桥涵地基与基础设计培训讲义2 沉井基础

1、新 规 范 解 释冯忠居 教授长安大学公路学院岩土与隧道工程研究所 公路桥涵地基与基础设计规范公路桥涵地基与基础设计规范 沉井基础定义：沉井基础定义：上下敞口带刃脚的空心井筒状结上下敞口带刃脚的空心井筒状结 构下沉水中到设计标高处构下沉水中到设计标高处, ,以井筒作为结构外壳而以井筒作为结构外壳而 构筑成的基础。构筑成的基础。6 6 沉井基础沉井基础 沉井下沉示意图 沉井基础 6 6 沉井基础沉井基础 沉井是用混凝土（或钢筋混凝土）等建筑材沉井是用混凝土（或钢筋混凝土）等建筑材 料制成的井筒结构物。施工时，先就地制作第一料制成的井筒结构物。施工时，先就地制作第一 节井筒，然后用适当的方法在井筒

2、内挖土，使沉节井筒，然后用适当的方法在井筒内挖土，使沉 井在自重作用下克服阻力而下沉。随着沉井的下井在自重作用下克服阻力而下沉。随着沉井的下 沉，逐步加高井筒，沉到设计标高后，在其下端沉，逐步加高井筒，沉到设计标高后，在其下端 浇筑混凝土封底，如沉井作为地下结构物使用，浇筑混凝土封底，如沉井作为地下结构物使用， 则在其上端再接筑上部结构；如只作为建筑物基则在其上端再接筑上部结构；如只作为建筑物基 础使用的沉井，常用素混凝土或砂石填充井筒。础使用的沉井，常用素混凝土或砂石填充井筒。6 6 沉井基础沉井基础6 6 沉井基础沉井基础 沉井的优点：沉井的优点：埋置深度可以很大，整体性强、稳埋置深度可以

3、很大，整体性强、稳 定性好，有较大的承载面积，能承受较大的垂直定性好，有较大的承载面积，能承受较大的垂直 荷载和水平荷载；沉井既是基础，又是施工时的荷载和水平荷载；沉井既是基础，又是施工时的 挡土和挡土围堰结构物，施工工艺并不复杂，因挡土和挡土围堰结构物，施工工艺并不复杂，因 此在桥梁工程中得到较广泛的应用。同时，沉井此在桥梁工程中得到较广泛的应用。同时，沉井 施工时对邻近建筑物尤其是软土中地下建筑物的施工时对邻近建筑物尤其是软土中地下建筑物的 基础，也常用作为矿用竖井、地下油库等。基础，也常用作为矿用竖井、地下油库等。6 6 沉井基础沉井基础 沉井的缺点：沉井的缺点：施工期较长；对粉细砂类土

4、在井内施工期较长；对粉细砂类土在井内 抽水易发生流砂现象，造成沉井倾斜；沉井下沉抽水易发生流砂现象，造成沉井倾斜；沉井下沉 过程中遇到的大孤石、树干或井底岩层表面倾斜过程中遇到的大孤石、树干或井底岩层表面倾斜 过大，均会给施工带来一定困难。过大，均会给施工带来一定困难。 沉井基础在桥梁工程中的应用沉井基础在桥梁工程中的应用 米约高架桥米约高架桥是法国一座位于连接克莱蒙费尔德和贝齐埃是法国一座位于连接克莱蒙费尔德和贝齐埃尔市的尔市的A75A75高速公路上的大桥高速公路上的大桥, ,这将是一条连接北欧和西班牙这将是一条连接北欧和西班牙东部地区的新通道。东部地区的新通道。6 6 沉井基础沉井基础 桥

5、全长桥全长2460m2460m，由，由8 8跨组成，除两个边跨长跨组成，除两个边跨长204m204m外，其余各外，其余各跨均为跨均为302m302m，桥总重，桥总重2929万吨，其中仅钢结构桥面就重达万吨，其中仅钢结构桥面就重达3.63.6万吨。万吨。 每个桥墩设每个桥墩设4 4个沉井基础，沉井直径个沉井基础，沉井直径4 45m5m，深，深9 916m16m。大。大桥仅用了桥仅用了7 7根支柱，而且还都是单体支柱，其中一个支柱高度竟根支柱，而且还都是单体支柱，其中一个支柱高度竟然达到然达到240m240m。6 6 沉井基础沉井基础 枝江长江大桥枝江长江大桥正桥正桥 0 0、1 1、2 2、3

