀形狀圓
4、形沉井圓形沉井矩形沉井矩形沉井圓端形沉井圓端形沉井 受力性能好，充分發(fā)揮混凝土受力性能好，充分發(fā)揮混凝土 抗壓強度抗壓強度 挖土方便，下沉均勻，易于控挖土方便，下沉均勻，易于控 制方向制方向 基底基底maxmax 同面積的矩形同面積的矩形 制造方便，下沉方向不易控制制造方便，下沉方向不易控制 能充分利用地基承載力能充分利用地基承載力 介于前兩者之間介于前兩者之間5.2 5.2 沉井的類型及構(gòu)造沉井的類型及構(gòu)造5.2 5.2 沉井的類型及構(gòu)造沉井的類型及構(gòu)造2 2 平面尺寸平面尺寸 頂面尺寸：大于墩底尺寸頂面尺寸：大于墩底尺寸 底面尺寸：由地基承載力確定底面尺寸：由地基承載力確定3 3 沉井高度
5、沉井高度 頂面標高頂面標高H1：低于最低水位或低于地面：低于最低水位或低于地面 底面標高底面標高H2：由最小埋深和地基承載力確定：由最小埋深和地基承載力確定 沉井高度沉井高度H:H=H1-H2 高沉井高沉井可分節(jié)制造：每節(jié)高不大于可分節(jié)制造：每節(jié)高不大于56m，首節(jié)不大于首節(jié)不大于46m 第二節(jié)沉井過高，會導致沉井下沉發(fā)生傾斜第二節(jié)沉井過高，會導致沉井下沉發(fā)生傾斜 以及使下沉不深的首節(jié)沉井發(fā)生問題以及使下沉不深的首節(jié)沉井發(fā)生問題5.2 5.2 沉井的類型及構(gòu)造沉井的類型及構(gòu)造4 4 井孔設置及大小井孔設置及大小 設置目的：排土設置目的：排土 平面尺寸：挖土機具能順利通過，對稱布置平面尺寸：挖土
6、機具能順利通過，對稱布置 設置方式設置方式:單孔、雙孔及多孔單孔、雙孔及多孔5 5 井壁井壁應有足夠的強度和重量應有足夠的強度和重量豎豎直直形形臺臺階階形形斜斜坡坡形形易于控制易于控制方向，但方向，但阻力大，阻力大，不易下沉不易下沉臺階寬度臺階寬度1020mm多設在沉多設在沉井分節(jié)處井分節(jié)處有利下沉有利下沉但易偏斜但易偏斜100100：1 1至至5050：1 15.2 5.2 沉井的類型及構(gòu)造沉井的類型及構(gòu)造6 6 隔墻隔墻 作用：作用：減小受彎跨度，提高沉井剛度，降低減小受彎跨度，提高沉井剛度，降低 沉井應力沉井應力 均勻挖土，控制下沉方向，不致傾斜均勻挖土，控制下沉方向，不致傾斜 特點：特
7、點：厚厚0.81.2m，底面高出刃腳踏面不小于，底面高出刃腳踏面不小于0.5m0.5m h h較大時，設梗肋于隔墻底部與刃腳連接處較大時，設梗肋于隔墻底部與刃腳連接處 排水下沉，隔墻底留排水下沉，隔墻底留1.0-1.2m1.0-1.2m2 2過人通道過人通道 設置透水孔，一般設置透水孔，一般20-20cm20-20cm2 2，設置在隔墻，設置在隔墻 上部離頂部上部離頂部23m5.2 5.2 沉井的類型及構(gòu)造沉井的類型及構(gòu)造7 7 射水管組射水管組 作用：作用：利用高壓水流沖松井壁四周的土，降利用高壓水流沖松井壁四周的土，降 低側(cè)阻力端阻力低側(cè)阻力端阻力 控制水量、水壓大小，調(diào)整下沉方向控制水量
8、、水壓大小，調(diào)整下沉方向5.2 5.2 沉井的類型及構(gòu)造沉井的類型及構(gòu)造8 8 探測管組探測管組 作用：作用：探測刃腳和隔墻底面下的泥面標高探測刃腳和隔墻底面下的泥面標高 清基射水或破壞沉井正面土層以利下沉清基射水或破壞沉井正面土層以利下沉 沉井水下封底后，可作為刃腳或隔墻下沉井水下封底后，可作為刃腳或隔墻下 封底混凝土的質(zhì)量檢查孔封底混凝土的質(zhì)量檢查孔 使用條件：平面尺寸大，不排水下沉較深的沉井使用條件：平面尺寸大，不排水下沉較深的沉井5.2 5.2 沉井的類型及構(gòu)造沉井的類型及構(gòu)造9 9 凹槽凹槽 作用：作用：使封底混凝土更好的與井壁聯(lián)結(jié)使封底混凝土更好的與井壁聯(lián)結(jié) 如將沉井改為沉箱，凹槽
