巖土工程之 沉井

4沉井2023/3/2014.1沉井概述

沉井法是施工的地下結(jié)構(gòu)物和深基礎(chǔ)的一種型式。

沉井是先在地表制作成一個井筒狀結(jié)構(gòu)物，然后在井壁的圍護(hù)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(dá)到預(yù)定設(shè)計(jì)標(biāo)高后，再進(jìn)行封底，構(gòu)筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)。沉井制作與下沉過程1、沉井應(yīng)用領(lǐng)域

（1）江河上的結(jié)構(gòu)物：橋梁墩臺基礎(chǔ)、擋水壩；（2）取水構(gòu)筑物：取水泵房、污水泵站；（3）重型結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)：煙囪、重型設(shè)備基礎(chǔ)；（4）地下工程：地下廠房、倉儲（油、氣、水、煤）庫房；地下車道、地下車站及礦用豎井；（5）臨近建筑物的深基礎(chǔ)：（6）地下工作井：盾構(gòu)或頂管工作井、房屋糾偏工作井等。2、沉井特點(diǎn)

（1）埋深大、整體性強(qiáng)、穩(wěn)定性好、承載及抗變形能力強(qiáng)；（2）既是基礎(chǔ)，又是施工中擋土（水）圍壁或圍堰結(jié)構(gòu)；（3）與大開挖比，占地面積小，土方量少；對鄰建物影響??；（4）易發(fā)生難沉、突沉、偏沉等問題；單井施工周期長。最大沉井直徑（或邊長）上百米，深度上百米；下沉新工藝有泥漿助沉、空氣幕法、中心島法等。4.2沉井的類型劃分（1）按沉井橫截面形狀分：

單孔沉井：圓形、正方形、矩形等；單排孔沉井：矩形、長圓形、組合形等；多排孔沉井：由內(nèi)隔墻分成若干個井孔。雙孔矩形沉井（2）按沉井豎向截面形狀分：柱形豎直式、臺階式（階梯形）、錐形。豎直式多階梯形刃腳階梯形正錐形