6、3号墩位号墩位 于浅滩上，均需通于浅滩上，均需通 过过202030m30m砂土和砂土和 河卵石覆盖层才能河卵石覆盖层才能 达到设计标高。达到设计标高。6 6 沉井基础沉井基础 原设计曾为重型沉井，希望靠压重沉到设计标高，经方案比较原设计曾为重型沉井，希望靠压重沉到设计标高，经方案比较最后均采用泥桨套下沉的轻型沉井，并首先在最后均采用泥桨套下沉的轻型沉井，并首先在0号号(高高19.5m)墩上进墩上进行了泥浆套试验，后逐步用到行了泥浆套试验，后逐步用到1 (高高27m) 、2 (高高27m) 、3号号(高高32m)墩上，最终完成泥浆套沉井基础。墩上，最终完成泥浆套沉井基础。6 6 沉井基础沉井基础

7、 九江长江大桥九江长江大桥北岸引桥地址构造简单，单承载力较低，北岸引桥地址构造简单，单承载力较低，属近期淤积层。经过方案比选，除个别桥墩采用钻孔桩基属近期淤积层。经过方案比选，除个别桥墩采用钻孔桩基础外，其余均采用沉井基础。为了提高下沉速度减少沉井础外，其余均采用沉井基础。为了提高下沉速度减少沉井混凝土用量，最后采用空气幕沉井基础。混凝土用量，最后采用空气幕沉井基础。九江长江大桥6 6 沉井基础沉井基础九江长江大桥九江长江大桥6 6 沉井基础沉井基础江阴长江公路大桥江阴长江公路大桥为主跨为主跨1385m1385m悬索桥，其北锚碇基础悬索桥，其北锚碇基础采用空气幕沉井基础，沉井长采用空气幕沉井基

8、础，沉井长69m69m、宽、宽51m51m、高、高58m58m，是，是当今世界最大的沉井。当今世界最大的沉井。6 6 沉井基础沉井基础 南京长江大桥南京长江大桥正桥正桥2、3号墩要通过约号墩要通过约30m深水、约深水、约40m厚的覆盖层，按当时的技术条件修建单一的管柱基础厚的覆盖层，按当时的技术条件修建单一的管柱基础或沉井基础，在设计上和施工上都缺少经验、存在困难。或沉井基础，在设计上和施工上都缺少经验、存在困难。因此，经多方研究和论证，最后采用了钢沉井和管柱的组因此，经多方研究和论证，最后采用了钢沉井和管柱的组合基础。合基础。6 6 沉井基础沉井基础南京长江大桥正桥南京长江大桥正桥6 6 沉

9、井基础沉井基础雄伟的南京长江大桥雄伟的南京长江大桥6 6 沉井基础沉井基础 蚌埠淮河公路大桥蚌埠淮河公路大桥是安徽省境内淮河上第二座特大公是安徽省境内淮河上第二座特大公路桥梁，位于路桥梁，位于101101省道上，在安徽省蚌埠市解放四路，津浦省道上，在安徽省蚌埠市解放四路，津浦铁路新老桥之间，跨越淮河，桥全长铁路新老桥之间，跨越淮河，桥全长752m752m。6 6 沉井基础沉井基础 主桥为双塔双索面预应力混凝土斜拉桥，主跨主桥为双塔双索面预应力混凝土斜拉桥，主跨224m224m，跨连续的组合为跨连续的组合为3838767622422476763838（m m），全长），全长452m452m。桥面

10、宽度为行车道桥面宽度为行车道15m15m，两侧人行道各，两侧人行道各2m2m，全宽，全宽19.6m19.6m。该。该桥拉索采用日本进口的桥拉索采用日本进口的55镀锌高强度平行钢丝束和镀锌高强度平行钢丝束和PEPE热挤热挤防护索套。安徽省公路勘察设计院设计，交通部公路二局施防护索套。安徽省公路勘察设计院设计，交通部公路二局施工。工。6 6 沉井基础沉井基础6 6 沉井基础沉井基础沉井施工动画沉井施工动画就地下沉的沉井施工就地下沉的沉井施工6 6 沉井基础沉井基础 6.1 6.1 一般规定一般规定 6.1.1 6.1.1 当桥梁墩台基础处的河床地质、水文及当桥梁墩台基础处的河床地质、水文及施施 工

