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(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。沉井的分類圓端形沉井：控制下沉、受力條件、阻水沖刷均較矩形者有利，但沉井制造較復(fù)雜。對平面尺寸較大的沉井，可在沉井中設(shè)置隔墻，使沉井由單孔變成雙孔或多孔。沉井的分類按沉井的形狀分類按沉井的立面形狀

主要有豎直式、傾斜式及臺階式等。采用形式應(yīng)視沉井需要通過的土層性質(zhì)和下沉深度而定。沉井的分類上述各類沉井的適用條件：

外壁豎直形式的沉井，它在下沉過程中不易傾斜，井壁接長較簡單，模板可重復(fù)使用。故當(dāng)土質(zhì)較松軟，沉井下沉深度不大，可以采用這種形式。沉井的分類上述各類沉井的適用條件：傾斜式及臺階式井壁可以減少土與井壁的摩阻力，其缺點(diǎn)是施工較復(fù)雜，消耗模板多，同時(shí)沉井下沉過程中容易發(fā)生傾斜。故在土質(zhì)較密實(shí)，沉井下沉深度大，要求在不太增加沉井本身重量的情況下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高，可采用這類沉井。沉井的分類上述各類沉井的適用條件：臺階式井壁的臺階寬度約為100～200mm。傾斜式的沉井井壁坡度一般為1/20～1/50，外壁傾斜式沉井同樣可以減少下沉?xí)r井壁外側(cè)土的阻力，但這類沉井具有下沉不穩(wěn)定，制造困難等缺點(diǎn)，故較少使用。一般沉井的構(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。一般沉井的構(gòu)造

井壁是沉井的主要部分。它在沉井下沉過程中起擋土、擋水及利用本身重量克服土與井壁之間的摩阻力的作用。當(dāng)沉井施工完畢后，它就成為基礎(chǔ)或基礎(chǔ)的一部分而將上部荷載傳遞給地基。因此，井壁必須具有足夠的強(qiáng)度和一定的厚度。根據(jù)井壁在施工中的受力情況，可以在井壁內(nèi)配置豎向及水平向鋼筋，以增加井壁強(qiáng)度。井壁厚度按下沉需要的自重，本身強(qiáng)度以及便于取土和清基等因素而定，一般為0.80～1.50m，為便于綁扎鋼筋及澆筑混凝土，其厚度不宜小于0.4m。鋼筋混凝土薄壁沉井可不受此限制。井壁的混凝土強(qiáng)度等級不低于C15。井壁一般沉井的構(gòu)造井壁下端形如楔狀的部分稱為刃腳。其作用是在沉井自重作用下易于切土下沉。刃腳底面(踏面)寬度一般為0.1～0.2m，對軟土可適當(dāng)放寬。下沉深度大，且土質(zhì)較硬，刃腳底面應(yīng)以型鋼(角鋼或槽鋼)加強(qiáng)(圖5-7)，以防刃腳損壞。刃腳內(nèi)側(cè)斜面與水平面的夾角一般為45°～60°。刃腳高度視井壁厚度、便于抽除墊木而定，一般當(dāng)沉井濕封底時(shí)，取1.5m左右；干封底時(shí)，取0.6m左右。由于刃腳在沉井下沉過程中受力較集中，故刃腳宜采用C20以上的鋼筋混凝土制成。

刃腳一般沉井的構(gòu)造沉井平面尺寸較大，也即井壁跨徑較大時(shí)，應(yīng)在沉井內(nèi)設(shè)置隔墻，以加強(qiáng)沉井的剛度，使井壁的撓曲應(yīng)力減小，其厚度一般小于井壁。隔墻底面應(yīng)高出刃腳底面0.5m以上，避免隔墻下的土頂住沉井而妨礙下沉。也可在刃腳與隔墻聯(lián)結(jié)處設(shè)置埂肋加強(qiáng)刃腳與隔墻的連結(jié)。如為人工挖土，在隔墻下端應(yīng)設(shè)置過人孔，便于工作人員井孔間往來。

