沉井基础概述及设计要求

沉井基础概述及设计要求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。广泛应用于桥梁、烟囱、水塔的基础；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。8.1.2沉井的分类（1）按下沉环境可分为陆地沉井（包括在浅水中先筑岛制作的沉井）和浮运沉井；（2）按沉井构造形式可分为独立沉井和连续沉井；（3）按沉井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（见图8-1）；（4）按沉井制作材料可分为混凝土、钢筋混凝土、钢、砖、石以及组合式沉井等。

沉井按平面形式分类a—圆形单孔沉井；b—正方形单孔沉井；c—矩形单孔沉井；d—矩形双孔沉井；e—椭圆形双孔沉井；f—矩形多孔沉井8.1.3沉井的设计原则结构简单对称，受力合理，施工方便。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

。8.1.4沉井的施工步骤

沉井施工步骤示意图8.2沉井构造沉井组成：刃脚、井壁、内隔墙、取土井、凹槽、封底、顶板1）沉井刃脚：作用在于减少沉井下沉阻力

a—混凝土刃脚；b—设角钢的刃脚；c—尖刃脚2）井壁主要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承载力验算；井壁厚度一般为0.8~1.5m；

a）、（b）竖直的；（c）、（d）台阶形的；（e）锥形的；（f）倒锥形的图8-5沉井外壁的形式3）内隔墙加强沉井刚度、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下沉的方向；内隔墙的间距一般不大于5~6m，厚度一般为0.5~1.0m。一般要求隔墙底高出刃脚底面0.5~1.0m。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：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。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更好地传递给封底混凝土底面。遇到意外困难，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0.15~0.25m，高约1.0m左右，其距刃脚底面一般在1.5m以上。6）射水管组、探测管、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：空气幕下沉沉井；压浆管：埋设压浆管7）封底渗水率小于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。8）顶板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1.0~2.0m；排水下沉的沉井，其顶面在地面或水位以下时，应设挡土防水墙连接在井壁的顶部。8.3沉井结构设计计算8.3.1下沉系数计算验算沉井自重是否能克服下沉时土的摩阻力，用下沉系数k表示：表8-1沉井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)25~5012~2518~3015~2010~123~5摩擦力分布假定从地表到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8.3.2沉井底节验算刃脚下的支承位置不断在变，三种情况：1）在排水或无水情况下下沉沉井2）对于不排水下沉的沉井（1）假定底节沉井仅支承于长边的中点（2）假定底节沉井支承于短边的两端点本讲要点了解沉井构造；掌握下沉系数计算。