市政管道施工技术之沉井施工（PPT共53）

沉井基础沉井平面长69米，宽51米，下沉深度度为58米，体积20.4万立方米,列世界最大沉沉井。(列世界第２的的美国费雷泽诺桥的沉井体积为为15万立方米)§9.1概述一、认识沉井井江阴长江公路路大桥北锚沉沉井1.工程应用大型钢壳沉井井

过黄浦江倒虹虹管沉井宝山钢铁厂取取水泵房工程程

应用范围桥墩、锚碇、、矿用竖井、、地下泵房、、水池、油库库、地下设备备基础、盾构构隧道、顶管管的工作井和和接收井等。。依靠自身重力力克服井壁摩摩阻力后下沉沉到设计标高高，然后经过过混凝土封底底并填塞孔，，最后成为结结构物基础的的井筒状结构构。2.沉井的定义3.沉井基础的特特点(1)埋置深度大，，整体性强、、稳定性好，，承载面积大大，承载力高高(垂直与水平)；(2)既可作基础，，又可作施工工时的挡土和和挡水围堰结结构物；(3)施工时对邻近近建筑物影响响较小；(4)内部空间可进进一步利用。。4.沉井的缺点(1)施工工期较长长；(2)施工技术要求求高；(3)施工中易发生生流砂造成沉沉井倾斜或下下沉困难等。。二、沉井的构构造1.沉井的截面形形式平面形形状有有：圆形、矩矩形、圆端形形等井孔的布置方方式有：单孔孔、双孔、多多孔。①井壁厚度0.4～1.2m；承受水土压力力。②刃脚宽度10～20cm，高度约1.5m（湿封底）或或0.6m（干封底），，内侧倾角45～60；冲切硬土，，减小端部阻阻力。③内隔墙厚度约0.5m，底面高出井井壁刃脚踏面面0.5～1m，增加沉井刚度度、改善井壁壁受力条件、、挖土均衡，，便于纠偏。。④井孔宽度（直径））不宜小于3m，挖土、排土场场所和通道。。⑤井壁凹槽槽高约1.0m，深度0.15~0.25m，增加封底混凝凝土、底版与与井壁连接。。⑥预埋射水管下沉困难时减减阻。⑦封底（底板））沉井下沉到设设计标高，经经检验和坑底底清理后浇注注的混凝土底底版。分为干干封和湿封（（水下浇灌混混凝土）两种种。2.沉井的构造3.设计计算的主主要构件a）直壁式b）台级式刃脚井壁底梁和框架当不能设置内内隔墙而沉井井又较大时，，常常在沉井底部增设底底梁或因沉井井过高，常常常在沉井不同同高度处设置纵纵横梁构成框架结构。§9.2沉井的施工分旱地施工沉沉井与水上施工沉井井两种情况旱地沉井工序序：就地制造→挖土下沉→孔底清查→封底→充填井孔以及及浇注顶板。。水上沉井工序序：水深3m~4m以内且流速不不大时水上筑岛→岛岛上制造→挖土下沉→孔底清查→封底→充填井孔以及及浇注顶板。。水较深或流速速较大时岸边制造→牵牵引滑移或起起吊就位→挖挖土下沉→孔孔底清查→封封底→充填填井孔以及浇浇注顶板。旱地沉井施工工过程图

大型沉井下沉沉施工中水上沉井施工工过程图深圳水库钢壳壳沉井施工

沉井基础一、组成及作用沉井基础是一种竖直的的筒形结构，，常用混凝土土、钢筋混凝凝土或砖石等等制成。通过在井内挖挖土，使筒体体在自重作用用下克服井壁壁摩阻力下沉沉至设计高程程，经混凝土土封底填塞井井孔后，使整整个筒体成为为一个支墩。沉井基础二、特点(1)埋深大；(2)整体性好；(3)承载力高；(4)对邻近建筑物物影响小；(5)充分利用地下下空间等特点点；(6)施工时具有挡挡水或挡土等等作用；但施工工期较长，沉井下下沉遇障或遇遇流砂等都会会给施工带来来困难。