沉井法施工概述

东南大学远程教育地下结构工程主讲教师：穆保岗第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慈要点了解沉艘井构造验；掌握下昏沉系数计算。沉井管底节盏验算8.3爽.3远沉井井壁计算沉井井鉴壁应进壤行竖直和奏水平两症个方向的内推力计葱算。1）竖直浩方向在沉井稿的下沉顾过程中督，当沉策井被四狗周土体衣箝固着抱而刃脚模下的土猫已被掏如空时，愤应验算舅井壁接徐缝处的竖向拉搅应力。接缝处杂：混凝宣土不麻承受足拉应番力而雁由接启缝处付的钢浊筋承化受，此时钢纸筋的抗搬拉安全问系数可荒采用1份.25晓；同时缎并须验慨算钢筋报的锚固近长度。井壁商摩阻亚力可假鸣定沿雨沉井塔全高公按倒醋三角者形分锣布，碧即在洒刃脚甘底面挨处为古零，留在地出面处今为最惯大，石此时如最危征险的棵截面正在沉盈井入芬土深隔度的全1/顷2处沉井适外侧造直立舌时的勉井壁扯受僻拉计每算图按《公耻路桥恩涵地戴基与钉基础哭设计昂规范牲》，最粉大竖持向拉款力Plmax晚为此时等沉井全浴部重力G的1届/4丙，即实际密工程栏中，沉井泻被卡折住较为常驼见，也并出现过庆被拉裂挖的沉井首。验算产建议妈值表8说-2秀沉井畜竖向叶拉力重计算琴及其昨最小域配筋天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）吗水平芬方向根据排零水或不宜排水的泄情况，闭沉井井耕壁在水狭压力和岁土压力茂等水平谢荷载作六用下，列应作为没水平框眯架验算息其水平帝方向的逆挠曲。（1）渣验算刃脚款根部残以上艺，其瓣高度至等于漫该处划井壁思厚度t的一取段井蛇壁，依此拦设置该放段的水巴平钢筋民。计算连简图Q——由跨刃脚传蚊来的剪苹力，其膊值等于尿求算刃艳脚竖摔直外妙力时减分配粮于悬仪臂梁熟上的垮水平括力（小kN车/m追）。（2片）其余挽各段要井壁的计算鬼，可按耍井壁断谨面的变杜化,取纱每一段束中控制羞设计的跌井壁（题位于每一段杰最下端熊的单位答高度）进资行计横算。上部掌井段颜按照作用化在水贫平框出架上嚼的均筹布荷贝载q=W+E。然后悠用同样魔的计算丹方法，晌求得水霞平框架润的最大戏弯矩M、轴阔向压尼力N、剪力Q，并拢据此难设计俱水平吧钢筋耐。8.3眉.4局沉井比刃脚验秆算沉井台刃脚凭部分扛可分捉别作为悬猴臂或水锤平框架验算蠢其竖短向及均水平欢向的芝弯曲仇强度尊。1）断按悬牢臂梁怒计算兴刃脚嘉竖直损方向粪的挠亲曲强狂度此时，刃脚繁根部制可以占认为估与井膜壁嵌惨固，刃脚高渗度作为渠悬臂长青度，并可蛮根据以解下两种算不利情桐况分别刘计算：（1导）当赏沉井脆下沉谢途中概，刃脚翁内侧练已切住入土仗中深神约1世m;①沿井假壁的水牌平方向达取一个揪单位宽逗度，计犁算作用萍在刃脚蛙上的土蜂压力E和水压揉力W。②作用槐在井壁桶单位宽袍度上的雄摩阻力T，取其趴最小召值③刃脚爪下单位尾宽度上爸土的垂唱直反力刃脚斜咳面上的灶土反力联立反方程乏式即握可求与得V1和V2。④作想用在颠刃脚拴斜面愿上的识水平属反力U可按下恒式计算斥：U的作用菌点在距贯刃脚底缎面1/塌3高处娇。⑤刃墙脚重缠力g按下式铜计算：⑥求得梳作用在刃脚上铺的所有握外力的街大小、沟方向和敢作用点摩之后，即可执求算济刃脚悦根部教处截柄面上罪每单若位周镇长内飞（井讯壁）款的轴油向压搜力N、水妻平剪隔力Q及对截鬼面重心枣轴的弯斜矩M。并丈据此扫计算飞在刃怀脚内侧浙的钢剂筋（教竖直忍）数秀量。（2设）当沉井冤已沉到些设计标坑高，刃啊脚下的棉土已被炉掏空，狭这时刃之脚处于拿向内挠股曲的不速利情况膊，①计脚算刃乖脚外拌侧的都土压封力和公水压探力。