（3）按沉井材料分：混凝土、鋼筋砼、磚石、竹筋砼、木材、鋼板等。（4）按沉井下沉方式分：

①就地制造下沉的沉井；

②浮運(yùn)沉井：

在深水地區(qū)，筑島困難，或有礙通航，在岸邊制作沉井拖運(yùn)到設(shè)計(jì)位置后整體下沉。

③中心島式下沉沉井。浮運(yùn)沉井筑島現(xiàn)澆沉井基坑開挖挖——鋪鋪砂墊層層和承墊墊木———沉井制制作———抽取承承墊木——挖土下下沉（分分節(jié)制作作與下沉沉）———至設(shè)計(jì)計(jì)標(biāo)高、、封底回回填———澆筑其其它部分分結(jié)構(gòu)和和封頂。。4.3沉井施工工過程筑島造井下沉及接接高挖土下沉沉封底一、沉井井施工準(zhǔn)準(zhǔn)備1、場地準(zhǔn)準(zhǔn)備（1）確定地地基承載載力，若若不足可可用換土土墊層法法處處理地地基；；（2）若下沉沉系數(shù)過過低，可可在地面面挖坑，，在坑內(nèi)內(nèi)制做第第一節(jié)沉沉井；（3）淺水域域施工可可先人工工筑島，，向在旱旱地進(jìn)行行沉井施施工一樣樣。2、下沉系系數(shù)計(jì)算算沉井正常常下沉?xí)r時，必須須克服井井壁與土土層之間間的摩擦擦阻力、、沉井底底部的土土阻力等等；為此此需計(jì)算算下沉系系數(shù)k。二、制做做第一節(jié)節(jié)沉井1、支墊處處理與制制模（1）支墊作作用：支承第第一節(jié)沉沉井重量量，定位位、立模模、綁扎扎鋼筋等等。（2）墊木規(guī)規(guī)格：200x200枕木，間間距計(jì)算算確定。。（3）布置：：長、短相相間，與與刃角踏踏面垂直直，墊木木下部鋪鋪夯實(shí)砂砂土。支墊處理理之后，，立模、、綁扎鋼鋼筋、澆澆注混凝凝土。2、沉井制制作時的的分節(jié)高高度確定定方案（1）一次制制做，一一次下沉沉（用于于較淺沉沉井）；；（2）分節(jié)制制做，多多次下沉沉（用于于較深沉沉井，每每節(jié)高度度10m左右）；；（3）分次制制做，一一次下沉沉（用于于H≤30m沉井）。。3、拆模及及抽墊木木（1）時間控控制當(dāng)井壁混混凝土養(yǎng)養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度度達(dá)到設(shè)設(shè)計(jì)強(qiáng)度度的70%時，可以以拆除模模板；當(dāng)達(dá)到設(shè)設(shè)計(jì)強(qiáng)度度的100%時，可以以抽除墊墊木。（2）抽墊木木順序內(nèi)隔墻下下短短邊邊井壁長長邊井井壁定定位墊墊木（3）拆除方方式以定位墊墊木為中中心，隔隔根拆除除，每拆拆一根就就及時用用砂土回回填。三、沉井井下沉1、沉井下下沉方式式沉井常用用的挖土土作業(yè)方方法有排水下沉沉與不排水下下沉兩種；當(dāng)當(dāng)沉井穿穿過的土土層不會會因排水水而產(chǎn)生生大量涌涌砂或塌塌陷時可可采用排排水下沉沉的方式式下沉。。否則，，土層條條件不好好或排水水量較大大時，應(yīng)應(yīng)采用不不排水下下沉的方方式。2、沉井除除土及排排水方式式（1）排水下下沉采用人力力、抓斗斗、高壓壓射水等等除土；；采用離心心泵、潛潛水泵、、井點(diǎn)降降水等方方式排除除井內(nèi)泥泥水。（2）不排水下沉沉采用抓斗、、回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)進(jìn)、螺旋、、鉆斗、空空氣吸泥機(jī)機(jī)等除土。。3、井壁制作作要求（1）混凝土材材料及配合合比（2）安裝模板板要求（3）鋼筋及管管道鋪設(shè)（4）混凝土澆澆注4、地基檢驗(yàn)驗(yàn)與處理檢測沉井設(shè)設(shè)計(jì)標(biāo)高的的地層條件件，清除井井內(nèi)虛土，，整平封底底地基等。。四、沉井的封底底1、沉井封底底方案確定定沉井常用的的封底方法法有：干封法、、水下導(dǎo)管管灌注法、、壓漿法法等三種。（1）干封法：：適合于隔隔水層不會會被地下動動水頭擊穿穿的條件。。（2）水下導(dǎo)管管灌注法：：適合于不不排水下沉沉、地下水水含水較大大沉井；（3）壓漿法：：適用條件件同水下導(dǎo)導(dǎo)管灌注法法。3、其它封閉閉工程（1）井壁外助助沉泥漿用用水泥粉加加固；（2）礦山沉井井的套井與與井壁之間間的封閉等等。沉井的長短短邊之比越越小越好，，以保證下下沉?xí)r的穩(wěn)穩(wěn)定性。一般沉井應(yīng)應(yīng)分節(jié)制作作，每節(jié)高高度不宜大大于8m。沉井底節(jié)高高度應(yīng)滿足足拆除支承承時沉井縱縱向抗彎要要求之外，，在松軟土土層中下沉的沉井井，底節(jié)高高度不宜大大于0.8b。南京長江大大橋正橋1號橋墩的的混凝土沉沉井基礎(chǔ)公路鐵路兩兩用雙層鋼鋼架連續(xù)橋橋梁，跨度度160米米，鐵路橋橋總長6,772米米，

1968年建建成，該橋橋的建成是是中國修建建深水基礎(chǔ)礎(chǔ)橋梁工程程一項(xiàng)重大大突破。20.2mx24.9mx53.5m4.4沉井工程應(yīng)應(yīng)用舉例沉井平面長長69米，寬51米，下沉深度度為58米，體積20.4萬萬立方米,列世界最最大沉井。。(列世界第第２的美國國費(fèi)雷澤諾諾橋的沉井井體積為15萬立方方米)江陰長江公公路大橋北北錨沉井江陰長江公公路大橋北北錨沉井空空氣吸泥不不排水下沉沉大型鋼殼沉沉井

