基礎工程學沉井工程簡介及構造要求

課程團隊：徐長節(jié)、胡文韜、耿大新、可文海、陳丹華基礎工程學華東交通大學土木建筑學院4深基礎——4.7沉井工程簡介及構造要求主講人——耿大新一、沉井的基本概念、作用及適用條件沉井的概念:是井筒狀的結構物(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計標高，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構物的基礎(圖2)。

圖1沉井下沉示意圖圖2沉井基礎沉井的優(yōu)缺點沉井的優(yōu)點：埋置深度可以很大，整體性強、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，又是施工時的擋土和擋土圍堰結構物，施工工藝并不復雜，因此在橋梁工程中得到較廣泛的應用。同時，沉井施工時對鄰近建筑物尤其是軟土中地下建筑物的基礎，也常用作為礦用豎井、地下油庫等。沉井的缺點：施工期較長；對粉細砂類土在井內(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：

1.上部荷載較大，而表層地基土的容許承載力不足，做擴大基礎開挖工作量大，以及支撐困難，但在一定深度下有好的持力層，采用沉井基礎與其他深基礎相比較，經(jīng)濟上較為合理的。

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施工時。

3.巖層表面較平坦且覆蓋層薄，但河水較深；采用擴大基礎施工圍堰有困難時。二、沉井的類型和構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，這種沉井是在基礎設計的位置上制造，然后挖土靠沉井自重下沉。如基礎位置在水中，需先在水中筑島，再在島上筑井下沉。浮運沉井：在深水地區(qū)筑島有困難或不經(jīng)濟，或有礙通航當河流流速不大時，可采用岸邊澆筑浮運就位下沉的方法，這類沉井稱為浮運沉井或浮式沉井。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；在側壓力作用下，井壁只受軸向力(側壓力均布時)，或稍受撓曲(側壓力非均布時)；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，基礎受力有利的優(yōu)點，常能配合墩臺(或其他結構物)底部平面形狀。四角一般做成圓角，可有效改善轉角處的受力條件，減緩應力集中現(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，但沉井制造較復雜。對平面尺寸較大的沉井，可在沉井中設置隔墻，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，模板可重復使用。故當土質(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，其缺點是施工較復雜，消耗模板多，同時沉井下沉過程中容易發(fā)生傾斜。故在土質(zhì)較密實，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計標高，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時井壁外側土的阻力，但這類沉井具有下沉不穩(wěn)定，制造困難等缺點，故較少使用。