②由于猜刃脚下祖的土已诸被掏空蕉，故刃冻脚下的垂直咐反力Rv和刃沟脚斜阵面水姑平反挺力U等于液零③作用艘在井壁户外侧的国摩阻力T④刃东脚计返算时芬重力g与前枪面相历同⑤计算手在刃脚芬外侧的削钢筋（秒竖直）义数量2）榴按封禾闭的井水平芦框架目计算远刃脚斗水平欢方向誓的挠见曲强引度作用在蹄刃脚侧霞面上的牲水平外晋力将由崭悬臂梁飞和框架僚来共同记承担。分配核系数胡公式斜如:悬臂枯作用次:框架里作用千:本讲免要点掌握排:沉井井壁计算沉井刃脚验算8.3译.5嫁沉井遥封底计粉算封底梯混凝常土在类基底屿反力碌作用它下，灵将其户当作苹支承脸于刃秩脚斜惠面及胆隔墙子上的周边建支承叫板考虑星；支承情馋况（简支义或嵌固傲）和计算递强度在设扯计中雕应视锅具体过情况触而定泪。1）诉规定（1）浪封底混泥凝土应援承受基底编水和棵土的向上扣反力，柄此时混没凝土的辩龄期不释足，应降低舒容许应党力；（2）说混凝土咏填实时轻，计入睬井孔内域填充物肤的重力尖；（3）揭封底混到凝土的块厚度，率一般不席宜小于鞠1.5D；2）邀干封罚底及遣有关日计算（a）下有殖足够（b）待底板达到足够强度后方停止降水沉井可干封底的情况（1）衡沉井刃泪脚停留蜓在不透稼水粘土授层中；不透水需粘土层弱的厚度暑：A——涉沉井墨底部桃面积定（m诞2）博；——土留的有效汪重度（害即浮重俘度）（壮kN/捷m3）膝；——则刃脚长下面置不透兄水粘腥土层俭厚度芝（m帝）；c——扶粘土缸的粘惭聚力宵（k播Pa垃）；U——沉的井刃脚照踏面内伤壁周长捏（m）；（2咏）在沉井挪内设吸游水鼓并有争良好仍滤层绢的情窄况下撇降水屡，一过直降征到钢筋雪混凝斜土底郑板足够遇承担露地下躁水回绢升后驾的水集土压罪力，械方可误拆除创并封骂闭降西水管性，在铲这种惕情况马下，可采用鞠干封底。3）芦水下键封底擦混凝座土的赔厚度划计算封底要径求是：（1捡）按最不陪利情笨况混凝骑土厚祖度椒：即朵在沉键井封侄底后阴，将欧井内烛水排僚干，蚀在钢临筋混总凝土简底板武尚未爆施工戏前喝。（2床）水香下封拆底混拾凝土恳最好不让其坟中出现拉虾应力。分户配线躁相交厘于素错混凝崖土封依底上度，可婆以认省为不叼承受胞拉应除力。中央锅比底挖深映可形成倒拱。若出现慈拉应力则，计算巾方法：注意运计算扩跨度造；①周并边简杠支支蛙承的旋圆板睛在承纱受均孤匀荷臭载时研，可疲计算国板中驾心的祖最大金弯矩拖值：②周劝边简支支堤承的双象向板起在承夜受均讲布荷尊载时值，计芦算跨丢中弯胶矩Mx和My：简支支察承双向边板计算愤简图③求效出弯汪矩值绘后，化封底蹈混凝桂土的目厚度——考虑天封底方混凝心土因姥与井孟底泥身土掺论混需齐要增加畜的厚递度，宜取孙0.3沃~0.怖5m；粱若基底钳采取铺刃块石或景碎石灌弦浆抹平号处理后框再封底织，可不混考虑职此增掩加值遣。④封分底混汇凝土如剪应弓力计究算应加大纵封底混喘凝土的抗剪犁面积。如在贱井壁骆和隔番墙内奋设置费凹槽舍等。8.袭3.姥6皆沉宇井底死板计披算1）盯底板乞荷载架计算A：沉井社结构璃的最姨大自鉴重除抱以沉桂井外将围底面积跟的商，外不计井脸壁侧面阶摩阻力。B：假攀定水压透力全部用由钢筋才混凝土驻底板承唇受。土反不力和迁水压修力中数值备较大性者2）凳沉井要底板绝内力厘计算内力可背按单跨变或多跨忧板计算除;边界支跑承条件温,根戒据具体居情况决并定;8.渣3.饰7渴沉场井抗可浮稳廉定验寇算可能练出现斧的最网高地扑下水齿位进备行验检算党,一袄般的掉沉井依靠自咏重获得溉抗浮稳骡定。在不划计井锄壁摩市阻力肯的情域况下仰，抗缴浮稳础定验还算公岛式为柜：8.燃3.冻8度沉驼井下射沉对秃周围喊环境劈燕的影