11、等工等条件适宜条件适宜时，可选用沉井基础。但河床中有时，可选用沉井基础。但河床中有 流砂、孤石、树干或老桥基等难于清除的障碍物流砂、孤石、树干或老桥基等难于清除的障碍物 时，或在表面倾斜较大的岩层上，不宜采用沉井时，或在表面倾斜较大的岩层上，不宜采用沉井 基础。当水深较大，流速适宜时亦可考虑采用浮基础。当水深较大，流速适宜时亦可考虑采用浮 运沉井。运沉井。 沉井的埋置深度应符合本规范第沉井的埋置深度应符合本规范第4 4章第章第4.14.1节节 的规定。的规定。6.16.1节一般规定节一般规定6 6 沉井基础沉井基础 6.1.2 6.1.2 为使沉井顺利下沉，沉井重力（不排水下为使沉井顺利下沉，

12、沉井重力（不排水下 沉时，应计浮重度）须大于井壁与土体间的摩阻沉时，应计浮重度）须大于井壁与土体间的摩阻 力标准值。土与井壁间的摩阻力标准值应根据实力标准值。土与井壁间的摩阻力标准值应根据实 践经验或实测资料确定；当缺乏上述资料时，可践经验或实测资料确定；当缺乏上述资料时，可 根据土的性质、施工措施，按根据土的性质、施工措施，按表表.2选用。选用。6.16.1节一般规定节一般规定6 6 沉井基础沉井基础 6.2 6.2 构造构造6.2.1 6.2.1 沉井沉井平面形状及尺寸平面形状及尺寸应根据墩台身底面尺应根据墩台身底面尺 寸、地基土的承载力及施工要求确定。沉井棱角寸、地基土的

13、承载力及施工要求确定。沉井棱角6.26.2节节 构造构造6 6 沉井基础沉井基础 处宜做成圆角或钝角，顶面襟边宽度应根据沉井处宜做成圆角或钝角，顶面襟边宽度应根据沉井 施工容许偏差而定，不应小于沉井全高的施工容许偏差而定，不应小于沉井全高的1/501/50， 且不应小于且不应小于0.2m0.2m，浮式沉井另加，浮式沉井另加0.2m0.2m。沉井顶部。沉井顶部 需设置围堰时，其襟边宽度应满足安装墩台身模需设置围堰时，其襟边宽度应满足安装墩台身模 板的需要。板的需要。 井孔的布置和大小应满足取土机具操作的需井孔的布置和大小应满足取土机具操作的需 要，对顶部设置围堰的沉井，宜结合井顶围堰统要，对顶部

14、设置围堰的沉井，宜结合井顶围堰统 一考虑。一考虑。 说明说明6.26.2节节 构造构造6 6 沉井基础沉井基础 6.2.2 6.2.2 沉井每沉井每节高节高度可视沉井的平面尺寸、总高度可视沉井的平面尺寸、总高 度、地基土情况和施工条件而定，不宜高于度、地基土情况和施工条件而定，不宜高于5m5m。 沉井外壁可做成垂直面、斜面（斜面坡度为竖沉井外壁可做成垂直面、斜面（斜面坡度为竖/ / 横：横：20/120/150/150/1）或与斜面坡度相当的台阶形。）或与斜面坡度相当的台阶形。 说明说明 6.2.3 6.2.3 沉井井壁的沉井井壁的厚度厚度应根据结构强度、施工下应根据结构强度、施工下 沉需要的

15、重力、便于取土和清基等因素而定，可沉需要的重力、便于取土和清基等因素而定，可 采用采用m1.5m；但钢筋混凝土薄壁浮运沉井及；但钢筋混凝土薄壁浮运沉井及钢钢 模薄壁浮运沉井的壁厚不受此限。模薄壁浮运沉井的壁厚不受此限。 6.26.2节节 构造构造6 6 沉井基础沉井基础 6.2.4 6.2.4 沉井沉井刃脚刃脚根据地质情况，可采用尖刃脚或根据地质情况，可采用尖刃脚或 带踏面刃脚。如土质坚硬，刃脚面应以型钢加强带踏面刃脚。如土质坚硬，刃脚面应以型钢加强 或底节外壳采用钢结构。刃脚底面宽度可为或底节外壳采用钢结构。刃脚底面宽度可为 m0.2m，如为软土地基可适当

