基礎(chǔ)工程第二二二

第一節(jié)概述第二節(jié)沉井的構(gòu)造及施工工藝第三節(jié)沉井的設(shè)計與計算

第五章沉井基礎(chǔ)

4/29/20231第五章沉井基礎(chǔ)

第一節(jié)、概述1.工作原理沉井基礎(chǔ)是井筒狀的結(jié)構(gòu)物，它是從井內(nèi)挖土、依靠自身重力克服井壁摩阻力后下沉到設(shè)計標(biāo)高，然后經(jīng)過混凝土封底并填塞孔，使其成為橋梁墩臺或其它結(jié)構(gòu)物的基礎(chǔ)。2.應(yīng)用范圍橋墩、錨碇、礦用豎井、地下泵房、水池、油庫、地下設(shè)備基礎(chǔ)、盾構(gòu)隧道、頂管的工作井和接收井等。如：南京長江大橋9個橋墩中的6個，江陰長江大橋懸索橋主纜的北錨碇均采用了沉井基礎(chǔ)方案。

4/29/202324/29/20233江陰長江大橋(1999年)北錨沉井工程在大橋建設(shè)中屬A標(biāo)段工程，是整個大橋工程中的重中之重。沉井平面長69米，寬51米，下沉深度為58米，相當(dāng)于九個半籃球場那么大的20層高樓埋進(jìn)地底下，比美國紐約費雷澤諾橋(Verrazano,1964年)的錨碇沉井還要大。費雷澤諾橋的沉井體積為15萬立方米，而江陰長江公路大橋北錨沉井體積為20.4萬立方米，堪稱世界最大沉井。按設(shè)計要求，這樣的沉井要穿過粉細(xì)沙土層、粉質(zhì)粘土層（硬土層）、粗沙礫石層，其難度可想而知。此錨碇要承擔(dān)大橋主纜6.4萬噸的拉力。如果錨碇向前位移一厘米，高達(dá)192米的塔墩就要偏移6厘米，重達(dá)1.8萬噸的橋面就要下降12厘米。如果發(fā)生左右位移，整個設(shè)計方案就會前功盡棄。4/29/202344/29/202354/29/20236

4/29/202373.沉井基礎(chǔ)的特點

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(chǔ)，又是施工時的擋土和擋水圍堰結(jié)構(gòu)物，施工時對鄰近建筑物影響較小且內(nèi)部空間可資利用。4.沉井的缺點

施工期較長；對粉細(xì)砂類土在沉井內(nèi)抽水時易發(fā)生流砂現(xiàn)象，造成沉井傾斜；沉井下沉過程中遇到的大塊石、樹干或井底巖層表面傾斜過大，均會給施工帶來一定困難。4/29/20238第二節(jié)沉井的構(gòu)造及施工工藝

一、沉井的組成構(gòu)造

沉井按平面形狀可分圓形、矩形、圓端形等，根據(jù)井孔的布置方式又有單孔、雙孔、多孔的。

4/29/202391.井壁在下沉過程中，沉井井壁必須承受水土壓力所引起的彎曲應(yīng)力，以及要有足夠的自重，克服井壁摩阻力而順利下沉到達(dá)設(shè)計標(biāo)高。設(shè)計時通常先假定井壁厚度，再進(jìn)行強度驗算。井壁厚度一般為0.4～1.2m。

井壁可有等厚度的直壁式和階梯式（圖5-5）兩種。2.刃腳井壁刃腳底部應(yīng)做成水平踏面和刀刃（圖5-6）。

刃腳作用是沖切硬土，以減小下沉?xí)r的端部阻力。

踏面寬度一般為10～20cm，內(nèi)側(cè)傾角一般為45～60，刃腳高度當(dāng)沉井濕封底取1.5m左右，干封底取0.6m左右。4/29/2023104/29/2023114/29/2023123.內(nèi)隔墻內(nèi)隔墻的主要功能是增加下沉?xí)r的沉井剛度、減小井壁跨徑以改善井壁受力條件、使沉井分隔成多個取土井后挖土和下沉可較為均衡，以便于糾偏。

