中南大学基础工程___沉井基础

1、主主 要要 内内 容容 5.1 5.1 天然地基上深基础的修筑方法天然地基上深基础的修筑方法 5.2 5.2 沉井的类型和构造沉井的类型和构造 5.3 5.3 沉井的施工方法沉井的施工方法 5.4 5.4 沉井的设计计算沉井的设计计算 5.1 5.1 天然地基上深基础的修筑方法天然地基上深基础的修筑方法 概述概述 基础埋深基础埋深 施工难度施工难度 施工安全系数施工安全系数 水中施工水中施工需采用特殊需采用特殊 的处理方式的处理方式 需更多更强需更多更强 的支撑结构的支撑结构 施工困难施工困难 造价上升造价上升 沉井基础沉井基础 沉箱基础沉箱基础 新方法新方法 施工方法施工方法 制作制作 井筒

2、井筒 挖土挖土 下沉下沉 到达设到达设 计标高计标高 封底填封底填 充制盖充制盖 修筑上修筑上 部结构部结构 5.1 5.1 天然地基上深基础的修筑方法天然地基上深基础的修筑方法 特点特点 施工过程：沉井挡土、挡水，起临时围堰作用施工过程：沉井挡土、挡水，起临时围堰作用 运营阶段：深埋的实体基础运营阶段：深埋的实体基础 优点优点 刚度大、横向抗力大、抗震性能较好刚度大、横向抗力大、抗震性能较好 机具简单、施工方便机具简单、施工方便 5.1 5.1 天然地基上深基础的修筑方法天然地基上深基础的修筑方法 5.1 5.1 天然地基上深基础的修筑方法天然地基上深基础的修筑方法 5.2 5.2 沉井的类

3、型和构造沉井的类型和构造 5.3 5.3 沉井的施工方法沉井的施工方法 5.4 5.4 沉井的设计计算沉井的设计计算 主主 要要 内内 容容 5.2 5.2 沉井的类型及构造沉井的类型及构造 5.2.1 5.2.1 沉井类型沉井类型 按下沉方法按下沉方法 一般沉井一般沉井 浮运沉井浮运沉井 按沉井材料按沉井材料 混凝土沉井混凝土沉井 钢筋混凝土沉井钢筋混凝土沉井 钢沉井钢沉井 其他沉井其他沉井 11井壁井壁 22刃脚刃脚 33隔墙隔墙 44井孔井孔 55凹槽凹槽 66射水管射水管 77封底封底 88顶盖顶盖 5.2 5.2 沉井的类型及构造沉井的类型及构造 5.2.2 5.2.2 沉井构造沉井

4、构造 1 1 平面形状平面形状 平面平面 形状形状 圆形沉井圆形沉井 矩形沉井矩形沉井 圆端形沉井圆端形沉井 受力性能好，充分发挥混凝土受力性能好，充分发挥混凝土 抗压强度抗压强度 挖土方便，下沉均匀，易于控挖土方便，下沉均匀，易于控 制方向制方向 基底基底max max 同面积的矩形 同面积的矩形 制造方便，下沉方向不易控制制造方便，下沉方向不易控制 能充分利用地基承载力能充分利用地基承载力 井壁产生较大的弯曲应力井壁产生较大的弯曲应力 5.2 5.2 沉井的类型及构造沉井的类型及构造 5.2 5.2 沉井的类型及构造沉井的类型及构造 2 2 平面尺寸平面尺寸 顶面尺寸：大于墩底尺寸顶面尺寸

5、：大于墩底尺寸 底面尺寸：由地基承载力确定底面尺寸：由地基承载力确定 3 3 沉井高度沉井高度 顶面标高顶面标高H1：低于最低水位或低于地面：低于最低水位或低于地面 底面标高底面标高H2：由最小埋深和地基承载力确定：由最小埋深和地基承载力确定 沉井高度沉井高度H: : H=H1-H2 高沉井可分节制造：每节高不大于高沉井可分节制造：每节高不大于56m， 首节不大于首节不大于46m 第二节沉井过高，会导致沉井下沉发生倾斜第二节沉井过高，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以及使下沉不深的首节沉井发生问题 5.2 5.2 沉井的类型及构造沉井的类型及构造 4 4 井孔设置及大小