16、放宽。刃脚斜，如为软土地基可适当放宽。刃脚斜面面 与水平面交角不宜小于与水平面交角不宜小于4545。沉井内隔墙底面比。沉井内隔墙底面比 刃脚底面至少应高出刃脚底面至少应高出0.5m0.5m。当沉井需要下沉至稍。当沉井需要下沉至稍 有倾斜的岩面上时，在掌握岩层高低差变化的情有倾斜的岩面上时，在掌握岩层高低差变化的情 况下，可将刃脚做成与岩面倾斜度相适应的高低况下，可将刃脚做成与岩面倾斜度相适应的高低 刃脚。刃脚。 6.26.2节节 构造构造6 6 沉井基础沉井基础 6.2.5 6.2.5 沉井沉井材料材料可用混凝土、钢筋混凝土（配筋可用混凝土、钢筋混凝土（配筋 率不应小于率不应小于0.1%0.1

17、%）和钢材等。混凝土沉井仅适用）和钢材等。混凝土沉井仅适用 于松软土层；其井壁竖向接缝应设置接缝钢筋。于松软土层；其井壁竖向接缝应设置接缝钢筋。 沉井刃脚不宜采用混凝土结构。沉井刃脚不宜采用混凝土结构。 浮运沉井可采用钢筋混凝土薄壁或钢模薄壁浮运沉井可采用钢筋混凝土薄壁或钢模薄壁 结构。结构。6.26.2节节 构造构造6 6 沉井基础沉井基础 6.2.6 6.2.6 沉井沉井填料填料可采用混凝土、片石混凝土或浆可采用混凝土、片石混凝土或浆 砌片石；在无冰冻地区亦可采用粗砂和砂砾填砌片石；在无冰冻地区亦可采用粗砂和砂砾填 料；空心沉井应考虑受力和稳定要求。粗砂、砂料；空心沉井应考虑受力和稳定要求

18、。粗砂、砂 砾填芯沉井和空心沉井的顶面均须设置钢筋混凝砾填芯沉井和空心沉井的顶面均须设置钢筋混凝 土盖板，盖板厚度通过计算确定。土盖板，盖板厚度通过计算确定。6.26.2节节 构造构造6 6 沉井基础沉井基础 6.2.7 6.2.7 沉井各部分混凝土强度等级：刃脚不应低沉井各部分混凝土强度等级：刃脚不应低 于于C25C25；井身不应低于；井身不应低于C20C20；当为薄壁浮运沉井；当为薄壁浮运沉井 时，井壁和隔板不应低于时，井壁和隔板不应低于C25C25，腹腔内填料不应，腹腔内填料不应低低 于于C15C15。 6.2.8 6.2.8 沉井封底混凝土厚度由计算确定，但其顶沉井封底混凝土厚度由计算

19、确定，但其顶 面应高出刃脚根部（即刃脚斜面的顶点处）不小面应高出刃脚根部（即刃脚斜面的顶点处）不小 于于0.5m0.5m。封底混凝土强度等级，非岩石地基不应。封底混凝土强度等级，非岩石地基不应 低于低于C25C25，岩石地基不应低于，岩石地基不应低于C20C20。6.26.2节节 构造构造施工现场照片施工现场照片6.26.2节节 构造构造施工现场照片施工现场照片6.26.2节节 构造构造施工现场照片施工现场照片6.26.2节节 构造构造施工现场照片施工现场照片6.26.2节节 构造构造施工现场照片施工现场照片6.26.2节节 构造构造施工现场照片施工现场照片6.26.2节节 构造构造6 6 沉

20、井基础沉井基础 6.3 6.3 计算计算 6.3.1 6.3.1 沉井的计算应包括：沉井的计算应包括： 1 1 沉井作为整体基础计算沉井作为整体基础计算 沉井作为整体基础计算，可按本规范第沉井作为整体基础计算，可按本规范第4 4章章有有 关规定执行。考虑土的弹性抗力作用时，可按本关规定执行。考虑土的弹性抗力作用时，可按本 规范附录规范附录Q Q计算；采用泥浆套施工且采取了恢复侧计算；采用泥浆套施工且采取了恢复侧 面土的约束能力措施后，方可考虑土的弹性抗力面土的约束能力措施后，方可考虑土的弹性抗力 作用。作用。 6.36.3节节 计算计算6 6 沉井基础沉井基础 对高低刃脚的沉井基础，验算抗倾覆