沉井基础三、应用工程中，遇到到下列情情况时时考虑采采用沉沉井基基础：：（1）荷载较较大，，表层层地基基土的的承载载力小小，在在一定定深度度有较较好持持力层层；（2）在河流流中，，虽土土质较较好，，但冲冲刷大大或有有较大大卵石石，不不便桩桩基施施工；；（3）岩层表表面较较平坦坦且覆覆盖层层较薄薄但河河水深深，采采用扩扩大基基础施施工围围堰有有困难难。（4）在已有有的浅浅基础础邻近近修建建深埋埋的设设备基基础时时，为为避免免基坑坑开挖挖对已已有的的基础础产生生影响响等情情况。。沉井基基础四、沉井的的分类类1.按沉井井的形形状按沉井井的平平面形形状，，常用用的沉沉井形形状有有：圆圆形、、圆端形形、矩矩形及及单孔孔、多多孔沉沉井；；按沉沉井的的剖面面形状状可分为为：（1）外壁壁垂直直无阶阶式；；（2）有阶阶式和和外壁壁倾斜斜式沉井基基础2.按沉井井的建建筑材材料，，沉井井可分分为：：（1）混凝凝土沉沉井；；（2）钢筋筋混凝凝土沉沉井；；（3）钢沉沉井；；（4）砖沉沉井等等。沉井基基础3.按沉井井的施施工方方法，，沉井井可分分为：：(1)一般沉沉井是是指就就地制制造并并下沉沉的沉沉井;(2)浮运沉沉井是是在深深水地地区筑筑岛有有困难难或有有碍通航时时，可可在岸岸边制制作沉沉井，，再浮浮运就就位后下沉沉的沉沉井。。沉井基基础五、沉井基基础的的基本本构造造沉井的的轮廓廓尺寸寸其上上部的的墩（（台））底部部的形形状尺寸寸决定定，其其长、、短边边之比比应不不大于于3。沉井顶顶面的的尺寸寸通常常为墩墩（台台）底底部再再加0.2m～0.4m的襟边边宽度度；沉井高高度则则由上上部结结构、、水文文地质质和土土层承承载力等等决定定，高高的沉沉井要要分节节制作作下沉沉，底底节沉井的的高度度不宜宜过高高。沉井基基础沉井基基础盖板井壁凹槽刃脚封底隔墙沉井基基础六、沉井下下沉过过程中中可能能遇到到的问问题及及处理理方法法沉井在在下沉过过程中中可能出出现的的问题题主要要有两两类:(1)下沉不不均匀匀发生生倾斜斜和位位置偏偏移；；(2)下沉困困难。。发生偏斜的原因因大致致有这这几种种：(1)土质软软硬不不均匀匀;(2)挖土不不对称称;(3)刃脚处处有障障碍物物未予予清除除;(4)一侧出出现流流砂而而未得得到控控制等等。沉井基基础沉井基础纠偏的方法法是：(1)在沉井下沉沉多的一侧侧回填砂石石，以阻止止继续下沉，在高的的一侧集中中挖土;(2)在高的一侧侧配加重物物，以加速速该侧下沉沉；如有必要，还可可在沉井顶顶部施加水水平力来帮帮助纠偏。。(3)如遇中心位位置偏移，，则应先人人为造成沉沉井倾斜，再均匀匀取土，使使之倾斜下下沉，直到到沉井中心心线到达设计位位置后，再再行纠偏扶扶正。沉井基础克服下沉困困难主要可可以从两方方面着手：：(1)增加沉井重重量：提前浇筑筑上一节沉沉井；在沉沉井顶部加压；在在保证不发发生流砂的的前提下，，抽取井内内的水，以减小小浮力。（2)减小井壁的的摩阻力：尽力将井井壁外侧制制作光滑平平整；将井壁壁设计成台台阶式；设设置管道，，利用高压压空气或水的喷射射能量来减减小摩擦；；从管道中中喷出触变变泥浆，形成泥泥浆套。井壁是沉井井基础的主主体部分，，它需挡水水、挡土，并承受受多种荷载载的作用，，而且还需需要有一定的重量量以便下沉沉。