《沉井基礎(chǔ)》PPT課件.ppt

1、第四章沉井基礎(chǔ),一、沉井作用及適用條件 1、沉井：帶刃腳的井筒狀構(gòu)造物，用人工或機(jī)械方法清除井內(nèi)土石，主要借助自重或添加壓重等措施克服井壁摩阻力逐節(jié)下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高，再澆筑混凝土封底并填塞井孔，成為建筑物的基礎(chǔ)。,2、沉井的特點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)： (1)埋深大，整體性強(qiáng)、穩(wěn)定性好，承載面積大，承載力高(垂直與水平)； (2)同時(shí)用作基礎(chǔ)和施工時(shí)的擋土和擋水圍堰； (3)施工時(shí)對鄰近建筑物影響較?。?(4)內(nèi)部空間可進(jìn)一步利用。 缺點(diǎn)： (1)施工工期較長； (2)施工技術(shù)要求高； (3)施工中易出現(xiàn)流砂，造成沉井傾斜或下沉困難等。,3、適用性,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)

2、隧道、頂管的工作井和接收井等。 （1）、上部荷載較大，表層地基土承載力不足，一定深度下有較好持力層，且與其他基礎(chǔ)方案相比較為經(jīng)濟(jì)合理； （2）、在山區(qū)河流中，沖刷大或河中有較大卵石不便樁基礎(chǔ)施工； （3）、巖層表面較平坦且覆蓋層薄，但河水較深，采用擴(kuò)大基坑施工圍堰有困難。,江陰長江公路大橋北錨沉井：沉井平面長69米，寬51米，下沉深度為58米，體積20.4萬立方米,列世界最大沉井。,大型鋼殼沉井,過黃浦江倒虹管沉井,二、沉井的分類,（1）、按施工方法分為：一般沉井和浮運(yùn)沉井。 一般沉井：直接在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的位置上制造，然后挖土，依靠自重下沉的沉井。（人工筑島） 浮運(yùn)沉井：先在岸邊制造，再浮運(yùn)就位下

3、沉的沉井。通常在深水地區(qū)（如水深大于10m），或水流流速大，有通航要求，人工筑島困難或不經(jīng)濟(jì)時(shí)，可采用浮運(yùn)沉井。,（2）、按材料分為：混凝土沉井、鋼筋混凝土沉井、竹筋混凝土沉井和鋼沉井。 混凝土沉井：抗壓強(qiáng)度高，抗拉強(qiáng)度低；多為圓形；用于下沉深度不大（47 m）的松軟土層。 鋼筋混凝土沉井：抗壓抗拉強(qiáng)度高，下沉深度大（可達(dá)數(shù)十米）；可做成重型或薄壁就地制造下沉的沉井，也可做成薄壁浮運(yùn)沉井及鋼絲網(wǎng)水泥沉井等，應(yīng)用最廣。,竹筋混凝土沉井：用耐久性差但抗拉力好的竹筋代替部分鋼筋，用于我國南方盛產(chǎn)竹材地區(qū)：如南昌贛江大橋、白沙沱長江大橋等。 鋼沉井：由鋼材制作，其強(qiáng)度高、重量輕、易于拼裝，但用鋼量大；

4、適于制造空心浮運(yùn)沉井。 其它：根據(jù)工程條件也可選用木沉井和砌石圬工沉井等。,（3）、按平面形狀分為：圓形、矩形和圓端形；按井孔布置分為：單孔、雙孔及多孔沉井。 圓形沉井：下沉易控制；側(cè)壓力作用下井壁僅受軸向力。用于斜交或水流方向不定的橋墩基礎(chǔ)。 矩形沉井：制造方便，受力有利，能充分利用地基承載力，與矩形墩臺配合好；沉井四角一般做成圓角；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。 圓端形沉井：在控制下沉、受力條件、阻水沖刷等方面均較矩形沉井有利，但施工較為復(fù)雜。,（4）、按立面形狀分為：柱形、階梯形和錐形 柱形沉井：受土體約束較均衡，下沉不易傾斜，井壁接長簡單，模板可

