桥梁基础工程-沉井

第4章沉井基础,4.1概述,沉井接高下沉,抽垫挖土下沉,封底,制作第一节沉井,4.1.1沉井的基本概念,一般沉井,浮运沉井,类型,一般沉井的施工过程,（常用）,一般沉井,（1）整体刚度大，承载力较高，稳定性好。,（2）适用土质范围广（如淤泥、砂土、黏土等）。,（4）施工所引起的周围土层变形小，对邻近建筑物可近接施工。,4.1.2特点,（5）同时可挡土(挡土结构)和挡水（围堰），简化了施工过程。,（1）可用于桥梁基础、地下泵房、水池、油库、矿用竖井、大型设备基础及建筑物基础。,（6）施工工期较长，技术要求较高，会遇到下沉困难、倾斜等问题。,（3）埋置深度大。,4.1.3适用范围,（2）上部荷载大，良好持力层埋置较深；冲刷大，或有大卵石无法采用其他深基础；河水较深，施工围堰较困难。,沉井平面长69m，宽51m，下沉深度为58m，相当于9个半篮球场大的20层高楼埋进地下。,世界上最大的沉井江阴长江公路大桥锚碇基础,国内最大的水中沉井基础（泰州长江大桥）（58m44m）,4.2沉井基础类型及构造,1.按施工方法分类,一般沉井：设计位置上制造，就地挖土下沉。水浅、流速小时采用。,浮运沉井：岸边制造，浮运到位下沉。水深、流速大、有通航要求时。,2.按材料分类,混凝土沉井,钢筋混凝土沉井,竹筋混凝土沉井,钢沉井,3.按几何形式,圆形,矩形,圆端形,单孔,双孔,多孔,4.2.1分类,双壁钢壳底节浮式沉井,4.按剖面形状,4.2.2一般沉井的构造,柱形,阶梯形,锥形,柱形,阶梯形,锥形,刃脚,4.2.3浮运沉井的构造,带钢气筒的浮运沉井,双壁浮运沉井,带气筒的浮运沉井,带临时性井底的浮运沉井,4.3沉井的施工（一般沉井）,1.平整场地,2.制作第一节沉井,3.拆模及抽垫,4.挖土下沉,5.接高沉井,6.设置井顶防水围堰,7.基底检验和处理,8.沉井封底,9.井孔填充和顶板浇注,4.3.1施工过程,垫木布置,制作第一节沉井,封底,沉井接高下沉,抽垫挖土下沉,挖土,下沉,4.4.1沉井尺寸的确定,（1）桥墩截面沉井平面形状及尺寸。,（2）土层情况及荷载大小沉井埋深沉井高度。,（3）水、土压力及井壁摩擦力井壁厚度、井孔尺寸、内墙厚度。,（4）刃脚受力刃脚的形状和尺寸。,（5）水压力及土反力封底混凝土厚度。,4.4沉井的设计与计算,（6）确定顶板厚度。,4.4.2施工过程的设计与检算,（1）沉井的下沉能力验算,（4）底节沉井验算,（2）刃脚受力计算,（3）井壁受力计算,（5）混凝土封底及顶板计算,1沉井的下沉能力验算,沉井自重（扣除浮力）,下沉总阻力,下沉系数,下沉总阻力=侧面总摩阻力+刃脚踏面的阻力,（1）侧面总阻力,入土总深度,平均摩阻力,（2）刃脚踏面的阻力,刃脚踏面的阻力=刃脚踏面面积地基承载力,减少井壁摩阻力的方法,（1）高压射水,（2）泥浆套,（3）空气幕,泥浆套,侧阻力分布,2.刃脚受力计算,竖向,向外挠曲,向内挠曲,1）竖向,刃角受力,水平方向挠曲,荷载分配系数,看作固定于刃脚根部的悬臂梁。,2）水平方向,看作水平框架。,刃脚斜面部分的高度,支承于隔墙间的井壁最大跨度,支承于隔墙间的井壁最小跨度,地基土反力,水、土压力,（1）向外挠曲,最不利位置,1）入土1m。