基礎(chǔ)工程學(xué)沉井工程簡介及構(gòu)造要求

課程團(tuán)隊(duì)：徐長節(jié)、胡文韜、耿大新、可文海、陳丹華基礎(chǔ)工程學(xué)華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院4深基礎(chǔ)——4.7沉井工程簡介及構(gòu)造要求主講人——耿大新一、沉井的基本概念、作用及適用條件沉井的概念:是井筒狀的結(jié)構(gòu)物(圖1)。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(jì)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(tái)或其它結(jié)構(gòu)物的基礎(chǔ)(圖2)。

圖1沉井下沉示意圖圖2沉井基礎(chǔ)沉井的優(yōu)缺點(diǎn)沉井的優(yōu)點(diǎn)：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；沉井既是基礎(chǔ)，又是施工時(shí)的擋土和擋土圍堰結(jié)構(gòu)物，施工工藝并不復(fù)雜，因此在橋梁工程中得到較廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，沉井施工時(shí)對(duì)鄰近建筑物尤其是軟土中地下建筑物的基礎(chǔ)，也常用作為礦用豎井、地下油庫等。沉井的缺點(diǎn)：施工期較長；對(duì)粉細(xì)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(huì)給施工帶來一定困難。沉井的適用條件根據(jù)經(jīng)濟(jì)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(kuò)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(jì)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(shí)。

3.巖層表面較平坦且覆蓋層薄，但河水較深；采用擴(kuò)大基礎(chǔ)施工圍堰有困難時(shí)。二、沉井的類型和構(gòu)造沉井的分類按沉井的施工方法分類一般沉井：指就地制造下沉的沉井，這種沉井是在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的位置上制造，然后挖土靠沉井自重下沉。如基礎(chǔ)位置在水中，需先在水中筑島，再在島上筑井下沉。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)就位下沉的方法，這類沉井稱為浮運(yùn)沉井或浮式沉井。沉井的分類按沉井的形狀分類按沉井的平面形狀

常用的有圓形、圓端形和矩形等。

沉井平面形式a)單孔沉井；b)雙孔沉井；c)多孔沉井根據(jù)井孔的布置方式，又有單孔、雙孔及多孔的分別。沉井的分類圓形沉井：沉井在下沉過程中易控制方向；使用抓泥斗挖土，要比其他類型的沉井，更能保證其刃腳均勻地支承在土層上；在側(cè)壓力作用下，井壁只受軸向力(側(cè)壓力均布時(shí))，或稍受撓曲(側(cè)壓力非均布時(shí))；承受水平土壓力和水壓力性能良好。沉井的分類矩形沉井：具有制造簡單，基礎(chǔ)受力有利的優(yōu)點(diǎn)，常能配合墩臺(tái)(或其他結(jié)構(gòu)物)底部平面形狀。四角一般做成圓角，可有效改善轉(zhuǎn)角處的受力條件，減緩應(yīng)力集中現(xiàn)象，以降低井壁摩阻力和避免取土清孔的困難。