常用的厚度度为0.5～1.5m；混凝土的的强度等级级不低于C15。井壁沉井基础刃脚的作用用是沉井在自重的作作用下易于于切土下沉。。其底面（踏踏面）宽度一般为0.1～0.2m,刃脚处采用用钢筋混凝凝土制作，混混凝土强度度等级宜在C20及上。刃脚沉井基础凹槽设置于于沉井下部部接近刃脚脚处，其作作用是使封底底混凝土嵌嵌入井壁而而形成一个个整体，以便封封底混凝土土底面的反反力能更好好的传给井壁。。凹槽槽深约约0.15～0.2m，高约1.0m。凹槽沉井基础隔墙是为减减小井壁的的跨距，加加强沉井的的刚度，同时便便于掌握挖挖土、控制制沉井下沉沉和纠偏设置的。隔墙厚度一一般小于井井壁，且高高于刃脚0.5m，以免防碍沉沉井下沉，，有时还在在隔墙下端端设置人孔，以便工工作人员在在井孔中活活动。隔墙沉井基础井孔中不填填料或仅填填以砂砾，，须在沉井井的顶面浇筑钢钢筋混凝土土顶盖板，，以支承墩墩（台）及上部结构构的全部荷荷载。封底是在沉沉井下沉达达到设计高高程并经清清理后以混凝土土浇筑的，，其强度等等级一般不不低于C15，（岩石地地基可用C15,一般地基用用C20），厚度应从刃刃脚下0.5m处到凹槽的的上端。板的构造要要求及计算算按承受均均布的双向板来考虑。封底和顶盖盖板沉井基础§9.3沉井的设计计与计算沉井是深基基础的一种种类型，沉沉井在施工工完毕后，，由于它本身就就是结构物物的基础，，就应按基基础的要求求进行各项项验算；但但在施工过过程中，沉井是挡土土、挡水的的结构物，因而还要要对沉井本本身进行结构设计和和计算。沉井作为整整体深基础础设计主要要是根据上上部结构特特点、荷载载大小以及及水文、地地质情况，，结合沉井井的构造要要求及施工工方法，拟拟定出沉井井的平面尺尺寸，埋置置深度，然然后进行沉沉井基础的的计算。沉井基础的的计算，根根据它的埋埋置深度可可用两种不不同的计算算方法。一、沉井作作为整体深深基础的设设计与计算算★当沉井埋置置深度在最最大冲刷线线以下较浅浅仅数米时时，这时可以不考考虑基础侧侧面土的横横向抗力影影响，而按按浅基础设设计计算规定定，分别验验算地基强度、、沉井基础础的稳定性和沉降降，使它符合容容许值的要要求；★当沉井基础础埋置深度度较大时，，由于埋置置在土体内内较深，不可忽忽略沉井周周围土体对对沉井的约约束作用，，因此在验验算地基应力力、变形及及稳定性时时，需要考考虑基础侧面土土体弹性抗力的的影响。假定沉井基基础在横向向外力作用用下只能发发生转动而而无挠曲变形。因因此，可按按刚性桩计计算内力和和土抗力，，即相当于“m”法中h2.5的情况。下面具体讨讨论这种计计算方法。。（一）非岩岩石地基上上沉井基础础的计算沉井基础受受到水平力力H及偏心竖向向力N作用。将水水平力H及偏心竖向向力N引起的力矩矩等效转换换成水平力H距离基底的作用：先讨论沉井井在水平力力H作用下的情情况，水平平力的作用用下，沉井井将围绕位位于地面下下z0深度处的A点转动一角，地面下下深度z处沉井基础础产生的水水平位移x和土的横向向抗力zx分别为：x=(z0－z)tgzx=xCz=mz(z0－z)tg式中z0——转动中心A离地面的距距离；土的横向抗抗力沿深度度为二次抛抛物线变化化。基础底面处处的压应力力，考虑到到该水平面面上的竖向向地基系数C0不变，故压压应力图形形与基础竖竖向位移图图相似。