一般沉井的構造一般沉井構造上主要由井壁、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。當沉井施工完畢后，它就成為基礎或基礎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，以增加井壁強度。井壁厚度按下沉需要的自重，本身強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。井壁的混凝土強度等級不低于C15。井壁一般書沉井令的構胖造井壁下端會形如灣楔狀裕的部際分稱零為刃商腳。妄其作用屠是在賊沉井詢自重嶺作用紛下易詠于切滋土下境沉。刃腳恢底面(踏面)寬度一吉般為0.攔1～0.2煙m，對軟乒土可適速當放寬寇。下沉符深度大近，且土嘴質(zhì)較硬閱，刃腳余底面應宅以型鋼(角鋼或涂槽鋼)加強(圖5-距7)，以敵防刃稿腳損辣壞。淘刃腳飽內(nèi)側仗斜面控與水街平面享的夾顆角一常般為45高°～60°。刃暢腳高急度視吸井壁掘厚度乖、便夠于抽犬除墊奮木而帳定，景一般奸當沉氧井濕答封底燈時，子取1.5搶m左右雁；干爺封底保時，餡取0.6營m左右。呼由于刃畢腳在沉熄井下沉千過程中概受力較闊集中，確故刃腳踐宜采用C20以上的逆鋼筋混雪凝土制飯成。刃腳一般沉座井的構蟲造沉井平面妖尺寸扭較大傘，也亭即井惱壁跨咐徑較盤大時油，應逗在沉蝦井內(nèi)起設置公隔墻岔，以加強書沉井針的剛深度，苗使井曬壁的例撓曲考應力賊減小暴，其厚度盯一般小絲式于井壁必。隔墻除底面應郊高出刃戚腳底面0.面5m以上哲，避最免隔由墻下雁的土窗頂住裙沉井春而妨顧礙下嗎沉。戰(zhàn)也可膽在刃扯腳與選隔墻儲聯(lián)結船處設殿置埂噴肋加繡強刃密腳與尾隔墻棋的連洽結。爛如為勵人工緞挖土籮，在細隔墻男下端滔應設他置過桐人孔汗，便陶于工丹作人衡員井晌孔間借往來季。隔墻一般餃沉井儲的構穗造井孔井孔是挖土排玩土的工眨作場所發(fā)和通道。井孔背尺寸應肢滿足施泥工要求難，寬度(直徑)不宜小斥于3m。井獎孔布稈置應大對稱噴于沉擁井中林心軸悠，便架于對團稱挖凍土使韻沉井禮均勻盲下沉以。一般靠沉井環(huán)的構艙造凹槽設在井疤孔下端隱近刃腳語處，其紡作用是使封鉤底混持凝土淘與井潛壁有妥交好輔的接泳合，聽封底級混凝留土底傲面的呈反力炒更好岔的傳腳給井秩壁(如井規(guī)孔全亞部填腳實的丙實心腎沉井往也可腐不設僑凹槽)。凹暗槽深杏度約0.1滅5～0.丈25體m，高約1.虛0m。凹槽一般沉嘴井的構倘造射水室管當沉中井下她沉深帆度大令，穿原過的伶土質(zhì)右又較沒好，悲估計膠下沉脫會產(chǎn)機生困以難時司，可掠在井惡壁中若預埋騾射水伸管組燥。射水管銳應均勻雄布置，勿以利于爹控制水予壓和水梨量來調(diào)胡整下沉滑方向。只一般水圓壓不小蒼于600跨kPa。如隆使用泥漿潤反滑套施厘工方法援時，應哀有預埋言的壓射斥泥漿管誕路。一般專沉井黑的構迎造沉井沉望至設計杯標高進鋼行清基擋后，便釋澆筑封修底混凝恐土?；炖K凝土達駝到設計不強度后酒，可從而井孔中蘋抽干水連井填滿盤混凝土徐或其它鉤圬工材件料。如讓井孔中戲不填料道或僅填棗以砂礫換則須在巖沉井頂搞面筑鋼粘筋混凝詠土蓋板養(yǎng)。封底些混凝土關底面承夜受地基束土和水呆的反力棵，這就濟要求封理底混凝墨土有一梯定的厚糕度(可由應致力驗算夾決定)，其厚窄度根據(jù)塞經(jīng)驗也皮可取不金小于井茅孔最小察邊長的1.5倍。封圾底混凝尊土頂面球應高出辛刃腳根嚷部不小夏于0.5礙m，并澆河灌到凹碼槽上端蛛。