21、和抗滑对高低刃脚的沉井基础，验算抗倾覆和抗滑 动稳定性时，应考虑岩面倾斜的不利因素，并采动稳定性时，应考虑岩面倾斜的不利因素，并采 取必要的措施。取必要的措施。 2 2 沉井在施工过程中的计算沉井在施工过程中的计算 1 1）使沉井顺利下沉所必需的重力，可按本规范）使沉井顺利下沉所必需的重力，可按本规范 第第.2条规定计算。条规定计算。6.36.3节节 计算计算6 6 沉井基础沉井基础 2 2）沉井井壁及刃脚，可按本规范第）沉井井壁及刃脚，可按本规范第.2 .4条规定计算。条规定计算。 3 3）混凝土封底层的厚度，可按本规范第）混凝土封底层的厚度，

22、可按本规范第.5条条 规定计算。规定计算。 4 4）浮运沉井在浮运过程中的横向稳定性，可按）浮运沉井在浮运过程中的横向稳定性，可按 本规范第本规范第.6条规定计算。条规定计算。6.36.3节节 计算计算6 6 沉井基础沉井基础 5 5）沉井在施工过程中，其截面应按现行）沉井在施工过程中，其截面应按现行公路公路 钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTGJTG D62 D62）进行短暂状况验算。）进行短暂状况验算。3 3 沉井盖板应按现行沉井盖板应按现行公路钢筋混凝土及预应力公路钢筋混凝土及预应力 混凝土桥涵设计规范混凝土桥涵

23、设计规范（JTG D62JTG D62）进行承载能）进行承载能力力 极限状态计算和正常使用极限状态计算。计算时极限状态计算和正常使用极限状态计算。计算时 其结构重要性系数和作用效应组合，应分别符合其结构重要性系数和作用效应组合，应分别符合 本规范第本规范第.5条的规定。条的规定。6.36.3节节 计算计算6 6 沉井基础沉井基础 6.3.2 6.3.2 沉井井壁应按下列规定验算。薄壁浮运沉沉井井壁应按下列规定验算。薄壁浮运沉 井的井壁应根据实际可能发生的情况进行验算。井的井壁应根据实际可能发生的情况进行验算。 1 1 施工下沉时，沉井底节应按下列情况验算其竖施工下沉时，沉井底节

24、应按下列情况验算其竖 向弯曲强度：向弯曲强度： 1 1）当排水挖土下沉时，沉井底节假定支承在四）当排水挖土下沉时，沉井底节假定支承在四 个支点个支点“1”1”上（上（图图6.3.2-16.3.2-1），验算其竖向弯曲；），验算其竖向弯曲； 说说 明明 2 2）当不排水下沉时，由于挖土不均匀，沉井底）当不排水下沉时，由于挖土不均匀，沉井底 节假定支承在长边的中心支点节假定支承在长边的中心支点“2”2”上或支承在短上或支承在短边边6.36.3节节 计算计算6 6 沉井基础沉井基础 两端的四角支点两端的四角支点“3”3”上（上（图图6.3.2-26.3.2-2），验算其），验算其竖竖 向弯曲。向弯曲

25、。 说说 明明 2 2 施工下沉过程中井壁的验算分为竖直方向和水施工下沉过程中井壁的验算分为竖直方向和水 平方向两部分：平方向两部分： 1 1）竖直方向）竖直方向 当沉井被四周土体摩阻力所嵌固而刃脚下的当沉井被四周土体摩阻力所嵌固而刃脚下的 土已被挖空时，应验算井壁接缝处的竖向抗拉强土已被挖空时，应验算井壁接缝处的竖向抗拉强 度。在接缝处假定混凝土不承受拉力而由接缝处度。在接缝处假定混凝土不承受拉力而由接缝处 的钢筋承受。的钢筋承受。6.36.3节节 计算计算沉井的排水下沉沉井的排水下沉6.36.3节节 计算计算水下着床定位，灌水下沉水下着床定位，灌水下沉6.36.3节节 计算计算6 6 沉井

26、基础沉井基础 （1 1）等截面井壁）等截面井壁 井壁摩阻力可假定沿沉井总高按三角形分井壁摩阻力可假定沿沉井总高按三角形分 布，即在刃脚底面处为零，在地面处为最大。此布，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时，最危险的截面在沉井入土深度的1/21/2处处 图图 6.3.2-36.3.2-3（a a） ，最大竖向拉力为沉井全部重力，最大竖向拉力为沉井全部重力 G Gk k的的1/41/4，即，即 ：kmax4GP（6.3.2-16.3.2-1） 6.36.3节节 计算计算6 6 沉井基础沉井基础 （2 2）台阶形井壁）台阶形井壁 每段井壁变阶处均应进行计算，变阶

