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1、第五章 沉井基础,土木工程本科生专业课程基础工程,主 要 内 容,5.1 天然地基上深基础的修筑方法5.2 沉井的类型和构造5.3 沉井的施工方法5.4 沉井的设计计算,5.1 天然地基上深基础的修筑方法,概述,基础埋深,施工难度,施工安全系数,水中施工,需采用特殊的处理方式,需更多更强的支撑结构,施工困难,造价上升,沉井基础,沉箱基础,新方法,施工方法,制作井筒,挖土下沉,到达设计标高,封底填充制盖,修筑上部结构,5.1 天然地基上深基础的修筑方法,特点,施工过程：沉井挡土、挡水，起临时围堰作用,运营阶段：深埋的实体基础,优点,刚度大、横向抗力大、抗震性能较好,机具简单、施工方便,5.1 天
2、然地基上深基础的修筑方法,5.1 天然地基上深基础的修筑方法5.2 沉井的类型和构造5.3 沉井的施工方法5.4 沉井的设计计算,主 要 内 容,5.2 沉井的类型及构造,5.2.1 沉井类型,按沉井材料,混凝土沉井,钢筋混凝土沉井,钢沉井,其他沉井,1井壁2刃脚3隔墙4井孔5凹槽6射水管7封底8顶盖,5.2 沉井的类型及构造,5.2.2 沉井构造,1 平面形状,平面形状,圆形沉井,矩形沉井,圆端形沉井,受力性能好，充分发挥混凝土 抗压强度 挖土方便，下沉均匀，易于控 制方向 基底max同面积的矩形,制造方便，下沉方向不易控制 能充分利用地基承载力,介于前两者之间,5.2 沉井的类型及构造,5
3、.2 沉井的类型及构造,2 平面尺寸,顶面尺寸：大于墩底尺寸 底面尺寸：由地基承载力确定,3 沉井高度,顶面标高H1：低于最低水位或低于地面 底面标高H2：由最小埋深和地基承载力确定 沉井高度H:H=H1-H2,高沉井可分节制造：每节高不大于56m，首节不大于46m 第二节沉井过高，会导致沉井下沉发生倾斜 以及使下沉不深的首节沉井发生问题,5.2 沉井的类型及构造,4 井孔设置及大小,设置目的：排土 平面尺寸：挖土机具能顺利通过，对称布置 设置方式:单孔、双孔及多孔,5 井壁,应有足够的强度和重量,易于控制方向，但阻力大，不易下沉,台阶宽度1020mm多设在沉井分节处,有利下沉但易偏斜100：
4、1至50：1,5.2 沉井的类型及构造,6 隔墙,作用：减小受弯跨度，提高沉井刚度，降低 沉井应力 均匀挖土，控制下沉方向，不致倾斜,特点：厚0.81.2m，底面高出刃脚踏面不小于0.5m h较大时，设梗肋于隔墙底部与刃脚连接处 排水下沉，隔墙底留2过人通道 设置透水孔，一般20-20cm2，设置在隔墙 上部离顶部23m,5.2 沉井的类型及构造,7 射水管组,作用：利用高压水流冲松井壁四周的土，降 低侧阻力端阻力 控制水量、水压大小，调整下沉方向,5.2 沉井的类型及构造,8 探测管组,作用：探测刃脚和隔墙底面下的泥面标高 清基射水或破坏沉井正面土层以利下沉 沉井水下封底后，可作为刃脚或隔墙
5、下 封底混凝土的质量检查孔,使用条件：平面尺寸大，不排水下沉较深的沉井,5.2 沉井的类型及构造,9 凹槽,作用：使封底混凝土更好的与井壁联结 如将沉井改为沉箱，凹槽处可制作箱顶,10 井顶围堰,作用：防止井顶以上的土，水落入井内,11 封底混凝土,12 顶盖,受力和稳定条件确定是否填充,厚度由计算确定,5.1 天然地基上深基础的修筑方法5.2 沉井的类型和构造5.3 沉井的施工方法5.4 沉井的设计计算,主 要 内 容,江阴长江公路大桥,北锚碇采用大型深沉井基础，平面尺寸为69米51米，下沉58米，为世界第一大沉井(面积近个半篮球场，高度相当于层楼)。,世界第一大沉井,南岸重力嵌岩锚,北岸,
6、南岸,5.3 沉井的施工,5.3.1 陆地沉井的施工,场地准备,立模、绑扎钢筋,5.3 沉井的施工,垫木布置示意图,挖土内模,5.3 沉井的施工,浇筑混凝土,对称均匀地进行，防止不均匀沉降引起沉井开裂，且尽量一次性浇筑,拆除模板和垫木,模板拆除时间：侧面直立模板设计强度25%刃脚斜面、隔墙底面设计强度75%垫木=设计强度垫木拆除顺序：先内壁，后外壁；先短边，后长边,长边下的垫木是隔一根撤一根，以定位垫木为中心，由远而近地对称拆除,5.3 沉井的施工,挖土下沉,接筑沉井,地基检验和处理,井底填充,制作顶盖,排水挖土下沉：无地下水或土层渗水量较小且稳定不排水挖土下沉：与上述情况相反,为避免沉井发生
