基础工程第二五

第一节概述第二节沉井的构造及施工工艺第三节沉井的设计与计算

第五章沉井基础

5/18/20231第五章沉井基础

第一节、概述1.工作原理沉井基础是井筒状的结构物，它是从井内挖土、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孔，使其成为桥梁墩台或其它结构物的基础。2.应用范围桥墩、锚碇、矿用竖井、地下泵房、水池、油库、地下设备基础、盾构隧道、顶管的工作井和接收井等。如：南京长江大桥9个桥墩中的6个，江阴长江大桥悬索桥主缆的北锚碇均采用了沉井基础方案。

5/18/202325/18/20233江阴长江大桥(1999年)北锚沉井工程在大桥建设中属A标段工程，是整个大桥工程中的重中之重。沉井平面长69米，宽51米，下沉深度为58米，相当于九个半篮球场那么大的20层高楼埋进地底下，比美国纽约费雷泽诺桥(Verrazano,1964年)的锚碇沉井还要大。费雷泽诺桥的沉井体积为15万立方米，而江阴长江公路大桥北锚沉井体积为20.4万立方米，堪称世界最大沉井。按设计要求，这样的沉井要穿过粉细沙土层、粉质粘土层（硬土层）、粗沙砾石层，其难度可想而知。此锚碇要承担大桥主缆6.4万吨的拉力。如果锚碇向前位移一厘米，高达192米的塔墩就要偏移6厘米，重达1.8万吨的桥面就要下降12厘米。如果发生左右位移，整个设计方案就会前功尽弃。5/18/202345/18/202355/18/20236

5/18/202373.沉井基础的特点

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水围堰结构物，施工时对邻近建筑物影响较小且内部空间可资利用。4.沉井的缺点

施工期较长；对粉细砂类土在沉井内抽水时易发生流砂现象，造成沉井倾斜；沉井下沉过程中遇到的大块石、树干或井底岩层表面倾斜过大，均会给施工带来一定困难。5/18/20238第二节沉井的构造及施工工艺

一、沉井的组成构造

沉井按平面形状可分圆形、矩形、圆端形等，根据井孔的布置方式又有单孔、双孔、多孔的。

5/18/202391.井壁在下沉过程中，沉井井壁必须承受水土压力所引起的弯曲应力，以及要有足够的自重，克服井壁摩阻力而顺利下沉到达设计标高。设计时通常先假定井壁厚度，再进行强度验算。井壁厚度一般为0.4～1.2m。

井壁可有等厚度的直壁式和阶梯式（图5-5）两种。2.刃脚井壁刃脚底部应做成水平踏面和刀刃（图5-6）。

刃脚作用是冲切硬土，以减小下沉时的端部阻力。

踏面宽度一般为10～20cm，内侧倾角一般为45～60，刃脚高度当沉井湿封底取1.5m左右，干封底取0.6m左右。5/18/2023105/18/2023115/18/2023123.内隔墙内隔墙的主要功能是增加下沉时的沉井刚度、减小井壁跨径以改善井壁受力条件、使沉井分隔成多个取土井后挖土和下沉可较为均衡，以便于纠偏。

内隔墙的底面一般比井壁刃脚踏面高出0.5～1m，以免土顶住内墙妨碍下沉。隔墙的厚度一般为0.5m左右，隔墙下部应设0.8×1.2m的过人孔，以便于人与施工机具的转移。4.井孔井孔是挖土排土的工作场所和通道。

井孔尺寸应满足挖土机具能自由升降，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。5/18/2023135.封底及浇筑底板当沉井下沉到设计标高，经检验和坑底清理后即可进行封底。封底可分干封和湿封（水下浇灌混凝土），有时需在井底设有集水井后才进行封底。待封底素混凝土达到设计强度后，抽干积水，再在其上浇筑钢筋混凝土底板。

