沉井演示完整实用教案

1、第8章 沉井(chn jn)基础 8.1 概述 8.1.1 沉井基础的特点及其应用范围 是以沉井法施工的地下结构物和深基础的一种(y zhn)型式。 先在地表制作成一个井筒状的结构物（沉井），然后在井壁的围护下通过从井内不断挖土，使沉井在自重作用下逐渐下沉，达到预定设计标高后，再进行封底，构筑内部结构。第1页/共59页第一页，共60页。 广泛应用于桥梁、烟囱、水塔(shut)的基础； 水泵房、地下油库、水池竖井等深井构筑物和盾构或顶管的工作井 。 技术上比较稳妥可靠，挖土量少，对邻近建筑物的影响比较小，沉井基础埋置较深，稳定性好，能支承较大的荷载。 第2页/共59页第二页，共60页。8.1.2

2、 沉井(chn jn)的分类 （1）按下沉环境可分为陆地沉井(chn jn)（包括在浅水中先筑岛制作的沉井(chn jn)）和浮运沉井(chn jn)； （2）按沉井(chn jn)构造形式可分为独立沉井(chn jn)和连续沉井(chn jn) ； （3）按沉井(chn jn)平面形式可分为圆形、椭圆形、正方形、矩形和多边形等；也可分为单孔和多孔沉井(chn jn)（见图8-1）； （4）按沉井(chn jn)制作材料可分为混凝土、钢筋混凝土、钢、砖、石以及组合式沉井(chn jn)等。第3页/共59页第三页，共60页。 沉井按平面(pngmin)形式分类a圆形单孔沉井(chn jn)；b正

3、方形单孔沉井(chn jn)；c矩形单孔沉井(chn jn)；d矩形双孔沉井(chn jn)；e椭圆形双孔沉井(chn jn)；f矩形多孔沉井(chn jn)第4页/共59页第四页，共60页。8.1.3 沉井的设计(shj)原则 结构简单对称，受力合理，施工(sh gng)方便。 沉井的长短边之比越小越好，以保证下沉时的稳定性。 一般沉井应分节制作，每节高度不宜大于5m。 沉井底节高度应满足拆除支承时沉井纵向抗弯要求之外，在松软土层中下沉的沉井，底节高度不宜大于0.8b 。第5页/共59页第五页，共60页。8.1.4 沉井(chn jn)的施工步骤 沉井施工(sh gng)步骤示意图 第6页/

4、共59页第六页，共60页。8.2 沉井(chn jn)构造 沉井组成： 刃脚、 井壁、 内隔墙、 取土井、 凹槽、 封底(fngd)、 顶板 第7页/共59页第七页，共60页。1）沉井刃脚：作用在于(ziy)减少沉井下沉阻力 a混凝土刃脚；b设角钢(jiogng)的刃脚；c尖刃脚第8页/共59页第八页，共60页。2）井壁主要(zhyo)承担井外水土压力和自重的部分 设计时通常先假定井壁厚度再进行(jnxng)承载力验算 ； 井壁厚度 一般为0.81.5m； a）、（b）竖直的；（c）、（d）台阶形的；（e）锥形的；（f）倒锥形的图8-5 沉井(chn jn)外壁的形式第9页/共59页第九页，共

5、60页。3）内隔墙( qin) 加强沉井刚度、缩小外壁计算跨度，同时又将沉井分成多个取土井，便于掌握挖土位置以控制(kngzh)下沉的方向 ； 内隔墙的间距一般不大于56m，厚度一般为0.51.0m。 一般要求隔墙底高出刃脚底面0.51.0m。 第10页/共59页第十页，共60页。4）取土井 位置：取土井的平面布置应与中轴线对称，以利于沉井均匀下沉； 大小(dxio)：由取土方法而定，采用挖土斗取土时，应能使挖土斗自由升降，最小边长不宜小于2.5m。 处理：以素混凝土、片石混凝土或砌片填充。 第11页/共59页第十一页，共60页。5）凹槽 为了封底混凝土嵌入井壁，形成整体，使传至沉井壁上的力能