內(nèi)隔墻的底面一般比井壁刃腳踏面高出0.5～1m，以免土頂住內(nèi)墻妨礙下沉。隔墻的厚度一般為0.5m左右，隔墻下部應(yīng)設(shè)0.8×1.2m的過人孔，以便于人與施工機(jī)具的轉(zhuǎn)移。4.井孔井孔是挖土排土的工作場所和通道。

井孔尺寸應(yīng)滿足挖土機(jī)具能自由升降，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。4/29/2023135.封底及澆筑底板當(dāng)沉井下沉到設(shè)計標(biāo)高，經(jīng)檢驗和坑底清理后即可進(jìn)行封底。封底可分干封和濕封（水下澆灌混凝土），有時需在井底設(shè)有集水井后才進(jìn)行封底。待封底素混凝土達(dá)到設(shè)計強度后，抽干積水，再在其上澆筑鋼筋混凝土底板。

為了使封底混凝土和底板與井壁間更好聯(lián)結(jié)和傳遞地基反力，于刃腳上方的井壁設(shè)置凹槽。6.底梁和框架在較大型的沉井中，由于使用要求而不能設(shè)置內(nèi)隔墻時，則可在沉井底部增設(shè)底梁，構(gòu)成框架以增加沉井的整體剛度。沉井高度過大，常在井壁不同高度處設(shè)置若干道由縱橫大梁組成的水平框架，以減少井壁的跨度，使沉井結(jié)構(gòu)受力合理。4/29/202314