为了使封底混凝土和底板与井壁间更好联结和传递地基反力，于刃脚上方的井壁设置凹槽。6.底梁和框架在较大型的沉井中，由于使用要求而不能设置内隔墙时，则可在沉井底部增设底梁，构成框架以增加沉井的整体刚度。沉井高度过大，常在井壁不同高度处设置若干道由纵横大梁组成的水平框架，以减少井壁的跨度，使沉井结构受力合理。5/18/202314

旱地沉井：就地制造、挖土下沉、封底、充填井孔以及浇注顶板。主要施工工序如下：1.整平场地天然土质较好，整平地面就可在其上制造沉井。为减小沉井下沉深度，也可在基础位置处挖一浅坑，在坑底制造沉井下沉，坑底应高出地下水面0.5~1.0m。2.制造第一节沉井先在刃脚踏面位置处对称地铺满一层垫木(可用200200mm的方木，使压应力不大于100kPa)。然后在刃脚位置处放上刃脚角钢，竖立内模，绑扎钢筋，立外模，最后浇灌第一节沉井混凝土。二、旱地沉井的施工5/18/2023153.拆模及抽垫沉井混凝土达到设计强度70%时可拆除模板，强度达设计强度后才能抽撤垫木。抽撤垫木应按一定顺序进行，以免引起沉井开裂、移动或倾斜。其顺序是：撤除内隔墙下的垫木，再撤沉井短边下的垫木，最后撤长边下的垫木。拆长边下的垫木时，以定位垫木（最后抽撤的垫木）为中心，对称地由远到近拆除，最后拆除定位垫木。在抽垫木过程中，抽除一根垫木应立即用砂回填进去并捣实。4.挖土下沉分为排水下沉和不排水下沉。土层较稳定，不会因排水而产生大量流砂时，可采用排水下沉(常用人工挖土)。不排水下沉(维持井内水位高出井外水位1~2m)一般采用机械除土，如土质较硬，还需配以水枪将土冲松。5/18/2023165.接高沉井第一节沉井顶面下沉至距地面还剩1~2m时，应停止挖土，接筑第二节沉井。待第二节混凝土强度达设计要求后再拆模继续挖土下沉。6.地基检验和处理沉井沉至设计标高后，应进行基底检验。检验内容是地基土质、平整情况，以决定是否对地基进行处理。如果是排水下沉的沉井，可以直接进行检查，不排水下沉的沉井由潜水工进行检查或钻取土样鉴定。7.封底、充填井孔及浇筑井盖地基经检验及处理合乎要求后，应立即进行封底。如封底是在不排水情况下进行，则可用导管法浇注水下混凝土，待混凝土达设计强度后，再抽干井孔中的水。5/18/2023175/18/202318三、水上沉井的施工水上施工沉井有两种方法，如果水的流速不大，水深在3或4m以内，可用水中筑岛的方法；如果水深较大，筑岛法很不经济，且施工也困难，可改用浮运法施工，沉井在岸边做成，利用在岸边铺成的滑道滑入水中，然后用绳索引到设计墩位。如果预计沉井下沉困难，应采取措施尽量降低井壁侧面摩阻力，方法有：将沉井井壁设计成阶梯形；在井壁内埋设高压射水管组，利用高压水流冲松井壁附近的土，且水流沿井壁上升而润滑井壁，使沉井摩阻力减小；也可采用壁外喷射高压空气或触变泥浆，这也需要在井壁中预埋管道。5/18/2023195/给12抗/2慕02羞320第三谅节况沉卧井的代设计凑与计饰算如果搜沉井落被用森作结煮构物座的基建础，垒就应植按基涝础的蛮使用色要求折进行边各项蜡验算树；如该果沉登井被怪用作芹工作难井，榜也应却按工奴作井饱的使凳用要伙求进疫行各锁项验创算。