,2）选择不同的下沉深度。,受力计算（取单位宽度）,1）外侧土、水压力,a.“土水分算”，土压力按朗肯主动土压力计算（采用浮重度）。,b.乘以水平荷载分配系数进行荷载分配。,合力,作用位置,2）土的竖向反力,单位周长沉井的自重,单位宽度摩阻力,3）摩阻力,摩阻力,4）刃脚自重,井壁厚度,5）计算并配置外壁受弯钢筋。,（2）向内挠曲,1）下沉到设计深度且刃脚下的土被掏空时。,2）受力计算参见向外挠曲时。,（3）水平受力计算,1）下沉到设计深度且刃脚下的土被掏空时。,2）沉井所受荷载为,3）计算弯矩等内力，根据弯矩配置水平钢筋。,3）计算并配置内侧竖向受弯钢筋。,3井壁受力计算,水平受力计算,竖向拉应力验算,沉井下部悬空，由井壁摩擦力支承，并由此因自重在井壁内产生拉应力。,（1）竖向受拉计算,由平衡条件，得拉力,解得,（2）水平受力计算,1）下沉到设计深度且刃脚下的土被掏空时。,据此沿井壁纵向配置抗拉钢筋。,2）取各节最下面的1m以土、水压力计算内力。底节还应计入刃脚传来的水平剪力作为荷载。,3）按水平框架计算弯矩等内力。,4）按弯矩配置水平受弯钢筋。,4沉井底节计算,排水挖土下沉(最有利),不排水挖土下沉（最不利）,（1）井壁竖向拉裂计算,1）排水挖土下沉、不排水挖土下沉时按不同的支承方式计算。,2）拉应力超过混凝土抗拉强度时，或加大底节沉井高度，或配筋。,（2）内隔墙竖向拉裂计算,（内隔墙跨度较大时）,5混凝土封底及顶板计算,抗弯,抗剪,（1）封底混凝土计算,计算内容,计算荷载,空心沉井：通车后产生的最大地基反力。,实心沉井：沉井自重产生的地基反力及水压力。,（2）顶盖计算,计算跨中最大弯矩并验算抗压强度。,1）墩身底面支承于井壁和隔墙时,2）墩身底面位于井孔内时,除进行1）外，还有计算墩台边缘处顶盖截面的弯矩和剪力。,4.4.3使用条件下的沉井基础检算,（1）沉井埋深较小时可按浅基础计算，偏于安全。,（2）埋深较大时按刚性深基础（h2.5）计算，需考虑侧面土体的横向抗力。,1.沉井底持力层为土层或风化岩石,（1）井侧土的抗力,转动中心,沉井水平位移,沉井转角,水平抗力,（2）井底的土反力,竖向荷载和沉井自重,竖向地基系数,（1）水平力,2.平衡方程,（2）弯矩（对井底中心）,井底反力产生的弯矩,3.转角和转动中心位置,、联立求解后，得,4.井身弯矩,计算宽度,2.沉井下端嵌入岩石,假设转动中心位于底端，则,转动中心,转角,水平抗力,井身弯矩,令y0=h，由前述转角和弯矩计算公式得到,由水平方向平衡方程得到,井底水平反力,3.验算,（1）基底压应力,（铁路桥基规范）,（2）侧面水平抗力,按朗肯土压理论计算桩侧土压力,以y=h/3及y=h处为验算截面，则有,（3）墩台顶面水平位移验算,沉井转动产生的水平位移,墩身挠曲产生的水平位移,被动、主动土压力,例4-3,一单线铁路桥梁位于平坡直线地段，其中某墩为圆端形，墩底截面宽3.5m，长6.8m，墩底标高为-0.3m，拟采用沉井基础，沉井底标高为-16.30m，沉井自重14000.8kN，若计浮力作用，沉井自重为7910kN。该桥墩墩址处河床