基礎(chǔ)工程-沉井基礎(chǔ)PPT課件.ppt

第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,1,5-1概述第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,第一節(jié)概述,沉井的應(yīng)用己有很長的歷史，它是由古老的掘井作業(yè)發(fā)展而成的一種施工方法，用沉井法修筑的基礎(chǔ)叫做沉井基礎(chǔ)，參見圖5-1。,圖5-1沉井基礎(chǔ)示意a)沉井下沉;b)沉井基礎(chǔ),2,沉井的概念:是井筒狀的結(jié)構(gòu)物。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，使其成為橋梁墩臺或其它結(jié)構(gòu)物的基礎(chǔ)。沉井的優(yōu)點：埋置深度可以很大，整體性強、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)，又是施工時的擋土和擋土圍堰結(jié)構(gòu)物，施工工藝并不復(fù)雜。沉井施工時對鄰近建筑物尤其是軟土中地下建筑物的基礎(chǔ)影響小。,5-1概述第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,3,沉井的缺點：施工期較長；對粉細砂類土在井內(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，均會給施工帶來一定困難。,5-1概述第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,4,沉井,5-1概述第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,5,根據(jù)經(jīng)濟合理、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；3.巖層表面較平坦且覆蓋層薄，但河水較深；采用擴大基礎(chǔ)施工圍堰有困難時。,5-1概述第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,6,第二節(jié)沉井的類型和構(gòu)造,一、沉井的分類,按沉井的施工方法分類,一般沉井浮運沉井,5-2沉井的類型和構(gòu)造第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,按沉井的建筑材料分類,混凝土沉井,鋼筋混凝土沉井,竹筋混凝土沉井,7,按沉井形狀分類,圓形圓端形矩形,沉井的平面形狀,5-2沉井的類型和構(gòu)造第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,沉井的立面形狀,柱形階梯形錐形,8,5-2沉井的類型和構(gòu)造第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,圖5-3沉井的平面形狀a)單孔沉井；b)雙孔沉井；c)多孔沉井,9,5-2沉井的類型和構(gòu)造第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,圖5-4沉井剖面圖a）直壁柱型；b）外壁單階型；c）外壁多階型；d）內(nèi)壁多階型,10,二、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)底部的形狀。對矩形或圓端形墩，可采用相應(yīng)形狀的沉井，當(dāng)墩的長寬比較為接近時，可采用方形或圓形沉井。沉井頂面尺寸為墩(臺)身底部尺寸加襟邊寬度。,5-2沉井的類型和構(gòu)造第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,沉井的入土深度：根據(jù)上部結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)條件及各土層的承載力等確定。,11,(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。,5-2沉井的類型和構(gòu)造第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,圖5-5沉井構(gòu)造圖,12,(三)浮運沉井的構(gòu)造,1.不帶氣筒的浮運沉井,不帶氣筒的浮式沉井適應(yīng)于水深較淺、流速不大、河床較平、沖刷較小的自然條件。一般在岸邊制造，通過滑道拖拉下水，浮運到墩位，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)水泥薄壁沉井是由內(nèi)、外壁組成的空心井壁沉井，這是制造浮運沉井較好的方法，具有施工方便、節(jié)省鋼材等優(yōu)點。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M5的水泥砂漿，使它充滿鋼筋網(wǎng)和鋼絲網(wǎng)之間的間隙并形成厚13mm的保護層。,5-2沉井的類型和構(gòu)造第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,13,2.帶鋼氣筒的浮運沉井,5-2沉井的類型和構(gòu)造第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,圖5-8帶鋼氣筒的浮運沉井,帶鋼氣筒的浮運沉井適用于水深流急的巨型沉井。它主要由雙壁的沉井底節(jié)、單壁鋼殼、鋼氣筒等組成。