6、井孔设置及大小 设置目的：排土设置目的：排土 平面尺寸：挖土机具能顺利通过，对称布置平面尺寸：挖土机具能顺利通过，对称布置 设置方式设置方式: : 单孔、双孔及多孔单孔、双孔及多孔 5 5 井壁井壁应有足够的强度和重量应有足够的强度和重量 竖直形竖直形 台阶形台阶形 斜坡形斜坡形 易于控制易于控制 方向，但方向，但 阻力大，阻力大， 不易下沉不易下沉 台阶宽度台阶宽度 1020mm 多设在沉多设在沉 井分节处井分节处 有利下沉有利下沉 但易偏斜但易偏斜 100100：1 1至至 5050：1 1 5.2 5.2 沉井的类型及构造沉井的类型及构造 6 6 隔墙隔墙 作用：作用： 减小受弯跨度，提

7、高沉井刚度，降低减小受弯跨度，提高沉井刚度，降低 沉井应力沉井应力 均匀挖土，控制下沉方向，不致倾斜均匀挖土，控制下沉方向，不致倾斜 特点：特点： 厚厚0.81.2m，底面高出刃脚踏面不小于，底面高出刃脚踏面不小于0.5m0.5m h h较大时，设梗肋于隔墙底部与刃脚连接处较大时，设梗肋于隔墙底部与刃脚连接处 排水下沉，隔墙底留排水下沉，隔墙底留1.0-1.2m1.0-1.2m2 2过人通道过人通道 设置透水孔，一般设置透水孔，一般20-20cm20-20cm2 2，设置在隔墙，设置在隔墙 上部离顶部上部离顶部23m 5.2 5.2 沉井的类型及构造沉井的类型及构造 7 7 射水管组射水管组

8、作用：利用高压水流冲松井壁四周的土，降作用：利用高压水流冲松井壁四周的土，降 低侧阻力端阻力低侧阻力端阻力 控制水量、水压大小，调整下沉方向控制水量、水压大小，调整下沉方向 5.2 5.2 沉井的类型及构造沉井的类型及构造 8 8 探测管组探测管组 作用：探测刃脚和隔墙底面下的泥面标高作用：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，可作为刃脚或隔墙下沉井水下封底后，可作为刃脚或隔墙下 封底混凝土的质量检查孔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使用条件：平面尺寸大，不排水下沉较深的沉井 5.

9、2 5.2 沉井的类型及构造沉井的类型及构造 9 9 凹槽凹槽 作用：使封底混凝土更好的与井壁联结作用：使封底混凝土更好的与井壁联结 如将沉井改为沉箱，凹槽处可制作箱顶如将沉井改为沉箱，凹槽处可制作箱顶 10 10 井顶围堰井顶围堰 作用：防止井顶以上的土，水落入井内作用：防止井顶以上的土，水落入井内 11 11 封底混凝土封底混凝土 12 12 顶盖顶盖 受力和稳定条件确定是否填充受力和稳定条件确定是否填充 厚度由计算确定厚度由计算确定 5.1 5.1 天然地基上深基础的修筑方法天然地基上深基础的修筑方法 5.2 5.2 沉井的类型和构造沉井的类型和构造 5.3 5.3 沉井的施工方法沉井的

10、施工方法 5.4 5.4 沉井的设计计算沉井的设计计算 主主 要要 内内 容容 5.3 5.3 沉井的施工沉井的施工 5.3.1 5.3.1 陆地沉井的施工陆地沉井的施工 场地准备场地准备 立模、绑扎钢筋立模、绑扎钢筋 垫木法垫木法 无垫木法无垫木法 土模法土模法 方法方法 填土内模填土内模 挖土内模挖土内模 5.3 5.3 沉井的施工沉井的施工 垫木布置垫木布置示意图示意图 挖土内模挖土内模 5.3 5.3 沉井的施工沉井的施工 浇筑混凝土浇筑混凝土 对称均匀地进行，防止不均匀沉降引起沉对称均匀地进行，防止不均匀沉降引起沉 井开裂，且尽量一次性浇筑井开裂，且尽量一次性浇筑 拆除模板和垫木拆除

