基础工程教学课件5-沉井基础文档.pptx
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1、第五章第五章 沉井基础及地下连续墙沉井基础及地下连续墙 第一节第一节 沉井的基本概念、作用及适用条件沉井的基本概念、作用及适用条件 沉井的概念沉井的概念:是井筒状的结构物是井筒状的结构物(图图1)。它是以井内挖土,。它是以井内挖土,依靠依靠自身重力自身重力克服克服井壁摩阻力井壁摩阻力后下沉到后下沉到设计标高设计标高,然后经过,然后经过混凝土封底并填塞井孔,使其成为桥梁墩台或其它结构物的混凝土封底并填塞井孔,使其成为桥梁墩台或其它结构物的基础基础(图图2)。图图5-1 沉井下沉示意图沉井下沉示意图 图图5-2 沉井基础沉井基础 埋置深度可以很大,整体性强、稳定性好,有较大的承埋置深度可以很大,整
2、体性强、稳定性好,有较大的承载面积,能承受较大的垂直荷载和水平荷载;载面积,能承受较大的垂直荷载和水平荷载;沉井既是基础,又是施工时的挡土和挡土围堰结构物,沉井既是基础,又是施工时的挡土和挡土围堰结构物,施工工艺并不复杂,因此在桥梁工程中得到较广泛应用。施工工艺并不复杂,因此在桥梁工程中得到较广泛应用。沉井施工时对邻近建筑物影响较小,常用作软土中地下沉井施工时对邻近建筑物影响较小,常用作软土中地下建筑物的基础,也常用作为矿用竖井、地下油库等。建筑物的基础,也常用作为矿用竖井、地下油库等。施工期较长;施工期较长;对粉细砂类土在井内抽水易发生流砂现象,造成沉井倾对粉细砂类土在井内抽水易发生流砂现象
3、,造成沉井倾斜;斜;沉井下沉过程中遇到的大孤石、树干或井底岩层表面倾沉井下沉过程中遇到的大孤石、树干或井底岩层表面倾斜过大,会给施工带来一定困难。斜过大,会给施工带来一定困难。沉沉井井的的优优点点沉沉井井的的缺缺点点沉井沉井 根据根据经济合理、施工上可能经济合理、施工上可能的原则,一般在下的原则,一般在下列情况,可以列情况,可以采用沉井基础采用沉井基础:1.上部荷载较大,而表层地基土的容许承载力不足上部荷载较大,而表层地基土的容许承载力不足,做扩大基础开挖工作量大,以及支撑困难,但在一做扩大基础开挖工作量大,以及支撑困难,但在一定深度下有好的持力层,采用沉井基础与其他深基定深度下有好的持力层,
4、采用沉井基础与其他深基础相比较,经济上较为合理的;础相比较,经济上较为合理的;2.在在山区河流山区河流中,虽然土质较好,但中,虽然土质较好,但冲刷大冲刷大,或,或河河中有较大卵石中有较大卵石不便桩基础施工时;不便桩基础施工时;3.岩层表面较平坦且覆盖层薄岩层表面较平坦且覆盖层薄,但,但河水较深河水较深;采用;采用扩大基础施工围堰有困难时。扩大基础施工围堰有困难时。第二节第二节 沉井的类型和构造沉井的类型和构造 一、沉井的分类一、沉井的分类(一一)按沉井的施工方法分类按沉井的施工方法分类 1.一般沉井:一般沉井:指指就地制造下沉就地制造下沉的沉的沉井,这种沉井是在基井,这种沉井是在基础设计的位置
5、上制造,础设计的位置上制造,然后挖土靠沉井自重然后挖土靠沉井自重下沉。如基础位置在下沉。如基础位置在水中,需先在水中筑水中,需先在水中筑岛,再在岛上筑井下岛,再在岛上筑井下沉沉。2.浮运沉井:浮运沉井:在深水地区筑岛有困在深水地区筑岛有困难或不经济,或有碍难或不经济,或有碍通航当河流流速不大通航当河流流速不大时,可采用时,可采用岸边浇筑岸边浇筑浮运就位下沉浮运就位下沉的方法,的方法,这类沉井称为浮运沉这类沉井称为浮运沉井或浮式沉井。井或浮式沉井。(二二)按沉井形状分类按沉井形状分类 常用的有常用的有圆形圆形、圆端形圆端形和和矩形矩形等。根据井孔的布置等。根据井孔的布置方式,又有单孔、双孔及多方
