市政管道施工技術之沉井施工（PPT共53）

沉井基礎沉井平面長69米，寬51米，下沉深度度為58米，體積20.4萬立方米,列世界最大沉沉井。(列世界第２的的美國費雷澤諾橋的沉井體積為為15萬立方米)§9.1概述一、認識沉井井江陰長江公路路大橋北錨沉沉井1.工程應用大型鋼殼沉井井

過黃浦江倒虹虹管沉井寶山鋼鐵廠取取水泵房工程程

應用范圍橋墩、錨碇、、礦用豎井、、地下泵房、、水池、油庫庫、地下設備備基礎、盾構(gòu)構(gòu)隧道、頂管管的工作井和和接收井等。。依靠自身重力力克服井壁摩摩阻力后下沉沉到設計標高高，然后經(jīng)過過混凝土封底底并填塞孔，，最后成為結(jié)結(jié)構(gòu)物基礎的的井筒狀結(jié)構(gòu)構(gòu)。2.沉井的定義3.沉井基礎的特特點(1)埋置深度大，，整體性強、、穩(wěn)定性好，，承載面積大大，承載力高高(垂直與水平)；(2)既可作基礎，，又可作施工工時的擋土和和擋水圍堰結(jié)結(jié)構(gòu)物；(3)施工時對鄰近近建筑物影響響較??；(4)內(nèi)部空間可進進一步利用。。4.沉井的缺點(1)施工工期較長長；(2)施工技術要求求高；(3)施工中易發(fā)生生流砂造成沉沉井傾斜或下下沉困難等。。二、沉井的構(gòu)構(gòu)造1.沉井的截面形形式平面形形狀有有：圓形、矩矩形、圓端形形等井孔的布置方方式有：單孔孔、雙孔、多多孔。①井壁厚度0.4～1.2m；承受水土壓力力。②刃腳寬度10～20cm，高度約1.5m（濕封底）或或0.6m（干封底），，內(nèi)側(cè)傾角45～60；沖切硬土，，減小端部阻阻力。③內(nèi)隔墻厚度約0.5m，底面高出井井壁刃腳踏面面0.5～1m，增加沉井剛度度、改善井壁壁受力條件、、挖土均衡，，便于糾偏。。④井孔寬度（直徑））不宜小于3m，挖土、排土場場所和通道。。⑤井壁凹槽槽高約1.0m，深度0.15~0.25m，增加封底混凝凝土、底版與與井壁連接。。⑥預埋射水管下沉困難時減減阻。⑦封底（底板））沉井下沉到設設計標高，經(jīng)經(jīng)檢驗和坑底底清理后澆注注的混凝土底底版。分為干干封和濕封（（水下澆灌混混凝土）兩種種。2.沉井的構(gòu)造3.設計計算的主主要構(gòu)件a）直壁式b）臺級式刃腳井壁底梁和框架當不能設置內(nèi)內(nèi)隔墻而沉井井又較大時，，常常在沉井底部增設底底梁或因沉井井過高，常常常在沉井不同同高度處設置縱縱橫梁構(gòu)成框架結(jié)構(gòu)。§9.2沉井的施工分旱地施工沉沉井與水上施工沉井井兩種情況旱地沉井工序序：就地制造→挖土下沉→孔底清查→封底→充填井孔以及及澆注頂板。。水上沉井工序序：水深3m~4m以內(nèi)且流速不不大時水上筑島→島島上制造→挖土下沉→孔底清查→封底→充填井孔以及及澆注頂板。。水較深或流速速較大時岸邊制造→牽牽引滑移或起起吊就位→挖挖土下沉→孔孔底清查→封封底→充填填井孔以及澆澆注頂板。旱地沉井施工工過程圖

大型沉井下沉沉施工中水上沉井施工工過程圖深圳水庫鋼殼殼沉井施工

沉井基礎一、組成及作用沉井基礎是一種豎直的的筒形結(jié)構(gòu)，，常用混凝土土、鋼筋混凝凝土或磚石等等制成。通過在井內(nèi)挖挖土，使筒體體在自重作用用下克服井壁壁摩阻力下沉沉至設計高程程，經(jīng)混凝土土封底填塞井井孔后，使整整個筒體成為為一個支墩。沉井基礎二、特點(1)埋深大；(2)整體性好；(3)承載力高；(4)對鄰近建筑物物影響小；(5)充分利用地下下空間等特點點；(6)施工時具有擋擋水或擋土等等作用；但施工工期較長，沉井下下沉遇障或遇遇流砂等都會會給施工帶來來困難。