沉井法施工演示(完整版)

1、,東南大學遠程教育,地 下 結 構 工 程,主講教師 ： 穆保崗,第08章,第8章 沉井基礎,8.1 概述 8.1.1 沉井基礎的特點及其應用范圍 是以沉井法施工的地下結構物和深基礎的一種型式。 先在地表制作成一個井筒狀的結構物（沉井），然后在井壁的圍護下通過從井內(nèi)不斷挖土，使沉井在自重作用下逐漸下沉，達到預定設計標高后，再進行封底，構筑內(nèi)部結構。,廣泛應用于橋梁、煙囪、水塔的基礎； 水泵房、地下油庫、水池豎井等深井構筑物和盾構或頂管的工作井 。 技術上比較穩(wěn)妥可靠，挖土量少，對鄰近建筑物的影響比較小，沉井基礎埋置較深，穩(wěn)定性好，能支承較大的荷載。,8.1.2 沉井的分類,（1）按下沉環(huán)境可分

2、為陸地沉井（包括在淺水中先筑島制作的沉井）和浮運沉井； （2）按沉井構造形式可分為獨立沉井和連續(xù)沉井 ； （3）按沉井平面形式可分為圓形、橢圓形、正方形、矩形和多邊形等；也可分為單孔和多孔沉井（見圖8-1）； （4）按沉井制作材料可分為混凝土、鋼筋混凝土、鋼、磚、石以及組合式沉井等。,沉井按平面形式分類,a圓形單孔沉井；b正方形單孔沉井；c矩形單孔沉井； d矩形雙孔沉井；e橢圓形雙孔沉井；f矩形多孔沉井,8.1.3 沉井的設計原則,結構簡單對稱，受力合理，施工方便。 沉井的長短邊之比越小越好，以保證下沉時的穩(wěn)定性。 一般沉井應分節(jié)制作，每節(jié)高度不宜大于5m。 沉井底節(jié)高度應滿足拆除支承時沉井縱

3、向抗彎要求之外，在松軟土層中下沉的沉井，底節(jié)高度不宜大于0.8b 。,8.1.4 沉井的施工步驟,沉井施工步驟示意圖,8.2 沉井構造,沉井組成： 刃腳、 井壁、 內(nèi)隔墻、 取土井、 凹槽、 封底、 頂板,1）沉井刃腳：作用在于減少沉井下沉阻力,a混凝土刃腳；b設角鋼的刃腳；c尖刃腳,2）井壁主要承擔井外水土壓力和自重的部分,設計時通常先假定井壁厚度再進行承載力驗算 ； 井壁厚度 一般為0.81.5m；,a）、（b）豎直的；（c）、（d）臺階形的； （e）錐形的；（f）倒錐形的 圖8-5 沉井外壁的形式,3）內(nèi)隔墻,加強沉井剛度、縮小外壁計算跨度，同時又將沉井分成多個取土井，便于掌握挖土位置以

4、控制下沉的方向 ； 內(nèi)隔墻的間距一般不大于56m，厚度一般為0.51.0m。 一般要求隔墻底高出刃腳底面0.51.0m。,4）取土井,位置：取土井的平面布置應與中軸線對稱，以利于沉井均勻下沉； 大?。河扇⊥练椒ǘǎ捎猛谕炼啡⊥習r，應能使挖土斗自由升降，最小邊長不宜小于2.5m。 處理：以素混凝土、片石混凝土或砌片填充。,5）凹槽,為了封底混凝土嵌入井壁，形成整體，使傳至沉井壁上的力能更好地傳遞給封底混凝土底面。 遇到意外困難，還可在凹槽處澆筑鋼筋混凝土蓋板，將沉井改為沉箱。 尺寸：凹槽深約0.150.25m，高約1.0m左右，其距刃腳底面一般在1.5m以上。,6）射水管組、探測管、氣管和壓

5、漿管,射水管組：壓入高壓水把井壁四周的土沖松，以減少摩擦力和端部阻力。 高壓水水壓一般不小于0.6MPa，每一水管的排水量不小于200L/min； 探測管：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； 氣管：空氣幕下沉沉井 ； 壓漿管：埋設壓漿管,7）封底,滲水率小于6mm/min時，排干水后用C15或C20普通混凝土澆筑； 當井中的滲水率大于6mm/min時，宜采用導管法澆注C20級水下混凝土封底。 厚度按其承載力條件計算確定，一般其頂面應高出凹槽0.5m。,8）頂板,以混凝土填心的沉井可用素混凝土頂板； 空心或以其他松散料填心的沉井需用鋼筋混凝土頂板，厚度一般為1.