隔墻一般沉井的構(gòu)造井孔井孔是挖土排土的工作場所和通道。井孔尺寸應(yīng)滿足施工要求，寬度(直徑)不宜小于3m。井孔布置應(yīng)對稱于沉井中心軸，便于對稱挖土使沉井均勻下沉。一般沉井仆的構(gòu)造凹槽設(shè)在井孔猛下端近刃形腳處，其岡作用是使封底泊混凝土揭與井壁枯有交好壟的接合葡，封底濤混凝土順底面的騾反力更感好的傳識給井壁(如井串孔全先部填供實(shí)的句實(shí)心悼沉井緣瑞也可屈不設(shè)指凹槽)。凹夸槽深環(huán)度約0.1嬸5～0.2蛋5m，高約1.珠0m。凹槽一般屯沉井槐的構(gòu)球造射水管當(dāng)沉井下伐沉深度大棟，穿過的角土質(zhì)又較脾好，估計(jì)獄下沉?xí)a(chǎn)緣瑞生困難時(shí)城，可在井陶壁中預(yù)埋廟射水管組忽。射水管石應(yīng)均勻督布置，舊以利于窄控制水閘壓和水勇量來調(diào)稈整下沉面方向。執(zhí)一般水交壓不小拔于600投kPa。如呆使用泥漿潤滑逆套施工方購法時(shí)，應(yīng)首有預(yù)埋的舉壓射泥漿再管路。一般沉蕉井的構(gòu)干造沉井匆沉至端設(shè)計(jì)狂標(biāo)高吃進(jìn)行惹清基判后，間便澆濱筑封險(xiǎn)底混劉凝土徐?；煜∧恋竭_(dá)到蔽設(shè)計(jì)拔強(qiáng)度標(biāo)后，庫可從辭井孔品中抽拳干水型井填襯滿混裳凝土誼或其隨它圬所工材即料。脫如井符孔中沉不填丟料或燒僅填噸以砂當(dāng)?shù)[則局須在謀沉井懼頂面蕉筑鋼恭筋混危凝土游蓋板思。封僻底混壩凝土擺底面趣承受應(yīng)地基蜘土和趟水的商反力億，這往就要駝求封農(nóng)底混豆凝土宰有一淋定的水厚度(可由應(yīng)用力驗(yàn)算梯決定)，其厚度抬根據(jù)經(jīng)驗(yàn)壞也可取不顫小于井孔斗最小邊長危的1.糾5倍。封底毀混凝土頂必面應(yīng)高出窗刃腳根部液不小于0.白5m，并澆灌彩到凹槽上心端。封底猶混凝土標(biāo)熔號對巖石揀地基用C15；一幻玉般地就基用C20。蓋龜板厚淡度一伏般為1.5～2.0m。井孔滲中充填國的混凝待土，其樣強(qiáng)度等弟級不應(yīng)弟低于C10。封底和蓋佳板沉井基減礎(chǔ)的施位工旱地施焰工：平整場隸地，制寒造第一丘節(jié)沉井嶺、拆模污及抽墊舟、挖土蘿下沉、省接高沉用井、井根頂圍堰寸、地基拴檢驗(yàn)和階處理、虎封底、崖充填井痛孔、澆貢筑頂蓋出。沉井基國礎(chǔ)施工震分類水中胃筑島慕施工掙：水流速不模打，水深才≤3~4m時(shí)采用，幅沙島應(yīng)高涂出施工最鍬高水位0.智5m以上，在謙島上澆筑應(yīng)沉井。浮運(yùn)沉井躬施工：水深筑蛇島困難茂時(shí)采用膚，岸邊戒制作，屑滑入水管中，井瞧壁為空象體可漂故浮于水藝面，就更位后灌砍注混凝壟土下沉銹至河床狀。旱地舒上沉導(dǎo)井基狂礎(chǔ)的遷施工1.整平場脫地橋梁墩臺距位于敲旱地懸時(shí)，遺沉井內(nèi)可就眠地制劈燕造、詞挖土蛾下沉緣瑞、封慈底、飾充填陸井孔混以及顯澆筑頂板。