沉井基礎三、應用工程中，遇到到下列情情況時時考慮采采用沉沉井基基礎：：（1）荷載較較大，，表層層地基基土的的承載載力小小，在在一定定深度度有較較好持持力層層；（2）在河流流中，，雖土土質(zhì)較較好，，但沖沖刷大大或有有較大大卵石石，不不便樁樁基施施工；；（3）巖層表表面較較平坦坦且覆覆蓋層層較薄薄但河河水深深，采采用擴擴大基基礎施施工圍圍堰有有困難難。（4）在已有有的淺淺基礎礎鄰近近修建建深埋埋的設設備基基礎時時，為為避免免基坑坑開挖挖對已已有的的基礎礎產(chǎn)生生影響響等情情況。。沉井基基礎四、沉井的的分類類1.按沉井井的形形狀按沉井井的平平面形形狀，，常用用的沉沉井形形狀有有：圓圓形、、圓端形形、矩矩形及及單孔孔、多多孔沉沉井；；按沉沉井的的剖面面形狀狀可分為為：（1）外壁壁垂直直無階階式；；（2）有階階式和和外壁壁傾斜斜式沉井基基礎2.按沉井井的建建筑材材料，，沉井井可分分為：：（1）混凝凝土沉沉井；；（2）鋼筋筋混凝凝土沉沉井；；（3）鋼沉沉井；；（4）磚沉沉井等等。沉井基基礎3.按沉井井的施施工方方法，，沉井井可分分為：：(1)一般沉沉井是是指就就地制制造并并下沉沉的沉沉井;(2)浮運沉沉井是是在深深水地地區(qū)筑筑島有有困難難或有有礙通航時時，可可在岸岸邊制制作沉沉井，，再浮浮運就就位后下沉沉的沉沉井。。沉井基基礎五、沉井基基礎的的基本本構(gòu)造造沉井的的輪廓廓尺寸寸其上上部的的墩（（臺））底部部的形形狀尺寸寸決定定，其其長、、短邊邊之比比應不不大于于3。沉井頂頂面的的尺寸寸通常常為墩墩（臺臺）底底部再再加0.2m～0.4m的襟邊邊寬度度；沉井高高度則則由上上部結(jié)結(jié)構(gòu)、、水文文地質(zhì)質(zhì)和土土層承承載力等等決定定，高高的沉沉井要要分節(jié)節(jié)制作作下沉沉，底底節(jié)沉井的的高度度不宜宜過高高。沉井基基礎沉井基基礎蓋板井壁凹槽刃腳封底隔墻沉井基基礎六、沉井下下沉過過程中中可能能遇到到的問問題及及處理理方法法沉井在在下沉過過程中中可能出出現(xiàn)的的問題題主要要有兩兩類:(1)下沉不不均勻勻發(fā)生生傾斜斜和位位置偏偏移；；(2)下沉困困難。。發(fā)生偏斜的原因因大致致有這這幾種種：(1)土質(zhì)軟軟硬不不均勻勻;(2)挖土不不對稱稱;(3)刃腳處處有障障礙物物未予予清除除;(4)一側(cè)出出現(xiàn)流流砂而而未得得到控控制等等。沉井基基礎沉井基礎糾偏的方法法是：(1)在沉井下沉沉多的一側(cè)側(cè)回填砂石石，以阻止止繼續(xù)下沉，在高的的一側(cè)集中中挖土;(2)在高的一側(cè)側(cè)配加重物物，以加速速該側(cè)下沉沉；如有必要，還可可在沉井頂頂部施加水水平力來幫幫助糾偏。。(3)如遇中心位位置偏移，，則應先人人為造成沉沉井傾斜，再均勻勻取土，使使之傾斜下下沉，直到到沉井中心心線到達設計位位置后，再再行糾偏扶扶正。沉井基礎克服下沉困困難主要可可以從兩方方面著手：：(1)增加沉井重重量：提前澆筑筑上一節(jié)沉沉井；在沉沉井頂部加壓；在在保證不發(fā)發(fā)生流砂的的前提下，，抽取井內(nèi)內(nèi)的水，以減小小浮力。（2)減小井壁的的摩阻力：盡力將井井壁外側(cè)制制作光滑平平整；將井壁壁設計成臺臺階式；設設置管道，，利用高壓壓空氣或水的噴射射能量來減減小摩擦；；從管道中中噴出觸變變泥漿，形成泥泥漿套。井壁是沉井井基礎的主主體部分，，它需擋水水、擋土，并承受受多種荷載載的作用，，而且還需需要有一定的重量量以便下沉沉。常用的厚度度為0.5～1.5m；混凝土的的強度等級級不低于C15。井壁沉井基礎刃腳的作用用是沉井在自重的作作用下易于于切土下沉。。其底面（踏踏面）寬度一般為0.1～0.2m,刃腳處采用用鋼筋混凝凝土制作，混混凝土強度度等級宜在C20及上。