《沉井基础修改》PPT课件.ppt

第5章 沉井基础,5 沉井基础,5-1 概述 5-2 沉井的施工 5-3 沉井的设计与计算 5-4 沉井基础算例 5-5 地下连续墙基础简介,5-1 概述,井筒状的结构物 在井壁的围护下从井内挖土 在自重作用下逐渐下沉 封底封顶形成的深基础,图5-1 沉井基础示意,上部荷载较大，表层地基土承载力不足，而在一定深度下有较好的持力层，且与其它基础方案相比较为经济合理； 在山区河流中，虽土质较好，但冲刷大，或河中有较大卵石不便桩基础施工； 岩层表面较平坦且覆盖层薄，但河水较深，采用扩大基础施工围堰有困难。,5-1 概述,5-1-1 沉井的作用及适用条件:,5-1-2 沉井的分类 按下沉环境可分为一般沉井和浮运沉井； 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。,5-1 概述, 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； 沉井的立面形状可分为柱形、阶梯形和锥形沉井,图5-2 沉井的平面形式,5-1 概述,沉井组成： 刃脚 井壁 内隔墙 取土井 凹槽 封底 顶板,5-1-3 沉井基础的构造,图5-3 沉 井 的 一 般 构 造,（a）（b）竖直的； （c）（d）台阶形的； （e）锥形的； （f）倒锥形的,1.井壁: 在沉井下沉过程中挡土、挡水；施工完毕后成为基础的一部分。,沉井基础的构造,图5-4 沉井立面形状,2.沉井刃脚：其作用是利于沉井切土下沉,图5-5 a混凝土刃脚； b设角钢的刃脚； c尖刃脚,沉井基础的构造,3.隔墙,作用： 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 构造： 内隔墙的间距一般不大于56m，厚度一般为0.51.0m。 一般要求隔墙底高出刃脚底面0.51.0m。,沉井基础的构造,图5-6 隔墙构造示意,4.井孔,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。,沉井基础的构造,图5-7 井孔构造示意,作用： 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。 构造： 凹槽深约0.150.25m，高约1.0m左右，其距刃脚底面一般在1.5m以上。,沉井基础的构造,图5-8 凹槽构造示意,6.封底: 在刃脚踏面以上至凹槽处浇筑混凝土形成封底，以承受地基土和水的反力 当渗水率小于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,沉井基础的构造,7.顶板,作用以承托上部结构的全部荷载 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1.02.0m ； 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。,沉井基础的构造,浮式沉井：双壁钢壳,直径21.4米 净高13.6米,5-2 沉井的施工,图5-9 沉井施工顺序示意,1.清理场地(要求场地平整，有一定承载力),（1）铺垫木,（3）浇注混凝土、养生,（4）拆模及抽垫,（5）土内模制造沉井刃脚,（2）立模板绑钢筋,5-2 沉井的施工,图5-10 制造第一节沉井实例,2.制造第一节沉井,3 .拆模及抽垫,拆模顺序：井孔模板、外侧模板、隔墙支撑及模板、刃脚面支撑及模板,抽垫顺序：内壁下、短边下、长边下对称同步。长边下是隔1根撤1根，最后以定位桩为中心由远而近对称撤除。,垫木,5-2 沉井的施工,图5-11,5-2 沉井的施工,4.除 土 下 沉,图5-12 除 土 下 沉 示 意,5.