沉井法施工概述

东南大学学远程教教育地下结结构构工程程主讲教师师：穆穆保岗岗第08章章第8章沉沉井基础础8.1概述8.1.1沉井基础础的特点点及其应应用范围围是以沉井法施施工的地地下结构构物和深深基础的一种型型式。先在地表制作作成一个井井筒状的的结构物物（沉井井），然然后在井井壁的围围护下通通过从井内不断挖土，使沉井井在自重重作用下下逐渐下沉沉，达到预预定设计计标高后后，再进进行封底，构筑内部结构构。广泛应用用于桥梁、烟烟囱、水水塔的基础；；水泵房、、地下油油库、水水池竖井井等深井井构筑物物和盾构构或顶管管的工作井。技术上比较稳妥妥可靠，，挖土量量少，对对邻近建建筑物的的影响比比较小，，沉井基础础埋置较较深，稳定性性好，能能支承较较大的荷荷载。8.1.2沉井的分分类（1）按下沉环境境可分为陆陆地沉井井（包括括在浅水水中先筑筑岛制作作的沉井井）和浮浮运沉井井；（2）按沉井构造造形式可分为独独立沉井井和连续续沉井；；（3）按沉井平面面形式可分为圆圆形、椭椭圆形、、正方形形、矩形形和多边边形等；；也可分分为单孔孔和多孔孔沉井（（见图8-1）；（4）按沉井制作作材料可分为混混凝土、、钢筋混混凝土、、钢、砖砖、石以以及组合合式沉井井等。沉井按平平面形式式分类a—圆形单孔孔沉井；；b—正方形单单孔沉井井；c—矩形单孔孔沉井；；d—矩形双孔孔沉井；；e—椭圆形双双孔沉井井；f—矩形多孔孔沉井8.1.3沉井的设设计原则则结构简单对称称，受力合理，施工方便。沉井的长短边之之比越小越好好，以保保证下沉沉时的稳稳定性。。一般沉井井应分节制作作，每节高高度不宜宜大于5m。沉井底节节高度应满足拆拆除支承承时沉井井纵向抗抗弯要求求之外，，在松软软土层中中下沉的的沉井，，底节高高度不宜宜大于0.8b。8.1.4沉井的施施工步骤骤沉井施工工步骤示示意图8.2沉井构造造沉井组成成：刃脚、井壁、内隔墙、、取土井、、凹槽、封底、顶板1）沉井刃脚：作用在于于减少沉沉井下沉沉阻力a—混凝土刃刃脚；b—设角钢的的刃脚；；c—尖刃脚2）井壁主要承担担井外水水土压力力和自重重的部分分设计时通通常先假假定井壁壁厚度再再进行承承载力验验算；；井壁厚度度一般为0.8~1.5m；a）、（b）竖直的；；（c）、（d）台阶形的的；（e）锥形的；；（f）倒锥形的的图8-5沉井外壁壁的形式式3）内隔墙加强沉井井刚度、缩小外外壁计算算跨度，，同时又又将沉井井分成多多个取土土井，便便于掌握握挖土位位置以控控制下沉沉的方向向；内隔墙的的间距一一般不大大于5~6m，厚度一一般为0.5~1.0m。一般要求求隔墙底底高出刃刃脚底面面0.5~1.0m。4）取土井位置：取取土井的的平面布布置应与与中轴线线对称，，以利于于沉井均均匀下沉沉；大小：由由取土方方法而定定，采用用挖土斗斗取土时时，应能能使挖土土斗自由由升降，，最小边边长不宜宜小于2.5m。处理：以素混凝凝土、片片石混凝凝土或砌砌片填充充。5）凹槽为了封底混凝土土嵌入井壁壁，形成整整体，使传至沉沉井壁上的的力能更好好地传递给给封底混凝凝土底面。。遇到意外困难，还可可在凹槽处处浇筑钢筋筋混凝土盖盖板，将沉沉井改为沉沉箱。尺寸：凹槽槽深约0.15~0.25m，高约1.0m左右，其距距刃脚底面面一般在1.5m以上。6）射水管组组、探测管管、气管和和压浆管射水管组：压入高压压水把井壁壁四周的土土冲松，以以减少摩擦擦力和端部部阻力。高压水水压压一般不小小于0.6MPa，每一水管管的排水量量不小于200L/min；探测管：探测刃脚和和隔墙底面面下的泥面面标高，清清基射水或或破坏沉井井正面土层层以利下沉沉；气管：空气幕下沉沉沉井；压浆管：埋设压浆管管7）封底渗水率小于6mm/min时，排干水水后用C15或C20普通混凝土土浇筑；当井中的渗渗水率大于于6mm/min时，宜采用用导管法浇浇注C20级水下混凝凝土封底。。