6、更好地传递给封底混凝土底面。 遇到意外困难(kn nn)，还可在凹槽处浇筑钢筋混凝土盖板，将沉井改为沉箱。 尺寸：凹槽深约0.150.25m，高约1.0m左右，其距刃脚底面一般在1.5m以上。 第12页/共59页第十二页，共60页。 6）射水管组、探测(tnc)管、气管和压浆管 射水管组：压入高压水把井壁四周的土冲松，以减少摩擦力和端部阻力。 高压水水压一般不小于0.6MPa，每一水管的排水量不小于200L/min； 探测管：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； 气管(qgun)：空气幕下沉沉井 ； 压浆管：埋设压浆管 第13页/共59页第十三页，共60页。7）

7、封底(fngd) 渗水(shn shu)率小于6mm/min时，排干水后用C15或C20普通混凝土浇筑； 当井中的渗水(shn shu)率大于6mm/min时，宜采用导管法浇注C20级水下混凝土封底。 厚度按其承载力条件计算确定，一般其顶面应高出凹槽0.5m。 第14页/共59页第十四页，共60页。8）顶板(dngbn) 以混凝土填心的沉井可用素混凝土顶板； 空心或以其他松散料填心的沉井需用钢筋混凝土顶板，厚度一般为1.02.0m ； 排水下沉的沉井，其顶面在地面或水位以下时，应设挡土防水(fn shu)墙连接在井壁的顶部。 第15页/共59页第十五页，共60页。8.3 沉井(chn jn)结

8、构设计计算 8.3.1 下沉系数计算 验算沉井(chn jn)自重是否能克服下沉时土的摩阻力 ，用下沉系数k表示 ：25. 115. 1/RGkiiiRfuh表8-1 沉井(chn jn)井壁与土体之间的摩阻力f（kPa）土的种类粘性土砂性土砂卵石砂砾石软土泥浆套f(kPa)2550122518301520101235第16页/共59页第十六页，共60页。摩擦力分布(fnb) 假定从地表(dbio)到5m深度范围内，单位摩阻力按直线规律由零增加至最大值； 超过深度5m以后取常数值 第17页/共59页第十七页，共60页。8.3.2 沉井(chn jn)底节验算 刃脚下的支承位置 不断在变，三种情

9、况： 1）在排水或无水情况下下沉(xi chn)沉井 第18页/共59页第十八页，共60页。2）对于(duy)不排水下沉的沉井 （1）假定底节沉井仅支承于长边的中点(zhn din)（2）假定底节沉井支承于短边的两端点 第19页/共59页第十九页，共60页。本讲要点(yodin) 了解沉井(chn jn)构造； 掌握下沉系数计算。 沉井(chn jn)底节验算第20页/共59页第二十页，共60页。8.3.3 沉井(chn jn)井壁计算 沉井井壁应进行竖直和水平两个方向的内力(nil)计算。 1）竖直方向 在沉井的下沉过程中，当沉井被四周土体箝固着而刃脚下的土已被掏空时，应验算井壁接缝处的竖向

10、拉应力。 第21页/共59页第二十一页，共60页。 接缝处：混凝土不承受拉应力而由接缝处的钢筋承受，此时钢筋的抗拉安全系数可采用1.25；同时并须验算钢筋的锚固长度。 井壁摩阻力可假定沿沉井全高按倒三角形分布，即在刃脚底面处为零，在地面处为最大，此时最危险(wixin)的截面在沉井入土深度的1/2处 第22页/共59页第二十二页，共60页。沉井外侧(wi c)直立时的井壁受拉计算图第23页/共59页第二十三页，共60页。 按公路桥涵地基(dj)与基础设计规范，最大竖向拉力Plmax为此时沉井全部重力G的1/4，即 实际工程中，沉井被卡住较为常见，也出现过被拉裂的沉井 。4/maxGPl第24页

11、/共59页第二十四页，共60页。 验算(yn sun)建议值 表8-2 沉井(chn jn)竖向拉力计算及其最小配筋率沉井施工状态沉井结构或受其影响建筑物的安全等级与拉力计算取值纵向钢筋最小构造配筋率一级二级三级钢筋混凝土最小配筋率不宜于少0.1%；少筋混凝土不宜少于0.05%排水下沉0.50G0.30G0.25G不排水下沉0.40G0.25G0.20G泥浆套中下沉0.30G0.25G0.20G第25页/共59页第二十五页，共60页。2）水平(shupng)方向 根据排水或不排水的情况，沉井井壁在水压力和土压力等水平荷载作用下，应作为水平框架验算其水平方向(fngxing)的挠曲。 （1）验算