5、重復(fù)利用；側(cè)阻力較大，當(dāng)土體密實(shí)，下沉深度較大時(shí)，易出現(xiàn)下部懸空。用于入土不深或土質(zhì)較松軟的情況。 階梯形沉井、錐形沉井：井壁摩阻力?。皇┕ぽ^復(fù)雜，消耗模板多，沉井下沉過程中易發(fā)生傾斜。用于土質(zhì)較密實(shí)，沉井下沉深度大，且要求沉井自重不太大時(shí)。錐形沉井井壁坡度為1/201/40，階梯形井壁的臺階寬約為100200mm。,三、沉井的構(gòu)造,1、沉井的輪廓尺寸,沉井平面形狀：常取決于上部結(jié)構(gòu)（或下部結(jié)構(gòu)墩臺）底部的形狀。矩形沉井，沉井的長短邊之比不宜大于3；若上部結(jié)構(gòu)的長寬比較為接近，可采用方形或圓形沉井。 沉井的入土深度：根據(jù)上部結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)條件及各土層的承載力等確定。入土深度較大時(shí)應(yīng)分節(jié)制造和下

6、沉，每節(jié)高度不宜大于5m；底節(jié)沉井過高，易造成制模、筑島時(shí)島面處理、抽墊下沉等困難。,2、沉井的一般構(gòu)造,沉井：井壁、刃腳、隔墻、井孔、凹槽、封底和頂板等。有時(shí)預(yù)埋射水管。 （1）、井壁：沉井的外壁，是沉井的主體部分；在下沉過程中起擋土、擋水及利用本身自重克服摩阻力下沉的作用。施工完畢后成為基礎(chǔ)或一部分。井壁須具有足夠的強(qiáng)度和一定的厚度，并根據(jù)受力情況配置豎向及水平鋼筋。一般壁厚0.801.50m，最薄0.4m，混凝土強(qiáng)度C15。,（2）、刃腳：井壁下端形如楔狀的部分；其作用是利于沉井切土下沉。踏面寬度一般150mm；下沉深度大或土質(zhì)較硬時(shí)應(yīng)以角鋼或槽鋼加強(qiáng)；刃腳內(nèi)側(cè)斜面與水平面夾角45度；刃

7、腳高度1.0m，混凝土強(qiáng)度等級C20。 （3）、隔墻：沉井內(nèi)壁；其作用是將沉井空腔分隔成多個(gè)井孔，便于控制挖土下沉，防止或糾正傾斜和偏移；加強(qiáng)沉井剛度，減小井壁撓曲應(yīng)力。隔墻厚度約0.51.0 m；隔墻底面應(yīng)高出刃腳底面0.5m以上；人工挖土?xí)r應(yīng)設(shè)過人孔。,（4）、井孔：挖土排土的工作場所和通道。最小邊長3m；井孔對稱布置，以便對稱挖土，保證沉井均勻下沉。 （5）、凹槽：位于刃腳內(nèi)側(cè)上方，高約1.0m，深度一般為150300mm。用于沉井封底時(shí)使井壁與封底混凝土較好地結(jié)合，使封底混凝土底面反力更好地傳給井壁。 （6）、射水管：當(dāng)沉井下沉較深，土阻力較大時(shí)，井壁中預(yù)埋射水管組；如使用泥漿潤滑套施

8、工，應(yīng)有預(yù)埋的壓射泥漿管路。,（7）、封底：沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高進(jìn)行清基后，在刃腳踏面以上至凹槽處澆筑混凝土形成封底。防止地下水涌入井內(nèi)，并承受地基土和水的反力。封底頂面高出凹槽0.5m，厚度由應(yīng)力驗(yàn)算決定。混凝土強(qiáng)度C15，填充混凝土C10。 （8）、頂板：沉井封底后，為節(jié)省圬工量，減輕基礎(chǔ)自重，可做成空心沉井基礎(chǔ)，或僅填砂石，此時(shí)須在井頂設(shè)置鋼筋混凝土頂板。頂板厚度一般為1.52.0 m，鋼筋配置由計(jì)算確定。,第二節(jié)沉井施工,沉井基礎(chǔ)施工一般可分為旱地施工、水中筑島及浮運(yùn)沉井三種。 一、旱地沉井施工,大型沉井下沉施工中,一、旱地沉井施工,1、清整場地 若天然地面土質(zhì)較硬，只需清凈地表雜物并整平；否