6、02.0m ； 排水下沉的沉井，其頂面在地面或水位以下時，應設擋土防水墻連接在井壁的頂部。,8.3 沉井結構設計計算,8.3.1 下沉系數(shù)計算 驗算沉井自重是否能克服下沉時土的摩阻力 ，用下沉系數(shù)k表示 ：,表8-1 沉井井壁與土體之間的摩阻力f（kPa）,摩擦力分布,假定從地表到5m深度范圍內(nèi)，單位摩阻力按直線規(guī)律由零增加至最大值； 超過深度5m以后取常數(shù)值,8.3.2 沉井底節(jié)驗算,刃腳下的支承位置 不斷在變，三種情況： 1）在排水或無水情況下下沉沉井,2）對于不排水下沉的沉井,（1）假定底節(jié)沉井僅支承于長邊的中點（2）假定底節(jié)沉井支承于短邊的兩端點,本講要點,了解沉井構造； 掌握下沉系數(shù)

7、計算。 沉井底節(jié)驗算,8.3.3 沉井井壁計算,沉井井壁應進行豎直和水平兩個方向的內(nèi)力計算。 1）豎直方向 在沉井的下沉過程中，當沉井被四周土體箝固著而刃腳下的土已被掏空時，應驗算井壁接縫處的豎向拉應力。,接縫處：混凝土不承受拉應力而由接縫處的鋼筋承受，此時鋼筋的抗拉安全系數(shù)可采用1.25；同時并須驗算鋼筋的錨固長度。 井壁摩阻力可假定沿沉井全高按倒三角形分布，即在刃腳底面處為零，在地面處為最大，此時最危險的截面在沉井入土深度的1/2處,沉井外側直立時的井壁受拉計算圖,按公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范，最大豎向拉力Plmax為此時沉井全部重力G的1/4，即 實際工程中，沉井被卡住較為常見，也出現(xiàn)過

8、被拉裂的沉井 。,驗算建議值,表8-2 沉井豎向拉力計算及其最小配筋率,2）水平方向,根據(jù)排水或不排水的情況，沉井井壁在水壓力和土壓力等水平荷載作用下，應作為水平框架驗算其水平方向的撓曲。 （1）驗算刃腳根部以上，其高度等于該處井壁厚度t的一段井壁，依此設置該段的水平鋼筋。,計算簡圖,Q由刃腳傳來的剪力，其值等于求 算刃腳豎直外力時分配于懸臂梁上的水平力（kN/m）。,（2）其余各段井壁的計算，可按井壁斷面的變化,取每一段中控制設計的井壁（位于每一段最下端的單位高度）進行計算。 上部井段按照作用在水平框架上的均布荷載q=W+E。然后用同樣的計算方法，求得水平框架的最大彎矩M、軸向壓力N、剪力Q

9、，并據(jù)此設計水平鋼筋。,8.3.4 沉井刃腳驗算,沉井刃腳部分可分別作為懸臂或水平框架驗算其豎向及水平向的彎曲強度。,1）按懸臂梁計算刃腳豎直方向的撓曲強度,此時，刃腳根部可以認為與井壁嵌固，刃腳高度作為懸臂長度，并可根據(jù)以下兩種不利情況分別計算： （1）當沉井下沉途中，刃腳內(nèi)側已切入土中深約1m;,沿井壁的水平方向取一個單位寬度，計算作用在刃腳上的土壓力E和水壓力W。 作用在井壁單位寬度上的摩阻力T，取其最小值,刃腳下單位寬度上土的垂直反力,刃腳斜面上的土反力,聯(lián)立方程式即可求得V1和V2。,作用在刃腳斜面上的水平反力U可按下式計算：,U的作用點在距刃腳底面1/3高處。,刃腳重力g按下式計算

