《沉井式结构》PPT课件.ppt

第六章沉井式结构 第一节概述第二节沉节结构设计第三节沉井的施工 第六章沉井式结构 第一节概述沉井的概念沉井的特点沉井类型沉井构造第二节沉井结构设计第三节沉井的施工 第六章沉井式结构 一 沉井的概念沉井是一个上无盖下无底的井筒状结构物 利用结构自重作用而下沉入土 即在地面筑成的 半成品 沉入土中 在地下完成结构物施工 应用范围沉井一般沉到较坚实的土层上 充分利用深层土承载能力 深基础 桥梁墩台基础 地下结构 取水构筑物 污水泵站 地下工业厂房 地下仓库 盾构拼装井 矿井 地下其他构筑物 第一节概述 泰州长江大桥中塔沉井基础沉井基础长58米 宽44米 总高度为76米 沉井沉入19米深水和55米河床覆盖层 封底混凝土厚11m 第一节概述 日本明石海峡大桥 最大施工水深60m 两主塔分别采用直径80m 高70m和78m 67m的浮式钢壳沉井 壁厚12m 分为16个舱 是目前规模最大的桥梁沉井基础 国外采用沉井基础的桥梁 第一节概述 宝山钢铁厂取水泵房 第一节概述 二 沉井的特点优点埋置深度大 整体性强 稳定性好 能承受较大荷载 下沉过程中无需设置坑壁支撑或板桩围壁 简化了施工 沉井施工时对邻近建筑物影响较小 缺点施工期较长 施工技术要求高 施工中易发生流砂造成沉井倾斜或下沉困难等 第一节概述 三 沉井分类按平面形状圆形 制作简单 易于控制下沉 受力性能好 周长小 侧面摩擦力小 对周围的土体扰动小建筑面积不能充分利用方形 矩形 制作方便 水平压力产生弯矩 使用方便受力情况不好 对周围土体扰动大 土压力和摩擦力不均匀两孔 多孔 孔间有隔墙或横梁 改变井壁和底板的受力状况施工易于控制 多适用于平面尺寸大的沉井椭圆形 对水流阻力小 多用于桥梁墩台基础 江心泵站多边形 多孔井字形 一 概述 三沉井分类按竖向剖面形状圆柱形 不易发生倾斜 对周围土体扰动小侧向摩擦力大 井壁容易拉裂多用于入土不深 土质松散情况阶梯形 外壁阶梯形 减小摩擦力 扰动大 节省材料内壁阶梯形 节省材料 减小扰动 避免下沉过快 一 概述 混凝土沉井钢筋混凝士沉井钢壳沉井 按沉井的建筑材科的分类 隧道连续沉井 按沉井的构造形式 单独沉井平战结合用的人防工事沉井 三 沉井图例 四 沉井的构造 井壁沉井的主要部分 要有足够的强度和厚度 井壁厚度决定于沉井大小 下沉深度以及土壤的力学性质以及沉井能在足够的自重下顺利下沉井壁断面形式的选择土质松软 摩擦力小 下沉深度小直墙式土质松软 下沉深度深井壁外侧直线形内侧阶梯形土质密实 下沉深度大外壁做成阶梯形井壁减小摩擦力的措施触变泥浆润滑 壁外喷射高压空气 二 沉井的构造 刃脚井壁最下端一般都做成刀刃状的 刃脚 刃脚的主要功用是减少下沉阻力 刃脚还应具有一定的强度 以免下沉过程中损坏 刃脚形式的选择踏面宽度10 30 刃脚内侧的倾角一般为刃脚的高度当沉井湿封底时 取1 5m左右 干封底时 取0 6m左右 二 沉井的构造 内隔墙内隔墙增加沉井在下沉过程中的刚度并减小井壁跨径把整个沉井分隔成多个施工井孔 取土井 使挖土和下沉可以较均衡地进行 也便于沉井偏斜时的纠偏 隔墙的厚度一般为0 5m左右 隔墙下部应设过人孔 供施工人员于各取土井间往来之用 人孔的尺寸一般为0 8 1 2m 1 1 1 2m左右 二 沉井的构造 封底及顶盖当沉井下沉到设计标高 经过技术检验并对坑底清理后 即可封底 