27、处的井每段井壁变阶处均应进行计算，变阶处的井 壁拉力壁拉力P Pxx图图6.3.2-36.3.2-3（b b） 为：为：xxkx12PGuq xxdxqqh（6.3.2-26.3.2-2） （6.3.2-36.3.2-3）6.36.3节节 计算计算6 6 沉井基础沉井基础式中式中P Px x距刃脚底面距刃脚底面x x变阶处的井壁拉力（变阶处的井壁拉力（kNkN）；）； G Gxkxkx x高度范围内的沉井自重（高度范围内的沉井自重（kNkN）；）； u u井壁周长（井壁周长（m m）；）； q qx x距刃脚底面距刃脚底面x x变阶处的摩阻力（变阶处的摩阻力（kPakPa）；）； q qd d

28、沉井顶面摩阻力（沉井顶面摩阻力（kPakPa）；）； h h沉井总高（沉井总高（m m）；）； x x刃脚底面至变阶处（或验算截面）的高度。刃脚底面至变阶处（或验算截面）的高度。6.36.3节节 计算计算6 6 沉井基础沉井基础2 2）水平方向）水平方向 水平方向水平方向应验算刃脚根部以上高度等于该处应验算刃脚根部以上高度等于该处 壁厚的一段井壁。计算时除计入该段井壁范围内壁厚的一段井壁。计算时除计入该段井壁范围内 的水平荷载外，并应考虑由刃脚悬臂传来的水平的水平荷载外，并应考虑由刃脚悬臂传来的水平 剪力。剪力。 根据排水或不排水的情况，沉井井壁在水压根据排水或不排水的情况，沉井井壁在水压 力

29、和土压力等水平荷载作用下，应作为水平框架力和土压力等水平荷载作用下，应作为水平框架 验算其水平方向的弯曲。验算其水平方向的弯曲。6.36.3节节 计算计算6 6 沉井基础沉井基础 采用泥浆套下沉的沉井，泥浆压力大于上述采用泥浆套下沉的沉井，泥浆压力大于上述 水平荷载，井壁压力应按泥浆压力计算。水平荷载，井壁压力应按泥浆压力计算。 采用空气幕下沉的沉井，井壁压力与普通沉采用空气幕下沉的沉井，井壁压力与普通沉 井的计算相同。井的计算相同。 6.3.3 6.3.3 沉井刃脚可分别作为悬臂梁和水平框架验沉井刃脚可分别作为悬臂梁和水平框架验 算其竖向和水平向的弯曲强度。算其竖向和水平向的弯曲强度。6.3

30、6.3节节 计算计算a混凝土刃脚；b设角钢的刃脚；c尖刃脚沉井沉井刃脚刃脚：作用在于减少沉井下沉阻力作用在于减少沉井下沉阻力 6.36.3节节 计算计算6 6 沉井基础沉井基础 1 1 刃脚竖向作为悬臂梁计算。刃脚根部可以认刃脚竖向作为悬臂梁计算。刃脚根部可以认 为与井壁嵌固，刃脚高度作为悬臂长度，并可根为与井壁嵌固，刃脚高度作为悬臂长度，并可根 据以下两种不利情况分别计算：据以下两种不利情况分别计算： 1 1） 刃脚竖向向外弯曲刃脚竖向向外弯曲。沉井下沉途中，刃脚。沉井下沉途中，刃脚 内侧已切入土中约内侧已切入土中约1m1m，此时沉井顶部露出水面尚，此时沉井顶部露出水面尚 有一定高度（多节沉

31、井约为一节沉井高度）时，有一定高度（多节沉井约为一节沉井高度）时，6.36.3节节 计算计算6 6 沉井基础沉井基础 验算刃脚因受井孔内土体的侧向压力而向外弯曲验算刃脚因受井孔内土体的侧向压力而向外弯曲 时的强度。在上述情况下，作用于井壁外侧的计时的强度。在上述情况下，作用于井壁外侧的计 算侧土压力和水压力的总和不应大于静水压力的算侧土压力和水压力的总和不应大于静水压力的 70%70%，井壁外侧的计算摩阻力取，井壁外侧的计算摩阻力取0.50.5E E（E E为井壁所为井壁所 受的主动土压力）或本规范表受的主动土压力）或本规范表.2数值计算的数值计算的较较 小者。小者。6.36.