停但在歇施工没过程炮中，跃沉井稻是挡敌土、轰挡水辱的结卧构物蹈，因篇而还劳要对枪沉井终本身秀进行肉结构兼设计明和计仪算。条本节昨着重舍介绍绸作为页深基砍础的诱沉井谁计算狗。沉井鬼作为龙整体响深基妈础设超计主苦要是条根据博上部映结构桶特点比、荷字载大霸小以赠及水省文、窑地质霉情况雪，结脱合沉福井的轮构造齐要求满及施得工方夫法，万拟定各出沉号井的遍平面述尺寸由，埋袋置深册度，例然后歌进行辅沉井亦基础厨的计贴算。沉井辉基础盏的计顿算，逆根据话它的铃埋置偏深度既可用竿两种仇不同弦的计炎算方卧法。一、以沉井研作为呈整体伐深基垒础的科设计星与计斜算5/妄12晒/2吧02营321当沉吊井埋峡置深伏度在翅最大榨冲刷捎线以巾下较艰浅仅质数米廉时，把这时牙可以庆不考音虑基元础侧宿面土副的横苍向抗跑力影厨响，越而按征浅基随础设遮计计肯算规订定，所分别话验算揪地基茂强度金、沉屋井基岩础的永稳定总性和额沉降傍，使沈它符隆合容芬许值陷的要脑求；当沉韵井基贝础埋叨置深餐度较蛛大时君，由侄于埋宽置在窗土体壤内较粘深，肚不可兽忽略差沉井择周围细土体帆对沉步井的敬约束枪作用投，因袋此在蜓验算躺地基们应力雹、变耳形及五稳定魂性时呆，需更要考锋虑基丧础侧罗面土捉体弹恰性抗尤力的仿影响脸。假定叶沉井测基础夜在横妖向外殿力作库用下喇只能畏发生全转动除而无堂挠曲狸变形橡。因牧此，按刚根性桩骗计算疏内力贺和土峡抗力，即采相当态于“m”法绝中h2.显5的情颗况。下面缝具体冰讨论霜这种扩计算翻方法煎。5/鸡12酸/2玻02仅322（一寸）非抖岩石立地基叫上沉渗井基差础的横计算沉井纲基础娇受到稻水平浊力H及偏肚心竖馆向力N作用含。将佣水平剖力H及偏秘心竖唉向力N引起走的力梢矩等雄效转冰换成陡水平护力H距离饰基底的作越用：先讨奴论沉厅井在换水平阿力H作用籍下的根情况敬，水撤平力居的作退用下搁，沉亮井将闭围绕祖位于戒地面钓下z0深度太处的A点转眨动角，地誉面下域深度z处沉挑井基岛础产匙生的皆水平迈位移剃x和土炮的横幅向抗徒力zx分别扎为：英x=谊(z0－z)tgzx=荡xCz=mz(z0－z)tg式中z0——秒转蒸动中杀心A离地递面的究距离土的累横向无抗力溜沿深项度为办二次尊抛物昂线变畜化。5/队12皱/2彻02致3235/朋12盗/2泻02里324基础恐底面批处的弊压应掉力，鞠考虑舞到该稀水平会面上剂的竖比向地意基系花数C0不变阀，故兵压应率力图坡形与振基础另竖向泻位移壁图相率似。式中C0不得粱小于沾10m0，d为基主底宽鸟度或乔直径库。ΣX＝0ΣM＝0在上突述三戏个公门式中膨，有址两个裁未知感数z0和，要盐求解脾其值子，可软建立锋两个魂平衡篇方程店式，挠即式中捏：W为基就底的种截面府模量傲。5/熟12甜/2裕02梁325求得z0、t由gω，代块入式率(5洋-3宰)和唱式(优5-羞4)钟，进醉而求莫得当有崖竖向摇荷载N及水凝平力H同时饼作用伪时，刷则基匪底边辅缘处斜的压项应力圣为式中A0——舌基础烟底面就积。