市政工程地下结构沉井下沉演示

地下结构工程第8章沉井基础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耻点了解沉膝井构造骡；掌握伙下沉幸系数计算。沉井底冈节验算8.啦3.凶3雾沉键井井壁计算沉井井壁壁应进老行竖直霜和水毫平两盏个方刊向的内力汪计算。1）竖直方米向在沉擦井的烫下沉下过程帮中，摘当沉绘井被该四周湾土体厌箝固轻着而刃刃脚炕下的蓬土已尼被掏逐空时雁，应分验算总井壁傍接缝扎处的竖向拉抬应力。接缝处将：混凝土笨不承受衔拉应力桌而由接赏缝处的炕钢筋承死受，此时钢缠筋的抗愚拉安全泄系数可朗采用1找.25猛；同时能并须验属算钢筋岩的锚固屠长度。井壁逐摩阻咸力可假律定沿鞭沉井磁全高播按倒仇三角彼形分幸布，乘即在腊刃脚里底面打处为由零，徒在地久面处竿为最灰大，土此时材最危欺险的活截面观在沉屈井入辰土深咽度的尖1/超2处沉井璃外侧斜直立欧时的泊井壁裤受堪拉计屡算图按《公路雾桥涵地致基与基呢础设计镰规范》，最大忽竖向拉升力Plma绣x为须此时震沉井福全部锡重力G的1/柄4，即实际工眼程中，沉井被泄卡住较为狭常见落，也织出现警过被椅拉裂胶的沉比井息。验算各建议羽值表8砍-2导沉井还竖向田拉力用计算射及其冒最小大配筋均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）水朝平方向根据呀排水底或不酸排水桌的情瞒况，泪沉井供井壁魂在水软压力瓣和土膏压力零等水窄平荷史载作均用下证，应贼作为肆水平替框架蒸验算钟其水卸平方冬向的菊挠曲墙。（1肾）验待算刃脚根伏部以上肆，其高壮度等于毯该处井收壁厚度t的一稍段井兆壁，依此礼设置该责段的水传平钢筋窃。计算雀简图Q——喉由刃地脚传我来的勒剪力虫，其乘值等拴于求算刃针脚竖熊直外挪力时瘦分配宵于悬沃臂梁侧上的炸水平洲力（掌kN袍/m周）。（2凡）其余各闯段井壁的计禁算，傅可按但井壁狮断面早的变谨化,拆取每勿一段暮中控导制设守计的茧井壁纽奉（位惰于每一出段最桃下端蝴的单茂位高棋度）进桃行计咸算。上部井哄段按照作用乱在水疼平框牺架上研的均跃布荷嫩载q=乐W+E。然趁后用缩慧同样登的计咬算方应法，暖求得响水平学框架露的最虹大弯南矩M、轴向华压力N、剪搁力Q，并变据此皆设计跃水平桂钢筋奏。8.四3.献4谱沉铅井刃翻脚验魄算沉井刃完脚部分坐可分别作为悬蔑臂或水抖平框架验算其浩竖向及捕水平向躬的弯曲闪强度。1）按毙悬臂梁携计算刃匀脚竖直踢方向的靠挠曲强丸度此时，刃脚根饿部可以较认为与胸井壁嵌白固，刃脚公高度仆作为稀悬臂栽长度，并可勿根据以诉下两种陷不利情往况分别眉计算：（1绍）当陕沉井霉下沉候途中冒，刃脚隐内侧厘已切叉入土次中深锻约1横m;①沿宫井壁清的水许平方李向取险一个晋单位令宽度仅，计研算作且用在碗刃脚涨上的共土压厅力E和水桐压力W。②作用芽在井壁佳单位宽君度上的染摩阻力T，取其最谁小值③刃脚洲下单位塑宽度上工土的垂恩直反力刃脚斜柴面上的完土反力联立钟方程梅式即斩可求刺得V1和V2。④作用刺在刃脚挥斜面上稳的水平扩反力U可按下仰式计算绵：U的作用套点在距锡刃脚底管面1/类3高处僻。⑤刃脚聚重力g按下式自计算：⑥求亦得作姥用在刃脚上染的所有竟外力的馒大小、率方向和栗作用点灶之后，即可妹求算济刃脚眯根部运处截糕面上见每单宽位周敏长内猴（井介壁）迁的轴阳向压糖力N、水平仔剪力Q及对截脂面重心案轴的弯贱矩M。并据识此计算兰在刃脚内侧的盒钢筋（品竖直）牙数量。（2割）当沉井罪已沉到径设计标慎高，刃厅脚下的偿土已被悦掏空，甩这时刃岗脚处于腔向内挠骄曲的不历利情况筑，①计贸算刃律脚外述侧的届土压驼力和迹水压需力。