旱地沉井：就地制造、挖土下沉、封底、充填井孔以及澆注頂板。主要施工工序如下：1.整平場地天然土質(zhì)較好，整平地面就可在其上制造沉井。為減小沉井下沉深度，也可在基礎(chǔ)位置處挖一淺坑，在坑底制造沉井下沉，坑底應(yīng)高出地下水面0.5~1.0m。2.制造第一節(jié)沉井先在刃腳踏面位置處對稱地鋪滿一層墊木(可用200200mm的方木，使壓應(yīng)力不大于100kPa)。然后在刃腳位置處放上刃腳角鋼，豎立內(nèi)模，綁扎鋼筋，立外模，最后澆灌第一節(jié)沉井混凝土。二、旱地沉井的施工4/29/2023153.拆模及抽墊沉井混凝土達(dá)到設(shè)計強度70%時可拆除模板，強度達(dá)設(shè)計強度后才能抽撤墊木。抽撤墊木應(yīng)按一定順序進(jìn)行，以免引起沉井開裂、移動或傾斜。其順序是：撤除內(nèi)隔墻下的墊木，再撤沉井短邊下的墊木，最后撤長邊下的墊木。拆長邊下的墊木時，以定位墊木（最后抽撤的墊木）為中心，對稱地由遠(yuǎn)到近拆除，最后拆除定位墊木。在抽墊木過程中，抽除一根墊木應(yīng)立即用砂回填進(jìn)去并搗實。4.挖土下沉分為排水下沉和不排水下沉。土層較穩(wěn)定，不會因排水而產(chǎn)生大量流砂時，可采用排水下沉(常用人工挖土)。不排水下沉(維持井內(nèi)水位高出井外水位1~2m)一般采用機(jī)械除土，如土質(zhì)較硬，還需配以水槍將土沖松。4/29/2023165.接高沉井第一節(jié)沉井頂面下沉至距地面還剩1~2m時，應(yīng)停止挖土，接筑第二節(jié)沉井。待第二節(jié)混凝土強度達(dá)設(shè)計要求后再拆模繼續(xù)挖土下沉。6.地基檢驗和處理沉井沉至設(shè)計標(biāo)高后，應(yīng)進(jìn)行基底檢驗。檢驗內(nèi)容是地基土質(zhì)、平整情況，以決定是否對地基進(jìn)行處理。如果是排水下沉的沉井，可以直接進(jìn)行檢查，不排水下沉的沉井由潛水工進(jìn)行檢查或鉆取土樣鑒定。7.封底、充填井孔及澆筑井蓋地基經(jīng)檢驗及處理合乎要求后，應(yīng)立即進(jìn)行封底。如封底是在不排水情況下進(jìn)行，則可用導(dǎo)管法澆注水下混凝土，待混凝土達(dá)設(shè)計強度后，再抽干井孔中的水。4/29/2023174/29/202318三、水上沉井的施工水上施工沉井有兩種方法，如果水的流速不大，水深在3或4m以內(nèi)，可用水中筑島的方法；如果水深較大，筑島法很不經(jīng)濟(jì)，且施工也困難，可改用浮運法施工，沉井在岸邊做成，利用在岸邊鋪成的滑道滑入水中，然后用繩索引到設(shè)計墩位。如果預(yù)計沉井下沉困難，應(yīng)采取措施盡量降低井壁側(cè)面摩阻力，方法有：將沉井井壁設(shè)計成階梯形；在井壁內(nèi)埋設(shè)高壓射水管組，利用高壓水流沖松井壁附近的土，且水流沿井壁上升而潤滑井壁，使沉井摩阻力減??；也可采用壁外噴射高壓空氣或觸變泥漿，這也需要在井壁中預(yù)埋管道。4/29/2023194/29/202320第三節(jié)紡沉井的驚設(shè)計與計旬算如果沉井潑被用作結(jié)父構(gòu)物的基憑礎(chǔ)，就應(yīng)圣按基礎(chǔ)的縫使用要求袍進(jìn)行各項同驗算；如野果沉井被假用作工作宋井，也應(yīng)粉按工作井顫的使用要倒求進(jìn)行各緒項驗算?？系谑┕そ檫^程中，蘿沉井是擋獨土、擋水奔的結(jié)構(gòu)物數(shù)，因而還垃要對沉井星本身進(jìn)行攤結(jié)構(gòu)設(shè)計失和計算。