,14,(四)組合式沉井,定義：當(dāng)采用低樁承臺而圍水挖基澆筑承臺有困難時；當(dāng)沉井刃腳遇到傾斜較大的巖層或在沉井范圍內(nèi)地基土軟硬不均而水深較大時可采用上面是沉井下面是樁基的混合式基礎(chǔ)，或稱組合式沉井。施工時按設(shè)計尺寸做成沉井，下沉到預(yù)定標(biāo)高后，進行澆筑封底混凝土和承臺，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，又作為鉆孔樁的護筒，還作為樁基的承臺,5-2沉井的類型和構(gòu)造第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,15,第三節(jié)沉井的施工,沉井基礎(chǔ)施工一般可分為旱地施工、水中筑島施工及浮運沉井施工三種。,5-3沉井的施工第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,一、旱地上沉井的施工,橋梁墩臺位于旱地時，沉井可就地制造、挖土下沉、封底、充填井孔以及澆筑頂板。,a)制作第一節(jié)沉井;b)抽墊木、挖土下沉;c)沉井接高下沉;d)封底圖5-9沉井施工順序示意,16,1.整平場地,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)整平夯實或換土夯實。在一般情況下，應(yīng)在整平場地上鋪上不小于0.5m厚的砂或砂礫層。,5-3沉井的施工第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,17,2.制造第一節(jié)沉井,制造沉井前，應(yīng)先在刃腳處對稱鋪滿墊木（圖5-10），以支承第一節(jié)沉井的重量，并按墊木定位立模板以綁扎鋼筋。然后在刃腳位置處放上刃腳角鋼，豎立內(nèi)模（圖5-11），綁扎鋼筋，再立外模澆筑第一節(jié)沉井。,5-3沉井的施工第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,圖5-10墊木布置實例,圖5-11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,18,3.拆模及抽墊,當(dāng)沉井混凝土強度達設(shè)計強度70時可拆除模板，達設(shè)計強度后方可抽撤墊木。抽撤墊木應(yīng)分區(qū)、依次、對稱、同步地向沉井外抽出。其順序為：先內(nèi)壁下，再短邊，再長邊，最后定位墊木。長邊下墊木隔一根抽一根，以固定墊木為中心，由遠而近對稱地抽，最后抽除固定墊木，并隨抽隨用砂土回填搗實，以免沉井開裂、移動或偏斜。,原則：分區(qū)、依次、對稱、同步。,5-3沉井的施工第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,19,4.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，不會因排水而產(chǎn)生大量流砂時，可采用排水下沉。它適用于土層滲水量不大且排水時不會產(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)保證施工安全。排水下沉?xí)r，有時也用機械除土。不排水下沉：一般都采用機械除土，挖土工具可以是抓土斗或水力吸泥機，如土質(zhì)較硬，水力吸泥機需配以水槍射水將土沖松。由于吸泥機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。,5-3沉井的施工第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,20,5.接高沉井,第一節(jié)沉井頂面下沉至距地面還剩1m2m時，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。待混凝土強度達設(shè)計要求后，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。圍堰是臨時性的，待墩臺身出水后可拆除。,5-3沉井的施工第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,21,7.地基檢驗和處理,基底檢驗：檢驗內(nèi)容是地基土質(zhì)是否和設(shè)計相符，是否平整，并對地基進行必要的處理?；滋幚恚荷靶酝粱蛘承酝恋鼗?，一般可在井底鋪一層礫石或碎石至刃腳底面以上200mm。未風(fēng)化巖石地基，應(yīng)鑿除風(fēng)化巖層，若巖層傾斜，還應(yīng)鑿成階梯形。要確保井底地基盡量平整，浮土、軟土清除干凈，以保證封底混凝土、沉井與地基結(jié)合緊密。,5-3沉井的施工第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,22,8.封底、充填井孔及澆筑頂蓋,地基經(jīng)檢驗及處理合乎要求后，應(yīng)立即進行封底。如封底是在不排水情況下進行，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，先低后高的次序進行灌注。待混凝土達設(shè)計強度后，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，然后砌筑墩身，墩身出土(或水面)后可拆除臨時性的井頂圍堰。