6、式,又有单孔、双孔及多孔的分别。孔的分别。沉井平面形式沉井平面形式 a)单孔沉井;单孔沉井;b)双孔沉井;双孔沉井;c)多孔沉井多孔沉井1.按沉井的平面形状:按沉井的平面形状:圆形沉井:圆形沉井:沉井在下沉过程中沉井在下沉过程中易控制方向易控制方向;使用抓泥斗挖土,;使用抓泥斗挖土,要比其他类型的沉井,更能保证其刃脚均匀地支承在土层上;要比其他类型的沉井,更能保证其刃脚均匀地支承在土层上;在在侧压力作用下,井壁只受轴向力侧压力作用下,井壁只受轴向力(侧压力均布时侧压力均布时),或稍受挠或稍受挠曲曲(侧压力非均布时侧压力非均布时);对水泥方向正交或斜交均有利,也即承;对水泥方向正交或斜交均有利,
7、也即承受水平土压力和水压力性能良好。受水平土压力和水压力性能良好。矩形沉井:矩形沉井:具有具有制造简单,基础受力有利的优点制造简单,基础受力有利的优点,常能配合墩,常能配合墩台台(或其他结构物或其他结构物)底部平面形状。四角一般做成圆角,可有效底部平面形状。四角一般做成圆角,可有效改善转角处的受力条件,减缓应力集中现象,以降低井壁摩阻改善转角处的受力条件,减缓应力集中现象,以降低井壁摩阻力和避免取土清孔的困难。矩形沉井在侧压力作用下,井壁受力和避免取土清孔的困难。矩形沉井在侧压力作用下,井壁受较大的挠曲力矩;在流水中阻水系数较大,冲刷较严重。较大的挠曲力矩;在流水中阻水系数较大,冲刷较严重。圆
8、端形沉井:圆端形沉井:控制下沉、受力条件、阻水冲刷均较矩形者有利,控制下沉、受力条件、阻水冲刷均较矩形者有利,但沉井制造较复杂但沉井制造较复杂。对平面尺寸较大的沉井,可在沉井中设置。对平面尺寸较大的沉井,可在沉井中设置隔墙,使沉井由单孔变成双孔或多孔。隔墙,使沉井由单孔变成双孔或多孔。2.按沉井的立面形状按沉井的立面形状 主要有主要有竖直式竖直式、倾斜式倾斜式及及台阶式台阶式等。采用形式等。采用形式应视沉井需要通过的土层性质和下沉深度而定。应视沉井需要通过的土层性质和下沉深度而定。上述各类沉井的适用条件:上述各类沉井的适用条件:外壁竖直形式的沉井,外壁竖直形式的沉井,它在下沉过程中不易倾斜,井
9、壁接它在下沉过程中不易倾斜,井壁接长较简单,模板可重复使用。故当长较简单,模板可重复使用。故当土质较松软,沉井下沉深度土质较松软,沉井下沉深度不大不大,可以采用这种形式。,可以采用这种形式。倾斜式及台阶式倾斜式及台阶式井壁可以减少土与井壁的摩阻力,其缺点井壁可以减少土与井壁的摩阻力,其缺点是施工较复杂,消耗模板多,同时沉井下沉过程中容易发生倾是施工较复杂,消耗模板多,同时沉井下沉过程中容易发生倾斜。故在斜。故在土质较密实,沉井下沉深度大,要求在不太增加沉井土质较密实,沉井下沉深度大,要求在不太增加沉井本身重量的情况下沉至设计标高,本身重量的情况下沉至设计标高,可采用这类沉井。可采用这类沉井。台
10、阶式井壁的台阶式井壁的台阶宽度约为台阶宽度约为100200mm。倾斜式的沉井。倾斜式的沉井井壁坡度一般为井壁坡度一般为1/201/50,外壁倾斜式沉井同样可以减少下,外壁倾斜式沉井同样可以减少下沉时井壁外侧土的阻力,但这类沉井具有下沉不稳定,制造困沉时井壁外侧土的阻力,但这类沉井具有下沉不稳定,制造困难等缺点,故较少使用。难等缺点,故较少使用。(三三)按沉井的建筑材料分类按沉井的建筑材料分类 1.混凝土沉井:混凝土沉井:混凝土沉井的特点是混凝土沉井的特点是抗压强度高,抗拉抗压强度高,抗拉能力低能力低,因此这种沉井宜做成圆形,并适用于下沉深度不,因此这种沉井宜做成圆形,并适用于下沉深度不大大(4