12、刃脚根部以上，其高度等于该处井壁厚度t的一段井壁，依此设置该段的水平钢筋。 第26页/共59页第二十六页，共60页。计算(j sun)简图QEWqtWWW2 tEEE2 Q由刃脚传来的剪力，其值等于(dngy)求算刃脚竖直外力时分配于悬臂梁上的水平力（kN/m）。whWwhW 32tWWWW 32tEEEE 第27页/共59页第二十七页，共60页。 （2）其余各段井壁的计算，可按井壁断面的变化,取每一段中控制设计的井壁（位于每一段最下端的单位高度）进行计算。 上部井段按照作用在水平框架(kun ji)上的均布荷载q=W+E。然后用同样的计算方法，求得水平框架(kun ji)的最大弯矩M、轴向压

13、力N、剪力Q，并据此设计水平钢筋。第28页/共59页第二十八页，共60页。8.3.4 沉井(chn jn)刃脚验算 沉井刃脚部分可分别作为悬臂或水平框架验算(yn sun)其竖向及水平向的弯曲强度。第29页/共59页第二十九页，共60页。1）按悬臂梁计算刃脚竖直方向的挠曲(no q)强度 此时，刃脚根部可以认为与井壁嵌固，刃脚高度作为悬臂长度，并可根据以下(yxi)两种不利情况分别计算： （1）当沉井下沉途中，刃脚内侧已切入土中深约1m; 第30页/共59页第三十页，共60页。 沿井壁的水平方向取一个(y )单位宽度，计算作用在刃脚上的土压力E和水压力W。 作用在井壁单位宽度上的摩阻力T，取其

14、最小值 EEET5 . 0tgAT第31页/共59页第三十一页，共60页。 刃脚下单位宽度(kund)上土的垂直反力 TGRv第32页/共59页第三十二页，共60页。刃脚斜面(ximin)上的土反力 21VVRvbabaVV22121hatb联立方程(lin l fn chn)式即可求得V1和V2。 第33页/共59页第三十三页，共60页。作用(zuyng)在刃脚斜面上的水平反力U可按下式计算：U的作用点在距刃脚底( jio d)面1/3高处。)(tg2VU第34页/共59页第三十四页，共60页。刃脚重力(zhngl)g按下式计算： 求得作用在刃脚上的所有外力(wil)的大小、方向和作用点之后

15、，即可求算刃脚根部处截面上每单位周长内（井壁）的轴向压力N、水平剪力Q及对截面重心轴的弯矩M。并据此计算在刃脚内侧的钢筋（竖直）数量。 2athgh第35页/共59页第三十五页，共60页。（2）当沉井已沉到设计标高，刃脚下的土已被掏空，这时刃脚处于(chy)向内挠曲的不利情况， 计算刃脚外侧的土压力和水压力。 由于刃脚下的土已被掏空，故刃脚下的垂直反力Rv和刃脚斜面水平反力U等于零 作用在井壁外侧的摩阻力T 刃脚计算时重力g与前面相同 计算在刃脚外侧的钢筋(gngjn)（竖直）数量 第36页/共59页第三十六页，共60页。2）按封闭的水平框架计算(j sun)刃脚水平方向的挠曲强度21161q

16、LM 212NqL121qLQ 第37页/共59页第三十七页，共60页。 作用在刃脚侧面上的水平外力(wil)将由悬臂梁和框架来共同承担。 分配系数公式如: 悬臂作用 : 框架作用 :105. 00141441 LhL424405. 0Lhh 第38页/共59页第三十八页，共60页。本讲要点(yodin) 掌握: 沉井(chn jn)井壁计算 沉井(chn jn)刃脚验算第39页/共59页第三十九页，共60页。8.3.5 沉井封底(fngd)计算 封底混凝土在基底( j d)反力作用下，将其当作支承于刃脚斜面及隔墙上的周边支承板考虑； 支承情况（简支或嵌固）和计算强度在设计中应视具体情况而定。