如天然地居面土質(zhì)放較好，魔只需將退地面雜煤物清掉罪整平地陸面，就霸可在其狠上制造露沉井，淘如為了黎減小沉濕井的下漁沉深度仁也可在答基礎(chǔ)位禾置處挖呢一淺坑凝，在坑溉底制造茄沉井下詞沉，坑江底應(yīng)高扶出地下率水位0.譜5～1.0濁m。旱地夾上沉算井基盡礎(chǔ)的盛施工2.制造仰第一翁節(jié)沉普井由于沉井自袍重較大角，刃腳袍踏面尺胡寸較小搶，應(yīng)力削集中，啞場地土邀往往承蘇受不了兇這樣大室的壓力選。所以硬在整平插的場地脫上應(yīng)在刃腳故踏面位緣瑞置處對旱稱地鋪織滿一層險(xiǎn)墊木，沉插井重逃量在功墊木通下產(chǎn)駕生的眠壓應(yīng)柴力不大于10奏0k孩Pa。墊木綢的布置宿應(yīng)考慮蠶抽除墊辨木方便凳，在刃森腳位置高處放上脈刃腳角去鋼，豎唉立內(nèi)模顆，綁扎峽鋼筋，壁立外?？?，最后私進(jìn)行第榜一節(jié)沉檔井混凝丸土灌注地。旱地上喝沉井基橋礎(chǔ)的施掀工3.拆模及抽瘦墊沉井混凝土達(dá)攤到設(shè)計(jì)強(qiáng)李度的70%時(shí)可款拆除俱模板滲，強(qiáng)榨度達(dá)亡設(shè)計(jì)均強(qiáng)度菠后才格能抽冰撤墊貢木。有抽撤棉墊木雪應(yīng)按境一定萬的順增序進(jìn)叉行，因以免米引起排沉井違開裂悼、移投動或固傾斜踐。其蒙順序桑是：先撤除內(nèi)隔辮墻下的墊刪木，再撤松沉井井壁短邊下撒的墊木欠，最后墻撤長邊友下的墊奧木。拆長邊下牽的墊木時(shí)夾，以定位搞墊木(即最后擔(dān)抽撤統(tǒng)的墊伸木)為中心，丑對稱地由森遠(yuǎn)到近拆趣除，最后催的拆除定返位墊木。僻注意在抽貞墊木過程姨中，每抽除執(zhí)一根設(shè)墊木，應(yīng)立即采用砂回填并搗實(shí)，防止亂沉井失歇穩(wěn)。旱地上沉鄉(xiāng)豐井基礎(chǔ)的龜施工4.挖土下壇沉當(dāng)沉莖井穿梨過的脹土層對較穩(wěn)乘定，治不會夠因排并水而貫產(chǎn)生岔大量彈流砂榮時(shí)，保可采胡用排微水下態(tài)沉。棟土的墨挖除娘可采筑用人愈工挖層土或基機(jī)械吉除土任，排趕水下模沉?？h用人慮工挖抹土，憶它適扒用于編土層漲滲水餃量不徒大且院排水帳時(shí)不南會產(chǎn)續(xù)生涌疫土或課流砂我的情之況；丑人工柄挖土貌可使紐奉沉井爆均勻聚下沉問和清澆除井口下障雕礙物汁，但坡應(yīng)采鹿取措悶施，確確實(shí)歇保證權(quán)施工演安全純，排妨水下其沉?xí)r巷，有因時(shí)也眾用機(jī)下械除剪土。排水下沉一般都右采用機(jī)鈔械除土座，挖土忠工具可辱以是抓男土斗或紐奉水力吸悔泥機(jī)，峰如土質(zhì)即較硬，罪水力吸視泥機(jī)需均配以水疤槍射水碑將土沖趕松。由泊于吸泥君機(jī)是將確水和土港一起吸室出井外殊，故需立經(jīng)常向右井內(nèi)加步水維持砍井內(nèi)水通位高出鴨井外水喜位1~尼2m，以免發(fā)測生涌土或語流砂現(xiàn)象旋。不