羽本節(jié)著重惜介紹作為懂深基礎(chǔ)的摔沉井計算愚。沉井作為斗整體深基困礎(chǔ)設(shè)計主騰要是根據(jù)靠上部結(jié)構(gòu)艷特點、荷饒載大小以賢及水文、珠地質(zhì)情況望，結(jié)合沉倚井的構(gòu)造畏要求及施茫工方法，按擬定出沉必井的平面怖尺寸，埋鏡置深度，麗然后進(jìn)行偷沉井基礎(chǔ)希的計算。沉井基礎(chǔ)釣的計算，逃根據(jù)它的策埋置深度躲可用兩種領(lǐng)不同的計宏算方法。一、沉井夫作為整體輔深基礎(chǔ)的繁設(shè)計與計絞算4/24蹤蝶/202羞321當(dāng)沉井挪埋置深照度在最前大沖刷辜線以下獲較淺僅賊數(shù)米時其，這時印可以不濱考慮基接礎(chǔ)側(cè)面模土的橫霉向抗力蹄影響，醬而按淺親基礎(chǔ)設(shè)皂計計算坐規(guī)定，而分別驗畢算地基吐強度、桐沉井基擠礎(chǔ)的穩(wěn)削定性和幣沉降，惹使它符震合容許登值的要鍬求；當(dāng)沉井猾基礎(chǔ)埋港置深度纏較大時梳，由于劃埋置在算土體內(nèi)證較深，吊不可忽糧略沉井斗周圍土參體對沉蔬井的約仗束作用左，因此靠在驗算拍地基應(yīng)勸力、變擠形及穩(wěn)快定性時虛，需要啊考慮基沫礎(chǔ)側(cè)面漆土體彈謊性抗力異的影響鏡。假定沉抱井基礎(chǔ)棕在橫向泥外力作牧用下只另能發(fā)生荷轉(zhuǎn)動而扛無撓曲算變形。贊因此，按剛性樁暫計算內(nèi)力猜和土抗力，即相當(dāng)亦于“m”法中h2.5的情況賣。下面具聞體討論擠這種計奏算方法蔑。4/2交4/2授02322（一）康非巖石蟲地基上針沉井基照礎(chǔ)的計盲算沉井基留礎(chǔ)受到懇水平力H及偏心論豎向力N作用。將鎖水平力H及偏心豎希向力N引起的三力矩等吵效轉(zhuǎn)換獻(xiàn)成水平型力H距離基烏底的作用拔：先討論工沉井在沾水平力H作用下榆的情況認(rèn)，水平巨力的作雖用下，褲沉井將插圍繞位昂于地面范下z0深度處的A點轉(zhuǎn)動誼角，地面下錢深度z處沉井滴基礎(chǔ)產(chǎn)址生的水誦平位移聞x和土的橫櫻向抗力zx分別為：污x=(z0－z)tgzx=xCz=mz(z0－z)tg式中z0——鍋轉(zhuǎn)動中漠心A離地面詢的距離土的橫向蒸抗力沿深甲度為二次僅拋物線變跡化。4/2厚4/2所023234/2蛾4/2嗓02324基礎(chǔ)底面谷處的壓應(yīng)粥力，考慮訂到該水平車面上的豎賣向地基系繳數(shù)C0不變，故型壓應(yīng)力圖陳形與基礎(chǔ)涂豎向位移發(fā)圖相似。式中C0不得小于片10m0，d為基底寬顧度或直徑軋。ΣX＝0ΣM＝0在上述劈燕三個公田式中，昌有兩個問未知數(shù)星z0和，要求木解其值詠，可建究立兩個炊平衡方纖程式，渾即式中：W為基底扒的截面畏模量。4/2魄4/2視02325求得z0、tgω，代入掏式(5蔬-3)鍵和式(儉5-4浙)，進(jìn)鋼而求得當(dāng)有豎墊向荷載N及水平轎力H同時作或用時，沖則基底慘邊緣處吉的壓應(yīng)河力為式中A0——基后礎(chǔ)底面縮慧積。離地面抱或最大遠(yuǎn)沖刷線者以下z深度處閃基礎(chǔ)截早面上的悼彎矩4/2逗4/2另02326若沉井僻基底嵌金入基巖里內(nèi)，可琴以認(rèn)為剝基底不而產(chǎn)生水亡平位移鞠，則基蒸礎(chǔ)的旋漆轉(zhuǎn)中心A與基底中桶心相吻合肥，即z0＝h。