17、第40页/共59页第四十页，共60页。1）规定(gudng) （1）封底混凝土应承受基底水和土的向上反力，此时混凝土的龄期不足，应降低容许应力(yngl)； （2）混凝土填实时，计入井孔内填充物的重力； （3）封底混凝土的厚度，一般不宜小于1.5D； 第41页/共59页第四十一页，共60页。2）干封底及有关(yugun)计算（a）下有足够厚粘土(zhn t)层；（b）待底板达到足够强度后方停止降水沉井可干封底的情况第42页/共59页第四十二页，共60页。（1）沉井刃脚停留(tngli)在不透水粘土层中； 不透水粘土层的厚度(hud) ： A沉井底部面积（m2）； 土的有效重度（即浮重度）（kN

18、/m3）； 刃脚下面不透水粘土层厚度(hud)（m）； c粘土的粘聚力（kPa）； U沉井刃脚踏面内壁周长（m）；wwHAcUhhAh第43页/共59页第四十三页，共60页。 （2）在沉井内设吸水鼓并有良好滤层的情况下降水，一直降到钢筋(gngjn)混凝土底板足够承担地下水回升后的水土压力，方可拆除并封闭降水管，在这种情况下，可采用干封底。第44页/共59页第四十四页，共60页。3）水下封底(fngd)混凝土的厚度计算第45页/共59页第四十五页，共60页。封底(fngd)要求是： （1）按最不利情况混凝土厚度 ：即在沉井封底后，将井内水排干，在钢筋混凝土底板尚未施工前 。 （2）水下封底混凝

19、土最好不让其中出现拉应力。分配线相交(xingjio)于素混凝土封底上，可以认为不承受拉应力。 中央锅底挖深可形成倒拱。 第46页/共59页第四十六页，共60页。若出现(chxin)拉应力，计算方法： 注意计算跨度(kud)； 周边简支支承的圆板在承受均匀荷载时，可计算板中心的最大弯矩值： 周边简支支承的双向板在承受均布荷载时，计算跨中弯矩Mx和My：222max2 . 0)6513(16)3(16prprprM2qLaMxx 2qLaMyy 第47页/共59页第四十七页，共60页。简支支承(zh chn)双向板计算简图第48页/共59页第四十八页，共60页。 求出弯矩值后，封底混凝土的厚度

20、考虑封底混凝土因与井底泥土掺混需要增加的厚度，宜取0.30.5m；若基底采取铺块石或碎石灌浆(gungjing)抹平处理后再封底，可不考虑此增加值。 utmthbfFMh5 . 3uh第49页/共59页第四十九页，共60页。封底(fngd)混凝土剪应力计算 应加大封底混凝土的抗剪面积(min j)。 如在井壁和隔墙内设置凹槽等。第50页/共59页第五十页，共60页。8.3.6 沉井(chn jn)底板计算 1）底板荷载计算 A：沉井结构( jigu)的最大自重除以沉井外围 底面积的商，不计井壁侧面摩阻力。 B：假定水压力全部由钢筋混凝土底板承受。 土反力和水压力中数值较大者 第51页/共59页

21、第五十一页，共60页。2）沉井底板内力(nil)计算 内力(nil)可按单跨或多跨板计算 ; 边界支承条件 ,根据具体情况决定 ;第52页/共59页第五十二页，共60页。8.3.7 沉井抗浮稳定(wndng)验算 可能出现的最高地下水位进行验算 ,一般的沉井(chn jn)依靠自重获得抗浮稳定。 在不计井壁摩阻力的情况下，抗浮稳定验算公式为：05. 1/BGKf第53页/共59页第五十三页，共60页。8.3.8 沉井下沉(xi chn)对周围环境的影响 1）影响范围的确定 采用(ciyng)土坡稳定计算方法乘以重要性系数 影响范围内建筑物安全等级的重要性系数 )245(tgHL第54页/共59页第五十四页，共60页。表8-4 沉井下沉影响范围(fnwi)内建筑物安全等级的重要性