接高沉井 6.设置井顶防水围堰 7.基底检验和处理 8.封底 9.井孔填充和顶板浇筑,5-2 沉井的施工,图5-13 施 工 步 骤 示 意,5-2 沉井的施工,5-2-2 水中沉井施工,图5-14 水中筑岛下沉沉井,1.水中筑岛,无围堰防护土岛 有围堰防护土岛 围堰筑岛,5-2 沉井的施工,2.浮运沉井,图5-15,5-2-4 沉井下沉过程中遇到的问题及处理,1. 偏斜沉井偏斜大多发生在下沉不深时，导致偏斜原因有多种；纠偏的方法有：除土、压重、顶部施加水平力 2. 难沉即沉井下沉过慢或停沉；原因；解决方法 3. 突沉沉井产生较大的倾斜或超沉，突沉常发生于软土地区；主要原因是井壁侧阻较小 4. 流砂在粉、细砂层中下沉沉井，易出现流砂现象；主要原因是土中动水压力的水头梯度大于临界值；防治措施有：采用井点降水及不排水除土，或向井内内回灌水,5-2 沉井的施工,纠偏,5-2 沉井的施工,图5-16 纠 编 实 例,5-3 沉井的设计与计算,使用阶段（基础）： 1.承载力验算 竖向承载力验算 水平向承载力验算 2.基础结构计算 井壁竖向受压 井壁横向受压 封底受压弯剪 顶板受压弯剪,施工阶段(支挡结构): 自重下沉验算 底节沉井挠曲验算 刃脚受力计算 井壁受力计算,5-3-1 沉井作为整体深基础的计算,F + G Rj + Rf,Rj faA,Rf U(h2.5)q,1.竖向承载力验算,5-3 沉井的设计与计算,图5-17 井壁摩组力分布假设,破坏模式： 基础侧面的土体屈服 步骤： 首先要计算侧面的土体所受的压力 验算土压力是否小于容许值,2.水平向承载力验算,5-3 沉井的设计与计算,图5-18 荷载作用情况,(1)土体横向受力计算 非岩石地基,在水平力作用下，沉井将围绕位于地面下深度z0处点A转动角,深度z处沉井水平位移x x = (z0z)tan,侧面：,zx =xCz =Cz (z0z)tan,沉井受到的横向抗力zx,5-3 沉井的设计与计算,图5-19 非岩石地基计算示意,基底变形绕中心转动角,沉井底面受到的抗力：,其中： Cz = mz C0 =mh,沉井的受力平衡,求解得到：z0和 代入水平抗力和底面抗力的计算式,zx =xCz =Cz (z0z)tan,得到土体的受力,5-3 沉井的设计与计算,图5-20, 底面抗力需满足：, 水平抗力须满足：,max fah,zxzx=EpEa,(2)验算,5-3 沉井的设计与计算,式中 fah沉井底面处土的承载力设计值,式中 zx沉井周围土的极限抗力值 Ep、Ea被、主动土压力,图5-21 底面抗力验算示意,图5-22 水平抗力验算示意,5-3-2 沉井施工过程中的结构计算,1.沉井自重下沉验算 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 ：,沉井井壁与土体之间的摩阻力f（kPa）,5-3 沉井的设计与计算,2.底节沉井竖向挠曲验算,(1)排水除土下沉(图a)： 通过控制除土位置，使沉井处于有利状态,状态：上一节的混凝土未凝固 刃脚下的支承位置是验算的关键,5-3 沉井的设计与计算,图5-23 底节沉井支点布置示意,(2)不排水除土下沉(图b、c)： 不可控 不能控制支撑位置，取最不利位置：底节沉井仅 支承于长边的中点, 底节沉井支承于短边的两端点,5-3 沉井的设计与计算,图5-24 底节沉井支点布置示意,3.沉井刃脚受力计算,可能的破坏的时机： 刃脚向外挠曲折断 刃脚切入土中1.0m，刚接筑完 上节沉井，尚未下沉 刃脚向内挠曲折断 沉井已经下沉至设计标高，刃 脚下土体已经挖空，尚未浇筑封底混凝土,验算过程： 计算刃脚受力 水平力按悬臂和框架分配 验算刃脚悬臂作用 验算框架受力,5-3 沉井的设计与计算,图5-25 沉井刃脚受力示意,作用在刃脚侧面上的水平外力将由悬臂梁和框架来共同承担。 