以防止地下水渗入井内 封底可分湿封底 即水下灌筑混凝土 和干封封底两种 封底完毕 待混凝土结硬后在上方浇筑钢筋混凝土底板 当沉井作为地下结构物时多采用钢筋混凝土顶板 二 沉井的构造 底梁和框架在比较大型的沉井中 由于使用要求 不能设置内隔墙 则可在沉井底部增设底梁 并构成框架以增加沉井在施工下沉阶段和使用阶段的整体刚度 沉井高度较大 常于井壁不同高度设置若干道由纵横大梁组成的水平框架 减少井壁 于顶 底板之间 的跨度 使整个沉井结构布置合理 经济 在松软地层中沉井 底梁的设置还可以防止沉井 突沉 和 超沉 便于纠偏和分格封底 以争取采用干封底 纵横底梁不宜过多 以免增加结构造价 施工费时 甚至增大阻力 影响下沉 二 沉井的构造 一 沉井建筑平面布置的确定 二 沉井主要尺寸的初步确定和下沉系数的验算 三 施工阶段强度计算 四 使用阶段的强度计算 包括承受动载 一 沉井结构设计的主要环节 第二节沉井结构设计 一 沉井建筑平面布置的确定 二 沉井主要尺寸的初步确定和下沉系数的验算 1 参考已建类似的沉井结构 初定沉井的几个主要尺寸 估算下沉系数 以控制沉速 2 估算沉井的抗浮系数 以控制底板的厚度等 三 施工阶段强度计算1 井壁板的内力计算 2 刃脚的挠曲计算 3 底横梁 顶横梁的内力计算 一 沉井结构设计的主要环节 第二节沉井结构设计 四 使用阶段的强度计算 包括承受动载 1 按封闭框架 水平方向的或垂直方向的 或圆池结构来计算井壁并配筋 2 顶板及底板的内力计算及配筋 3 地基强度和变形验算 一 沉井结构设计计算主要环节 第二节沉井结构设计 一 沉井尺寸的估算 二 下沉系数的计算 三 抗浮系数的计算 四 荷载计算 五 施工阶段的强度计算刃脚内力和截面设计 井壁内力和截面设计底梁设计 封底混凝土厚度和底板内力和截面设计 六 使用阶段的强度计算沉井结构在使用阶段的强度验算 地基强度和变形验算沉井抗浮 抗滑移和抗倾覆稳定性验算 二 沉井结构计算的主要内容 第二节沉井结构设计 一 沉井下沉系数的确定下沉系数计算公式 G 沉井在施工阶段自重 井壁 上 下横梁 隔墙 临时钢封门 不排水下沉时为G B Rr 刃角踏面下正面阻力之和 与土质情况有关 Rj 井壁与土层的总摩擦力 第二节沉井结构设计 井壁摩擦力的假定在深度0 5m范围内单位面积摩擦力按三角形分布 5m以下为常数 取入土全深范围内为常数的假定 摩擦力不仅与土的种类有关 还与土的埋藏深度有关 第二节沉井结构设计 下沉系数算例某连续沉井 两端无钢封门 所在地层为淤泥质黏土 结构尺寸和材料比重见下表 刃脚踏面宽0 7m 井壁平均极限摩擦力为15kN 刃脚极限正面阻力90kN 验算下沉接近设计标高底梁土未掏空时是否满足下沉要求 第二节沉井结构设计 第二节沉井结构设计 解 1 计算沉井自重G 2 土对井壁总摩擦力 3 刃脚阻力 4 底横梁阻力刃脚土极限阻力 第二节沉井结构设计 5 下沉系数 第二节沉井结构设计 将底横梁下土掏空 抗浮系数 二 沉井施工期间的抗浮稳定验算 抗浮系数的大小由底板厚度来调整 沉井上浮时土的极限摩擦力很大 而一般设计估用的数值往往偏小 因此在验算上浮稳定时以计入井壁摩擦力较为合理 在粘性土中 因它的渗透系数很小 地下水补结非常缓慢 沉井的浮升也必然极为缓慢 在发生明显浮升之前 内部结构 设备 顶盖等重量已经作用上去 故不再存在浮升问题 