厚度按其承承载力条件件计算确定定，一般其其顶面应高高出凹槽0.5m。8）顶板以混凝土填心的沉井可用用素混凝土土顶板；空心或以其他松松散料填心心的沉井需需用钢筋混混凝土顶板板，厚度一一般为1.0~2.0m；排水下沉的的沉井，其顶面在在地面或水水位以下时时，应设挡挡土防水墙墙连接在井井壁的顶部部。8.3沉井结构设设计计算8.3.1下沉系数计算验算沉井自自重是否能能克服下沉沉时土的摩摩阻力，，用下沉系系数k表示：表8-1沉井井壁与与土体之间间的摩阻力力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)25~5012~2518~3015~2010~123~5摩擦力分布布假定从地表表到5m深度范围内内，单位摩摩阻力按直直线规律由由零增加至至最大值；；超过深度5m以后取常数数值8.3.2沉井底节验验算刃脚下的支支承位置不不断在变变，三种情情况：1）在排水或无无水情况下下沉沉井井2）对于不排水下沉沉的沉井（1）假定底节节沉井仅支支承于长边边的中点（（2）假定底节节沉井支承承于短边的的两端点本讲要点了解沉井构构造；掌握下沉系系数计算。沉井底节验验算8.3.3沉井井壁计算沉井井壁应应进行竖直和水平平两个方向向的内力计算算。1）竖直方向在沉井的下下沉过程中中，当沉井井被四周土土体箝固着着而刃脚下下的土已被被掏空时，，应验算井井壁接缝处处的竖向拉应力力。接缝处：混凝土不承承受拉应力力而由接缝缝处的钢筋筋承受，此时钢筋的的抗拉安全全系数可采采用1.25；同时并须须验算钢筋筋的锚固长长度。井壁摩阻力力可假定沿沉沉井全高按按倒三角形形分布，即即在刃脚底底面处为零零，在地面面处为最大大，此时最最危险的截截面在沉井井入土深度度的1/2处沉井外侧直直立时的井井壁

受拉拉计算图按《公路桥涵地地基与基础础设计规范范》，最大竖向向拉力Plmax为此时沉井井全部重力力G的1/4，即实际工程中中，沉井被卡住住较为常见，，也出现过过被拉裂的的沉井。。验算建议值值表8-2沉井竖向拉拉力计算及及其最小配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0.30G0.25G0.20G2）水平方向向根据排水或或不排水的的情况，沉沉井井壁在在水压力和和土压力等等水平荷载载作用下，，应作为水水平框架验验算其水平平方向的挠挠曲。（1）验算刃脚根部以以上，其高高度等于该该处井壁厚厚度t的一段井壁壁，依此设置置该段的水水平钢筋。。计算简图Q——由刃脚传来来的剪力，，其值等于于求算刃脚竖直直外力时分分配于悬臂臂梁上的水水平力（kN/m）。（2）其余各段井井壁的计算，可可按井壁断断面的变化化,取每一段中中控制设计计的井壁（（位于每一段最下下端的单位位高度）进行计算算。上部井段按按照作用在水平平框架上的的均布荷载载q=W+E。然后用同同样的计算算方法，求求得水平框框架的最大大弯矩M、轴向压力力N、剪力Q，并据此设设计水平钢钢筋。8.3.4沉井刃脚验验算沉井刃脚部部分可分别别作为悬臂或或水平框架架验算其竖向向及水平向向的弯曲强强度。1）按悬臂梁梁计算刃脚脚竖直方向向的挠曲强强度此时，刃脚根部可可以认为与与井壁嵌固固，刃脚高度作作为悬臂长长度，并可根据据以下两种种不利情况况分别计算算：（1）当沉井下下沉途中，，刃脚内侧已已切入土中中深约1m;①沿井壁的水水平方向取取一个单位位宽度，计计算作用在在刃脚上的的土压力E和水压力W。