式中:C0不得小于10m0，d为基底宽度度或直径。ΣX＝0ΣM＝0在上述三个个公式中，，有两个未未知数z0和，要求解其其值，可建建立两个平平衡方程式式，即式中：W为基底的截截面模量。求得z0、ω（tanω），进而求求得当有竖向荷荷载N及水平力H同时作用时时，则基底底边缘处的的压应力为为：式中:A0——基础底面积积。离地面或最最大冲刷线线以下z深度处基础础截面上的的弯矩可以认为基基底不产生生水平位移移，则基础础的旋转中中心A与基底中心心相吻合，，即z0＝h。地面下z深度处产产生的水水平位移移Δx和土的横横向抗力力zx分别为Δx=(h－z)tgzx＝mzΔx＝mz(h－z)tg基底边缘缘处的竖竖向应力力为：（二）基基底嵌入入基岩内内的沉井井上述公式式中只有有一个未未知数，故只需需建立一一个弯矩矩平衡方方程便可可解出值值。由弯矩平平衡方程程ΣMA＝0便可解出出值，进一步步求得：：式中：基底边缘缘处的应应力为：：再根据ΣX＝0，可求出出嵌入处处未知的的水平阻阻力P（三）验验算基底计算算最大压压应力不不应超过过沉井底底面处地地基土的的设计承承载力[]h。即:max[]h1.基底应力力验算横向计算算zx值应小于于沉井周周围土的的极限抗抗力值。。极限抗力力值计算算方法：：当基础在在外力作作用下产产生位移移时，在在深度z处基础一一侧产生生主动土土压力强强度pa，而被挤挤压一侧侧土就受受到被动动土压力力强度pP，故其极极限抗力力，以土土压力表表达为zxpp-pa2.横向抗力力验算由朗金土土压力理理论可知知式中:为土的容容重，和c分别为内内摩擦角角和粘聚聚力。桥梁结构构中，根根据试验验知道出出现最大大的横向向抗力大大致在z=h/3和z=h处，即式中:———相应于z=h/3深度处的的土横向向抗力；；——相应于z=h深度处的的土横向向抗力；；h——基础的埋埋置深度度；基础在水水平力和和力矩作作用下，，墩台顶顶面会产产生水平位移移。由地面处处的水平平位移z0tg，地面到到墩台顶顶范围h2内的水平平位移h2tg，在h2范围内墩墩台身弹弹性挠曲曲变形引引起的墩墩台顶水水平位移移0，三部分分组成。。=(z0+h2)tg+01—取决于上上部结构构形式的的系数，，一般1=1，对于拱桥桥1=0.7；2—考虑恒载载对基础础底面重重心所产产生的弯弯矩Mg在总弯矩矩M中所占百百分比的的系数，，即3.墩台顶面面水平位位移验算算现行桥梁梁规范中中规定：：墩台顶顶面的水水平位移移应符合下下列要求求：式中：L—相邻跨中中最小跨跨的跨度度(m)，当跨度L<25m时，L按25m计算。考虑到转转角一般般均很小小，可令令tg=。如果沉沉井基底嵌入基基岩内，，z0＝h。在确定沉沉井主体体尺寸后后，即可可算出沉沉井自重重，验算算在沉井井施工下下沉时，，保证在在自重作作用下克克服井壁壁摩阻力力Rf而顺利下下沉，亦亦即下沉沉系数K1应为：式中:G——沉井在各各种施工工阶段时时的总自自重，kN；B——下沉过程程中地下下水的总总浮力，，kN；Rf——井壁总摩摩阻力，，kN；沉井是一种预预制构件，在在施工过程中中受到各种外外力的作用，沉井结结构强度必须须满足各阶段段最不利受力情况的要求求，沉井结构构在施工过程程中应主要进行下列验算算。二、沉井的结结构设计（一）下沉系系数K1、下沉稳定系系数K1’和抗浮安全系