刃腳沉井基礎凹槽設置于于沉井下部部接近刃腳腳處，其作作用是使封底底混凝土嵌嵌入井壁而而形成一個個整體，以便封封底混凝土土底面的反反力能更好好的傳給井壁。。凹槽槽深約約0.15～0.2m，高約1.0m。凹槽沉井基礎隔墻是為減減小井壁的的跨距，加加強沉井的的剛度，同時便便于掌握挖挖土、控制制沉井下沉沉和糾偏設置的。隔墻厚度一一般小于井井壁，且高高于刃腳0.5m，以免防礙沉沉井下沉，，有時還在在隔墻下端端設置人孔，以便工工作人員在在井孔中活活動。隔墻沉井基礎井孔中不填填料或僅填填以砂礫，，須在沉井井的頂面澆筑鋼鋼筋混凝土土頂蓋板，，以支承墩墩（臺）及上部結(jié)構(gòu)構(gòu)的全部荷荷載。封底是在沉沉井下沉達達到設計高高程并經(jīng)清清理后以混凝土土澆筑的，，其強度等等級一般不不低于C15，（巖石地地基可用C15,一般地基用用C20），厚度應從刃刃腳下0.5m處到凹槽的的上端。板的構(gòu)造要要求及計算算按承受均均布的雙向板來考慮。封底和頂蓋蓋板沉井基礎§9.3沉井的設計計與計算沉井是深基基礎的一種種類型，沉沉井在施工工完畢后，，由于它本身就就是結(jié)構(gòu)物物的基礎，，就應按基基礎的要求求進行各項項驗算；但但在施工過過程中，沉井是擋土土、擋水的的結(jié)構(gòu)物，因而還要要對沉井本本身進行結(jié)構(gòu)設計和和計算。沉井作為整整體深基礎礎設計主要要是根據(jù)上上部結(jié)構(gòu)特特點、荷載載大小以及及水文、地地質(zhì)情況，，結(jié)合沉井井的構(gòu)造要要求及施工工方法，擬擬定出沉井井的平面尺尺寸，埋置置深度，然然后進行沉沉井基礎的的計算。沉井基礎的的計算，根根據(jù)它的埋埋置深度可可用兩種不不同的計算算方法。一、沉井作作為整體深深基礎的設設計與計算算★當沉井埋置置深度在最最大沖刷線線以下較淺淺僅數(shù)米時時，這時可以不考考慮基礎側(cè)側(cè)面土的橫橫向抗力影影響，而按按淺基礎設設計計算規(guī)定定，分別驗驗算地基強度、、沉井基礎礎的穩(wěn)定性和沉降降，使它符合容容許值的要要求；★當沉井基礎礎埋置深度度較大時，，由于埋置置在土體內(nèi)內(nèi)較深，不可忽忽略沉井周周圍土體對對沉井的約約束作用，，因此在驗驗算地基應力力、變形及及穩(wěn)定性時時，需要考考慮基礎側(cè)面土土體彈性抗力的的影響。假定沉井基基礎在橫向向外力作用用下只能發(fā)發(fā)生轉(zhuǎn)動而而無撓曲變形。因因此，可按按剛性樁計計算內(nèi)力和和土抗力，，即相當于“m”法中h2.5的情況。下面具體討討論這種計計算方法。。（一）非巖巖石地基上上沉井基礎礎的計算沉井基礎受受到水平力力H及偏心豎向向力N作用。將水水平力H及偏心豎向向力N引起的力矩矩等效轉(zhuǎn)換換成水平力H距離基底的作用：先討論沉井井在水平力力H作用下的情情況，水平平力的作用用下，沉井井將圍繞位位于地面下下z0深度處的A點轉(zhuǎn)動一角，地面下下深度z處沉井基礎礎產(chǎn)生的水水平位移x和土的橫向向抗力zx分別為：x=(z0－z)tgzx=xCz=mz(z0－z)tg式中z0——轉(zhuǎn)動中心A離地面的距距離；土的橫向抗抗力沿深度度為二次拋拋物線變化化?；A底面處處的壓應力力，考慮到到該水平面面上的豎向向地基系數(shù)C0不變，故壓壓應力圖形形與基礎豎豎向位移圖圖相似。式中:C0不得小于10m0，d為基底寬度度或直徑。ΣX＝0ΣM＝0在上述三個個公式中，，有兩個未未知數(shù)z0和，要求解其其值，可建建立兩個平平衡方程式式，即式中：W為基底的截截面模量。求得z0、ω（tanω），進而求求得當有豎向荷荷載N及水平力H同時作用時時，則基底底邊緣處的的壓應力為為：式中:A0——基礎底面積積。