《地下结构工程施工技术》第八章沉井基础培训

地下结构工程第08章第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三要点了解三沉井三构造三；掌握三下沉三系数计算三。沉井三底节三验算8.三3.三3沉井井壁计算沉井三井壁三应进三行竖直三和水三平两三个方三向的内三力计三算。1）竖直三方向在沉三井的三下沉三过程三中，三当沉三井被三四周三土体三箝固三着而三刃脚三下的三土已三被掏三空时三，应三验算三井壁三接缝三处的竖向三拉应三力。接缝三处：混凝三土不三承受三拉应三力而三由接三缝处三的钢三筋承三受，此时三钢筋三的抗三拉安三全系三数可三采用1.三25；同三时并三须验三算钢三筋的三锚固三长度三。井壁三摩阻三力可假三定沿三沉井三全高三按倒三三角三形分三布，三即在三刃脚三底面三处为三零，三在地三面处三为最三大，三此时三最危三险的三截面三在沉三井入三土深三度的1/三2处沉井三外侧三直立三时的三井壁三受三拉计三算图按《公路三桥涵三地基三与基三础设三计规三范》，最三大竖三向拉三力Plma三x为此三时沉三井全三部重三力G的1/三4，即实际三工程三中，沉井三被卡三住较为三常见三，也三出现三过被三拉裂三的沉三井三。验算三建议三值表8-三2沉井三竖向三拉力三计算三及其三最小三配筋三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）水三平方三向根据三排水三或不三排水三的情三况，三沉井三井壁三在水三压力三和土三压力三等水三平荷三载作三用下三，应三作为三水平三框架三验算三其水三平方三向的三挠曲三。（1）验三算刃脚三根部三以上三，其三高度三等于三该处三井壁三厚度t的一三段井三壁，依三此设三置该三段的三水平三钢筋三。计算三简图Q——由刃三脚传三来的三剪力三，其三值等三于求算刃三脚竖三直外三力时三分配三于悬三臂梁三上的三水平三力（kN三/m）。（2）其余三各段三井壁的计三算，三可按三井壁三断面三的变三化,取每三一段三中控三制设三计的三井壁三（位三于每一三段最三下端三的单三位高三度）进三行计三算。上部三井段三按照作用三在水三平框三架上三的均三布荷三载q=三W+E。然三后用三同样三的计三算方三法，三求得三水平三框架三的最三大弯三矩M、轴三向压三力N、剪三力Q，并三据此三设计三水平三钢筋三。8.三3.三4沉井三刃脚三验算沉井三刃脚三部分三可分三别作为三悬臂三或水三平框三架验算三其竖三向及三水平三向的三弯曲三强度三。1）按三悬臂三梁计三算刃三脚竖三直方三向的三挠曲三强度此时三，刃脚三根部三可以三认为三与井三壁嵌三固，刃脚三高度三作为三悬臂三长度，并三可根三据以三下两三种不三利情三况分三别计三算：（1）当三沉井三下沉三途中三，刃脚三内侧三已切三入土三中深三约1m;①沿井三壁的三水平三方向三取一三个单三位宽三度，三计算三作用三在刃三脚上三的土三压力E和水三压力W。②作三用在三井壁三单位三宽度三上的三摩阻三力T，取其三最小三值③刃脚三下单三位宽三度上三土的三垂直三反力刃脚三斜面三上的三土反三力联立三方程三式即三可求三得V1和V2。④作用三在刃三脚斜三面上三的水三平反三力U可按三下式三计算三：U的作三用点三在距三刃脚三底面1/三3高处三。⑤刃脚三重力g按下三式计三算：⑥求得三作用三在刃脚三上的三所有三外力三的大三小、三方向三和作三用点三之后三，即可三求算三刃脚三根部三处截三面上三每单三位周三长内三（井三壁）三的轴三向压三力N、水三平剪三力Q及对三截面三重心三轴的三弯矩M。并三据此三计算三在刃三脚内侧三的钢三筋（三竖直三）数三量。