11、7m)的软土层中。的软土层中。2.钢筋混凝土沉井:钢筋混凝土沉井:这种沉井的这种沉井的抗拉及抗压能力较好抗拉及抗压能力较好,下沉深度可以很大下沉深度可以很大(达数十米以上达数十米以上),当下沉深度不很大时,当下沉深度不很大时,井壁上部用混凝土,下部井壁上部用混凝土,下部(刃脚刃脚)用钢筋混凝土,在桥梁工程用钢筋混凝土,在桥梁工程中得到较广泛的应用。当沉井平面尺寸较大时,可做成薄壁中得到较广泛的应用。当沉井平面尺寸较大时,可做成薄壁结构,沉井外壁采用泥浆润滑套,壁后压气等施工辅助措施结构,沉井外壁采用泥浆润滑套,壁后压气等施工辅助措施就地下沉或浮运下沉。此外,钢筋混凝土沉井井壁隔离墙可就地下沉或
12、浮运下沉。此外,钢筋混凝土沉井井壁隔离墙可分段分段(块块)预制,工地拼接,做成装配式。预制,工地拼接,做成装配式。3.竹筋混凝土沉井:竹筋混凝土沉井:沉井在沉井在下沉过程中受力较大下沉过程中受力较大因而需配因而需配置钢筋,置钢筋,一旦完工后,它就不再承受多大的拉力一旦完工后,它就不再承受多大的拉力,因此,在南,因此,在南方产竹地区,可以采用耐久性差但抗拉力好的竹替部分钢筋,方产竹地区,可以采用耐久性差但抗拉力好的竹替部分钢筋,我国南昌赣江大桥等曾用这种沉井。在沉井分节接头处及刃脚我国南昌赣江大桥等曾用这种沉井。在沉井分节接头处及刃脚仍用钢筋。仍用钢筋。二、沉井基础的构造二、沉井基础的构造(一一
13、)沉井的轮廓尺寸沉井的轮廓尺寸 沉井的平面形状:沉井的平面形状:决定于墩决定于墩(台台)底部的形状。底部的形状。对矩形或圆对矩形或圆端形墩,可采用相应形状的沉井,采用端形墩,可采用相应形状的沉井,采用矩形沉井矩形沉井时,为保证时,为保证下沉的稳定性,沉井的长边与短边之比不宜大于下沉的稳定性,沉井的长边与短边之比不宜大于3。当墩的长。当墩的长宽比较为接近时,可采用宽比较为接近时,可采用方形或圆形沉井方形或圆形沉井。沉井顶面尺寸为。沉井顶面尺寸为墩墩(台台)身底部尺寸加襟边宽度。身底部尺寸加襟边宽度。襟边宽度襟边宽度不宜小于不宜小于0.2m,也,也不宜小于沉井全高的不宜小于沉井全高的1/50,浮运
14、沉井不小于,浮运沉井不小于0.4m。如沉井顶。如沉井顶面需设置围堰,其襟边宽度根据围堰构造还需加大。墩面需设置围堰,其襟边宽度根据围堰构造还需加大。墩(台台)身身边缘应尽可能支承于井壁上或盖板支承面上,对井孔内不以边缘应尽可能支承于井壁上或盖板支承面上,对井孔内不以混凝土填实的空心沉井不允许墩混凝土填实的空心沉井不允许墩(台台)身边缘全部置于井孔位置身边缘全部置于井孔位置上。上。沉井的底面标高:沉井的底面标高:须根据上部结构荷载,水文地质条件及须根据上部结构荷载,水文地质条件及各土层的承载力等确定。各土层的承载力等确定。沉井基础的顶面沉井基础的顶面(墩底墩底)要求埋在地面下要求埋在地面下0.2
15、m或在地下水位或在地下水位以上以上0.5m。当沉井顶面标高和底面标高确定之后,由墩底面和。当沉井顶面标高和底面标高确定之后,由墩底面和沉井底面两个标高之差即可定出沉井底面两个标高之差即可定出沉井高度。沉井高度。高的沉井应高的沉井应分节制造和下沉分节制造和下沉,每节高度不宜大于,每节高度不宜大于5m,对底,对底节沉井若是在松软土层中下沉时,还不应大于沉井宽度的节沉井若是在松软土层中下沉时,还不应大于沉井宽度的0.8倍。倍。若底节沉井高度过高,沉井过重,会给制模、筑岛时岛面处理、若底节沉井高度过高,沉井过重,会给制模、筑岛时岛面处理、抽除垫木下沉等带来困难。抽除垫木下沉等带来困难。(二二)沉井的一