②由限于刃理脚下张的土漠已被构掏空摇，故肠刃脚父下的垂直识反力Rv和刃桃脚斜舱面水娇平反佩力U等于丹零③作挣用在陵井壁秧外侧瓶的摩铅阻力T④刃头脚计挪算时跌重力g与前面利相同⑤计算离在刃脚菠外侧的茧钢筋（牲竖直）叫数量2）按周封闭的稻水平框芬架计算蜡刃脚水辟平方向得的挠曲黎强度作用雅在刃妖脚侧钟面上煤的水留平外鸣力将私由悬部臂梁押和框纤架来察共同胀承担冬。分配倘系数肃公式腊如:悬臂馒作用预:框架捎作用昂:本讲要清点掌握宽:沉井井壁计算沉井刃脚验算8.3嫁.5厌沉井优封底计然算封底混她凝土在术基底反侮力作用功下，将摸其当作助支承于呢刃脚斜谢面及隔怜墙上的周边支智承板考虑；支承情像况（简支筒或嵌固傻）和计算强尿度在设计且中应视辅具体情养况而定黑。1）俗规定（1）毙封底混固凝土应因承受基底水断和土的向上忆反力，伍此时混删凝土的需龄期不牺足，应降低当容许应氏力；（2）滔混凝土丢填实时晒，计入组井孔内们填充物莫的重力律；（3孙）封重底混中凝土属的厚讯度，皮一般话不宜音小于树1.眨5D；2）庙干封宫底及虾有关丢计算（a）下有载足够厚区粘土层窑；（b）待污底板撒达到吨足够乓强度径后方喉停止骑降水沉井可我干封底师的情况（1）谦沉井刃咳脚停留掠在不透摩水粘土柿层中；不透绢水粘摘土层翼的厚已度沃：A——以沉井外底部疑面积被（m捡2）危；——土竿的有效遇重度（红即浮重票度）（统kN/洽m3）桐；——指刃脚模下面辟不透恋水粘偏土层歇厚度慎（m座）；c——隆粘土葵的粘润聚力源（k蒙Pa举）；U——嫩沉井干刃脚室踏面假内壁额周长汤（m明）；（2）在沉究井内叨设吸除水鼓并有站良好回滤层薄的情凝况下很降水才，一许直降金到钢筋混犬凝土底魄板足够承摸担地下症水回升怜后的水吼土压力兵，方可垄拆除并杨封闭降碌水管，壳在这种搅情况下件，可采用排干封底。3）州水下郊封底惯混凝窄土的涌厚度伸计算封底要币求是：（1汗）按最不利承情况混凝勺土厚曲度团：即鸟在沉添井封敢底后糖，将唯井内傲水排当干，饮在钢纠筋混末凝土希底板缘瑞尚未沉施工退前坚。（2）忆水下封像底混凝识土最好不让其搏中出现拉矮应力。分配夕线相交恒于素混恳凝土封栽底上，闪可以认蛙为不承谷受拉应姻力。中央经锅底其挖深泽可形懒成倒拱。若出现死拉应力深，计算气方法：注意计收算跨度穷；①周拦边简害支支导承的义圆板捕在承匆受均页匀荷扒载时状，可丝式计算恰板中忠心的耍最大名弯矩辜值：②周边简支支橡承的双船向板弊在承刊受均皮布荷怖载时间，计临算跨菠中弯去矩Mx和My：简支奏支承茅双向录板计申算简梢图③求纤出弯叮矩值蒙后，炮封底站混凝纲土的脊厚度——考虑封课底混凝抬土因与宴井底泥荷土掺混品需要增加的揉厚度，宜坟取0狗.3臂~0偏.5礼m；凡若基汇底采卸取铺坦块石婶或碎株石灌亮浆抹爪平处捎理后贿再封搅底，可不弹考虑天此增澡加值脊。④封底判混凝土蓄剪应力丹计算应加大谱封底混晌凝土的抗剪少面积。如在井事壁和隔旧墙内设训置凹槽裁等。8.惕3.碎6由沉胡井底勤板计箭算1）底主板荷载戏计算A：沉井结孕构的最蝴大自重冬除以沉驳井外围底面积袍的商，代不计井爆壁侧面辜摩阻力。B：假释定水压切力全部菜由钢筋饲混凝土密底板承析受。土反力铲和水压耍力中数值较维大者2）局沉井敞底板菜内力喂计算内力可兔按单跨豪或多跨猪板计算爷;边界支盯承条件冠,根提据具体避情况决俘定;8.3族.7键沉井狸抗浮稳华定验算可能出它现的最克高地下愈水位进巡寿行验算溪,一研般的沉寨井依靠铅自重采获得盐抗浮碑稳定。在不长计井幕壁摩馋阻力历的情加况下阅，抗塌浮稳匪定验蚕算公蹈式为纹：8.3刷.