封底灣混凝土叨標號對宏巖石地沉基用C1貌5；一奸般地剪基用C20。蓋蓄板厚主度一茅般為1.5～2.神0m。井交孔中快充填苦的混當凝土猾，其治強度古等級旁不應雜低于C10。封底遼和蓋押板沉井蜓基礎忽的施欲工旱地施宿工：平整乳場地忙，制管造第腫一節(jié)步沉井純、拆竿模及隸抽墊里、挖兆土下停沉、類接高目沉井瓜、井栗頂圍百堰、疾地基煎檢驗波和處刃理、掃封底皮、充皆填井餐孔、鄰澆筑孩頂蓋率。沉井違基礎辱施工沫分類水中仰筑島參施工教：水流速族不打，集水深≤3~4沿m時采零用，旅沙島往應高流出施籌工最動高水吼位0.村5m以上，郊在島上書澆筑沉密井。浮運沉斥井施工閱：水深筑胳島困難顛時采用法，岸邊鍵制作，纏滑入水已中，井閉壁為空燦體可漂刊浮于水畢面，就停位后灌字注混凝毛土下沉逐至河床棗。旱地上乎沉井基條礎的施純工1.整平場套地橋梁墩臺宅位于煤旱地待時，冒沉井?？删涂镜刂浦茉?、蓄挖土節(jié)下沉候、封杏底、沃充填并井孔疊以及阻澆筑頂板。如天然地汁面土質(zhì)網(wǎng)較好，勿只需將葬地面雜注物清掉坑整平地掠面，就溜可在其脊上制造偉沉井，票如為了該減小沉卵井的下難沉深度怠也可在興基礎位湯置處挖速一淺坑求，在坑焦底制造目沉井下爹沉，坑洗底應高器出地下甚水位0.5～1.淡0m。旱地訓上沉風井基瞇礎的獨施工2.制造第齊一節(jié)沉鴨井由于沉井自至重較大慮，刃腳催踏面尺組寸較小蔬，應力樂集中，衰場地土秒往往承督受不了穴這樣大輕的壓力狂。所以臣在整平腐的場地院上應在刃腳抖踏面位士置處對滋稱地鋪黑滿一層腸墊木，沉仰井重鍛量在憶墊木趁下產(chǎn)姓生的預壓應套力不大于100施kPa。墊下木的著布置粥應考孫慮抽飛除墊嗚木方拐便，民在刃溫腳位脆置處跪放上除刃腳猾角鋼梅，豎您立內(nèi)蓮模，效綁扎咐鋼筋鍛，立腳外模狐，最印后進艘行第隔一節(jié)事沉井露混凝疲土灌郵注。旱地龍上沉任井基皆礎的親施工3.拆模及火抽墊沉井混凝漂土達墻到設輪計強纏度的70頌%時可拆厘除模板葬，強度飽達設計墓強度后儀才能抽銀撤墊木石。抽撤逗墊木應脹按一定甲的順序拖進行，阿以免引準起沉井攔開裂、食移動或劣傾斜。叔其順序布是：先撤除響內(nèi)隔知墻下老的墊德木，建再撤牽沉井井壁短邊設下的壟墊木息，最蒙后撤釘長邊辣下的幸墊木監(jiān)。拆長邊膀下的墊霉木時，們以定位忍墊木(即最后抽斯撤的墊霜木)為中怒心，亮對稱衛(wèi)地由容遠到霧近拆返除，貞最后到的拆扶除定槐位墊節(jié)木。役注意嫁在抽版墊木毅過程梅中，每抽除一欺根墊木，應立投即采用砂回填并搗實，防吐止沉胡井失勸穩(wěn)。旱地上圣沉井基嶺礎的施己工4.挖土下于沉當沉傻井穿倍過的茅土層何較穩(wěn)帥定，俊不會危因排首水而成產(chǎn)生戶大量株流砂樹時，松可采碗用排頭水下銜沉。啊土的維挖除鳥可采慈用人丙工挖珠土或夫機械母除土暢，排醉水下民沉常巧用人技工挖恩土，殘它適食用于社土層揪滲水戴量不墻大且袍排水釘時不閥會產(chǎn)憐生涌港土或級流砂拜的情穩(wěn)況；謙人工將挖土卷可使盟沉井類均勻渠下沉談和清女除井臥下障作礙物愛，但垃應采曉取措抓施，溪確實地保證飽施工讓安全攏，排活水下唇沉時歸，有向時也艷用機鋸械除諷土。排水樓下沉一般拖都采辣用機鞭械除搬土，辜挖土權工具淡可以挺是抓捏土斗塘或水截力吸帖泥機平，如霞土質(zhì)是較硬鄭，水沒力吸牛泥機剩需配滅以水閃槍射累水將己土沖景松。交由于譜吸泥琴機是耕將水益和土谷一起靈吸出界井外慘，故夢需經(jīng)評常向庸井內(nèi)疫加水鞠維持蚊井內(nèi)灶水位隊高出刊井外袋水位1~2披m，以沸免發(fā)哀生涌