,5-3沉井的施工第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,23,5-3沉井的施工第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,沉井施工過程動畫演示1,24,5-3沉井的施工第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,沉井施工過程動畫演示2,25,二、水中沉井的施工,（一）筑島法,當(dāng)水深小于3m，流速1.5m/s時，可采用砂或礫石在水中筑島(圖5-12a），周圍用草袋圍護；若水深或流速加大，可采用圍堤防護筑島圖5-12b）；當(dāng)水深較大（通常15m）或流速較大時，宜采用鋼板樁圍堰筑島(圖5-12c）。,5-3沉井的施工第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,圖5-12水中筑島下沉沉井a(chǎn))無圍堰防護土島;b)有圍堰防護土島;c)圍堰筑島,26,2.浮運沉井施工,水深較大，如超過10m時，筑島法很不經(jīng)濟，且施工也困難，可改用浮運法施工。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)計墩位。,5-3沉井的施工第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,（二）浮運沉井施工,圖5-13浮運沉井下水示意,27,三、泥漿潤滑套與壁后壓氣沉井施工法,（一）泥漿潤滑套,泥漿潤滑套是借助泥漿泵和輸送管道將特制的泥漿壓入沉井外壁與土層之間，在沉井外圍形成有一定厚度的泥漿層。主要利用泥漿的潤滑減阻，降低沉井下沉中的摩擦阻力。,圖5-14射口擋板與壓漿管構(gòu)造a)射口擋板;b)外管法壓漿管構(gòu)造,5-3沉井的施工第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,28,（二）壁后壓氣沉井法,它是通過對沿井壁內(nèi)周圍預(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)，使井壁周圍土松動，減少井壁摩阻力，促使沉井順利下沉。,5-3沉井的施工第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,與泥漿潤滑套相比的優(yōu)點：壁后壓氣沉井法在停氣后即可恢復(fù)土對井壁的摩阻力，下沉量易于控制，且所需施工設(shè)備簡單，可以水下施工，經(jīng)濟效果好。在一般條件下較泥漿潤滑套更為方便，它適用于細、粉砂類土和粘性土中。但設(shè)計方法和施工措施尚待積累更多的資料。,29,四、沉井施工新方法簡介,5-3沉井的施工第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,20世紀90年代以來，在國外一些發(fā)達國家提出了壓沉法SS(SpaceSystemCaisson)法SOCS(SuperOpenCaissonSystem)自動化沉井等施工方法。,30,五、沉井下沉過程中遇到的問題及處理,1.偏斜偏斜原因：土島表面松軟，河底土質(zhì)軟硬不勻；井壁與刃腳中線不重合；抽墊方法欠妥，回填不及時；除土不均勻?qū)ΨQ；刃腳遇障礙物頂住而未及時發(fā)現(xiàn)；排土堆放不合理，或單側(cè)受水流沖擊淘空等導(dǎo)致沉井承受不對稱外力作用。發(fā)生傾斜的糾正方法：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)加重物或用高壓射水沖松土層；在沉井頂面施加水平力扶正。,5-3沉井的施工第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,31,2.沉井下沉困難原因：開挖面深度不夠，正面阻力大；偏斜，或刃腳下遇到障礙物、堅硬巖層和土層；井壁摩阻力大于沉井自重；井壁無減阻措施或泥漿套、空氣幕等減阻構(gòu)件遭到破壞。解決下沉困難的措施主要是增加壓重和減少井壁摩阻力,增加壓重的方法：提前接筑下節(jié)沉井；在井頂加壓砂袋、鋼軌等重物；不排水下沉?xí)r，可井內(nèi)抽水。,5-3沉井的施工第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,32,減小井壁摩阻力的方法：,5-3沉井的施工第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,井壁內(nèi)埋設(shè)高壓射水管組，射水輔助下沉；利用泥漿套或空氣幕輔助下沉；增大開挖范圍和深度；必要時還可采用0.10.2kg炸藥起爆助沉。,33,3.突沉原因：井壁摩阻力較小，當(dāng)刃腳下土被挖除時，沉井支承削弱；排水過多；挖土太深；出現(xiàn)塑流。防止突沉的措施：控制均勻挖土，減小刃腳處挖土深度；在設(shè)計時可采用增大刃腳踏面寬度或增設(shè)底梁的措施提高刃腳阻力。,5-3沉井的施工第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,34,4.流砂原因：土中動水壓力的水頭梯度大于臨界值。防止流砂的措施：排水下沉?xí)r發(fā)生流砂，可采取向井內(nèi)灌水；不排水除土下沉?xí)r，減小水頭梯度；采用井點，或深井和深井泵降水。,5-3沉井的施工第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,35,第四節(jié)沉井的設(shè)計與計算,沉井的設(shè)計與計算內(nèi)容：包括沉井作為整體深基礎(chǔ)計算和施工過程中沉井結(jié)構(gòu)強度計算。