離地面或最最大沖刷線線以下z深度處基礎礎截面上的的彎矩可以認為基基底不產(chǎn)生生水平位移移，則基礎礎的旋轉(zhuǎn)中中心A與基底中心心相吻合，，即z0＝h。地面下z深度處產(chǎn)產(chǎn)生的水水平位移移Δx和土的橫橫向抗力力zx分別為Δx=(h－z)tgzx＝mzΔx＝mz(h－z)tg基底邊緣緣處的豎豎向應力力為：（二）基基底嵌入入基巖內(nèi)內(nèi)的沉井井上述公式式中只有有一個未未知數(shù)，故只需需建立一一個彎矩矩平衡方方程便可可解出值值。由彎矩平平衡方程程ΣMA＝0便可解出出值，進一步步求得：：式中：基底邊緣緣處的應應力為：：再根據(jù)ΣX＝0，可求出出嵌入處處未知的的水平阻阻力P（三）驗驗算基底計算算最大壓壓應力不不應超過過沉井底底面處地地基土的的設計承承載力[]h。即:max[]h1.基底應力力驗算橫向計算算zx值應小于于沉井周周圍土的的極限抗抗力值。。極限抗力力值計算算方法：：當基礎在在外力作作用下產(chǎn)產(chǎn)生位移移時，在在深度z處基礎一一側(cè)產(chǎn)生生主動土土壓力強強度pa，而被擠擠壓一側(cè)側(cè)土就受受到被動動土壓力力強度pP，故其極極限抗力力，以土土壓力表表達為zxpp-pa2.橫向抗力力驗算由朗金土土壓力理理論可知知式中:為土的容容重，和c分別為內(nèi)內(nèi)摩擦角角和粘聚聚力。橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)中，根根據(jù)試驗驗知道出出現(xiàn)最大大的橫向向抗力大大致在z=h/3和z=h處，即式中:———相應于z=h/3深度處的的土橫向向抗力；；——相應于z=h深度處的的土橫向向抗力；；h——基礎的埋埋置深度度；基礎在水水平力和和力矩作作用下，，墩臺頂頂面會產(chǎn)產(chǎn)生水平位移移。由地面處處的水平平位移z0tg，地面到到墩臺頂頂范圍h2內(nèi)的水平平位移h2tg，在h2范圍內(nèi)墩墩臺身彈彈性撓曲曲變形引引起的墩墩臺頂水水平位移移0，三部分分組成。。=(z0+h2)tg+01—取決于上上部結(jié)構(gòu)構(gòu)形式的的系數(shù)，，一般1=1，對于拱橋橋1=0.7；2—考慮恒載載對基礎礎底面重重心所產(chǎn)產(chǎn)生的彎彎矩Mg在總彎矩矩M中所占百百分比的的系數(shù)，，即3.墩臺頂面面水平位位移驗算算現(xiàn)行橋梁梁規(guī)范中中規(guī)定：：墩臺頂頂面的水水平位移移應符合下下列要求求：式中：L—相鄰跨中中最小跨跨的跨度度(m)，當跨度L<25m時，L按25m計算?？紤]到轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角一般般均很小小，可令令tg=。如果沉沉井基底嵌入基基巖內(nèi)，，z0＝h。在確定沉沉井主體體尺寸后后，即可可算出沉沉井自重重，驗算算在沉井井施工下下沉時，，保證在在自重作作用下克克服井壁壁摩阻力力Rf而順利下下沉，亦亦即下沉沉系數(shù)K1應為：式中:G——沉井在各各種施工工階段時時的總自自重，kN；B——下沉過程程中地下下水的總總浮力，，kN；Rf——井壁總摩摩阻力，，kN；沉井是一種預預制構(gòu)件，在在施工過程中中受到各種外外力的作用，沉井結(jié)結(jié)構(gòu)強度必須須滿足各階段段最不利受力情況的要求求，沉井結(jié)構(gòu)構(gòu)在施工過程程中應主要進行下列驗算算。二、沉井的結(jié)結(jié)構(gòu)設計（一）下沉系系數(shù)K1、下沉穩(wěn)定系系數(shù)K1’和抗浮安全系