第二节沉井结构设计 例验算大型圆形沉井的 抗浮系数 已知沉井直径D 68m 底板浇毕后的沉井自重为650100kN 井壁土壤间摩擦力f0 20kN m2 5m内按三角形分布 沉井入土深度为h0 26 5m 封底时的地下水静水头H 24m 第二节沉井结构设计 解 井壁侧面摩擦力 浮力 施工阶段 底板浇毕后 之抗浮稳定验算 采取措施 增加重量 减小浮力 若采取减小浮力措施 需将水头降低多少 第二节沉井结构设计 第一种情况 在刚开始下沉时 三 刃脚计算 第二节沉井结构设计 刃脚受力向外挠曲 通过计算配置内侧竖直钢筋 第一种情况刃脚向外挠曲的计算 配置内侧竖直钢筋 沿井壁周边取1 0m宽的截条作为计算单元 计算井壁自重 沿井壁周长单位宽度上的沉井自重 按全井高度计算 不排水挖土时应扣除浸入水中部分的浮力 计算刃脚自重 计算刃脚上的水 土压力 主动土压力可按朗金理论计算 计算刃脚上的土对井壁的摩擦力 第二节沉井结构设计 计算刃脚下土的反力 即踏面上土反力和斜面上土反力 第二节沉井结构设计 确定刃脚内侧竖直钢筋按以上所求得作用在刃脚上的各个外力的大小 方向和作用点后 即可求对刃脚根部m n截面上的轴向力N 剪力Q以及对截面中心点的力矩M 然后根据M Q N的大小计算刃脚内侧的竖直钢筋 分次沉降的沉井的计算最不利的阶段 第二节沉井结构设计 例设某矩形沉井封底前井自重27786kN 井壁周长为2 20 32m 104m 井高8 15m 一次下沉 试求沉井刚开始下沉时刃脚向外挠曲所需的竖直钢筋的数量 踏面宽a 35 b 45 刃脚高80 第二节沉井结构设计 求单位周长上沉井自重 三 刃脚计算 斜面下土的竖直反力 作用在斜面上的水平反力 对截面m n中点0的弯矩M为 三 刃脚计算 由于弯矩甚小 仅需按构造配筋即可 选用 第二种情况 沉到设计标高 第二节沉井结构设计 刃脚向内挠曲 通过计算配置内侧竖直钢筋 刃脚向内挠曲计算 起决定性作用是刃脚外侧水土压力W及E 一 土压力按主动土压力计算 二 水压力可按下列情况计算 1 不排水下沉 井壁外侧水压力值按100 计算 内侧水压力值一般按50 计算 但也可按施工中可能出现的水头差计算 2 排水下沉 在不透水的土中 可按静水压力的70 计算 在透水土中 可按静水压力的100 计算 水土压力求出后即可求得根部截面m n处的弯矩M和剪力Q 轴力N 第二节沉井结构设计 1沉井在竖直平面内的受弯计算 沉井抽承垫木计算 四 施工阶段井壁计算 第二节沉井结构设计 1 沉井支承在两点 定位垫木 上时井壁的高度和长度比较 相差不多 按简支梁近似计算 1沉井在竖直平面内的受弯计算 沉井抽承垫木计算 2 沉井支承在三支点上时中间回填的砂子起到支撑作用 第二节沉井结构设计 1 沉井在竖直平面内的受弯计算 沉井抽承垫木计算 3 圆形沉井一般按支承于相互垂直的直径方向的四个支点计算内力可以直接查表 第二节沉井结构设计 2井壁垂直受拉计算 井壁竖直钢筋验算沉井偏斜之后 必须及时纠偏 此时产生了纵向弯曲并使井壁受到垂直方向拉力 设计时采取以下假定 即沉井下沉将要达到设计标高时 上部井壁被土夹住 而刃脚下的土被全部掏空 按此 吊空 现象来验算井壁的抗裂性或受拉强度 第二节沉井结构设计 2井壁垂直受拉计算 井壁竖直钢筋验算按经验取值 如 上海地基基础设计规范 第二节沉井结构设计 3在水土压力作用下的井壁计算 