,5-4沉井的設(shè)計與計算第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,沉井設(shè)計與計算前，必須掌握如下有關(guān)資料：上部或下部結(jié)構(gòu)尺寸要求和設(shè)計荷載；水文和地質(zhì)資料擬采用的施工方法。,36,一、沉井作為整體深基礎(chǔ)的設(shè)計與計算,設(shè)計程序：沉井作為整體深基礎(chǔ)設(shè)計主要是根據(jù)上部結(jié)構(gòu)特點、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，擬定出沉井的平面尺寸，埋置深度，然后進行沉井基礎(chǔ)的計算。,5-4沉井的設(shè)計與計算第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,沉井計算分為兩種情況：沉井基礎(chǔ)埋置深度在局部沖刷線以下僅數(shù)米時：可按淺基礎(chǔ)設(shè)計計算規(guī)定，不考慮沉井周圍土體對沉井的約束作用，按淺基礎(chǔ)設(shè)計計算。當(dāng)沉井埋置較深時：需要考慮基礎(chǔ)井壁外側(cè)土體橫向彈性抗力的影響按剛性樁計算內(nèi)力和土抗力，同時應(yīng)考慮井壁外側(cè)接觸面摩阻力，進行地基基礎(chǔ)的承載力、變形和穩(wěn)定性分析與驗算。,37,5-4沉井的設(shè)計與計算第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,沉井基底的地基強度驗算應(yīng)滿足：,(5-1),沉井底部地基土總反力Rj等于該處土的承載力容許值fa與支承面積A的乘積，即：,(5-2),沉井側(cè)壁與土接觸面提供的抗力，可假定井壁外側(cè)與土的摩阻力沿深度呈梯形分布，距地面5m范圍內(nèi)按三角形分布，5m以下為常數(shù)，如圖5-18所示，故總摩阻力為：,圖5-18井側(cè)摩阻力分布假定,(5-3),38,基本假定條件：,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)的剛度與土的剛度之比可認為是無限大。,5-4沉井的設(shè)計與計算第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,沉井基礎(chǔ)作為整體深基礎(chǔ)時，沉井深基礎(chǔ)可以視為剛性樁柱，即相當(dāng)于“m”法中剛性樁的條件，計算其內(nèi)力和井壁外側(cè)土抗力。,39,沉井基礎(chǔ)受到墩臺水平力H及偏心豎向力N作用時圖5-19a），為了計算方便，可以將上述外力簡化為中心荷載N和水平力H的共同作用，轉(zhuǎn)變后的水平力H距離基底的作用高度圖5-19b為：,5-4沉井的設(shè)計與計算第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,(5-4),圖5-19荷載作用情況,（一）非巖石地基上沉井基礎(chǔ)計算,40,首先，考慮沉井在水平力H作用下的情況。由于水平力的作用，沉井將圍繞位于地面下z0深度處A點轉(zhuǎn)動一角（圖5-20），地面下深度z處沉井基礎(chǔ)產(chǎn)生的水平位移x和土的橫向抗力pzx分別為：,5-4沉井的設(shè)計與計算第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,圖5-20水平及豎直荷載作用下的應(yīng)力分布,41,將深度z處水平向地基系數(shù)代入上式pzx表達式，可以得到：,5-4沉井的設(shè)計與計算第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,(5-5),由上式可見，沉井井壁外側(cè)土的橫向抗力沿深度為二次拋物線變化。,沉井基礎(chǔ)底面處的壓應(yīng)力計算，考慮基底水平面上豎向地基系數(shù)C0不變，故其壓應(yīng)力圖形與基礎(chǔ)豎向位移圖相似，有：,(5-6),42,在上述公式中，有兩個未知數(shù)z0和求解，可建立如下兩個平衡方程式。X=0，可以得到：,5-4沉井的設(shè)計與計算第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,，可以得到：,對以上二式聯(lián)立求解，可得：,或,43,將上述z0和tan表達式代入式（5-5）和式（5-6），得到：(5-7)(5-8)當(dāng)有豎向荷載N及水平力H同時作用時，則基底平面邊緣處的壓力為離地面或局部沖刷線以下深度z處基礎(chǔ)截面上的彎矩為：(5-10),5-4沉井的設(shè)計與計算第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,(5-9),44,（二）基底嵌入基巖內(nèi)的計算方法,5-4沉井的設(shè)計與計算第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,若沉井基底嵌入基巖內(nèi)，在水平力H和豎直偏心荷載N作用下，可以認為基底不產(chǎn)生水平位移，則基礎(chǔ)旋轉(zhuǎn)中心A與基底中心點吻合，即z0=h，為一已知值（圖5-21）。這樣，在基底嵌入處便存在一水平阻力P，由于P對基底中心點的力臂很小，一般可忽略P對A點的力矩。