第六章 沉井基礎(chǔ)構(gòu)造與設(shè)計_圖文

1、第一節(jié)沉井適用條件沉井是一種四周有壁,下部無底,上部無蓋,通常用鋼筋混凝土作成的筒形結(jié)構(gòu)物。一般先在地面或人工筑島的島上制作井筒,就地在井內(nèi)不斷地挖土,隨著井內(nèi)土面逐漸挖深,沉井依靠其本身自重,克服井壁與土層之間的摩阻力及刃腳下土的阻力不斷下沉,直至預(yù)定的設(shè)計標(biāo)高。最后, 進(jìn)行沉井封底及混凝土填心。沉井基礎(chǔ) 特點(diǎn)整體性強(qiáng)埋置深度大穩(wěn)定性好能承受較大的垂直荷載和水平荷載沉井既是基礎(chǔ),施工時是的土和擋水圍堰結(jié)構(gòu)物施工工藝也不復(fù)雜,但施工工期較長 基礎(chǔ)選型,應(yīng)根據(jù)經(jīng)濟(jì)、施工等因素綜合考慮確定。一般在下列情況,可采用沉井基礎(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)開挖量大,以及支撐

2、困難,或場地狹窄與有結(jié)構(gòu)物有干擾,但在一定深度下有好的持力層,采用沉井較其他深基礎(chǔ)經(jīng)濟(jì)合理時;2.地震區(qū)土質(zhì)液化深度大;山區(qū)河流中,土質(zhì)較好,但沖刷大,或河卵石較大不便樁基施工時;3.巖層表面較平且覆蓋層較薄,但河水較深,采用擴(kuò)大基礎(chǔ)施工圍護(hù)困難時,可采用浮運(yùn)沉井。對細(xì)砂及粉砂類土在井內(nèi)抽水易發(fā)生流沙現(xiàn)象, 造成沉井傾斜;沉井下沉過程中遇到大孤石、樹干或井底巖層面傾斜過大,會給施工帶來一定困難。不適用沉井 基礎(chǔ)的情況 國內(nèi)采用沉井基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)物 江陰長江公路大橋北岸 南岸 99年建成通車的江陰長江公路大橋 北錨沉井基礎(chǔ)平面尺寸69m ×51m ,埋深58m ,是目前世界上平面尺 寸最大

3、的鋼筋混凝土沉井基礎(chǔ),總 體規(guī)模也堪稱世界之最。 南京長江大橋的沉井下沉深度達(dá)54.87 米 日本明石海峽大橋,最大施工水深60m, 兩主塔分別采用直徑80m*高70m和78m*67m的浮式鋼殼沉井,壁厚12m,分為16個艙,是目前規(guī)模最大的橋梁沉井 基礎(chǔ) 國外采用沉井基礎(chǔ)的橋梁 使用沉井基礎(chǔ)的其他結(jié)構(gòu)物寶山鋼鐵廠取水泵房工程第二節(jié)沉井基礎(chǔ)構(gòu)造與設(shè)計一沉井分類1、沉井平面形狀有矩形、圓形和圓端形三種。按其結(jié)構(gòu)特征可分為單孔、雙孔及多孔沉井 2、 按豎直剖面形狀分主要有豎直式,傾斜式及階梯式等 3.按使用材料分(1混凝土及鋼筋混凝土沉井混凝土沉井宜做成園形,適用于下沉深度不大(4-7m的軟土層中

4、,鋼筋混凝土沉井其抗垃和抗壓性能均較好,下沉深度可以很大(達(dá)數(shù)十米以上。當(dāng)下沉深度不很大時,沉井壁大部用混凝土,下部(刃腳用鋼筋混凝土的沉井。在橋梁工程中是最為常見的。 (2鋼沉井用鋼板焊制成井壁的沉井,具有強(qiáng)度高、重量輕。易于拼裝的特點(diǎn),宜作浮運(yùn)沉井和高低刃腳沉井之用。但用鋼量大,國內(nèi)較少采用。(3其它材料的沉井有竹筋混凝土沉井、磚石沉井和木沉井等,一般情況下不大采用,除非在特定條件下。考慮因地制宜、就地取材時才應(yīng)用。 4.按下沉方式分(1就地制造下沉的沉井這種沉井是在基礎(chǔ)設(shè)汁位置上制造,然后在井孔中挖土,靠沉井自重而下沉。如基礎(chǔ)位于淺水處,需先在水中筑島.再在島面筑井下沉。(2浮運(yùn)沉井在深