沉井底节验算8.段3.惊3沉井井壁计算沉井倍井壁鼓应进当行竖直和本水平两木个方向的内捕力计浑算。1）竖直逃方向在沉雄井的菠下沉件过程婚中，祥当沉从井被怪四周无土体凳箝固没着而体刃脚州下的判土已柄被掏袄空时辩，应镰验算夸井壁粮接缝顽处的竖向拉污应力。接缝盖处：混凝土贯不承受跳拉应力贷而由接乓缝处的织钢筋承班受，此时钢肺筋的抗猎拉安全谊系数可宽采用1.2窝5；同些时并千须验耽算钢螺筋的话锚固性长度卖。井壁朱摩阻好力可假竟定沿拼沉井样全高称按倒兼三角蜓形分兽布，庸即在温刃脚厌底面敏处为益零，腰在地佣面处惜为最法大，弱此时却最危泳险的闪截面混在沉律井入里土深屋度的1/馆2处沉井灶外侧姻直立漏时的宵井壁龄受具拉计均算图按《公路骂桥涵串地基煎与基举础设规计规素范》，最糊大竖辫向拉擦力Plmax为此斩时沉肉井全蛋部重因力G的1/贴4，即实际颜工程咏中，沉井粮被卡在住较为雅常见惑，也谊出现裳过被颗拉裂服的沉开井被。验算建乒议值表8-2沉井雁竖向编拉力锄计算缠及其疼最小心配筋舌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）水恩平方纸向根据贯排水设或不攀排水晶的情动况，屯沉井淡井壁悼在水跑压力弯和土寺压力控等水益平荷著载作挨用下蔬，应疫作为圣水平纪框架榆验算任其水日平方掉向的共挠曲燃。（1）验算刃脚根戚部以上辟，其高算度等于屈该处井笼壁厚度t的一等段井希壁，依踢此设节置该瓣段的豆水平镇钢筋酿。计算简东图Q——由刃乘脚传番来的挺剪力酒，其彩值等黎于求算刃脚饰竖直外圈力时分蛾配于悬党臂梁上催的水平阵力（kN/稳m）。（2）其余各杰段井壁的计算便，可按那井壁断舰面的变筒化,取每一款段中控络制设计桐的井壁腥（位于每一段马最下端淡的单位改高度）进行望计算。上部井蜡段按照作用油在水质平框置架上娃的均游布荷搭载q=欠W+E。然席后用晓同样竹的计黑算方骂法，岩求得私水平大框架挡的最卡大弯禽矩M、轴坊向压智力N、剪葡力Q，并越据此把设计酿水平经钢筋湖。8.3屑.4沉井刃颠脚验算沉井刃购脚部分涌可分别作为悬侄臂或水设平框架验算其炊竖向及素水平向刺的弯曲牺强度。1）按故悬臂缝梁计翅算刃觉脚竖崖直方榜向的所挠曲泊强度此时，刃脚根度部可以迫认为与蹄井壁嵌吓固，刃脚杜高度筑作为他悬臂泛长度，并匙可根燃据以网下两糠种不硬利情素况分本别计限算：（1）当忆沉井巡寿下沉鉴途中延，刃脚内鼓侧已切授入土中夺深约1m;①沿井壁芽的水平盯方向取絮一个单天位宽度春，计算闹作用在坚刃脚上蛋的土压危力E和水压穿力W。②作啦用在将井壁塘单位按宽度会上的贿摩阻瞧力T，取其最贯小值③刃脚下蛙单位宽余度上土始的垂直跟反力刃脚斜艇面上的串土反力联立方氏程式即迅可求得V1和V2。④作用卫在刃坝脚斜将面上卫的水色平反滑力U可按颜下式倡计算猜：U的作用夺点在距脑刃脚底潜面1/腔3高处袭。⑤刃脚意重力g按下共式计悄算：⑥求得作物用在刃脚狮上的舰所有公外力蝴的大潜小、嘉方向喘和作赤用点袋之后蚂，即可垦求算之刃脚鞭根部金处截语面上弊每单训位周店长内洽（井细壁）阿的轴吸向压构力N、水货平剪判力Q及对霉截面思重心踪蝶轴的贷弯矩M。并据钩此计算烟在刃脚内侧凭的钢晋筋（各竖直哨）数配量。（2）当沉井挡已沉到禽设计标挺高，刃重脚下的孟土已被散掏空，唇这时刃喝脚处于伶向内挠明曲的不签利情况誓，①计算裤刃脚居外侧架的土门压力菜和水桨压力验。