11、模板和垫木 模板拆除时间：侧面直立模板模板拆除时间：侧面直立模板设计强度设计强度25%25% 刃脚斜面、隔墙底面刃脚斜面、隔墙底面设计强度设计强度75%75% 垫木垫木= =设计强度设计强度 垫木拆除顺序：先内壁，后外壁；先短边，后长边垫木拆除顺序：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位垫木为中心，由远而近地对称拆除 5.3 5.3 沉井的施工沉井的施工 挖土下沉挖土下沉 接筑沉井接筑沉井 地基检验和处理地基检验和处理 井底填充井底填充 制作顶盖制作顶盖 排水挖土下沉：无地下水或土层渗水量较小且稳定排

12、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：与上述情况相反不排水挖土下沉：与上述情况相反 为避免沉井发生倾斜，挖土应分层均匀进行为避免沉井发生倾斜，挖土应分层均匀进行 先挖井孔中心，再挖隔墙下，后挖刃脚下土先挖井孔中心，再挖隔墙下，后挖刃脚下土 5.3 5.3 沉井的施工沉井的施工 5.3.2 5.3.2 水中沉井的施工水中沉井的施工 筑岛法筑岛法 在河流浅滩或水位不深在河流浅滩或水位不深 水流速度不大时采用水流速度不大时采用 5.3 5.3 沉井的施工沉井的施工 浮运法浮运法 浮运沉井下水浮运沉井下水 双壁浮运沉井双壁浮运沉井 带气筒浮运沉带气筒浮运沉 井井 带临时性井底带临

13、时性井底 浮运沉井浮运沉井 在深水河道中，水流速度在深水河道中，水流速度 较大，人工筑岛有困难时较大，人工筑岛有困难时 5.3 5.3 沉井的施工沉井的施工 沉井倾斜沉井倾斜 偏挖土：在下沉少的一侧多挖土，下沉多的一侧偏挖土：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减小井壁与土之间的摩擦力 5.3 5.3 沉井的施工沉井的施工

14、 5.3.3 5.3.3 沉井下沉问题及处理方法沉井下沉问题及处理方法 沉井偏移沉井偏移 先偏挖土使之倾斜，再均匀挖土至井底中心先偏挖土使之倾斜，再均匀挖土至井底中心 接近设计标高时，再纠倾斜接近设计标高时，再纠倾斜 5.3 5.3 沉井的施工沉井的施工 难沉问题难沉问题 井底有障碍物井底有障碍物 井壁阻力过大井壁阻力过大 突沉问题突沉问题 高压射水法高压射水法 泥浆套法泥浆套法 空气幕法空气幕法炮震法炮震法 主要发生在软土地区，可加宽刃脚踏面解决主要发生在软土地区，可加宽刃脚踏面解决 清除障碍物清除障碍物 加重法加重法 减小井壁摩阻力减小井壁摩阻力 5.3 5.3 沉井的施工沉井的施工 5.

15、1 5.1 天然地基上深基础的修筑方法天然地基上深基础的修筑方法 5.2 5.2 沉井的类型和构造沉井的类型和构造 5.3 5.3 沉井的施工方法沉井的施工方法 5.4 5.4 沉井的设计计算沉井的设计计算 主主 要要 内内 容容 5.4 5.4 沉井的设计计算沉井的设计计算 5.4.1 5.4.1 集资料集资料 设计资料：上部结构、墩台类型及尺寸、沉井基设计资料：上部结构、墩台类型及尺寸、沉井基 础的设计荷载础的设计荷载 水文、地质资料等水文、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沉井结构的设计计算 施工过程中沉井

16、所受到的施工过程中沉井所受到的 外力及其结构的设计计算外力及其结构的设计计算 5.4.2 5.4.2 沉井各部尺寸的拟定沉井各部尺寸的拟定 包包 括括 沉井高度及分节沉井高度及分节 平面形状及尺寸平面形状及尺寸 井孔布置及大小井孔布置及大小 刃脚形状及尺寸刃脚形状及尺寸 封底及顶盖厚度封底及顶盖厚度 上部结构的特点上部结构的特点 设计荷载的大小设计荷载的大小 水文、地质情况水文、地质情况 沉井构造及施工方法沉井构造及施工方法 依依 据据 5.4 5.4 沉井的设计计算沉井的设计计算 5.4.3 5.4.3 沉井的检算沉井的检算 作为整体深基础的设计计算作为整体深基础的设计计算 埋深较小，不考虑