井壁水平钢筋计算取沉至设计深度时 进行水土压力计算 作用在井壁上的水土压力 沿沉井的深度是变化的 因此井壁计算也应沿井的高度方向分段计算 砂性土水土分算 粘性土水土合算 第二节沉井结构设计 3在水土压力作用下的井壁计算 井壁水平钢筋计算 对于在施工阶段井内设有几道横隔墙的沉井结构 其井壁的受力情况可按水平框架分析 底端井壁其余井壁分段计算横隔墙计算节点按铰接或者固端计算 第二节沉井结构设计 3在水土压力作用下的井壁计算 井壁水平钢筋计算 对于不能设横隔墙的地下建筑沉井侧向井壁在施工下沉过程中仅靠上下纵横梁来支持 因此只能用近似方法 根据沉井结构的形成及长 宽 高的相对尺寸大小 将井壁简化为 框架 平板 的形式计算 四 施工阶段井壁计算 3在水土压力作用下的井壁计算 井壁水平钢筋计算 对于不能设横隔墙的地下建筑沉井 横梁 当层高大于沉井的最长边l的1 5倍 不考虑纵横梁影响 按封闭矩形框架计算沿沉井高度方向取几个截面分别计算内力和配筋 四 施工阶段井壁计算 3 在水土压力作用下的井壁计算 井壁水平钢筋计算 对于不能设横隔墙的地下建筑沉井 横梁 当沉井最短边l大于层高1 5倍时 按竖向连续梁计算 四 施工阶段井壁计算 3 在水土压力作用下的井壁计算 井壁水平钢筋计算 对于不能设横隔墙的地下建筑沉井 横梁 当沉井边长与层高相差不大时 按双向板来计算 四 施工阶段井壁计算 3 在水土压力作用下的井壁计算 井壁水平钢筋计算 连续沉井连续沉井井壁的计算实际上包括二侧井壁和横梁计算 钢封门计算三部分 四 施工阶段井壁计算 3 在水土压力作用下的井壁计算 井壁水平钢筋计算 连续沉井井壁 视为无梁楼盖体系 计算时进行简化 四 施工阶段井壁计算 3 在水土压力作用下的井壁计算 井壁水平钢筋计算 2 对于不能设横隔墙的地下建筑沉井 连续沉井 上下横梁 视为无梁楼盖体系的柱子 按偏压构件计算 四 施工阶段井壁计算 3 在水土压力作用下的井壁计算 井壁水平钢筋计算 2 对于不能设横隔墙的地下建筑沉井 连续沉井 钢封门 简化为受梯形载荷作用的垂直简支梁 四 施工阶段井壁计算 3 在水土压力作用下的井壁计算 井壁水平钢筋计算 3 对于圆形沉井井壁内力计算 四 施工阶段井壁计算 AB之间的压力 3 在水土压力作用下的井壁计算 井壁水平钢筋计算 3 对于圆形沉井井壁内力计算 四 施工阶段井壁计算 作用在沉井的底板上荷载 五 沉井底板计算 作用在底横梁上的反力 六 沉井底横梁竖向挠曲计算 2 基底虽为不透水粘土层 厚度不足以抵抗地下水的 顶破 涌水 作用 采用水下封底的办法 七 水下封底混凝土厚度的确定 1 干封底 据经验取0 6 1 2m 水下封底混凝土的厚度 应根据抗浮和强度两个条件确定 1 按抗浮条件沉井封底抽水后 在底面最大水浮力的作用下 沉井结构是否会上浮 用抗浮系数来衡量井的稳定性 并进行封底混凝土最小厚度计算 2 按封底素混凝土的强度条件来决定封底混凝土作为一块素混凝土板除验算承受浮力产生的弯曲应力外 还应验算沿刃脚斜面高度截面上产生的剪应力 六 水下封底混凝土厚度计算 第一节概述第二节沉井结构设计第三节沉井的施工 第六章沉井式结构 沉井施工分类 施工方法与结构物所在地点的地质和水文情况有关 1 旱地沉井施工 2 水中沉井施工 筑岛法 水流速不大 水深在3 4m以内 浮运沉井施工 水深大于10m 第三节沉井的施工 砂垫层 承垫木