分配系数公式如下: 悬臂作用 : 框架作用 : 在水、土压力作用下在水平面内发生弯曲变形。,5-3 沉井的设计与计算,（1）刃脚向外挠曲的受力,受力情况 顶面沉井重力 外侧水平土、水压力 外侧土体向上摩阻力 内侧斜面土反力 底面土抗力 刃脚自重,5-3 沉井的设计与计算,图5-26 刃脚向外挠曲受力示意,外侧水平土、水压力合力pe+w：,沿井壁的水平方向取一个单位宽度，计算作用在刃脚上的土压力和水压力。,刃脚外侧的摩阻力,作用在井壁单位宽度上的摩阻力T，取其最小值,其作用点位置（离刃脚根部距离）,5-3 沉井的设计与计算,刃脚下土的竖向反力Rv 、 RH,联立方程式即可求得RV1和RV2,RH=RV2tan(),刃脚重力g,5-3 沉井的设计与计算,图5-27, 验算,求得作用在刃脚上的所有外力的大小、方向和作用点之后，即可求算刃脚根部处截面上每单位周长内（井壁）的轴向压力N、水平剪力Q及对截面重心轴的弯矩M。并据此计算在刃脚内侧的钢筋（竖直）数量。,M0=MR+MH+Me+w+MT+Mg N0=R+T+g Q=pe+w+H,5-3 沉井的设计与计算,(2)刃脚水平受力计算,需要考虑的受力有： 由于刃脚下的土已被掏空，故刃脚下的垂直反力Rv和刃脚斜面水平反力U等于零 作用在井壁外侧的摩阻力T 刃脚计算时重力g与前面相同 计算在刃脚外侧的钢筋（竖直）数量,计算所得各水平外力同样应考虑分配系数。再由外力计算出对刃脚根部中心轴的弯矩、竖向力及剪力，以此求得刃脚外壁钢筋用量。,5-3 沉井的设计与计算,图5-28 刃脚内挠受力分析,4.沉井井壁计算分竖直和水平两个方向计算,（1）竖直方向 下沉过程中，当沉井被四周土体嵌固着而刃脚下的土已被掏空时，应验算井壁接缝处的竖向拉应力。 接缝处：混凝土不承受拉应力而由接缝处的钢筋承受，此时钢筋的抗拉安全系数可采用1.25；同时并须验算钢筋的锚固长度。,5-3 沉井的设计与计算,井壁摩阻力可假定沿沉井全高按倒三角形分布，即在刃脚底面处为零，在地面处为最大，此时最危险的截面在沉井入土深度的1/2处,图5-29 沉井外侧直立时的井壁受拉计算图,按公路桥涵地基与基础设计规范，最大竖向拉力Smax为此时沉井全部重力G的1/4，即 实际工程中，沉井被卡住现象较为常见，也出现过被拉裂的沉井 。,5-3 沉井的设计与计算,井壁竖向拉应力验算,（2）水平方向,根据排水或不排水的情况，沉井井壁在水压力和土压力等水平荷载作用下，应作为水平框架验算其水平方向的挠曲。 验算刃脚根部以上，其高度等于该处井壁厚度t的一段井壁，依此设置该段的水平钢筋。 其余各段井壁的计算，可按井壁断面的变化,取每一段中控制设计的井壁（位于每一段最下端的单位高度）进行计算。 上部井段按照作用在水平框架上的均布荷载q=W+E。然后用同样的计算方法，求得水平框架的最大弯矩M、轴向压力N、剪力Q，并据此设计水平钢筋。,5-3 沉井的设计与计算,Q由刃脚传来的剪力，其值等于求算刃脚竖直外力时分配 于悬臂梁上的水平力（kN/m）。,5-3 沉井的设计与计算,图5-30 计算简图,5.沉井封底及顶板计算,（1）封底 受力：底面基底反力 支承：支承于刃脚斜面及隔墙上的周边支承板 计算内容：弯、剪,（2）顶板,受力：墩台荷载 支承：井壁简支双向板 计算内容：顶板弯、剪应力、井壁支承压力,5-3 沉井的设计与计算,5-5 地下连续墙深基础简介,地下连续墙是在泥浆护壁条件下，使用专门的成槽机械，在地面开挖一条狭长的深槽，然后在槽内安放钢筋笼，浇注混凝土，逐步形成一道连续的地下钢筋混凝土连续墙。 用途：作为基坑开挖时防渗、截水、挡土、抗滑、防爆和对邻近建筑物基础的支护以及直接成为承受