16、般构造沉井的一般构造 一般沉井构造上主要由一般沉井构造上主要由井壁、刃脚、隔墙、井壁、刃脚、隔墙、井孔、凹槽、射水管、封底和盖板井孔、凹槽、射水管、封底和盖板等组成。等组成。1.井壁井壁 井壁是沉井的主要部分。井壁是沉井的主要部分。它在沉井下沉过程中起它在沉井下沉过程中起挡土挡土、挡水挡水及及利用本身重量克服土与井壁之间的摩阻力利用本身重量克服土与井壁之间的摩阻力的作用。当沉井施工的作用。当沉井施工完毕后,它就成为基础或基础的一部分而将上部荷载传递给地基。完毕后,它就成为基础或基础的一部分而将上部荷载传递给地基。因此,井壁必须具有因此,井壁必须具有足够的强度和一定的厚度足够的强度和一定的厚度。
17、根据井壁。根据井壁在施工中的受力情况,可以在井壁内配置竖向及水平向在施工中的受力情况,可以在井壁内配置竖向及水平向钢筋钢筋,以,以增加井壁强度。增加井壁强度。井壁厚度井壁厚度按下沉需要的自重,本身强度以及便于按下沉需要的自重,本身强度以及便于取土和清基等因素而定,一般为取土和清基等因素而定,一般为0.801.50m,为便于绑扎钢筋,为便于绑扎钢筋及浇筑混凝土,其厚度不宜小于及浇筑混凝土,其厚度不宜小于0.4m。钢筋混凝土薄壁沉井可。钢筋混凝土薄壁沉井可不受此限制。井壁的混凝土强度等级不低于不受此限制。井壁的混凝土强度等级不低于C15。2.刃脚刃脚 井壁下端形如楔状的部分称为刃脚。井壁下端形如楔
18、状的部分称为刃脚。其作用是在沉井自重作用下易于切土下其作用是在沉井自重作用下易于切土下沉。沉。刃脚底面刃脚底面(踏面踏面)宽度一般为宽度一般为0.10.2m,对软土可适当放宽。下沉深度大,对软土可适当放宽。下沉深度大,且土质较硬,刃脚底面应以型钢且土质较硬,刃脚底面应以型钢(角钢或角钢或槽钢槽钢)加强加强(如图如图),以防刃脚损坏。刃脚,以防刃脚损坏。刃脚内侧斜面与水平面的夹角一般为内侧斜面与水平面的夹角一般为4560。刃脚高度视井壁厚度、便于抽除。刃脚高度视井壁厚度、便于抽除垫木而定,一般当沉井湿封底时,取垫木而定,一般当沉井湿封底时,取1.5m左右;干封底时,取左右;干封底时,取0.6m左
19、右。左右。由于刃脚在沉井下沉过程中受力较集中,由于刃脚在沉井下沉过程中受力较集中,故刃脚宜采用故刃脚宜采用C20以上的钢筋混凝土制以上的钢筋混凝土制成。成。刃脚构造刃脚构造 3.隔墙隔墙 沉井平面尺寸较大沉井平面尺寸较大,也即,也即井壁跨径较大井壁跨径较大时,时,应应在沉井内设置隔墙在沉井内设置隔墙,以,以加强沉井的刚度加强沉井的刚度,使井壁,使井壁的的挠曲应力减小挠曲应力减小,其厚度一般小于井壁。,其厚度一般小于井壁。隔墙底面隔墙底面应高出刃脚底面应高出刃脚底面0.5m以上,避免隔以上,避免隔墙下的土顶住沉井而妨碍下沉。也可在刃脚与隔墙下的土顶住沉井而妨碍下沉。也可在刃脚与隔墙联结处设置墙联
20、结处设置埂肋埂肋加强刃脚与隔墙的连结。如为加强刃脚与隔墙的连结。如为人工挖土,在隔墙下端应设置人工挖土,在隔墙下端应设置过人孔过人孔,便于工作,便于工作人员井孔间往来。人员井孔间往来。4.井孔井孔 井孔是挖土排土的工作场所和通道井孔是挖土排土的工作场所和通道。井孔尺。井孔尺寸应满足施工要求,宽度寸应满足施工要求,宽度(直径直径)不宜小于不宜小于3m。井。井孔布置应对称于沉井中心轴,便于对称挖土使沉孔布置应对称于沉井中心轴,便于对称挖土使沉井均匀下沉。井均匀下沉。5.凹槽凹槽 凹槽设在井孔下端近刃脚处,其作用是使封底混凝土与凹槽设在井孔下端近刃脚处,其作用是使封底混凝土与井壁有交好的接合,封底混