,圖5-21水平力作用下的應(yīng)力分布,45,當(dāng)基礎(chǔ)水平力H作用時，地面下深度z處產(chǎn)生的水平位移x，并引起井壁外側(cè)土的橫向抗力pzx，分別為：,5-4沉井的設(shè)計與計算第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,(5-11),基底邊緣處的豎向應(yīng)力為：,(5-12),上述公式中未知數(shù)求解，僅需建立一個彎矩平衡方程便可，,，可以到：,46,解上式得：,式中，,將上述解出的tan代入表達式（5-11）和表達式（5-12），可以得到：,5-4沉井的設(shè)計與計算第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,(5-13),(5-14),同理，可以得到基底邊緣處的應(yīng)力為,(5-15),47,根據(jù)水平向荷載的平衡關(guān)系，可以求出嵌入處未知的水平阻力P,地面以下z深度處沉井基礎(chǔ)截面上的彎矩為：,5-4沉井的設(shè)計與計算第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,(5-16),(5-17),48,（三）墩臺頂面的水平位移沉井基礎(chǔ)在水平力H和力矩M作用下，墩臺頂水平位移由地面處水平位移z0tan、地面至墩頂h2范圍內(nèi)水平位移h2tan以及臺身（或立柱）h2范圍內(nèi)的彈性撓曲變形引起的墩頂水平位移0三部分所組成：,鑒于一般沉井基礎(chǔ)轉(zhuǎn)角很小，存在近似關(guān)系,5-4沉井的設(shè)計與計算第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,（5-18）,49,此外，考慮沉井基礎(chǔ)實際剛度并非無窮大，需考慮剛度對墩頂水平位移的影響，故引入系數(shù)k1和k2，反映實際剛度對地面處水平位移及轉(zhuǎn)角的影響，從而得到：,同理，對于支承在巖石地基上的墩臺頂面水平位移，則可以采用下式計算,5-4沉井的設(shè)計與計算第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,（5-19a）,（5-19b）,50,（四）驗算1基底應(yīng)力驗算沉井荷載作用效應(yīng)分析中，沉井基底計算的最大壓應(yīng)力，不應(yīng)超過沉井底面處地基土的承載力容許值，即,5-4沉井的設(shè)計與計算第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,（5-20）,51,2橫向抗力驗算,沉井側(cè)壁地基土的橫向抗力pzx，實質(zhì)上是根據(jù)文克爾彈性地基梁假定，得出的橫向荷載效應(yīng)值，應(yīng)小于井壁周圍地基土的極限抗力值。沉井基礎(chǔ)在外力作用下，深度z處產(chǎn)生水平位移時，井壁（背離位移）一側(cè)將產(chǎn)生主動土壓力,，而另一側(cè)將產(chǎn)生被動土壓力,故其極限抗力可以用土壓力表示為：,5-4沉井的設(shè)計與計算第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,(5-21）,52,代入式（5-21），可以得到：,考慮到橋梁結(jié)構(gòu)性質(zhì)和荷載情況，并根據(jù)試驗數(shù)據(jù)可知，沉井側(cè)壁地基土橫向抗力最大值，一般出現(xiàn)在,和,處，代入上式可以得到,5-4沉井的設(shè)計與計算第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,由朗金土壓力理論可知：,（5-22）,（5-23a）,（5-23b）,53,3墩臺頂面水平位移驗算,橋梁墩臺設(shè)計時，除應(yīng)考慮基礎(chǔ)沉降外，還需驗算地基變形和墩臺身彈性水平變形所引起的墩臺頂水平位移是否滿足上部結(jié)構(gòu)設(shè)計要求。,5-4沉井的設(shè)計與計算第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,54,二、沉井施工過程中結(jié)構(gòu)強度計算,施工及營運過程的不同階段，沉井荷載作用不盡相同。沉井結(jié)構(gòu)強度必須滿足各階段最不利情況荷載作用的要求。沉井各部分設(shè)計時，必須了解和確定不同階段最不利荷載作用狀態(tài)，擬定出相應(yīng)的計算圖式，然后計算截面應(yīng)力，進行配筋設(shè)計，以及結(jié)構(gòu)抗力分析與驗算，以保證沉井結(jié)構(gòu)在施工各階段中的強度和穩(wěn)定。,5-4沉井的設(shè)計與計算第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,55,（一）沉井自重下沉驗算,為了使沉井能在自重下順利下沉，沉井重力（不排水下沉?xí)r，應(yīng)扣除浮力）應(yīng)大于土與井壁間的摩阻力標(biāo)準值，將兩者之比稱為下沉系數(shù)，要求,5-4沉井的設(shè)計與計算第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,56,當(dāng)不能滿足上式要求時，可選擇下列措施直至滿足要求：加大井壁厚度或調(diào)整取土井尺寸；如為不排水下沉者，則下沉到一定深度后可采用排水下沉；增加附加荷載壓沉或射水助沉；采用泥漿潤滑套或壁后壓氣法減阻等措施。,5-4沉井的設(shè)計與計算第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,57,（二）第一節(jié)（底節(jié)）沉井的豎向撓曲驗算,1排水挖土下沉,排水挖土下沉的整個過程中，沉井支承點相對容易控制?？