9、則應(yīng)換土或鋪填不小于0.5m厚夯實(shí)的砂或砂礫墊層，防止沉井因沉降不均產(chǎn)生裂縫；為減小下沉深度，可挖一淺坑，在坑底制作沉井。 2、制作第一節(jié)沉井 先在刃腳處對稱鋪滿墊木（支承第一節(jié)沉井），在刃腳處放上刃腳角鋼，豎立內(nèi)模，綁扎鋼筋，再立外模澆筑第一節(jié)沉井。,3、拆模及抽墊 當(dāng)沉井混凝土強(qiáng)度達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度70時(shí)可拆模，達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度后可抽撤墊木。抽墊應(yīng)分區(qū)、依次、對稱、同步地向沉井外抽出。 抽墊順序?yàn)椋合葍?nèi)壁，再短邊，最后長邊。長邊下墊木隔一根抽一根，以固定墊木為中心，由遠(yuǎn)而近對稱地抽，最后抽除固定墊木，隨抽隨用砂土回填搗實(shí)，以免沉井開裂、移動或偏斜。,4、除土下沉 沉井宜采用不排水除土下沉，穩(wěn)定的土層中也

10、可采用排水除土下沉。 除土方法可用：人工或機(jī)械。排水下沉常用人工除土，人工除土沉井下沉均勻，易于清除井內(nèi)障礙物，但應(yīng)有安全措施；不排水下沉?xí)r，可使用空氣吸泥機(jī)、抓土斗、水力吸石筒、水力吸泥機(jī)等除土。可采用高壓射水破壞土層。 沉井正常下沉?xí)r，應(yīng)自中間向刃腳處均勻?qū)ΨQ除土，并隨時(shí)注意沉井正位，保持豎直下沉，無特殊情況不宜采用爆破施工。,5、接高沉井 當(dāng)首節(jié)沉井下沉至一定深度（井頂露出地面不小于0.5 m，或露出水面不小于1.5 m）時(shí)，停止除土，接筑下節(jié)沉井。鑿毛頂面，立模，對稱均勻澆筑混凝土，強(qiáng)度達(dá)設(shè)計(jì)要求后再拆模繼續(xù)下沉。 6、設(shè)置井頂防水圍堰 若沉井頂面低于地面或水面，應(yīng)在井頂接筑臨時(shí)性防水

11、圍堰，圍堰的平面尺寸略小于沉井，其下端與井頂上預(yù)埋錨桿相連。常見的有：土圍堰、磚圍堰和鋼板樁圍堰。,7、基底檢驗(yàn)和處理 沉井沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，應(yīng)檢驗(yàn)基底地質(zhì)情況是否與設(shè)計(jì)相符。排水下沉?xí)r可直接檢驗(yàn)；不排水下沉則應(yīng)進(jìn)行水下檢驗(yàn)，必要時(shí)可用鉆機(jī)取樣。 當(dāng)基底達(dá)設(shè)計(jì)要求后，應(yīng)對地基進(jìn)行處理。砂性土或粘性土地基，一般可在井底鋪礫石或碎石層至刃腳底面以上200mm；巖石地基，應(yīng)鑿除風(fēng)化巖層，若巖層傾斜，還應(yīng)鑿成階梯形。要除凈井底浮土、軟土，使封底混凝土與地基結(jié)合緊密。,8、沉井封底 基底檢驗(yàn)合格后應(yīng)及時(shí)封底。排水下沉?xí)r，可采用普通混凝土封底；否則宜用水下混凝土封底。若沉井面積大，可用多導(dǎo)管先外后內(nèi)、先低后