17、基础侧面土的横向抗力，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，埋深较大，需要考虑基础侧面土的横向抗力， 按刚性桩进行计算按刚性桩进行计算 5.4 5.4 沉井的设计计算沉井的设计计算 5.4 5.4 沉井的设计计算沉井的设计计算 非岩石地基上沉井基础的计算非岩石地基上沉井基础的计算 如右图所示，在横向力如右图所示，在横向力H H和和M M 的作用下，基础将沿轴线上的的作用下，基础将沿轴线上的a a 点发生转动，转动角度为点发生转动，转动角度为 则在则在z z深度处基础的横向位移为深度处基础的横向位移为 )(tan)( 0

18、0 zzzzxz 0 z a a点的深度点的深度 则在则在z z深度处基础侧面土的横向抗力为深度处基础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基础转动引起基础底面边缘的竖向位移为 )( 0 zzmzxC zzzz ds5 . 0 5.4 5.4 沉井的设计计算沉井的设计计算 相应的基底反力为相应的基底反力为 0 5 . 0dC 对对a a 点取矩有点取矩有 0)( 0 000 WdzbzzHzM l z 0 5 . 0dC )( 0 zzmzxC zzzz 忽略基础侧面和底面的摩擦力，由水平方向的力平衡忽略基础侧面和底面的摩擦力，由水平方向的力平衡 方程有方程有 0)( 0 0

19、 l z bdzH 5.4 5.4 沉井的设计计算沉井的设计计算 0)( 0 00 l zdzzzmbH 0 2 )( 0 0 2 000 WC d zdzzzmbHzM l dWClmb MHl 0 4 0 18 )32(12 )23(2 6)34( 2 0 0 3 0 0 HlMmlb dWHCHlMmlb z 5.4 5.4 沉井的设计计算沉井的设计计算 则在则在z z深度处基础的弯矩为深度处基础的弯矩为 )2( 12 0 2 0 zz mzb HzMM z 5.4 5.4 沉井的设计计算沉井的设计计算 同时考虑竖向力同时考虑竖向力N N时，基础底面的竖向应力为时，基础底面的竖向应力为

20、0 0min max 2 1 dC A N 嵌入岩层的沉井基础的计算嵌入岩层的沉井基础的计算 基础绕底面中心点基础绕底面中心点a a转动，并转动，并 假设假设a a点的坐标为点的坐标为z z0 0=l=l 忽略岩面以下基础侧面的横忽略岩面以下基础侧面的横 向抗力向抗力P P引起的弯矩引起的弯矩 则基础侧面土的横向抗力为则基础侧面土的横向抗力为 )(zlmz z 5.4 5.4 沉井的设计计算沉井的设计计算 对对a a点取矩可以得到基础的转角为点取矩可以得到基础的转角为 则在则在z z深度处基础的弯矩为深度处基础的弯矩为 由水平方向的力平衡条件可得由水平方向的力平衡条件可得 若若P P为负，则说

21、明其作用方向与图示方向相反为负，则说明其作用方向与图示方向相反 dWClmb MHl 0 4 0 6 )(12 )2( 12 2 0 zl mzb HzMM z H mlb P 6 3 0 5.4 5.4 沉井的设计计算沉井的设计计算 作为围护结构的设计计算作为围护结构的设计计算 沉井自重的计算沉井自重的计算 下沉系数下沉系数K K1 1 G G沉井自重沉井自重 B B水的浮力水的浮力 R Rf f井壁摩阻力井壁摩阻力 f R BG K 1 5.4 5.4 沉井的设计计算沉井的设计计算 下沉稳定系数下沉稳定系数 R R1 1刃脚下土的支持力刃脚下土的支持力 R R2 2隔墙下土的支持力隔墙下土