②由暴于刃扩脚下恩的土材已被臣掏空占，故神刃脚坡下的垂直反皇力Rv和刃饭脚斜乒面水朝平反详力U等于零③作锡用在远井壁文外侧虚的摩详阻力T④刃脚使计算愿时重抹力g与前吹面相具同⑤计渔算在所刃脚内外侧筑的钢某筋（喜竖直累）数宰量2）按择封闭识的水舌平框流架计校算刃尊脚水凝平方津向的渴挠曲张强度作用在扛刃脚侧蜜面上的向水平外央力将由赴悬臂梁禽和框架魔来共同寄承担。分配斤系数滤公式买如:悬臂悠作用:框架作猪用:本讲要婚点掌握:沉井井壁计算沉井刃脚验算8.居3.急5沉井熟封底已计算封底混辅凝土在喷基底反果力作用闻下，将梢其当作阿支承于倡刃脚斜挑面及隔爆墙上的周边或支承卸板考虑桐；支承情百况（简正支或四嵌固犁）和计算钢强度在设贿计中陡应视品具体范情况粒而定愤。1）规定（1）封弦底混塌凝土轮应承响受基底渡水和系土的向传上反映力，晃此时搁混凝婶土的心龄期既不足街，应降召低容库许应家力；（2）混铜凝土庭填实赖时，浩计入谨井孔肉内填犬充物握的重筹力；（3）封肝底混摘凝土忌的厚签度，湿一般幕不宜恋小于1.啊5D；2）干叮封底匠及有唤关计腿算（a）下有艺足够厚插粘土层铸；（b）待底塔板达到歇足够强锦度后方悠停止降代水沉井可予干封底辉的情况（1）沉井别刃脚停萌留在不饲透水粘贿土层中放；不透氏水粘座土层委的厚事度愈：A——沉井间底部妖面积归（m2）；——土的峰有效删重度章（即也浮重液度）踢（kN/关m3）；——刃脚吊下面苍不透鉴水粘半土层旅厚度价（m）；c——粘土的谣粘聚力柴（kP坊a）；U——沉井默刃脚袋踏面同内壁训周长凭（m）；（2）在沉茎井内龟设吸听水鼓并有良权好滤层越的情况回下降水蝴，一直哨降到钢筋渣混凝妈土底罩板足够成承担阀地下递水回石升后临的水忘土压浴力，的方可虽拆除烦并封谎闭降酒水管顶，在惹这种告情况耍下，可采用柔干封底。3）水洗下封庸底混快凝土挑的厚总度计进算封底嗓要求啊是：（1）按最不利财情况混凝应土厚庄度滋：即柳在沉籍井封笼底后纷，将匀井内责水排镰干，棋在钢幼筋混做凝土抹底板阳尚未朽施工梦前酷。（2）水嗽下封让底混的凝土合最好不让其箩中出现舰拉应盘力。分塞配线普相交脏于素帜混凝沫土封咬底上阅，可炉以认清为不荐承受雾拉应猛力。中央异锅底抬挖深找可形何成倒拱。若出区现拉猫应力仗，计挣算方泼法：注意辈计算站跨度戚；①周遣边简坊支支群承的容圆板犹在承笑受均颗匀荷窝载时视，可膊计算卵板中读心的剂最大碗弯矩丙值：②周边简支抖支承的双洪向板造在承集受均相布荷盯载时跨，计法算跨若中弯汇矩Mx和My：简支支象承双向纽奉板计算挨简图③求出素弯矩托值后所，封排底混朋凝土贩的厚岁度——考虑宅封底确混凝袄土因恨与井廊底泥水土掺抚混需伏要增加罢的厚似度，宜侮取0.3粉~0.陪5m；若基南底采取计铺块石各或碎石吩灌浆抹爸平处理泉后再封望底，可不翻考虑波此增封加值耽。④封底混脑凝土剪逮应力计田算应加净大封漠底混瓜凝土锦的抗剪面积积。如在敲井壁乒和隔羡墙内材设置摆凹槽途等。8.源3.乏6沉井底毁板计算1）底涨板荷脚载计构算A：沉井结菌构的最耽大自重贵除以沉近井外围底面积鞋的商，凭不计井站壁侧面告摩阻力。B：假撕定水硬压力事全部留由钢声筋混抵凝土靠底板也承受乱。土反露力和牛水压凶力中数值来较大钥者2）沉挥井底允板内移力计骨算内力么可按纯单跨肺或多重跨板鼓计算;边界益支承六条件,根据踏具体浮情况邻决定;8.芽3.隐7沉井润抗浮常稳定欲验算可能忙出现牌的最泥高地扑下水皆位进收行验翁算,一般的班沉井依靠畜自重涝获得明抗浮执稳定。在不计偷井壁摩贱阻力的歼情况下狭，抗浮伏稳定验吵算