蓪⒊辆暈橹С杏谒膫€固定支點上的梁，且支點控制在最有利位置處，即支點和跨中所產(chǎn)生的彎矩大致相等。,5-4沉井的設(shè)計與計算第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,圖5-22底節(jié)沉井支點布置示意a)排水除土下沉,58,2不排水挖土下沉,不排水挖土下沉施工中，機械挖土?xí)r刃腳下的支點位置很難控制，沉井下沉過程中可能出現(xiàn)最不利支承。,5-4沉井的設(shè)計與計算第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,圖5-22底節(jié)沉井支點布置示意b)不排水除土下沉,59,（三）沉井刃腳受力計算,刃腳切入土中時受到向外彎曲應(yīng)力；挖空刃腳下內(nèi)側(cè)土體時，刃腳又受到向內(nèi)彎曲的外部土、水壓力作用。為簡化起見，一般按豎向和水平向分別計算。豎向分析時，近似地將刃腳結(jié)構(gòu)視為固定于刃腳根部井壁處的懸臂梁（圖5-22），根據(jù)刃腳內(nèi)外側(cè)作用力不同組合，可能向外或向內(nèi)撓曲。,5-4沉井的設(shè)計與計算第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,60,在水平面上，則視刃腳結(jié)構(gòu)為一封閉的框架，在水、土壓力作用下使其在水平面內(nèi)發(fā)生彎曲變形。分別可推出刃腳懸臂分配系數(shù)和水平框架分配系數(shù)如下。,5-4沉井的設(shè)計與計算第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,刃腳懸臂作用的分配系數(shù)為：,（5-25）,刃腳框架作用的分配系數(shù)為：,（5-26）,61,5-4沉井的設(shè)計與計算第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,1刃腳豎向受力分析,（1）刃腳向外撓曲的內(nèi)力計算,最不利位置：當(dāng)沉井下沉過程中刃腳內(nèi)側(cè)切入土中深約1.0m，同時接筑完上節(jié)沉井，且沉井上部露出地面或水面約一節(jié)沉井高度時，刃腳斜面上土的抗力最大，且井壁外土、水壓力最小，處于刃腳向外撓曲的。,圖5-23刃腳向外撓曲受力分析,62,1)刃腳外側(cè)土壓力及水壓力的合力,或,3）刃腳下抵抗力的計算。刃腳下豎向反力R（取單位寬度）可按下式計算,2）作用在刃腳外側(cè)單元寬度上的摩阻力T1可按下列兩式計算，并取其較小者,5-4沉井的設(shè)計與計算第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,4）刃腳（單位寬度）自重g為,63,5-4沉井的設(shè)計與計算第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,（5-37）,（5-38）,（5-39）,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對刃腳根部中心軸的彎矩，其中作用在刃腳部分的各水平力均應(yīng)按規(guī)定考慮分配系數(shù)a。上述各式數(shù)值的正負號視具體情況而定。,對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,求出以上各力的數(shù)值、方向及作用點后，再算出各力,64,2刃腳水平鋼筋計算,最不利的情況：沉井已下沉至設(shè)計高程，刃腳下的土已挖空，尚未澆筑封底混凝土的時候，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，刃腳所受水平力乘以，而作用于框架的水平力應(yīng)乘以分配系數(shù)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，再計算框架所需的水平鋼筋用量。,5-4沉井的設(shè)計與計算第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,65,5-4沉井的設(shè)計與計算第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,(1)單孔矩形框架（圖5-25）,圖5-25單孔矩形框架受力,A點處的彎矩,B點處的彎矩,C點處的彎矩,軸向力,66,5-4沉井的設(shè)計與計算第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,(2)單孔圓端形（圖5-26）,式中：KK=L/r，r為圓心至圓端形井壁中心的距離。,圖5-26單孔圓形框架受力,67,5-4沉井的設(shè)計與計算第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,(3)雙孔矩形（圖5-27）,圖5-27雙孔矩形框架受力,68,5-4沉井的設(shè)計與計算第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,(4)雙孔圓端形圖5-28a,式中：,69,式中：NA、MAA截面上的軸向力（kN）和彎矩（kNm）；NB、MBB截面（垂直于A截面）上的軸向力（kN）和彎矩（kNm）；r井壁（刃腳）軸線的半徑（m）。