5、水區(qū),筑島困難或不經(jīng)濟(jì)時,或有礙通航,或河流流速較大,可在岸邊制拼井體,滑移下水,再拖運(yùn)到設(shè)計位置下沉。二、沉井構(gòu)造 如圖沉井組 成刃腳井壁隔墻井孔凹槽封底混凝土頂蓋足夠的強(qiáng)度、足夠的重量,施工中擋土防水,施工 完成后成為基礎(chǔ)重要組成 部分增加沉井剛度,多個施工井孔(取土井,挖土均衡,底部高于井壁井壁:隔墻:使底板與井壁有更好聯(lián)結(jié),底距刃腳踏面2.5m,槽高約 1.0m ,凹入深度約150250mm凹槽:橋梁墩臺與基礎(chǔ)第六章沉井基礎(chǔ)構(gòu)造與設(shè)計hb圖6-2 沉井的刃腳構(gòu)造100×100×1016 l=500交錯焊于角鋼頭(a(b20焊于加勁板上500×16588&#

6、215;16(c橋梁墩臺與基礎(chǔ)第五章樁基礎(chǔ)構(gòu)造與設(shè)計減少下沉阻力,寬1020cm ,高約1.5m,內(nèi)側(cè)傾角45°60°刃腳: 防止地下水滲入井內(nèi), 澆注的混凝土底板鋼筋混凝土 ,頂蓋達(dá)設(shè)計強(qiáng)度后方可砌筑墩、臺及其它結(jié)構(gòu)封底: 頂蓋:井頂圍堰當(dāng)沉井頂面按設(shè)計要求位于地面或島面以下一定深度時,井頂需接筑 圍堰,以擋土防水。待刃腳沉至設(shè)計標(biāo)高后,直至墩身混凝土高出地 面或水面時,即可將這一臨時結(jié)構(gòu)拆除。圍堰用材料,應(yīng)視井頂埋入 深度和水位(含地下水位高低而定,常用的有木板、磚石、鋼板樁,如圖63 示。(a木板井頂圍堰(b鋼板樁井頂圍堰井壁錨栓 木板圍木頂撐立柱磚砌圬工匯水槽鋼板樁

7、頂撐鋼環(huán)磚砌圬工匯水槽板樁槽環(huán)墻A 沉井壁A2cm厚木板鋼板樁混凝土粘土夯實(shí)預(yù)埋鋼筋環(huán)墻20301045圖6-3 井頂圍堰構(gòu)造沉井的平面尺寸,首先必須滿足構(gòu)造和施工求,即沉井外輪廓尺 寸不得小于墩臺底平面尺寸加最小襟邊寬。沉井頂面襟邊的最小寬度 ,應(yīng)根據(jù)施工容許偏差而定,一般不得小于沉井總高度的1/50,并不 得小于20厘米。對浮式沉井還應(yīng)另加25厘米。對需設(shè)井頂圍堰者,其 襟邊寬度尚應(yīng)滿足安裝墩臺身模板的需要。通常用算出的最小構(gòu)造尺 寸作為初擬尺寸。然后進(jìn)行地基承載力的驗(yàn)算,直至符合為止。井孔布置應(yīng)對稱,平面尺寸應(yīng)滿足取土機(jī)具所需凈空和除土范圍要求。采用抓土斗除土?xí)r,凈空一般不宜小于2.53

8、.0m(容量0.75m*m*m 的抓、張開尺寸為2.65*1.27m。三、沉井各部分尺寸擬定( 如圖一、基本假定與彈性抗力基本假定1地基土作為彈性變形介質(zhì),地基系數(shù)隨深度成正比例增加;2不考慮基礎(chǔ)與土之間的黏著力和摩阻力;3沉井基礎(chǔ)剛度與土的剛度之比可認(rèn)為是無限大。沉井基礎(chǔ)在橫向外力作用下只發(fā)生轉(zhuǎn)動而無撓曲變形,因此可按剛性基礎(chǔ)計算內(nèi)力和土抗力。第三節(jié) 沉井作為整體基礎(chǔ)的計算基底嵌入巖層的計算式 基底嵌入基巖內(nèi),在水平力和豎向偏心荷載作用下,可認(rèn)為基底不產(chǎn)生水平位移,基礎(chǔ)的旋轉(zhuǎn)中心A與基底中心相吻合,即而基底嵌入處將產(chǎn)生水平阻力Ph由于嵌入不深,通常Ph ,力矩A點(diǎn)很近,可認(rèn)為Ph即作用于基礎(chǔ)

9、底面,則P h 對A點(diǎn)的力矩可略去不計ay2Cah=0 max2CaFN+=FN橋梁墩臺與基礎(chǔ)第六章沉井基礎(chǔ)構(gòu)造與設(shè)計 地面下y深度處產(chǎn)生的水平位移x和水平土抗力x分別為基底的豎向應(yīng)力為(水平力P作用:(6-4上述式中只有一個未知數(shù),故只需建立一個彎矩平衡方程便可解出值。M h=0代入并積分:(00=+W dy y h b Q M h h x h (tan (y h y h x =myy h C x y x (=mha a C h 21tan 210=橋梁墩臺與基礎(chǔ)第六章沉井基礎(chǔ)構(gòu)造與設(shè)計代入并積分:整理得:則: 令F x=0,得基礎(chǔ)嵌入處的水平力21212 (040020=+=+C a W