地面下z深度處呈產(chǎn)生的嚴(yán)水平位多移Δx和土的誓橫向抗森力zx分別為Δx=(h－z)tgzx＝mzΔx＝mz(h－z)tg基底邊扒緣處的頭豎向應(yīng)惰力為（二）宰基底嵌告入基巖括內(nèi)的沉困井上述公式色中只有一江個未知數(shù)，故只需拾建立一個哨彎矩平衡僅方程便可壯解出值。4/2捉4/2撿023274/2錫4/2核02328由ΣMA＝0便可燭解出tg，代入換式(5丑-13破)和式軟(5-樣14)纖，可進(jìn)剛一步求狀得：式中基底邊緣棍處的應(yīng)力渡為再根據(jù)ΣX＝0，可凱求出嵌入亭處未知的送水平阻力P4/2徒4/2抗02329（三）午驗算基底計精算最大霧壓應(yīng)力夏不應(yīng)超填過沉井講底面處勒地基土撿的容許勿承載力fh。即晴maxfh。1.基羞底應(yīng)力驗澤算橫向計攀算zx值應(yīng)小傳于沉井楚周圍土謹(jǐn)?shù)臉O限妻抗力值廟。極限抗力原值計算方營法：當(dāng)基礎(chǔ)在港外力作用錫下產(chǎn)生位其移時，在勞深度z處基礎(chǔ)役一側(cè)產(chǎn)壓生主動根土壓力敬強度pa，而被擠如壓一側(cè)土任就受到被廣動土壓力趣強度pP，故其潑極限抗稻力，以杏土壓力軟表達(dá)為zxpp-pa2.傍橫向抗找力驗算4/24壯/202殿330由朗金土丙壓力理論咳可知式中為土的逢重度，和c分別為術(shù)內(nèi)摩擦府角和粘褲聚力。橋梁結(jié)構(gòu)跌中，根據(jù)勁試驗可知串出現(xiàn)最大份的橫向抗擇力大致在復(fù)深度z=h/3和z=h處，即式中話—億—相應(yīng)于z=h/3深度需處的土橫淡向抗力；——相應(yīng)禁于z=h深度處的座土橫向抗俗力；h為基礎(chǔ)剖的埋置替深度；4/2憑4/2撓02331基礎(chǔ)在水纖平力和力多矩作用下?lián)?，墩臺頂秤面會產(chǎn)生刺水平位移。由三部分組白成：(1)地面處的綁水平位移z0tg；(2)地面到急墩臺頂內(nèi)范圍h2內(nèi)的水平各位移h2tg震；(3)在h2范圍內(nèi)齒墩臺本欣身彈性遇撓曲變奶形引起痕的墩臺輪頂水平乘位移0。1——取決倚于上部結(jié)完構(gòu)形式的鞠系數(shù)，一言般1=1，酒對于拱藍(lán)橋1=0.7躍；2——考慮船恒載對基匆礎(chǔ)底面重勢心所產(chǎn)生克的彎矩Mg在總彎植矩M中所占榴百分比遣的系數(shù)嶼，即3.瞞墩臺頂左面水平貫位移驗施算4/24敏/202薯332現(xiàn)行橋裝梁規(guī)范數(shù)中規(guī)定述，墩臺樓頂面的統(tǒng)水平位胳移應(yīng)符合分下列要阿求：式中，L為相鄰湊跨中最阻小跨的蔽跨度(陣m)，村當(dāng)跨度L<25m舟時，L按25m桃計算?？紤]到焦轉(zhuǎn)角一賽般均很鑰小，可播令tg忌=。如果撞沉井基雜底嵌入潔基巖內(nèi)活，z0＝h。=(z0+h2)tg+0因此，墩泥臺頂面會歸產(chǎn)生水平柿位移為：4/2攻4/2屈023334/24間/202震3344/2夠4/2指023354/2綿4/2次023364/24堵/202妻3374/24虎/202匹3384/2技4/2咱023394/24圈/202呈3404/2竄4/2予02341作業(yè)：穿習(xí)題5壟-14/2余4/2膀02342在確定謙沉井主嘩體尺寸歸后，即辦可算出煩沉井自鬧重，驗拐算在沉哄井施工繞下沉?xí)r蟻，保證苗在自重緣瑞作用下熔克服井態(tài)壁摩阻竿力Rf而順利廚下沉，猜亦即下沉系數(shù)K1應(yīng)為：式中G——沉污井在各種窩施工階段漏時的總自絡(luò)重，kN宜；Gw——沉皂井結(jié)構(gòu)下在下沉衫過程中凱所受的蝴總浮力果；kN；Rf——井臟壁總摩阻艇力，kN良；沉井是擴(kuò)一種預(yù)崇制構(gòu)件某，在施相工過程姿中受到舉各種外軟力的作芹用，沉案井結(jié)構(gòu)樸強度必蜂須滿足冊各階段豆最不利臟受力情淚況的要牲求，沉星井結(jié)構(gòu)購在施工侵過程中脅應(yīng)主要粱進(jìn)行下憲列驗算陶。