,5-4沉井的設(shè)計與計算第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,（5）圓形沉井(圖5-28b),圖5-28雙孔圓端形沉井內(nèi)力計算a）雙孔圓端形框架受力；b）圓形沉井井壁的土壓力,70,（四）井壁受力計算,1井壁豎向拉應(yīng)力驗算,沉井在下沉過程中，上部土層工程性能相對下部土層明顯偏優(yōu)時，當(dāng)刃腳下土體已被挖空，沉井上部性能良好土層將提供足夠側(cè)壁摩擦力（例如大于沉井自重），阻止沉井下沉，則形成下部沉井呈懸掛狀態(tài)，井壁結(jié)構(gòu)就有在自重作用下被拉斷的可能。,5-4沉井的設(shè)計與計算第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,71,需要驗算井壁的豎向拉應(yīng)力是否滿足井壁抗拉要求。拉應(yīng)力的大小與井壁摩阻力分布圖有關(guān)，在判斷可能夾住沉井的土層不明顯時，可近似假定沿沉井高度成倒三角形分布（圖5-29）。在地面處摩阻力最大，而刃腳底面處為零。,5-4沉井的設(shè)計與計算第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,圖5-29井壁井壁摩阻力分布,72,2井壁橫向受力計算,當(dāng)沉井沉至設(shè)計高程，且刃腳下土已挖空而尚未封底時，井壁承受的土、水合力為最大。此時，應(yīng)按水平框架分析內(nèi)力，驗算井壁材料強度，其計算方法與刃腳框架計算相同。,5-4沉井的設(shè)計與計算第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,73,（五）混凝土封底及頂蓋的計算,1封底混凝土計算,沉井封底混凝土的厚度應(yīng)根據(jù)基底承受的反力情況而定。作用于封底混凝土的豎向反力可分為兩種情況：一種是沉井水下封底后，在施工抽水時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礎(chǔ)全部最不利荷載組合所產(chǎn)生的基底反力，如井孔內(nèi)填砂或有水時，可扣除其重力。,5-4沉井的設(shè)計與計算第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,封底混凝土厚度，可按彎拉驗算和剪切驗算兩種方法計算并取其控制,74,2鋼筋混凝土蓋板計算,空心或井孔內(nèi)填以礫砂石的沉井，井頂必須澆筑鋼筋混凝土蓋板，用以支承墩臺及其上部全部荷載。蓋板厚度一般是預(yù)先擬定的，按蓋板承受最不利荷載組合，假定為均布荷載的雙向板進行內(nèi)力計算和配筋設(shè)計。,如墩身全部位于井孔內(nèi)，還應(yīng)驗算蓋板的剪應(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行蓋板的剪力驗算，只進行井壁壓應(yīng)力的驗算。,5-4沉井的設(shè)計與計算第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,75,三、浮運沉井計算要點,（一）浮運沉井穩(wěn)定性驗算,5-4沉井的設(shè)計與計算第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,浮運沉井在浮運過程中和就位接高下沉過程中均為浮體，要有一定的吃水深度，使重心低而不易傾覆，保證浮運時穩(wěn)定；同時還必須具有足夠的高出水面高度，使沉井不因風(fēng)浪等而沉沒。因此，除前述計算外，還應(yīng)考慮沉井浮運過程中的受力情況，進行浮體穩(wěn)定性（沉井重心、浮心和定傾半徑分析確定與比較）和井壁露出水面高度等的驗算。現(xiàn)以帶臨時性底板的浮運沉井為例，說明浮運沉井穩(wěn)定性驗算。,76,5-4沉井的設(shè)計與計算第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,根據(jù)沉井重量等于沉井排開水的重量浮力原理，則沉井吃水深h0（從底板算起，圖5-31）為：,圖5-31計算浮心位置示意圖,（5-43）,計算浮心位置,77,5-4沉井的設(shè)計與計算第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,式中：M1各排水體積（m3）（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）與其中心至刃腳底面距離的乘積。如各部分的乘積分別以M0、M2、M3表示，則,浮心的位置，以刃腳底面起算為h3+Y1時，Y1可由下式求得：,對圓端形沉井,（5-44）,78,5-4沉井的設(shè)計與計算第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,79,5-4沉井的設(shè)計與計算第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,2.重心位置計算,設(shè)重心位置O2離刃腳底面的距離為Y2，則,式中:M沉井各部分體積與其中心到刃腳底面距離的乘積，并假定沉井各部分圬工的單位重相同。,令重心與浮心的高差為Y，則,（5-45）,（5-46）,80,5-4沉井的設(shè)計與計算第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,圖5-32圓端形沉井截面,3.定傾半徑的計算,定傾半徑為定傾中心到浮心的距離，由下式計算,式中：Ix-x為吃水截面積的慣性矩，對圓端形沉井（圖5-32）而言其值為,對帶氣筒浮運沉井，可根據(jù)氣筒布置、各階段氣筒使用與連通情況，分別確定定傾半徑,（5-47）,81,5-4沉井的設(shè)計與計算第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,（5-48）,4.