12、高依次澆筑。封底一般為素混凝土。 9、井孔填充和頂板澆筑 封底混凝土達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，再排干井孔中水，填充井內(nèi)圬工。如井孔中不填料或僅填礫石，則井頂應(yīng)澆筑鋼筋混凝土頂板，以支承上部結(jié)構(gòu)。然后砌筑井上構(gòu)筑物，并拆除臨時(shí)性井頂圍堰。,二、水中沉井施工,1、水中筑島 當(dāng)水深小于3m，流速1.5m/s時(shí)，可采用砂或礫石在水中筑島，周圍用草袋圍護(hù)；若水深或流速加大，可采用圍堤防護(hù)筑島；當(dāng)水深較大或流速較大時(shí)，宜采用鋼板樁圍堰筑島。島面應(yīng)高出最高施工水位0.5 m以上。圍堰筑島時(shí)，圍堰距井壁外緣距離應(yīng)滿足一定要求。其余施工方法與旱地沉井施工相同。,二、水中沉井施工,2、浮運(yùn)沉井 若水深人工筑島困難或不經(jīng)濟(jì)時(shí)，

13、可采用浮運(yùn)法施工。即將沉井在岸邊作成空體結(jié)構(gòu)，或采用其他措施（如帶鋼氣筒等）使沉井浮于水上，利用岸邊滑道滑入水中，然后牽引至設(shè)計(jì)位置。在懸浮狀態(tài)下，逐步將水或混凝土注入空體中，使沉井徐徐下沉至河底。沉井需分段制造時(shí)，在懸浮狀態(tài)下逐節(jié)接長下沉至河底，當(dāng)刃腳切入河床一定深度后，即可按一般沉井下沉方法施工。,三、泥漿套和空氣幕下沉沉井施工簡介,當(dāng)沉井深度很大，井側(cè)土質(zhì)較好時(shí)，井壁與土層間的摩阻力很大時(shí)，通常可設(shè)置泥漿潤滑套和空氣幕來減小井壁摩阻力。 1、用泥漿套下沉沉井 泥漿套下沉法是借助泥漿泵和輸送管道將特制的泥漿壓入沉井外壁與土層之間，在沉井外圍形成有一定厚度的泥漿層，該泥漿層把土與井壁隔開，并

14、起潤滑作用，從而大大降低沉井下沉中的摩擦阻力，減少井壁圬工數(shù)量，加速沉井下沉，并具有良好的穩(wěn)定性。,2、用空氣幕下沉沉井 用空氣幕下沉是通過向沿井壁四周預(yù)埋的氣管中壓入高壓氣流，氣流沿噴氣孔射出再沿沉井外壁上升，在沉井周圍形成一空氣“帷幕”（即空氣幕），使井壁周圍土松動或液化，摩阻力減小，促使沉井下沉。 空氣幕沉井在構(gòu)造上增加了一套壓氣系統(tǒng)。適用于砂類土、粉質(zhì)土及粘性土地層，對于卵石土、礫類土及風(fēng)化巖等地層不宜使用。,四、沉井下沉過程中常見問題及處理,1、偏斜 沉井偏斜大多發(fā)生在下沉不深時(shí)。 糾正偏斜，通?？捎贸痢褐?、頂部施加水平力或刃腳下支墊等方法處理，空氣幕沉井也可采用單側(cè)壓氣糾偏。,

15、2、難沉：即沉井下沉過慢或停沉。 解決措施主要是：增加壓重和減少井壁摩阻力。 增加壓重方法有：提前接筑下節(jié)沉井，增加沉井自重；在井頂加壓沙袋、鋼軌等重物；不排水下沉?xí)r，可井內(nèi)抽水，減少浮力，迫使下沉，但需保證不產(chǎn)生流砂現(xiàn)象。 減小井壁摩阻力方法有：將沉井設(shè)計(jì)成階梯形、鐘形，或使外壁光滑；井壁內(nèi)埋設(shè)高壓射水管組；利用泥漿套或空氣幕輔助下沉；增大開挖范圍和深度，必要時(shí)還可采用少量炸藥起爆助沉。,3、突沉 沉井產(chǎn)生較大的傾斜或超沉。引起突沉的主要原因是井壁摩阻力較小，當(dāng)刃腳下土被挖除時(shí)，沉井支承削弱，或排水過多、除土太深、出現(xiàn)塑流等。 防止突沉的措施一般是控制均勻除土，在刃腳處除土不宜過深，此外，在