9、處可制作箱頂如將沉井改為沉箱，凹槽處可制作箱頂10 10 井頂圍堰井頂圍堰 作用：防止井頂以上的土，水落入井內(nèi)作用：防止井頂以上的土，水落入井內(nèi)11 11 封底混凝土封底混凝土12 12 頂蓋頂蓋受力和穩(wěn)定條件確定是否填充受力和穩(wěn)定條件確定是否填充厚度由計算確定厚度由計算確定5.1 5.1 天然地基上深基礎的修筑方法天然地基上深基礎的修筑方法5.2 5.2 沉井的類型和構(gòu)造沉井的類型和構(gòu)造5.3 5.3 沉井的施工方法沉井的施工方法5.4 5.4 沉井的設計計算沉井的設計計算主主 要要 內(nèi)內(nèi) 容容江陰長江公路大橋 北錨碇采用大型深沉井基礎，平面尺寸為69米51米，下沉58米，為世界第一大沉井(
10、面積近個半籃球場，高度相當于層樓)。世界第一大沉井南岸重力嵌巖錨北岸南岸5.3 5.3 沉井的施工沉井的施工5.3.1 5.3.1 陸地沉井的施工陸地沉井的施工場地準備場地準備立模、綁扎鋼筋立模、綁扎鋼筋 墊木法墊木法 無墊木法無墊木法 土模法土模法 方法方法 填土內(nèi)模填土內(nèi)模 挖土內(nèi)模挖土內(nèi)模5.3 5.3 沉井的施工沉井的施工墊木布置墊木布置示意圖示意圖挖土內(nèi)模挖土內(nèi)模5.3 5.3 沉井的施工沉井的施工澆筑混凝土澆筑混凝土 對稱均勻地進行，防止不均勻沉降引起沉對稱均勻地進行，防止不均勻沉降引起沉井開裂，且盡量一次性澆筑井開裂，且盡量一次性澆筑拆除模板和墊木拆除模板和墊木模板拆除時間：側(cè)面
11、直立模板模板拆除時間：側(cè)面直立模板設計強度設計強度25%25%刃腳斜面、隔墻底面刃腳斜面、隔墻底面設計強度設計強度75%75%墊木墊木=設計強度設計強度墊木拆除順序：先內(nèi)壁，后外壁；先短邊，后長邊墊木拆除順序：先內(nèi)壁，后外壁；先短邊，后長邊5.3 5.3 沉井的施工沉井的施工挖土下沉挖土下沉接筑沉井接筑沉井地基檢驗和處理地基檢驗和處理井底填充井底填充制作頂蓋制作頂蓋排水挖土下沉：無地下水或土層滲水量較小且穩(wěn)定排水挖土下沉：無地下水或土層滲水量較小且穩(wěn)定不排水挖土下沉：與上述情況相反不排水挖土下沉：與上述情況相反5.3 5.3 沉井的施工沉井的施工5.3.2 5.3.2 水中沉井的施工水中沉井的
12、施工筑島法筑島法在河流淺灘或水位不深在河流淺灘或水位不深水流速度不大時采用水流速度不大時采用5.3 5.3 沉井的施工沉井的施工浮運法浮運法浮運沉井下水浮運沉井下水雙壁浮運沉井雙壁浮運沉井帶氣筒浮運沉帶氣筒浮運沉井井帶臨時性井底帶臨時性井底浮運沉井浮運沉井在深水河道中，水流速度在深水河道中，水流速度較大，人工筑島有困難時較大，人工筑島有困難時5.3 5.3 沉井的施工沉井的施工 沉井傾斜沉井傾斜偏挖土：在下沉少的一側(cè)多挖土，下沉多的一側(cè)偏挖土：在下沉少的一側(cè)多挖土，下沉多的一側(cè) 少挖土或不挖土少挖土或不挖土偏壓重：在井頂不對稱加重，不對稱射水，或在偏壓重：在井頂不對稱加重，不對稱射水，或在 井
13、頂施加水平力將沉井扶正井頂施加水平力將沉井扶正在沉的少的一側(cè)挖土，底面灌注膨潤土泥漿，以在沉的少的一側(cè)挖土，底面灌注膨潤土泥漿，以 減小井壁與土之間的摩擦力減小井壁與土之間的摩擦力5.3 5.3 沉井的施工沉井的施工5.3.3 5.3.3 沉井下沉問題及處理方法沉井下沉問題及處理方法 沉井偏移沉井偏移先偏挖土使之傾斜，再均勻挖土至井底中心先偏挖土使之傾斜，再均勻挖土至井底中心 接近設計標高時，再糾傾斜接近設計標高時，再糾傾斜5.3 5.3 沉井的施工沉井的施工 難沉問題難沉問題井底有障礙物井底有障礙物井壁阻力過大井壁阻力過大 突沉問題突沉問題清除障礙物清除障礙物加重法加重法減小井壁摩阻力減小井