离地图面或球最大遥冲刷医线以理下z深度写处基码础截配面上猛的弯逃矩5/芽12图/2灭02乱326若沉荣井基衰底嵌窑入基贪岩内莫，可封以认保为基孕底不滚产生吩水平农位移蜻，则稿基础鸣的旋横转中裕心A与基孕底中惰心相慨吻合塔，即疏z0＝h。地晶面下z深度慨处产深生的厅水平尝位移Δx和土盛的横抹向抗端力zx分别扑为Δx=(h－z)tgzx＝mz垄Δx＝mz(h－z)tg基底抬边缘本处的精竖向印应力酷为（二舰）基踩底嵌段入基糊岩内跟的沉圆井上述辜公式演中只软有一拌个未裕知数，故培只需猫建立怜一个址弯矩驻平衡圈方程渔便可怒解出袄值。5/夺12腿/2厌02畏3275/饲12府/2论02袜328由ΣMA＝0取便可奶解出早tg，代唤入式岂(5津-1则3)盲和式合(5绑-1烤4)帮，可陆进一钩步求秋得：式中基底图边缘谁处的郊应力汇为再根窗据ΣX＝0旺，可景求出社嵌入横处未视知的购水平额阻力P5/岸12贯/2脾02间329（三渴）验隔算基底梦计算友最大狱压应被力不俱应超雷过沉扑井底图面处乳地基座土的砖容许宋承载迈力fh。即北ma犯xfh效。1.姑基愤底应茄力验献算横向手计算杠zx值应群小于怪沉井笼周围镰土的凉极限嫁抗力两值。极限蚊抗力残值计沃算方北法：当基仇础在忍外力彻作用扶下产击生位摔移时床，在塌深度z处基贤础一码侧产驶生主脊动土奴压力邮强度pa，而纽奉被挤圣压一炮侧土追就受鹊到被范动土母压力骆强度pP，故勒其极屋限抗帐力，皱以土撇压力尚表达剂为zxpp-pa2.榜横器向抗锐力验猾算5/振12罚/2垦02倍330由朗偷金土卷压力塌理论塌可知式中为土跟的重乒度，和c分别衡为内矩摩擦泊角和盐粘聚阿力。桥梁段结构匀中，俱根据犹试验仰可知愁出现吉最大栋的横嘱向抗轻力大剖致在它深度z=h/3芒和z=h处，遥即式中致—黎—相锹应于z=h/3兴深度镇处的桥土横驶向抗仿力；——袄相应贫于z况=h深度栗处的害土横炎向抗远力；h为基贼础的催埋置碧深度代；5/例12诞/2它02解331基础书在水茶平力妄和力扰矩作犬用下丽，墩刊台顶哑面会甚产生旷水平秧位移。由三部附分组映成：(1邻)地面季处的惹水平稠位移z0tg害；(2堡)地面峰到墩匀台顶吸范围h2内的成水平决位移h2tg讨；(3杨)在h2范围夺内墩踏台本府身弹逢性挠批曲变消形引苹起的锣墩台天顶水臣平位研移0。1——榜取决畅于上叙部结祥构形众式的支系数燃，一质般1=1弱，对形于拱总桥1=0捎.7倚；2——述考虑湾恒载技对基谜础底尤面重漂心所助产生闪的弯栗矩Mg在总凯弯矩M中所雪占百庙分比常的系艰数，乱即3.姻墩除台顶暖面水悠平位遮移验衡算5/既12声/2椅02卧332现行救桥梁现规范咱中规庭定，木墩台或顶面胸的水巷平位上移应符靠合下斧列要松求：式中累，L为相臂邻跨唐中最丈小跨碌的跨川度(批m)陕，当帝跨度L<2泛5m贩时，L按2锣5m叶计算伐。考虑呜到转县角一裤般均浴很小宋，可锻令t予g=。如钻果沉卷井基渣底嵌际入基涂岩内辛，z0＝h。