矩形沉井在側(cè)壓力作用下，井壁受較大的撓曲力矩；在流水中阻水系數(shù)較大，沖刷較嚴(yán)重。沉井的的分類類圓端形形沉井井：控制下下沉、、受力力條件件、阻阻水沖沖刷均均較矩矩形者者有利利，但但沉井井制造造較復(fù)復(fù)雜。。對(duì)平平面尺尺寸較較大的的沉井井，可可在沉沉井中中設(shè)置置隔墻墻，使使沉井井由單單孔變變成雙雙孔或或多孔。。沉井的的分類類按沉井井的形形狀分分類按沉井井的立立面形形狀主要有豎直式式、傾斜式式及臺(tái)階式式等。采采用形式應(yīng)應(yīng)視沉井井需要要通過過的土土層性性質(zhì)和和下沉沉深度度而定定。沉井的的分類類上述各各類沉沉井的的適用用條件件：外壁豎直形形式的沉井井，它它在下下沉過過程中中不易易傾斜斜，井井壁接接長較較簡單單，模模板可可重復(fù)復(fù)使用用。故故當(dāng)土土質(zhì)較較松軟軟，沉沉井下下沉深深度不不大，，可以以采用用這種種形式式。沉井的的分類類上述各各類沉沉井的的適用用條件件：傾斜式及臺(tái)臺(tái)階式式井壁可可以減減少土土與井井壁的的摩阻阻力，，其缺缺點(diǎn)是是施工工較復(fù)復(fù)雜，，消耗耗模板板多，，同時(shí)時(shí)沉井井下沉沉過程程中容容易發(fā)發(fā)生傾傾斜。。故在在土質(zhì)質(zhì)較密密實(shí)，，沉井井下沉沉深度度大，，要求求在不不太增增加沉沉井本本身重重量的的情況況下沉沉至設(shè)設(shè)計(jì)標(biāo)標(biāo)高，，可采采用這這類沉沉井。。沉井的的分類類上述各各類沉沉井的的適用用條件件：臺(tái)階式井壁的的臺(tái)階階寬度度約為為100～200mm。傾斜斜式的的沉井井井壁壁坡度度一般般為1/20～1/50，外壁壁傾斜斜式沉沉井同同樣可可以減減少下下沉?xí)r時(shí)井壁壁外側(cè)側(cè)土的的阻力力，但但這類類沉井井具有有下沉沉不穩(wěn)穩(wěn)定，，制造造困難難等缺缺點(diǎn)，，故較較少使使用。。一般沉沉井的的構(gòu)造造一般沉井構(gòu)構(gòu)造上上主要要由井壁、、刃腳腳、隔隔墻、、井孔孔、凹凹槽、、射水水管、、封底底和蓋蓋板等組成成。一般沉沉井的的構(gòu)造造井壁是沉井井的主主要部部分。。它在沉井井下沉沉過程程中起起擋土土、擋擋水及及利用用本身身重量量克服服土與與井壁壁之間間的摩摩阻力力的作作用。當(dāng)沉沉井施施工完完畢后后，它它就成成為基基礎(chǔ)或或基礎(chǔ)礎(chǔ)的一一部分分而將將上部部荷載載傳遞遞給地地基。。因此此，井井壁必必須具具有足足夠的的強(qiáng)度度和一一定的的厚度度。根根據(jù)井井壁在在施工工中的的受力力情況況，可可以在在井壁壁內(nèi)配配置豎豎向及及水平平向鋼鋼筋，，以增增加井井壁強(qiáng)強(qiáng)度。。井壁壁厚度度按下下沉需需要的的自重重，本本身強(qiáng)強(qiáng)度以以及便便于取取土和和清基基等因因素而而定，，一般般為0.80～1.50m，為便便于綁綁扎鋼鋼筋及及澆筑筑混凝凝土，，其厚厚度不不宜小小于0.4m。鋼筋筋混凝凝土薄薄壁沉沉井可可不受受此限限制。。井壁壁的混混凝土土強(qiáng)度度等級(jí)級(jí)不低低于C15。井壁一般沉沉井的的構(gòu)造造井壁下端形形如楔楔狀的的部分分稱為為刃腳腳。其其作用是是在沉沉井自自重作作用下下易于于切土土下沉沉。刃腳底底面(踏面)寬度一一般為為0.1～0.2m，對(duì)軟軟土可可適當(dāng)當(dāng)放寬寬。下下沉深深度大大，且且土質(zhì)質(zhì)較硬硬，刃刃腳底底面應(yīng)應(yīng)以型型鋼(角鋼或或槽鋼鋼)加強(qiáng)(圖5-7)，以防防刃腳腳損壞壞。