浮運沉井穩(wěn)定的必要條件,浮運沉井的穩(wěn)定性應(yīng)滿足重心到浮心的距離小于定傾中心到浮心的距離，即,82,（二）浮運沉井露出水面最小高度驗算,沉井浮運過程中受到牽引力、風(fēng)力等荷載作用，不免產(chǎn)生一定的傾斜，故一般要求沉井頂面高出水面不小于0.51.0m為宜，以保證沉井在拖運過程中的安全。,5-4沉井的設(shè)計與計算第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,拖引力及風(fēng)力等對浮心產(chǎn)生彎矩M，因而使沉井旋轉(zhuǎn)（傾斜）角度，在一般情況下不允許值大于6，可按下式分析驗算：,（5-49）,沉井浮運時露出水面的最小高度h按下式計算：,（5-50）,83,第六節(jié)地下連續(xù)墻,一、地下連續(xù)墻的概念、特點及其應(yīng)用與發(fā)展,地下連續(xù)墻技術(shù)起源于歐洲，是根據(jù)鉆井中膨潤土泥漿護壁以及水下澆灌混凝土的施工技術(shù)而建立和發(fā)展起來的一種方法。這種方法最初應(yīng)用于意大利和法國，在1950年前后，意大利首先應(yīng)用了排式地下連續(xù)墻,1954年，這一施工技術(shù)傳入法國、德國，并很快得到廣泛應(yīng)用。1959年傳入日本，目前，日本為該技術(shù)使用最多的國家。,5-6地下連續(xù)墻第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,84,在地面上用抓斗式或回轉(zhuǎn)式等成槽機械，沿著開挖工程的周邊，在泥漿護壁的情況下開挖一條狹長的深槽，形成一個單元槽段后，在槽內(nèi)放入預(yù)先在地面上制作好的鋼筋籠，然后用導(dǎo)管法澆灌混凝土，完成一個單元的墻段，各單元墻段之間以特定的接頭方式相互連接，形成一條地下連續(xù)墻壁（圖5-42）。,5-6地下連續(xù)墻第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,施工方法：,85,圖5-42地下連續(xù)墻施工程序示意圖a）成槽；b）放入接頭管；c）放入鋼筋籠；d）澆筑混凝土,5-6地下連續(xù)墻第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,86,地下連續(xù)墻（簡稱地下墻）具有以下優(yōu)點：結(jié)構(gòu)剛度大；整體性、防滲性和耐久性好；施工時基本上無噪聲、無振動，施工速度快，建造深度大，能適應(yīng)較復(fù)雜的地質(zhì)條件；可以作為地下主體結(jié)構(gòu)的一部分，節(jié)省擋土結(jié)構(gòu)的造價。,5-6地下連續(xù)墻第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,87,地下連續(xù)墻在工程應(yīng)用中，主要有以下四種類型：作為地下工程基坑的擋土防滲墻，它是施工用的臨時結(jié)構(gòu)；在開挖期作為基坑施工的擋土防滲結(jié)構(gòu)，以后與主體結(jié)構(gòu)側(cè)墻以某種形式結(jié)合，作為主體結(jié)構(gòu)側(cè)墻的一部分；在開挖期作為擋土防滲結(jié)構(gòu)，以后單獨作為主體結(jié)構(gòu)側(cè)墻使用；作為建筑物的承重基礎(chǔ)、地下防滲墻、隔振墻等。,5-6地下連續(xù)墻第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,88,二、地下連續(xù)墻的類型與接頭構(gòu)造,（一）地下連續(xù)墻的類型,5-6地下連續(xù)墻第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,地下連續(xù)墻按其填筑材料分類,地下連續(xù)墻按成墻方式可分為,土質(zhì)墻,混凝土墻,鋼筋混凝土墻,現(xiàn)澆,預(yù)制,組合墻,樁式,壁板式,樁壁組合式,89,現(xiàn)澆鋼筋混凝土壁板式地下連續(xù)墻按支護結(jié)構(gòu)方式,5-6地下連續(xù)墻第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,自立式地下墻擋土結(jié)構(gòu)錨定式地下墻擋土結(jié)構(gòu)支撐式地下墻擋土結(jié)構(gòu)逆筑法地下墻擋土結(jié)構(gòu),90,（二）地下連續(xù)墻的接頭構(gòu)造,5-6地下連續(xù)墻第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,地下連續(xù)墻一般分段澆筑，墻段間需設(shè)接頭，另外地下墻與內(nèi)部結(jié)構(gòu)也需接頭，后者又稱墻面接頭。,1墻段接頭,（1）接頭管（圖5-44）,圖5-44接頭管接頭的施工程序,91,（2）接頭箱接頭,5-6地下連續(xù)墻第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻,接頭箱接頭的施工程序a）插入接頭箱；b）吊放鋼筋籠；c）澆筑混凝土；d）吊出接頭管；e）吊放后一槽段的鋼筋籠；f）澆筑后一槽段的混凝土形成整體接頭1-接頭箱；2-接頭管；3-焊在鋼筋籠上的鋼板,圖5-45接頭箱接頭的施工程序,92,2墻面接頭地下連續(xù)墻與內(nèi)部結(jié)構(gòu)的樓板、柱、梁、底板等連續(xù)的墻身接頭，既