基础工程学沉井工程简介及构造要求

课程团队：徐长节、胡文韬、耿大新、可文海、陈丹华基础工程学华东交通大学土木建筑学院4深基础——4.7沉井工程简介及构造要求主讲人——耿大新一、沉井的基本概念、作用及适用条件沉井的概念:是井筒状的结构物(图1)。它是以井内挖土，依靠自身重力克服井壁摩阻力后下沉到设计标高，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基础(图2)。

图1沉井下沉示意图图2沉井基础沉井的优缺点沉井的优点：埋置深度可以很大，整体性强、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；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的应用。同时，沉井施工时对邻近建筑物尤其是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。沉井的缺点：施工期较长；对粉细砂类土在井内抽水易发生流砂现象，造成沉井倾斜；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，均会给施工带来一定困难。沉井的适用条件根据经济合理、施工上可能的原则，一般在下列情况，可以采用沉井基础：

1.上部荷载较大，而表层地基土的容许承载力不足，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础相比较，经济上较为合理的。

2.在山区河流中，虽然土质较好，但冲刷大，或河中有较大卵石不便桩基础施工时。

3.岩层表面较平坦且覆盖层薄，但河水较深；采用扩大基础施工围堰有困难时。二、沉井的类型和构造沉井的分类按沉井的施工方法分类一般沉井：指就地制造下沉的沉井，这种沉井是在基础设计的位置上制造，然后挖土靠沉井自重下沉。如基础位置在水中，需先在水中筑岛，再在岛上筑井下沉。浮运沉井：在深水地区筑岛有困难或不经济，或有碍通航当河流流速不大时，可采用岸边浇筑浮运就位下沉的方法，这类沉井称为浮运沉井或浮式沉井。沉井的分类按沉井的形状分类按沉井的平面形状

常用的有圆形、圆端形和矩形等。

沉井平面形式a)单孔沉井；b)双孔沉井；c)多孔沉井根据井孔的布置方式，又有单孔、双孔及多孔的分别。沉井的分类圆形沉井：沉井在下沉过程中易控制方向；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；在侧压力作用下，井壁只受轴向力(侧压力均布时)，或稍受挠曲(侧压力非均布时)；承受水平土压力和水压力性能良好。沉井的分类矩形沉井：具有制造简单，基础受力有利的优点，常能配合墩台(或其他结构物)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。沉井的分类圆端形沉井：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。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。沉井的分类按沉井的形状分类按沉井的立面形状

主要有竖直式、倾斜式及台阶式等。采用形式应视沉井需要通过的土层性质和下沉深度而定。沉井的分类上述各类沉井的适用条件：

外壁竖直形式的沉井，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。故当土质较松软，沉井下沉深度不大，可以采用这种形式。沉井的分类上述各类沉井的适用条件：倾斜式及台阶式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斜。故在土质较密实，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，可采用这类沉井。沉井的分类上述各类沉井的适用条件：台阶式井壁的台阶宽度约为100～200mm。倾斜式的沉井井壁坡度一般为1/20～1/50，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，制造困难等缺点，故较少使用。一般沉井的构造一般沉井构造上主要由井壁、刃脚、隔墙、井孔、凹槽、射水管、封底和盖板等组成。一般沉井的构造

井壁是沉井的主要部分。它在沉井下沉过程中起挡土、挡水及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，井壁必须具有足够的强度和一定的厚度。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钢筋，以增加井壁强度。井壁厚度按下沉需要的自重，本身强度以及便于取土和清基等因素而定，一般为0.80～1.50m，为便于绑扎钢筋及浇筑混凝土，其厚度不宜小于0.4m。钢筋混凝土薄壁沉井可不受此限制。井壁的混凝土强度等级不低于C15。井壁一般沉井的构造井壁下端形如楔状的部分称为刃脚。其作用是在沉井自重作用下易于切土下沉。刃脚底面(踏面)宽度一般为0.1～0.2m，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(角钢或槽钢)加强(图5-7)，以防刃脚损坏。刃脚内侧斜面与水平面的夹角一般为45°～60°。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1.5m左右；干封底时，取0.6m左右。由于刃脚在沉井下沉过程中受力较集中，故刃脚宜采用C20以上的钢筋混凝土制成。

刃脚一般沉井的构造沉井平面尺寸较大，也即井壁跨径较大时，应在沉井内设置隔墙，以加强沉井的刚度，使井壁的挠曲应力减小，其厚度一般小于井壁。隔墙底面应高出刃脚底面0.5m以上，避免隔墙下的土顶住沉井而妨碍下沉。也可在刃脚与隔墙联结处设置埂肋加强刃脚与隔墙的连结。如为人工挖土，在隔墙下端应设置过人孔，便于工作人员井孔间往来。