刃刃腳內(nèi)內(nèi)側(cè)斜斜面與與水平平面的的夾角角一般般為45°°～60°°。刃腳腳高度度視井井壁厚厚度、、便于于抽除除墊木木而定定，一一般當(dāng)當(dāng)沉井井濕封封底時(shí)時(shí)，取取1.5m左右；；干封封底時(shí)時(shí)，取取0.6m左右。。由于于刃腳腳在沉沉井下下沉過過程中中受力力較集集中，，故刃刃腳宜宜采用用C20以上的的鋼筋筋混凝凝土制制成。。刃腳一般沉沉井的的構(gòu)造造沉井平面尺尺寸較較大，，也即即井壁壁跨徑徑較大大時(shí)，，應(yīng)在在沉井井內(nèi)設(shè)設(shè)置隔隔墻，，以加強(qiáng)沉沉井的的剛度度，使使井壁壁的撓撓曲應(yīng)應(yīng)力減減小，，其厚度度一般般小于于井壁壁。隔隔墻底底面應(yīng)應(yīng)高出出刃腳腳底面面0.5m以上，，避免免隔墻墻下的的土頂頂住沉沉井而而妨礙礙下沉沉。也也可在在刃腳腳與隔隔墻聯(lián)聯(lián)結(jié)處處設(shè)置置埂肋肋加強(qiáng)強(qiáng)刃腳腳與隔隔墻的的連結(jié)結(jié)。如如為人人工挖挖土，，在隔隔墻下下端應(yīng)應(yīng)設(shè)置置過人人孔，，便于于工作作人員員井孔孔間往往來。。隔墻一般沉沉井的的構(gòu)造造井孔井孔是挖土排排土的的工作作場所所和通通道。井孔孔尺寸寸應(yīng)滿滿足施施工要要求，，寬度度(直徑)不宜小小于3m。井孔孔布置置應(yīng)對(duì)對(duì)稱于于沉井井中心心軸，，便于于對(duì)稱稱挖土土使沉沉井均均勻下下沉。。一般沉沉井的的構(gòu)造造凹槽設(shè)在井井孔下下端近近刃腳腳處，，其作作用是是使封底底混凝凝土與與井壁壁有交交好的的接合合，封封底混混凝土土底面面的反反力更更好的的傳給給井壁壁(如井孔孔全部部填實(shí)實(shí)的實(shí)實(shí)心沉沉井也也可不不設(shè)凹凹槽)。凹槽槽深度度約0.15～0.25m，高約約1.0m。凹槽一般沉沉井的的構(gòu)造造射水管管當(dāng)沉井井下沉沉深度度大，，穿過過的土土質(zhì)又又較好好，估估計(jì)下下沉?xí)?huì)產(chǎn)生生困難難時(shí)，，可在在井壁壁中預(yù)預(yù)埋射射水管管組。。射水管管應(yīng)均均勻布布置，，以利利于控控制水水壓和和水量量來調(diào)調(diào)整下下沉方方向。。一般般水壓壓不小小于600kPa。如使使用泥漿潤潤滑套套施工工方法法時(shí)，，應(yīng)有有預(yù)埋埋的壓壓射泥泥漿管管路。一般沉沉井的的構(gòu)造造沉井沉沉至設(shè)設(shè)計(jì)標(biāo)標(biāo)高進(jìn)進(jìn)行清清基后后，便便澆筑筑封底底混凝凝土。。混凝凝土達(dá)達(dá)到設(shè)設(shè)計(jì)強(qiáng)強(qiáng)度后后，可可從井井孔中中抽干干水井井填滿滿混凝凝土或或其它它圬工工材料料。如如井孔孔中不不填料料或僅僅填以以砂礫礫則須須在沉沉井頂頂面筑筑鋼筋筋混凝凝土蓋蓋板。。封底底混凝凝土底底面承承受地地基土土和水水的反反力，，這就就要求求封底底混凝凝土有有一定定的厚厚度(可由應(yīng)應(yīng)力驗(yàn)驗(yàn)算決決定)，其厚厚度根根據(jù)經(jīng)經(jīng)驗(yàn)也也可取取不小小于井井孔最最小邊邊長的的1.5倍。封封底混混凝土土頂面面應(yīng)高高出刃刃腳根根部不不小于于0.5m，并澆澆灌到到凹槽槽上端端。封封底混混凝土土標(biāo)號(hào)號(hào)對(duì)巖巖石地地基用用C15；一般般地基基用C20。