21、凝土底面的反力更好的传给井壁井壁有交好的接合,封底混凝土底面的反力更好的传给井壁(如井孔全部填实的实心沉井也可不设凹槽如井孔全部填实的实心沉井也可不设凹槽)。凹槽深度约。凹槽深度约0.150.25m,高约,高约1.0m。6.射水管射水管 当沉井下沉深度大,穿过的土质又较好,估计下沉会产当沉井下沉深度大,穿过的土质又较好,估计下沉会产生困难时,可在井壁中预埋射水管组。生困难时,可在井壁中预埋射水管组。射水管应均匀布置,射水管应均匀布置,以利于控制水压和水量来调整下沉方向。一般水压不小于以利于控制水压和水量来调整下沉方向。一般水压不小于600kPa。如使用泥浆润滑套施工方法时,应有预埋的压射。如使
22、用泥浆润滑套施工方法时,应有预埋的压射泥浆管路。泥浆管路。7.封底和盖板封底和盖板 沉井沉至设计标高进行清基后,便浇筑封底混凝土。沉井沉至设计标高进行清基后,便浇筑封底混凝土。混凝土达到设计强度后,可从井孔中抽干水井填满混凝土混凝土达到设计强度后,可从井孔中抽干水井填满混凝土或其它圬工材料。如井孔中不填料或仅填以砂砾则须在沉或其它圬工材料。如井孔中不填料或仅填以砂砾则须在沉井顶面筑钢筋混凝土盖板。井顶面筑钢筋混凝土盖板。封底混凝土底面封底混凝土底面承受地基土和水的反力,这就要求封承受地基土和水的反力,这就要求封底混凝土有一定的厚度底混凝土有一定的厚度(可由应力验算决定可由应力验算决定),其厚度
23、根据,其厚度根据经验也可取不小于井孔最小边长的经验也可取不小于井孔最小边长的1.5倍。倍。封底混凝土顶面封底混凝土顶面应高出刃脚根部不小于应高出刃脚根部不小于0.5m,并浇灌到凹槽上端。封底混,并浇灌到凹槽上端。封底混凝土标号对岩石地基用凝土标号对岩石地基用C15;一般地基用;一般地基用C20。盖板厚度。盖板厚度一般为一般为1.52.0m。井孔中充填的混凝土,其强度等级不。井孔中充填的混凝土,其强度等级不应低于应低于C10。(三三)浮运沉井的构造浮运沉井的构造 1.不带气筒的浮运沉井不带气筒的浮运沉井 不带气筒的浮式沉井不带气筒的浮式沉井适应于适应于水深较浅、流速不大、河水深较浅、流速不大、河
24、床较平、冲刷较小床较平、冲刷较小的自然条件。一般在岸边制造,通过滑的自然条件。一般在岸边制造,通过滑道拖拉下水,浮运到墩位,再接高下沉到河床。这种沉井道拖拉下水,浮运到墩位,再接高下沉到河床。这种沉井可用钢、木、钢筋混凝土、钢丝网及水泥等材料组合。可用钢、木、钢筋混凝土、钢丝网及水泥等材料组合。钢丝网水泥薄壁沉井钢丝网水泥薄壁沉井是由内、外壁组成的空心井壁沉是由内、外壁组成的空心井壁沉井,这是制造浮运沉井较好的方法,具有施工方便、节省井,这是制造浮运沉井较好的方法,具有施工方便、节省钢材等优点。沉井的内壁、外壁及横隔板都是钢筋钢丝网钢材等优点。沉井的内壁、外壁及横隔板都是钢筋钢丝网水泥制成。做
25、法是将若干层钢丝网均匀地铺设在钢筋网的水泥制成。做法是将若干层钢丝网均匀地铺设在钢筋网的两侧,外面涂抹不低于两侧,外面涂抹不低于40号的水泥砂浆,使它充满钢筋网号的水泥砂浆,使它充满钢筋网和钢丝网之间的间隙并形成厚和钢丝网之间的间隙并形成厚13mm的保护层。的保护层。2.带钢气筒的浮运沉井带钢气筒的浮运沉井 带钢气筒的浮运沉井带钢气筒的浮运沉井适用于适用于水深流急水深流急的巨型沉井。它主的巨型沉井。它主要由要由双壁的沉井底节、单壁钢壳、钢气筒双壁的沉井底节、单壁钢壳、钢气筒等组成。双壁钢沉等组成。双壁钢沉井底节是一个可以自浮于水中的壳体结构;底节能上能下的井底节是一个可以自浮于水中的壳体结构;
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