二、沉?xí)x井的結(jié)氣構(gòu)設(shè)計（一）僵下沉系址數(shù)K1，下沉嚼穩(wěn)定系攤數(shù)K1’和抗浮紀(jì)安全系仁數(shù)K24/24愿/202嘆343在下沉過沖程中，沉慰井重量和忽井壁摩阻伴力在不斷久變化，因耽此應(yīng)跟蹤濃整個下沉律過程中下乒沉系數(shù)的堵變化規(guī)律牽，而不僅夫僅是最終難狀態(tài)的情痕況。如：絹沉井在軟喉弱土層中裂接高時有梅突沉可能便，應(yīng)根據(jù)顆施工情況嚷進(jìn)行下沉旺穩(wěn)定驗算要：式中舒——下沉穩(wěn)定斬系數(shù)，一般取爛0.8～洗0.9。R1——刃蛋腳踏面及綱斜面下土拍的支承力炭，kN；R2——器隔墻和向底梁下道土的支帝承力，kN。K1——下近沉系數(shù)嚼，一般令為1.昌05～桶1.2腰5。對番位于淤錯泥質(zhì)土明層中沉岔井宜取名小值；筋位于其飼它土層仆的沉井均可取較姐大值。4/24奶/202環(huán)344當(dāng)沉井嚼沉到設(shè)猜計標(biāo)高幼，在進(jìn)柱行封底稼并抽除南井內(nèi)積鼠水后，隆而內(nèi)部弄結(jié)構(gòu)及斯設(shè)備尚邊未安裝搭，井外領(lǐng)按各個恢時期出插現(xiàn)的最含高地下醫(yī)水位驗受算沉井材的抗浮勁穩(wěn)定：式中K2——抗浮安防全系數(shù)，一般室取1.濱05～事1.1歐。在不止計井壁宏摩阻力范時，可晃取1.棗05。F——封領(lǐng)底后沉井川所受的總努浮力，kN；4/2辜4/2忠02345（二）時刃腳計完算沉井刃腳孫相當(dāng)于是鉗三面固定震，一面自劈燕由的雙向盡板，為簡慮化計算一攻方面可看被作固著在柿刃腳根部杯處的懸臂梁，梁長等飄于井壁刃怪腳斜面部隙分的高度也；另一方建面，刃腳催又可看作厭為一個封晴閉的水平框逗架。因此，尿作用在刃虧腳側(cè)面上給的水平外舞力將由懸戚臂梁和框從架來共同斧承擔(dān)，也傻即部分水舊平外力是眼垂直向傳津至刃腳根遵部，余下冬部分由框牛架承擔(dān)。懸臂作用：框架作用：4/24致/202役3461.盈豎向撓效曲計算記（沉井壁抽承墊陷木時計尊算）（三）奸井壁計青算(1)躍排水疲挖土下番沉(2)昆不排球水挖土惜下沉圖5-1剛6第五一節(jié)沉井武支承點布岸置示意4/24備/202刮3472.貨沉井均軋布豎向依拉力計宵算（井窗壁豎直杏鋼筋驗喉算）3.離沉井井且壁水平怖應(yīng)力計仿算（井始壁水平惑鋼筋計俊算）沉井下轉(zhuǎn)沉過程管中，上慮部可能蛋被四周來堅硬土革體夾住切，而刃欺腳下的惜土已被懷挖除，聰此時最庸危險截框面在沉線井入土本深度一佩半處，唐其豎向贏拉力Smax為：Smax=0.織25G因此，井蜘壁應(yīng)有足眉夠的豎直脹鋼筋承受跪拉力。作用在掛井壁上炮的水、哲土壓力投沿沉井繼深度是灑變化的奸，井壁志水平應(yīng)冷力應(yīng)沿古沉井高取度分段諒計算。必對于刃并腳根部氣以上，冤高度等畝于該處僑井壁厚暫度的一味段井壁誰框架是木刃腳懸陪臂梁的總固端，桂除承受殊框架本極身高度眠范圍內(nèi)滋的水、糠土壓力濾外，尚認(rèn)需承受拌由刃腳巾部分水孝、土壓慎