22、的支持力 抗浮安全系数抗浮安全系数K K2 2 B B1 1封底后水的浮力封底后水的浮力 21 1 RRR BG K f 1 2 B RG K f 1 K 5.4 5.4 沉井的设计计算沉井的设计计算 刃脚计算刃脚计算 刃脚向外挠曲的计算刃脚向外挠曲的计算 计算刃脚外侧的土压力计算刃脚外侧的土压力E E和和 水压力水压力W W 计算井壁自重计算井壁自重G G 计算刃脚自重计算刃脚自重g g 计算土对刃脚外侧的摩擦力计算土对刃脚外侧的摩擦力T T 计算刃脚下土的抗力计算刃脚下土的抗力 计算刃脚根部的截面内力计算刃脚根部的截面内力 根据截面内力进行钢筋计算根据截面内力进行钢筋计算 5.4 5.4

23、沉井的设计计算沉井的设计计算 刃脚向内挠曲的计算刃脚向内挠曲的计算 沉井下沉到设计标高沉井下沉到设计标高 刃脚下的土掏空且未浇筑混凝土刃脚下的土掏空且未浇筑混凝土 井壁外侧作用最大的水、土压力井壁外侧作用最大的水、土压力 忽略刃脚自重和土的摩阻力影响忽略刃脚自重和土的摩阻力影响 各水平外力应乘以分配系数各水平外力应乘以分配系数 5.4 5.4 沉井的设计计算沉井的设计计算 计算要点计算要点 刃脚水平受力分析刃脚水平受力分析 计算要点计算要点 计算图式为一闭合的水平框架计算图式为一闭合的水平框架 沉井下沉到设计标高沉井下沉到设计标高 刃脚下的土掏空且未浇筑混凝土刃脚下的土掏空且未浇筑混凝土 框架

24、上的力等于作用在刃脚上的框架上的力等于作用在刃脚上的 水平力乘以分配系数水平力乘以分配系数 5.4 5.4 沉井的设计计算沉井的设计计算 井壁计算井壁计算 竖向挠曲计算竖向挠曲计算 5.4 5.4 沉井的设计计算沉井的设计计算 排水挖土下沉排水挖土下沉 5.4 5.4 沉井的设计计算沉井的设计计算 不排水挖土下不排水挖土下 沉沉 5.4 5.4 沉井的设计计算沉井的设计计算 井壁竖向拉力计算井壁竖向拉力计算 由竖向力平衡方程有由竖向力平衡方程有 假设该等截面沉井自重为假设该等截面沉井自重为G，沉井入土深度为，沉井入土深度为h, U为井壁为井壁 周长，周长， 为地面处井壁单位摩阻力，为地面处井壁

25、单位摩阻力， 为距刃脚底为距刃脚底x处的摩阻力处的摩阻力 x hUG 2 1 hU G2 距离刃脚底距离刃脚底x x处的拉力为处的拉力为 2 2 2h Gx h Gx xU h Gx S x x 0 dx dSx 0 2 2 h Gx h G 4/ 2/ max GS hx 5.4 5.4 沉井的设计计算沉井的设计计算 井壁水平受力井壁水平受力分析分析 5.4 5.4 沉井的设计计算沉井的设计计算 封底混凝土厚度计算封底混凝土厚度计算 封底混凝土看作支撑在凹槽，封底混凝土看作支撑在凹槽， 按周边支撑的双向板或圆板按周边支撑的双向板或圆板 计算计算 封底混凝土按受剪计算：封封底混凝土按受剪计算：

26、封 底混凝土在井孔范围内荷载底混凝土在井孔范围内荷载 作用下，有沿刃脚斜面高度作用下，有沿刃脚斜面高度 截面剪断的可能截面剪断的可能 封底混凝土封底混凝土剪应力剪应力计算图计算图 5.4 5.4 沉井的设计计算沉井的设计计算 顶盖内力计算顶盖内力计算 5.4 5.4 沉井的设计计算沉井的设计计算 5.1 5.1 天然地基上深基础的修筑方法天然地基上深基础的修筑方法 5.2 5.2 沉井的类型和构造沉井的类型和构造 5.3 5.3 沉井的施工方法沉井的施工方法 5.4 5.4 沉井的设计计算沉井的设计计算 主主 要要 内内 容容 5.2 5.2 沉井的类型及构造沉井的类型及构造 4 4 井孔设置及大小井孔设置及大小 设置目的：排土设置目的：排土 平面尺寸：挖土机具能顺利通过，对称布置平面尺寸：挖土机具能顺利通过，对称布置 设置方式设置方式: : 单孔、双孔及多孔单孔、双孔及多孔