②作用在井壁壁单位宽度度上的摩阻阻力T，取其最小值值③刃脚下单位位宽度上土土的垂直反反力刃脚斜面上上的土反力力联立方程式式即可求得得V1和V2。④作用在刃脚脚斜面上的的水平反力力U可按下式计计算：U的作用点在在距刃脚底底面1/3高处。⑤刃脚重力g按下式计算算：⑥求得作用在在刃脚上的所所有外力的的大小、方方向和作用用点之后，，即可求算刃刃脚根部处处截面上每每单位周长长内（井壁壁）的轴向向压力N、水平剪力力Q及对截面重重心轴的弯弯矩M。并据此计计算在刃脚脚内侧的钢筋筋（竖直））数量。（2）当沉井已沉沉到设计标标高，刃脚脚下的土已已被掏空，，这时刃脚脚处于向内内挠曲的不不利情况，，①计算刃脚外外侧的土压压力和水压压力。②由于刃脚下下的土已被被掏空，故故刃脚下的的垂直反力Rv和刃脚斜面面水平反力力U等于零③作用在井壁壁外侧的摩摩阻力T④刃脚计算时时重力g与前面相同同⑤计算在刃脚脚外侧的钢钢筋（竖直直）数量2）按封闭的的水平框架架计算刃脚脚水平方向向的挠曲强强度作用在刃脚脚侧面上的的水平外力力将由悬臂臂梁和框架架来共同承承担。分配系数公公式如:悬臂作用:框架作用:本讲要点掌握:沉井井壁计算沉井刃脚验算8.3.5沉井封底计计算封底混凝土土在基底反反力作用下下，将其当当作支承于于刃脚斜面面及隔墙上上的周边支承板板考虑；支承情况（简支或嵌嵌固）和计算强度在设计中应应视具体情情况而定。。1）规定（1）封底混凝凝土应承受受基底水和土土的向上反力力，此时混混凝土的龄龄期不足，，应降低容许许应力；（2）混凝土填填实时，计计入井孔内内填充物的的重力；（3）封底混凝凝土的厚度度，一般不不宜小于1.5D；2）干封底及及有关计算算（a）下有足够厚厚粘土层；；（b）待底板达到到足够强度度后方停止止降水沉井可干封封底的情况况（1）沉井刃脚脚停留在不不透水粘土土层中；不透水粘土土层的厚度度：A——沉井底部面面积（m2）；——土的有效重重度（即浮浮重度）（（kN/m3）；——刃脚下面不不透水粘土土层厚度（（m）；c——粘土的粘聚聚力（kPa）；U——沉井刃脚踏踏面内壁周周长（m）；（2）在沉井内设设吸水鼓并有良好滤滤层的情况况下降水，，一直降到到钢筋混凝土土底板足够承担地地下水回升升后的水土土压力，方方可拆除并并封闭降水水管，在这这种情况下下，可采用干封封底。3）水下封底底混凝土的的厚度计算算封底要求是是：（1）按最不利情况况混凝土厚度度：即在在沉井封底底后，将井井内水排干干，在钢筋筋混凝土底底板尚未施施工前。。（2）水下封底底混凝土最最好不让其中出现拉应力力。分配线相相交于素混混凝土封底底上，可以以认为不承承受拉应力力。中央锅底挖挖深可形成成倒拱。若出现拉应应力，计算算方法：注意计算跨跨度；①周边简支支支承的圆板板在承受均均匀荷载时时，可计算算板中心的的最大弯矩矩值：②周边简支支承的双向板在在承受均布布荷载时，，计算跨中中弯矩Mx和My：简支支承双双向板计算算简图③求出弯矩值值后，封底底混凝土的的厚度——考虑封底混混凝土因与与井底泥土土掺混需要要增加的厚度度，宜取0.3~0.5m；若基底采采取铺块石石或碎石灌灌浆抹平处处理后再封封底，可不考虑此此增加值。。④封底混凝土土剪应力计计算应加大封底底混凝土的的抗剪面积。如在井壁和和隔墙内设设置凹槽等等。8.3.6沉井底板计计算1）底板荷载载计算A：沉井结构的的最大自重重除以沉井井外围底面积的商商，不计井井壁侧面摩摩阻力。B：假定水压压力全部由由钢筋混凝凝土底板承承受。土反力和水水压力中数值较大者者2）沉井底板板内力计算算内力可按单单跨或多跨跨板计算;边界