16、設(shè)計(jì)時(shí)可采用增大刃腳踏面寬度或增設(shè)底梁的措施提高刃腳阻力。,4、流砂 在粉、細(xì)砂層中下沉沉井，經(jīng)常出現(xiàn)流砂現(xiàn)象，若不采取適當(dāng)措施將造成沉井嚴(yán)重傾斜。 防止流砂的措施是： （1）、排水下沉?xí)r發(fā)生流砂可向井內(nèi)灌水，采取不排水除土，減小水頭梯度； （2）、采用井點(diǎn)、深井或深井泵降水，降低井外水位，改變水頭梯度方向使土層穩(wěn)定。,第三節(jié)、沉井的設(shè)計(jì)與計(jì)算,沉井既是建筑物的基礎(chǔ)，又是施工過程中擋土、擋水的結(jié)構(gòu)物，因此其設(shè)計(jì)計(jì)算需包括兩大部分： （1）、沉井作為整體深基礎(chǔ)的計(jì)算； （2）、沉井在施工過程中的結(jié)構(gòu)計(jì)算。,1、沉井作為整體深基礎(chǔ)設(shè)計(jì) （1）、當(dāng)沉井埋深在最大沖刷線以下較淺僅數(shù)米時(shí)，可不考慮基礎(chǔ)側(cè)

17、面土的橫向抗力影響，按淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算； （2）、當(dāng)埋深較大時(shí)，沉井周圍土體對沉井的約束作用不可忽視，此時(shí)應(yīng)考慮基礎(chǔ)側(cè)面土體彈性抗力的影響，按剛性樁（）計(jì)算內(nèi)力和土抗力。,2、沉井在施工過程中的結(jié)構(gòu)計(jì)算 沉井在施工過程中的結(jié)構(gòu)計(jì)算包括： （1）、沉井自重下沉驗(yàn)算； （2）、底節(jié)沉井豎向撓曲驗(yàn)算； （3）、沉井刃腳受力計(jì)算； （4）、井壁受力計(jì)算； （5）、混凝土封底及頂板計(jì)算等。,第四節(jié)地下連續(xù)墻簡介,(現(xiàn)澆地下連續(xù)墻)定義：在泥漿護(hù)壁條件下，使用專門的成槽機(jī)械，在地面開挖一條狹長的深槽，然后在槽內(nèi)設(shè)置鋼筋籠，澆注混凝土，逐步形成一道連續(xù)的地下鋼筋混凝土連續(xù)墻。 特點(diǎn)：施工噪音、震動較小，對鄰近

18、地基和建筑物結(jié)構(gòu)影響小，適宜在城市建筑密集、人流及管線多的地域施工。目前已用于泵房、橋臺、地下室、箱基、地下車庫、地鐵車站、碼頭、高架道路基礎(chǔ)、水處理設(shè)施，甚至深埋的下水道等。,地下連續(xù)墻施工工序,1、修筑導(dǎo)墻 沿設(shè)計(jì)軸線兩側(cè)開挖導(dǎo)溝，修筑鋼筋混凝土（鋼、木）導(dǎo)墻，以供成槽機(jī)械鉆進(jìn)導(dǎo)向、維護(hù)表土和保持泥漿穩(wěn)定液面。 導(dǎo)向作用、容蓄泥漿、防止槽口塌方、支承施工機(jī)械設(shè)備荷載。,2、制備泥漿 泥漿以膨潤土或細(xì)粒土在現(xiàn)場加水?dāng)嚢柚瞥?。護(hù)壁、攜渣、冷卻和潤滑作用。,3、成槽 成槽是地下連續(xù)墻施工中最主要的工序，對于不同土質(zhì)條件和槽壁深度應(yīng)采用不同的成槽機(jī)具開挖槽段。,銑削鉆成槽機(jī),4、槽段的連接 接頭管接頭、接頭箱接頭、隔板式接頭、鋼