蓋板板厚度度一般般為1.5～2.0m。井孔孔中充充填的的混凝凝土，，其強(qiáng)強(qiáng)度等等級(jí)不不應(yīng)低低于C10。封底和和蓋板板沉井基基礎(chǔ)的的施工工旱地施施工：：平整場場地，，制造造第一一節(jié)沉沉井、、拆模模及抽抽墊、、挖土土下沉沉、接接高沉沉井、、井頂頂圍堰堰、地地基檢檢驗(yàn)和和處理理、封封底、、充填填井孔孔、澆澆筑頂頂蓋。。沉井基基礎(chǔ)施施工分分類水中筑筑島施施工：：水流速速不打打，水水深≤≤3~4m時(shí)采用用，沙沙島應(yīng)應(yīng)高出出施工工最高高水位位0.5m以上，，在島島上澆澆筑沉沉井。。浮運(yùn)沉沉井施施工：：水深筑筑島困困難時(shí)時(shí)采用用，岸岸邊制制作，，滑入入水中中，井井壁為為空體體可漂漂浮于于水面面，就就位后后灌注注混凝凝土下下沉至至河床床。旱地上上沉井井基礎(chǔ)礎(chǔ)的施施工1.整平場場地橋梁墩臺(tái)位位于旱旱地時(shí)時(shí)，沉沉井可可就地地制造造、挖挖土下下沉、、封底底、充充填井井孔以以及澆澆筑頂板。如天然地地面土土質(zhì)較較好，，只需需將地地面雜雜物清清掉整整平地地面，，就可可在其其上制制造沉沉井，，如為為了減減小沉沉井的的下沉沉深度度也可可在基基礎(chǔ)位位置處處挖一一淺坑坑，在在坑底底制造造沉井井下沉沉，坑坑底應(yīng)應(yīng)高出出地下下水位位0.5～1.0m。旱地上沉井井基礎(chǔ)的施施工2.制造第一節(jié)節(jié)沉井由于沉井自重較較大，刃腳腳踏面尺寸寸較小，應(yīng)應(yīng)力集中，，場地土往往往承受不不了這樣大大的壓力。。所以在整整平的場地地上應(yīng)在刃腳踏面面位置處對(duì)對(duì)稱地鋪滿滿一層墊木木，沉井重量量在墊木下下產(chǎn)生的壓壓應(yīng)力不大于100kPa。墊木的布布置應(yīng)考慮慮抽除墊木木方便，在在刃腳位置置處放上刃刃腳角鋼，，豎立內(nèi)模模，綁扎鋼鋼筋，立外外模，最后后進(jìn)行第一一節(jié)沉井混混凝土灌注注。旱地上沉井井基礎(chǔ)的施施工3.拆模及抽墊墊沉井混凝土達(dá)到到設(shè)計(jì)強(qiáng)度度的70%時(shí)可拆除模模板，強(qiáng)度度達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)強(qiáng)度后才能能抽撤墊木木。抽撤墊墊木應(yīng)按一一定的順序序進(jìn)行，以以免引起沉沉井開裂、、移動(dòng)或傾傾斜。其順順序是：先撤除內(nèi)隔墻墻下的墊木木，再撤沉沉井井壁短邊下的墊墊木，最后后撤長邊下下的墊木。。拆長邊下的的墊木時(shí)，，以定位墊墊木(即最后抽撤的的墊木)為中心，對(duì)對(duì)稱地由遠(yuǎn)遠(yuǎn)到近拆除除，最后的的拆除定位位墊木。注注意在抽墊墊木過程中中，每抽除一根墊墊木，應(yīng)立即采用砂回填并搗實(shí)，防止沉井井失穩(wěn)。旱地上沉井井基礎(chǔ)的施施工4.挖土下沉當(dāng)沉井穿過過的土層較較穩(wěn)定，不不會(huì)因排水水而產(chǎn)生大大量流砂時(shí)時(shí)，可采用用排水下沉沉。土的挖挖除可采用用人工挖土土或機(jī)械除除土，排水水下沉常用用人工挖土土，它適用用于土層滲滲水量不大大且排水時(shí)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生生涌土或流流砂的情況況；人工挖挖土可使沉沉井均勻下下沉和清除除井下障礙礙物，但應(yīng)應(yīng)采取措施施，確實(shí)保保證