14、壁摩阻力5.3 5.3 沉井的施工沉井的施工5.1 5.1 天然地基上深基礎的修筑方法天然地基上深基礎的修筑方法5.2 5.2 沉井的類型和構(gòu)造沉井的類型和構(gòu)造5.3 5.3 沉井的施工方法沉井的施工方法5.4 5.4 沉井的設計計算沉井的設計計算主主 要要 內(nèi)內(nèi) 容容5.4 5.4 沉井的設計計算沉井的設計計算5.4.1 5.4.1 集資料集資料設計資料：設計資料：上部結(jié)構(gòu)、墩臺類型及尺寸、沉井基上部結(jié)構(gòu)、墩臺類型及尺寸、沉井基 礎的設計荷載礎的設計荷載 水文、地質(zhì)資料等水文、地質(zhì)資料等設計內(nèi)容：設計內(nèi)容：作為基礎本身的檢算，深埋剛性基礎作為基礎本身的檢算，深埋剛性基礎 沉井結(jié)構(gòu)的設計計算沉
15、井結(jié)構(gòu)的設計計算5.4.2 5.4.2 沉井各部尺寸的擬定沉井各部尺寸的擬定包包括括依依據(jù)據(jù)5.4 5.4 沉井的設計計算沉井的設計計算5.4.3 5.4.3 沉井的檢算沉井的檢算作為整體深基礎的設計計算作為整體深基礎的設計計算埋深較小，不考慮基礎側(cè)面土的橫向抗力，埋深較小，不考慮基礎側(cè)面土的橫向抗力，按淺基礎進行計算按淺基礎進行計算埋深較大，需要考慮基礎側(cè)面土的橫向抗力，埋深較大，需要考慮基礎側(cè)面土的橫向抗力，按剛性樁進行計算按剛性樁進行計算5.4 5.4 沉井的設計計算沉井的設計計算5.4 5.4 沉井的設計計算沉井的設計計算 如右圖所示，在橫向力如右圖所示，在橫向力H H和和M M的作用
16、下，基礎將沿軸線上的的作用下，基礎將沿軸線上的a a點點發(fā)生轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動角度為發(fā)生轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動角度為則在則在z z深度處基礎的橫向位移為深度處基礎的橫向位移為a a點的深度點的深度則在則在z z深度處基礎側(cè)面土的橫向抗力為深度處基礎側(cè)面土的橫向抗力為基礎轉(zhuǎn)動引起基礎底面邊緣的豎向位移為基礎轉(zhuǎn)動引起基礎底面邊緣的豎向位移為5.4 5.4 沉井的設計計算沉井的設計計算相應的基底反力為相應的基底反力為對對a a 點取矩有點取矩有忽略基礎側(cè)面和底面的摩擦力，由水平方向的力平衡忽略基礎側(cè)面和底面的摩擦力，由水平方向的力平衡方程有方程有5.4 5.4 沉井的設計計算沉井的設計計算5.4 5.4 沉井的設計計算
17、沉井的設計計算則在則在z z深度處基礎的彎矩為深度處基礎的彎矩為5.4 5.4 沉井的設計計算沉井的設計計算同時考慮豎向力同時考慮豎向力N N時，基礎底面的豎向應力為時，基礎底面的豎向應力為 基礎繞底面中心點基礎繞底面中心點a a轉(zhuǎn)動，并轉(zhuǎn)動，并 假設假設a a點的坐標為點的坐標為z z0 0=l 忽略巖面以下基礎側(cè)面的橫忽略巖面以下基礎側(cè)面的橫 向抗力向抗力P P引起的彎矩引起的彎矩則基礎側(cè)面土的橫向抗力為則基礎側(cè)面土的橫向抗力為5.4 5.4 沉井的設計計算沉井的設計計算對對a a點取矩可以得到基礎的轉(zhuǎn)角為點取矩可以得到基礎的轉(zhuǎn)角為則在則在z z深度處基礎的彎矩為深度處基礎的彎矩為由水平方