隔墙一般沉井的构造井孔井孔是挖土排土的工作场所和通道。井孔尺寸应满足施工要求，宽度(直径)不宜小于3m。井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。一般沉井仆的构造凹槽设在井孔猛下端近刃形脚处，其冈作用是使封底泊混凝土揭与井壁枯有交好垄的接合葡，封底涛混凝土顺底面的骡反力更感好的传识给井壁(如井串孔全先部填供实的句实心悼沉井缘瑞也可屈不设指凹槽)。凹夸槽深环度约0.1婶5～0.2蛋5m，高约1.珠0m。凹槽一般屯沉井槐的构球造射水管当沉井下伐沉深度大栋，穿过的角土质又较脾好，估计狱下沉会产缘瑞生困难时城，可在井陶壁中预埋庙射水管组忽。射水管石应均匀督布置，旧以利于窄控制水闸压和水勇量来调秆整下沉面方向。执一般水交压不小拔于600投kPa。如呆使用泥浆润滑逆套施工方购法时，应首有预埋的举压射泥浆再管路。一般沉蕉井的构干造沉井匆沉至端设计狂标高吃进行惹清基判后，间便浇滨筑封险底混刘凝土徐。混稀凝土到达到蔽设计拔强度标后，库可从辞井孔品中抽拳干水型井填衬满混裳凝土谊或其随它圬所工材即料。脱如井符孔中沉不填丢料或烧仅填吨以砂当砾则局须在谋沉井惧顶面蕉筑钢恭筋混危凝土游盖板思。封僻底混坝凝土摆底面趣承受应地基蜘土和趟水的商反力亿，这往就要驼求封农底混豆凝土宰有一淋定的水厚度(可由应用力验算梯决定)，其厚度抬根据经验坏也可取不颤小于井孔斗最小边长危的1.纠5倍。封底毁混凝土顶必面应高出窗刃脚根部液不小于0.白5m，并浇灌彩到凹槽上心端。封底犹混凝土标熔号对岩石拣地基用C15；一幻玉般地就基用C20。盖龟板厚淡度一伏般为1.5～2.0m。井孔渗中充填国的混凝待土，其样强度等弟级不应弟低于C10。封底和盖佳板沉井基减础的施位工旱地施焰工：平整场隶地，制寒造第一丘节沉井岭、拆模污及抽垫舟、挖土萝下沉、省接高沉用井、井根顶围堰寸、地基拴检验和阶处理、虎封底、崖充填井痛孔、浇贡筑顶盖出。沉井基国础施工震分类水中胃筑岛慕施工挣：水流速不模打，水深才≤3~4m时采用，幅沙岛应高涂出施工最锹高水位0.智5m以上，在谦岛上浇筑应沉井。浮运沉井躬施工：水深筑蛇岛困难茂时采用肤，岸边戒制作，屑滑入水管中，井瞧壁为空象体可漂故浮于水艺面，就更位后灌砍注混凝垄土下沉锈至河床状。旱地舒上沉导井基狂础的迁施工1.整平场脱地桥梁墩台距位于敲旱地悬时，遗沉井内可就眠地制劈燕造、词挖土蛾下沉缘瑞、封慈底、饰充填陆井孔混以及显浇筑顶板。如天然地居面土质放较好，魔只需将退地面杂煤物清掉罪整平地陆面，就霸可在其狠上制造露沉井，淘如为了黎减小沉湿井的下渔沉深度仁也可在答基础位禾置处挖呢一浅坑凝，在坑溉底制造茄沉井下词沉，坑江底应高扶出地下率水位0.谱5～1.0浊m。旱地夹上沉算井基尽础的盛施工2.制造仰第一翁节沉普井由于沉井自袍重较大角，刃脚袍踏面尺胡寸较小抢，应力削集中，哑场地土邀往往承苏受不了凶这样大室的压力选。所以硬在整平插的场地脱上应在刃脚故踏面位缘瑞置处对旱称地铺织满一层险垫木，沉插井重逃量在功垫木通下产驾生的眠压应柴力不大于10奏0k孩Pa。垫木绸的布置宿应考虑蚕抽除垫辨木方便凳，在刃森脚位置高处放上脉刃脚角去钢，竖唉立内模颗，绑扎峡钢筋，壁立外模哭，最后私进行第榜一节沉档井混凝丸土灌注地。旱地上喝沉井基桥础的施掀工3.拆模及抽瘦垫沉井混凝土达摊到设计强李度的70%时可款拆除俱模板渗，强榨度达亡设计均强度菠后才格能抽冰撤垫贡木。有抽撤棉垫木雪应按境一定万的顺增序进叉行，因以免米引起排沉井违开裂悼、移投动或固倾斜践。其蒙顺序桑是：先撤除内隔辫墙下的垫删木，再撤松沉井井壁短边下撒的垫木欠，最后墙撤长边友下的垫奥木。拆长边下牵的垫木时夹，以定位搞垫木(即最后担抽撤统的垫伸木)为中心，丑对称地由森远到近拆趣除，最后催的拆除定返位垫木。僻注意在抽贞垫木过程姨中，每抽除执一根设垫木，应立即采用砂回填并捣实，防止乱沉井失歇稳。旱地上沉乡丰井基础的龟施工4.挖土下坛沉当沉茎井穿梨过的胀土层对较稳乘定，治不会够因排并水而贯产生岔大量弹流砂荣时，保可采胡用排微水下态沉。栋土的墨挖除娘可采筑用人愈工挖层土或基机械吉除土任，排赶水下模沉常县用人虑工挖抹土，忆它适扒用于编土层涨渗水饺量不徒大且院排水帐时不南会产续生涌疫土或课流砂我的情之况；丑人工柄挖土貌可使纽奉沉井爆均匀聚下沉问和清浇除井口下障雕碍物汁，但坡应采鹿取措闷施，确确实歇保证权施工演安全纯，排妨水下其沉时巷，有因时也众用机下械除剪土。排水下沉一般都右采用机钞械除土座，挖土忠工具可辱以是抓男土斗或纽奉水力吸悔泥机，峰如土质即较硬，罪水力吸视泥机需均配以水疤枪射水碑将土冲赶松。由泊于吸泥君机是将确水和土港一起吸室出井外殊，故需立经常向右井内加步水维持砍井内水通位高出鸭井外水喜位1~尼2m，以免发测生涌土或语流砂现象旋。不