7、倾斜，挖土应分层均匀进行先挖井孔中心，再挖隔墙下，后挖刃脚下土,5.3 沉井的施工,5.3.2 水中沉井的施工,筑岛法,在河流浅滩或水位不深水流速度不大时采用,5.3 沉井的施工,浮运法,浮运沉井下水,双壁浮运沉井,带气筒浮运沉井,带临时性井底浮运沉井,在深水河道中，水流速度较大，人工筑岛有困难时,5.3 沉井的施工,沉井倾斜,偏挖土：在下沉少的一侧多挖土，下沉多的一侧 少挖土或不挖土偏压重：在井顶不对称加重，不对称射水，或在 井顶施加水平力将沉井扶正在沉的少的一侧挖土，底面灌注膨润土泥浆，以 减小井壁与土之间的摩擦力,5.3 沉井的施工,5.3.3 沉井下沉问题及处理方法,沉井偏移,先偏挖土
8、使之倾斜，再均匀挖土至井底中心 接近设计标高时，再纠倾斜,5.3 沉井的施工,难沉问题,井底有障碍物,井壁阻力过大,突沉问题,高压射水法,泥浆套法,空气幕法,炮震法,主要发生在软土地区，可加宽刃脚踏面解决,清除障碍物加重法减小井壁摩阻力,5.3 沉井的施工,5.1 天然地基上深基础的修筑方法5.2 沉井的类型和构造5.3 沉井的施工方法5.4 沉井的设计计算,主 要 内 容,5.4 沉井的设计计算,5.4.1 集资料,设计资料：上部结构、墩台类型及尺寸、沉井基 础的设计荷载 水文、地质资料等,设计内容：作为基础本身的检算，深埋刚性基础 沉井结构的设计计算,施工过程中沉井所受到的外力及其结构的设
9、计计算,5.4.2 沉井各部尺寸的拟定,包括,沉井高度及分节,平面形状及尺寸,井孔布置及大小,刃脚形状及尺寸,封底及顶盖厚度,上部结构的特点,设计荷载的大小,水文、地质情况,沉井构造及施工方法,依据,5.4 沉井的设计计算,5.4.3 沉井的检算,作为整体深基础的设计计算,埋深较小，不考虑基础侧面土的横向抗力，按浅基础进行计算,埋深较大，需要考虑基础侧面土的横向抗力，按刚性桩进行计算,5.4 沉井的设计计算,5.4 沉井的设计计算,非岩石地基上沉井基础的计算,如右图所示，在横向力H和M的作用下，基础将沿轴线上的a点发生转动，转动角度为,则在z深度处基础的横向位移为,a点的深度,则在z深度处基础
10、侧面土的横向抗力为,基础转动引起基础底面边缘的竖向位移为,5.4 沉井的设计计算,相应的基底反力为,对a 点取矩有,忽略基础侧面和底面的摩擦力，由水平方向的力平衡方程有,5.4 沉井的设计计算,5.4 沉井的设计计算,则在z深度处基础的弯矩为,5.4 沉井的设计计算,同时考虑竖向力N时，基础底面的竖向应力为,嵌入岩层的沉井基础的计算,基础绕底面中心点a转动，并 假设a点的坐标为z0=l,忽略岩面以下基础侧面的横 向抗力P引起的弯矩,则基础侧面土的横向抗力为,5.4 沉井的设计计算,对a点取矩可以得到基础的转角为,则在z深度处基础的弯矩为,由水平方向的力平衡条件可得,若P为负，则说明其作用方向与
11、图示方向相反,5.4 沉井的设计计算,作为围护结构的设计计算,沉井自重的计算,下沉系数K1,G沉井自重B水的浮力Rf井壁摩阻力,5.4 沉井的设计计算,下沉稳定系数,R1刃脚下土的支持力R2隔墙下土的支持力,抗浮安全系数K2,B1封底后水的浮力,5.4 沉井的设计计算,刃脚计算,刃脚向外挠曲的计算,计算刃脚外侧的土压力E和 水压力W,计算井壁自重G,计算刃脚自重g,计算土对刃脚外侧的摩擦力T,计算刃脚下土的抗力,计算刃脚根部的截面内力,根据截面内力进行钢筋计算,5.4 沉井的设计计算,刃脚向内挠曲的计算,沉井下沉到设计标高刃脚下的土掏空且未浇筑混凝土井壁外侧作用最大的水、土压力忽略刃脚自重和土
12、的摩阻力影响各水平外力应乘以分配系数,5.4 沉井的设计计算,计算要点,刃脚水平受力分析,计算要点,计算图式为一闭合的水平框架沉井下沉到设计标高刃脚下的土掏空且未浇筑混凝土框架上的力等于作用在刃脚上的水平力乘以分配系数,5.4 沉井的设计计算,井壁计算,竖向挠曲计算,5.4 沉井的设计计算,排水挖土下沉,5.4 沉井的设计计算,不排水挖土下沉,5.4 沉井的设计计算,井壁竖向拉力计算,由竖向力平衡方程有,假设该等截面沉井自重为G，沉井入土深度为h,U为井壁周长，为地面处井壁单位摩阻力，为距刃脚底x处的摩阻力,距离刃脚底x处的拉力为,5.4 沉井的设计计算,井壁水平受力分析,5.4 沉井的设计计算,封底混凝土厚度计算,封底混凝土看作支撑在凹槽，按周边支撑的双向板或圆板计算封底混凝土按受剪计算：封底混凝土在井孔范围内荷载作用下，有沿刃脚斜面高度截面剪断的可能,封底混凝土剪应力计算图,5.4 沉井的设计计算,顶盖内力计算,5.4 沉井的设计计算,地下连续墙的概念地下连续墙优点,地下连续墙,施工过程：利用专用的挖槽机械在泥浆护壁下开挖一定长度（一个单元槽段）挖至设计深度并清除沉渣插入接头管吊入钢筋笼导管浇注混凝土待混凝土初凝后拔出接头管逐段施工。,分段施工连接图,环球金融中心工程效果图,上海市环球金融中心地下连续墙施工,