10、h m b Qh M C a W ydy y h m b Qh M h06(12040=+WaC mh b Qh M 0406(12WaC mh b Qh M +=+hx h dy b Q P 000061(3000=+=+h m b Q P ydy y h m b Q P h hh 則:當(dāng)求得的P h 為負(fù)值時,則P h 的方向與圖示相反,作用于基礎(chǔ)的另一側(cè).基礎(chǔ)底面豎向壓應(yīng)力:基礎(chǔ)前后側(cè)橫向壓力:基礎(chǔ)身體截面內(nèi)的彎矩:Qh m b P h =30610minmax 2C a F N ±=(y h my x =+=2(1220y h myb Q y M M y 三、基底置于非巖石地

11、基上的計算式以基礎(chǔ)為脫離體,自兩個靜力平衡條件F x=0及M 0 =0 可列出包括y A 和的兩個方程式;聯(lián)立求解便可 得出y A 和的表達(dá)式。彈性力x 、h 可自和y A 求得。(A A x y y tg y y =ym y y C x A y x =(一 土的水平彈抗力 2C a h =0max2C a F N +=FN由上式可以看出,土的水平壓應(yīng)力x 圖隨深度按二次拋物線變化。(二基底豎向壓應(yīng)力由兩部分合成:1.在豎向力N作用下,基底壓應(yīng)力呈均布狀2.由于基礎(chǔ)是剛性的,所以當(dāng)基礎(chǔ)轉(zhuǎn)動角時,基底面也旋轉(zhuǎn)了角,在基底的一側(cè)產(chǎn)生向下位移,另一側(cè)向上位移:由它產(chǎn)生的基底壓應(yīng)力:其中C0 為深度h

12、處地基的豎向地基系數(shù)FNyy2ay=2aCyCh橋梁墩臺與基礎(chǔ)第六章沉井基礎(chǔ)構(gòu)造與設(shè)計3.轉(zhuǎn)動中心位置和轉(zhuǎn)角令F x =0展開整理得: 令所以,基底前后邊緣最大和最個豎向壓應(yīng)力為以上兩者之疊加0minmax 2C a F N ±=000=h x dy b Q 03121(32000=h h y m b Q ydy y y m b Q A hA 06233020=Q h m b h m b y A 00=M 000=+h h x W ydy b M 代入積分:展開整理而得:聯(lián)解、式得:024 3(2(0300020=+=+C a W h y h m b M C a W dy y y y

13、 m b M A h A 06341204030=+C Wa h m b h m b y M A 400123218M Qh b mh WaC +=+(30020(4362(32A b mh M Qh QWaC y b mh M Qh +=+(三任意截面彎矩地面下任一深度y 處基礎(chǔ)截面內(nèi)的彎矩為:但通常情況下,沉井基礎(chǔ)橫截面上由 產(chǎn)生的應(yīng)力不控制設(shè)計,可不必檢算。+ =2(1220y y my b Q y M M A y y M y Mx a P p P ap x P P 四、彈性固著驗(yàn)算彈性固著驗(yàn)算亦即水平土抗力驗(yàn)算,即基礎(chǔ)前后側(cè)某一深度處水平應(yīng)力 不得超過土體的抗力,這一條件謂之彈性固著條

14、件。如滿 足不了這一條件,則不能考慮基礎(chǔ)側(cè)向土的彈性抗力作用。當(dāng)基礎(chǔ)在外力作用下產(chǎn)生位移時,在深度y 處基礎(chǔ)一側(cè)產(chǎn)生主動土 壓力強(qiáng)度 ,而被擠壓一側(cè)土體受到被動土壓力強(qiáng)度 ,其極限 抗力以土壓力表達(dá)為:,由朗金土壓力理論可知,在地面以下深度y 處2(452(4522 p P ytg Ctg =°+°+2(452(4522a P ytg Ctg =°°,由朗金土壓力理論可知,在地面以下深度y 處4(cos x ytg C +代入(619整理得3h y =h y = 出現(xiàn)最大的水平壓應(yīng)力大致在和處12(34(cos 3h x h tg C +(124(cos h x htg C +111=7.01=取決于上部結(jié)構(gòu)形式的系數(shù),一般取,對于靜不定結(jié)構(gòu)考慮恒載對基礎(chǔ)底面重心所產(chǎn)生的彎矩在總彎矩中所占的百分比的系數(shù),當(dāng)n M mM ah 5.2m n M M 8.012=時,2五、墩臺頂面的水平位移受結(jié)構(gòu)剛度影響的墩臺頂面的彈性水平位移,是保持橋上線路平 穩(wěn)的重要條件,必須控制在一定范圍內(nèi),以保證列車高速安全地 運(yùn)行?；A(chǔ)在水平力和力矩作用下,墩臺頂面會產(chǎn)生水平位移由三部分組成,如圖66所示。+=0(hA tg