10、：,求得作用在刃腳上的所有外力的大小、方向和作用點之后，即可求算刃腳根部處截面上每單位周長內(nèi)（井壁）的軸向壓力N、水平剪力Q及對截面重心軸的彎矩M。并據(jù)此計算在刃腳內(nèi)側的鋼筋（豎直）數(shù)量。,（2）當沉井已沉到設計標高，刃腳下的土已被掏空，這時刃腳處于向內(nèi)撓曲的不利情況，,計算刃腳外側的土壓力和水壓力。 由于刃腳下的土已被掏空，故刃腳下的垂直反力Rv和刃腳斜面水平反力U等于零 作用在井壁外側的摩阻力T 刃腳計算時重力g與前面相同 計算在刃腳外側的鋼筋（豎直）數(shù)量,2）按封閉的水平框架計算刃腳水平方向的撓曲強度,作用在刃腳側面上的水平外力將由懸臂梁和框架來共同承擔。 分配系數(shù)公式如: 懸臂作用 :

11、 框架作用 :,本講要點,掌握: 沉井井壁計算 沉井刃腳驗算,8.3.5 沉井封底計算,封底混凝土在基底反力作用下，將其當作支承于刃腳斜面及隔墻上的周邊支承板考慮； 支承情況（簡支或嵌固）和計算強度在設計中應視具體情況而定。,1）規(guī)定,（1）封底混凝土應承受基底水和土的向上反力，此時混凝土的齡期不足，應降低容許應力； （2）混凝土填實時，計入井孔內(nèi)填充物的重力； （3）封底混凝土的厚度，一般不宜小于1.5D；,2）干封底及有關計算,（a）下有足夠厚粘土層； （b）待底板達到足夠強度后方停止降水 沉井可干封底的情況,（1）沉井刃腳停留在不透水粘土層中；,不透水粘土層的厚度 ： A沉井底部面積（m

12、2）； 土的有效重度（即浮重度）（kN/m3）； 刃腳下面不透水粘土層厚度（m）； c粘土的粘聚力（kPa）； U沉井刃腳踏面內(nèi)壁周長（m）；,（2）在沉井內(nèi)設吸水鼓并有良好濾層的情況下降水，一直降到鋼筋混凝土底板足夠承擔地下水回升后的水土壓力，方可拆除并封閉降水管，在這種情況下，可采用干封底。,3）水下封底混凝土的厚度計算,封底要求是：,（1）按最不利情況混凝土厚度 ：即在沉井封底后，將井內(nèi)水排干，在鋼筋混凝土底板尚未施工前 。 （2）水下封底混凝土最好不讓其中出現(xiàn)拉應力。分配線相交于素混凝土封底上，可以認為不承受拉應力。 中央鍋底挖深可形成倒拱。,若出現(xiàn)拉應力，計算方法：,注意計算跨度；

13、周邊簡支支承的圓板在承受均勻荷載時，可計算板中心的最大彎矩值： 周邊簡支支承的雙向板在承受均布荷載時，計算跨中彎矩Mx和My：,簡支支承雙向板計算簡圖,求出彎矩值后，封底混凝土的厚度 考慮封底混凝土因與井底泥土摻混需要增加的厚度，宜取0.30.5m；若基底采取鋪塊石或碎石灌漿抹平處理后再封底，可不考慮此增加值。,封底混凝土剪應力計算,應加大封底混凝土的抗剪面積。 如在井壁和隔墻內(nèi)設置凹槽等。,8.3.6 沉井底板計算,1）底板荷載計算 A：沉井結構的最大自重除以沉井外圍 底面積的商，不計井壁側面摩阻力。 B：假定水壓力全部由鋼筋混凝土底板承受。 土反力和水壓力中數(shù)值較大者,2）沉井底板內(nèi)力計算,內(nèi)力可按單跨或多跨板計算 ; 邊界支承條件 ,根據(jù)具體情況決定 ;,8.3.7 沉井抗浮穩(wěn)定驗算,可能出現(xiàn)的最高地下水位進行驗算 ,一般的沉井依靠自重獲得抗浮穩(wěn)定。 在不計井壁摩阻力的情況下，抗浮穩(wěn)定驗算公式為：,8.3.8 沉井下沉對周圍環(huán)境的影響,1）影響范圍的確定 采用土坡穩(wěn)定計算方法乘以重要性系數(shù) 影響范圍內(nèi)建筑物安全等級的重要性系數(shù),表8-4 沉井下沉影響范圍內(nèi)建筑物安全等級的重要性系數(shù),重要性系數(shù),2）減少沉井對周圍土體破壞的措施,（1）增大沉井的下沉系數(shù); 使沉井刃腳插入土中0.5