=(z0+h2)t论g+0因此做，墩策台顶哥面会义产生顷水平发位移为：5/拾12涛/2在02装3335/唉12厚/2抚02划3345/常12内/2伏02隔3355/腿12穷/2牲02炭3365/亡12屑/2纤02淹3375/敢12吹/2杏02缩慧3385/响12才/2脑02拨3395/慎12疤/2护02布3405/揪12讲/2消02锣341作业聪：习飞题5催-15/胀12鲜/2银02田342在确胳定沉熄井主刘体尺贴寸后倚，即虚可算熔出沉脸井自图重，网验算裹在沉认井施躺工下愉沉时运，保娇证在糖自重拨作用充下克煎服井叉壁摩菌阻力Rf而顺贼利下乓沉，就亦即下沉龟系数K1应为苍：式中G——停沉辰井在捧各种壁施工碎阶段惕时的呈总自尘重，脆kN究；Gw——嫂沉井青结构的在下妹沉过擦程中避所受携的总扶浮力扛；kN药；Rf——谎井解壁总呜摩阻悟力，等kN锁；沉井疾是一羞种预按制构运件，以在施吹工过万程中像受到灵各种剥外力愁的作除用，捷沉井鄙结构提强度么必须哀满足鸡各阶醋段最醋不利次受力伙情况询的要指求，赖沉井对结构疼在施截工过贡程中霸应主悦要进异行下狗列验稠算。二、职沉井沈的结张构设哄计（一趣）下效沉系阿数K1，下惹沉稳闭定系研数K1’和抗幸浮安卷全系用数K25/匪12腿/2吐02属343在下某沉过贝程中差，沉孔井重手量和冬井壁救摩阻由力在榴不断寻变化愿，因牲此应多跟踪距整个跑下沉陕过程靠中下浑沉系户数的扫变化喊规律懂，而刊不仅晕仅是皮最终川状态闭的情或况。鸣如：屿沉井静在软握弱土涨层中团接高陆时有山突沉疗可能浇，应役根据佩施工笋情况为进行乐下沉臣稳定蹄验算暮：式中旧——下沉绑稳定劲系数，一星般取甲0.傍8～授0.助9。R1——双刃溉脚踏民面及纳斜面糖下土摇的支邮承力不，kN；R2——若隔撇墙和讨底梁削下土屿的支视承力船，kN。K1——笼下沉血系数蛙，一边般为耀1.播05腾～1界.2素5。刮对位阅于淤据泥质位土层颜中沉涌井宜没取小豪值；酸位于推其它勇土层泳的沉传井可衔取较属大值导。5/尘12佩/2表02哭344当沉若井沉码到设仓计标叼高，祥在进遍行封姓底并并抽除呼井内第积水臣后，娱而内雹部结醋构及走设备避尚未注安装仇，井订外按弹各个倚时期务出现技的最档高地浮下水脱位验许算沉艇井的涝抗浮叹稳定框：式中K2——抗浮夫安全名系数，一各般取占1.设05量～1概.1村。在旬不计随井壁辆摩阻自力时渣，可阻取1毁.0态5。F——夸封痛底后扁沉井猪所受曾的总宪浮力押，kN；5/份12拾/2异02雨345（二牙）刃南脚计族算沉井岩刃脚因相当遇于是莲三面扭固定坛，一煮面自锄由的劣双向欢板，帽为简脸化计漆算一汽方面凝可看著作固撕着在耍刃脚精根部亦处的悬臂蛙梁，梁粪长等冻于井汤壁刃阀脚斜训面部敌分的记高度市；另云一方棒面，侍刃脚笼又可是看作登为一陵个封画闭的水平再框架。因冻此，嗓作用变在刃淋脚侧朴面上今的水售平外孕力将建由悬裂臂梁冤和框征架来易共同涌承担序，也疑即部习分水项平外凯力是讽垂直骗向传禾至刃明脚根抗部，脚余下痰部分稳由框很架承女担。悬臂伞作用：框架缺作用：5/疮12汤/2翅02躺3461.览竖倍向挠僵曲计舒算（得沉井壮抽承殿垫木图时计诱算）（三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