（2）当沉三井已三沉到三设计三标高三，刃三脚下三的土三已被三掏空三，这三时刃三脚处三于向三内挠三曲的三不利三情况三，①计算三刃脚三外侧三的土三压力三和水三压力三。②由三于刃三脚下三的土三已被三掏空三，故三刃脚三下的垂直三反力Rv和刃三脚斜三面水三平反三力U等于三零③作三用在三井壁三外侧三的摩三阻力T④刃脚三计算三时重三力g与前三面相三同⑤计三算在三刃脚三外侧三的钢三筋（三竖直三）数三量2）按三封闭三的水三平框三架计三算刃三脚水三平方三向的三挠曲三强度作用三在刃三脚侧三面上三的水三平外三力将三由悬三臂梁三和框三架来三共同三承担三。分配三系数三公式三如:悬臂三作用:框架三作用:本讲三要点掌握:沉井井壁计算沉井刃脚验算8.三3.三5沉井三封底三计算封底三混凝三土在三基底三反力三作用三下，三将其三当作三支承三于刃三脚斜三面及三隔墙三上的周边三支承三板考虑三；支承三情况（简三支或三嵌固三）和计算三强度在设三计中三应视三具体三情况三而定三。1）规三定（1）封三底混三凝土三应承三受基底三水和三土的向三上反三力，三此时三混凝三土的三龄期三不足三，应降三低容三许应三力；（2）混三凝土三填实三时，三计入三井孔三内填三充物三的重三力；（3）封三底混三凝土三的厚三度，三一般三不宜三小于1.三5D；2）干三封底三及有三关计三算（a）下三有足三够厚三粘土三层；（b）待三底板三达到三足够三强度三后方三停止三降水沉井三可干三封底三的情三况（1）沉三井刃三脚停三留在三不透三水粘三土层三中；不透三水粘三土层三的厚三度三：A——沉井三底部三面积三（m2）；——土的三有效三重度三（即三浮重三度）三（kN三/m三3）；——刃脚三下面三不透三水粘三土层三厚度三（m）；c——粘土三的粘三聚力三（kP三a）；U——沉井三刃脚三踏面三内壁三周长三（m）；（2）在沉三井内三设吸三水鼓并有三良好三滤层三的情三况下三降水三，一三直降三到钢筋三混凝三土底三板足够三承担三地下三水回三升后三的水三土压三力，三方可三拆除三并封三闭降三水管三，在三这种三情况三下，可采三用干三封底。3）水三下封三底混三凝土三的厚三度计三算封底三要求三是：（1）按最不三利情三况混凝三土厚三度三：即三在沉三井封三底后三，将三井内三水排三干，三在钢三筋混三凝土三底板三尚未三施工三前三。（2）水三下封三底混三凝土三最好不让其三中出现三拉应三力。分三配线三相交三于素三混凝三土封三底上三，可三以认三为不三承受三拉应三力。中央三锅底三挖深三可形三成倒拱。若出三现拉三应力三，计三算方三法：注意三计算三跨度三；①周三边简三支支三承的三圆板三在承三受均三匀荷三载时三，可三计算三板中三心的三最大三弯矩三值：②周三边简支三支承的双三向板三在承三受均三布荷三载时三，计三算跨三中弯三矩Mx和My：简支三支承三双向三板计三算简三图③求出三弯矩三值后三，封三底混三凝土三的厚三度——考虑三封底三混凝三土因三与井三底泥三土掺三混需三要增加三的厚三度，宜三取0.三3~三0.三5m；若三基底三采取三铺块三石或三碎石三灌浆三抹平三处理三后再三封底三，可不三考虑三此增三加值三。④封底三混凝三土剪三应力三计算应加三大封三底混三凝土三的抗剪三面积。如在三井壁三和隔三墙内三设置三凹槽三等。8.三3.三6沉井三底板三计算1）底三板荷三载计三算A：沉井三结构三的最三大自三重除三以沉三井外三围底面三积的三商，三不计三井壁三侧面三摩阻三力。B：假三定水三压力三全部三由钢三筋混三凝土三底板三承受三。土反三力和三水压三力中数值三较大三者2）沉三井底三板内三力计三算内力三可按三单跨三或多三跨板三计算;边界三支承三条件,根据三具体三情况三决定;8.三3.三7沉井三抗浮三稳定三验算可能三出现三的最三高地三下水三位进三