鋼筋混凝土土沉井主要要由刃腳、、井壁、隔隔墻與底梁梁、凹槽、、封底與底底板、頂蓋蓋、井孔、、射水管或或探測管等等組成。4.5沉井構(gòu)造（1）刃腳腳作用：減少沉井下下沉阻力，，切土下沉沉，封閉與與阻止壁外外流砂或泥泥漿涌入井井筒內(nèi)的作作用。（2）制做做要求：砼砼C20以上，踏面面寬度100～200mm，底面加強(qiáng)，，刃腳斜面面傾角為450以上（雙斜斜面），其其高度為1m左右。1、刃腳a—混凝土刃腳腳；b—設(shè)角鋼的刃刃腳；c—尖刃腳（1）井壁壁作用：下沉擋土、、擋水及克克服摩擦阻阻力的作用用。施工完完畢后，做做為基礎(chǔ)或或基礎(chǔ)一部部分，或礦礦山豎井及及其它構(gòu)筑筑物外壁。。（2）制做做要求：C20～C25，壁厚0.8～1.5m，每節(jié)高度6～8m，井壁內(nèi)預(yù)埋埋各種管路路。2、井壁（1）作用用加強(qiáng)整體剛剛度，防止止突沉，減減少撓曲應(yīng)應(yīng)力，并分分成多個井井孔有利于于控制沉井井下沉方向向。（2）制做做要求間距5～6m，厚度0.5～1.2m，底面高出刃刃腳踏面0.5m以上，若與與刃腳平齊齊應(yīng)留過人人孔。3、隔墻與與底梁（1）作用用：隔離地地下水力聯(lián)聯(lián)系；凹槽槽增強(qiáng)井壁壁與底板的的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度度。（2）制做做要求：槽槽深0.15—0.25m，高1.0m，距刃角1.5m以上。4、封底與與底板封底方法:（1）干封；（（2）導(dǎo)管灌注注法；（3）拋石注漿漿法；注：遇到意外困困難，可在在凹槽處澆澆筑鋼筋混混凝土蓋板板，沉井變變沉箱。沉箱作業(yè)室1、下沉系數(shù)計(jì)計(jì)算驗(yàn)算在沉井施工工下沉?xí)r，保證證在自重作用下下克服井壁摩阻阻力而順利下沉沉。沉井井壁與土體體之間的摩阻力力f（kPa）土的種類粘性土砂性土砂卵石砂礫石軟土泥漿套f(kPa)25~5012~2518~3015~2010~123~54.6沉井設(shè)計(jì)計(jì)算式中——下沉穩(wěn)定系系數(shù)，一般取0.8～0.9。R1——刃腳踏面及斜面面下土的支承力力，kN；R2——隔墻和底梁下土土的支承力，kN。沉井在軟弱土層層中接高時有突突沉可能，應(yīng)根根據(jù)施工情況進(jìn)進(jìn)行下沉穩(wěn)定驗(yàn)驗(yàn)算：下沉穩(wěn)定系數(shù)K1’：封底后，內(nèi)部結(jié)結(jié)構(gòu)及設(shè)備尚未未安裝，井外按按各個時期出現(xiàn)現(xiàn)的最高地下水水位驗(yàn)算沉井的的抗浮穩(wěn)定：B’——封底后沉井所受K2——抗浮安全系數(shù)，，一般取1.05～1.1。不計(jì)井壁摩阻力力時，可取1.05?？垢“踩禂?shù)K2：2、刃角計(jì)算1）刃角向外撓撓曲豎向內(nèi)力計(jì)計(jì)算2）刃角向內(nèi)撓撓曲豎向內(nèi)力計(jì)計(jì)算3）刃角水平內(nèi)內(nèi)力計(jì)算3、沉井井壁計(jì)計(jì)算1）井壁水平內(nèi)內(nèi)力計(jì)算2）井壁垂直受受拉計(jì)算3）抽墊木時井井壁內(nèi)力計(jì)算4、地基強(qiáng)度驗(yàn)算算5、沉井封底計(jì)計(jì)算1）沉井干封底底計(jì)算2）水下封底混混凝土厚度計(jì)算算沉井可干封底的的情況（a）下有足夠厚粘土土層；（b）待底板達(dá)到足夠夠強(qiáng)度后方停止止降水。不透水粘土層的的厚度：A——沉井底部面積（（m2）；——土的有效重度（（即浮重度）（（kN/m3）；；h——刃腳下面不透水水粘土層厚度（（m）；c——粘土的粘聚力（（kPa）；U——沉井刃腳踏面內(nèi)內(nèi)壁周長（m）；1、難沉問題通過增加沉井自自重，用泥漿套套或空氣幕法減減少井壁側(cè)阻力力。常用泥漿套法助助沉，壓泥漿管管路的布置方式式