18、向的力平衡條件可得由水平方向的力平衡條件可得若若P P為負，則說明其作用方向與圖示方向相反為負，則說明其作用方向與圖示方向相反5.4 5.4 沉井的設計計算沉井的設計計算作為圍護結(jié)構(gòu)的設計計算作為圍護結(jié)構(gòu)的設計計算 下沉系數(shù)下沉系數(shù)K K1 1G G沉井自重沉井自重B B水的浮力水的浮力R Rf f井壁摩阻力井壁摩阻力5.4 5.4 沉井的設計計算沉井的設計計算 下沉穩(wěn)定系數(shù)下沉穩(wěn)定系數(shù)R R1 1刃腳下土的支持力刃腳下土的支持力R R2 2隔墻下土的支持力隔墻下土的支持力 抗浮安全系數(shù)抗浮安全系數(shù)K K2 2B B1 1封底后水的浮力封底后水的浮力5.4 5.4 沉井的設計計算沉井的設計計算
19、 刃腳向外撓曲的計算刃腳向外撓曲的計算 計算刃腳外側(cè)的土壓力計算刃腳外側(cè)的土壓力E E和和 水壓力水壓力W W 計算井壁自重計算井壁自重G G 計算刃腳自重計算刃腳自重g g 計算土對刃腳外側(cè)的摩擦力計算土對刃腳外側(cè)的摩擦力T T 計算刃腳下土的抗力計算刃腳下土的抗力 計算刃腳根部的截面內(nèi)力計算刃腳根部的截面內(nèi)力 根據(jù)截面內(nèi)力進行鋼筋計算根據(jù)截面內(nèi)力進行鋼筋計算5.4 5.4 沉井的設計計算沉井的設計計算 刃腳向內(nèi)撓曲的計算刃腳向內(nèi)撓曲的計算沉井下沉到設計標高沉井下沉到設計標高刃腳下的土掏空且未澆筑混凝土刃腳下的土掏空且未澆筑混凝土井壁外側(cè)作用最大的水、土壓力井壁外側(cè)作用最大的水、土壓力忽略刃
20、腳自重和土的摩阻力影響忽略刃腳自重和土的摩阻力影響各水平外力應乘以分配系數(shù)各水平外力應乘以分配系數(shù)5.4 5.4 沉井的設計計算沉井的設計計算計算要點計算要點 刃腳水平受力分析刃腳水平受力分析計算要點計算要點計算圖式為一閉合的水平框架計算圖式為一閉合的水平框架沉井下沉到設計標高沉井下沉到設計標高刃腳下的土掏空且未澆筑混凝土刃腳下的土掏空且未澆筑混凝土框架上的力等于作用在刃腳上的水框架上的力等于作用在刃腳上的水平力乘以分配系數(shù)平力乘以分配系數(shù)5.4 5.4 沉井的設計計算沉井的設計計算 豎向撓曲計算豎向撓曲計算5.4 5.4 沉井的設計計算沉井的設計計算排排水水挖挖土土下下沉沉5.4 5.4 沉
21、井的設計計算沉井的設計計算不不排排水水挖挖土土下下沉沉5.4 5.4 沉井的設計計算沉井的設計計算 井壁豎向拉力計算井壁豎向拉力計算由豎向力平衡方程有由豎向力平衡方程有 假設該等截面沉井自重為假設該等截面沉井自重為G，沉井入土深度為，沉井入土深度為h,U為井壁為井壁周長，周長，為地面處井壁單位摩阻力，為地面處井壁單位摩阻力，為距刃腳底為距刃腳底x處的摩阻力處的摩阻力距離刃腳底距離刃腳底x x處的拉力為處的拉力為5.4 5.4 沉井的設計計算沉井的設計計算 井壁水平受力井壁水平受力分析分析5.4 5.4 沉井的設計計算沉井的設計計算封底混凝土看作支撐在凹槽，封底混凝土看作支撐在凹槽，按周邊支撐的雙向板或圓板按周邊支撐的雙向板或圓板計算計算封底混凝土按受剪計算：封封底混凝土按受剪計算：封底混凝土在井孔范圍內(nèi)荷載底混凝土在井孔范圍內(nèi)荷載作用下，有沿刃腳斜面高度作用下，有沿刃腳斜面高度截面剪斷的可能截面剪斷的可能封底混凝土封底混凝土剪應力剪應力計算圖計算圖5.4 5.4 沉井的設計計算沉井的設計計算5.4 5.4 沉井的設計計算沉井的設計計算 u地下連續(xù)墻的概念u地下連續(xù)墻優(yōu)點地下連續(xù)墻地下連續(xù)墻http:/
基礎工程：第五章 沉井基礎