32、3节节 计算计算6 6 沉井基础沉井基础 2 2）刃脚竖向向内弯曲刃脚竖向向内弯曲。沉井已沉到设计标高，。沉井已沉到设计标高， 刃脚下的土已被挖空的情况下，验算刃脚因受井刃脚下的土已被挖空的情况下，验算刃脚因受井 壁外侧全部水压力和侧土压力而向内弯曲时的强壁外侧全部水压力和侧土压力而向内弯曲时的强 度。水压力可按下列情况计算：度。水压力可按下列情况计算： 不排水下沉时，井壁外侧水压力值按不排水下沉时，井壁外侧水压力值按100%100%计计 算，内侧水压力值按算，内侧水压力值按50%50%计算，但也可按施工中计算，但也可按施工中可可 能出现的水头差计算。能出现的水头差计算。 6.36.3节节 计

33、算计算6 6 沉井基础沉井基础 排水下沉时，在透水不良的土中，可按静水排水下沉时，在透水不良的土中，可按静水 压力的压力的70%70%计算；在透水土中，可按静水压力的计算；在透水土中，可按静水压力的 100%100%计算。计算。 2 2 刃脚竖向作为水平框架计算刃脚竖向作为水平框架计算。沉井已沉到设。沉井已沉到设 计标高，刃脚下的土已被挖空的情况下，将刃脚计标高，刃脚下的土已被挖空的情况下，将刃脚 作为闭合的水平框架，计算其水平方向的抗弯强作为闭合的水平框架，计算其水平方向的抗弯强 度。度。6.36.3节节 计算计算6 6 沉井基础沉井基础 6.3.4 6.3.4 沉井刃脚上作用的水平力分配系

34、数可用下沉井刃脚上作用的水平力分配系数可用下列近似方法计算：列近似方法计算： 1 1 刃脚沿竖向视为悬臂梁，其悬臂长度等于斜面刃脚沿竖向视为悬臂梁，其悬臂长度等于斜面 部分的高度。当内隔墙的底面距刃脚底面为部分的高度。当内隔墙的底面距刃脚底面为0.5m0.5m 或大于或大于0.5m0.5m而采用竖向承托加强时，作用于悬臂而采用竖向承托加强时，作用于悬臂 部分的水平力可乘以分配系数：部分的水平力可乘以分配系数： 6.36.3节节 计算计算6 6 沉井基础沉井基础式中式中 支承在内隔墙间的外壁最大计算跨径支承在内隔墙间的外壁最大计算跨径 （m m）；）； 刃脚斜面部分的高度（刃脚斜面部分的高度（m

35、 m）。）。 悬臂部分的竖直钢筋应伸入悬臂根部以上的悬臂部分的竖直钢筋应伸入悬臂根部以上的 高度，并在悬臂总高按剪力和构造要求设置箍高度，并在悬臂总高按剪力和构造要求设置箍 筋。筋。 414410.11.00.05lhl1lh（6.3.4-16.3.4-1） 6.36.3节节 计算计算6 6 沉井基础沉井基础 2 2 刃脚水平方向可视为闭合框架，当刃脚悬臂刃脚水平方向可视为闭合框架，当刃脚悬臂的的 水平力乘以分配系数时，作用于框架的水平力应水平力乘以分配系数时，作用于框架的水平力应 乘以分配系数乘以分配系数： 式中式中 支承在内隔墙间的外壁最小计算跨径支承在内隔墙间的外壁最小计算跨径 （m m

36、）；）； 刃脚斜面部分的高度（刃脚斜面部分的高度（m m）。）。 424405. 0lhh2lh（6.3.4-26.3.4-2） 6.36.3节节 计算计算6 6 沉井基础沉井基础 6.3.5 6.3.5 混凝土封底的厚度应根据基底的水压力和混凝土封底的厚度应根据基底的水压力和 地基土的向上反力计算确定。井孔不填充混凝土地基土的向上反力计算确定。井孔不填充混凝土 的沉井，封底混凝土须承受沉井基础全部荷载所的沉井，封底混凝土须承受沉井基础全部荷载所 产生的基底反力，井内如填砂时应扣除其重力。产生的基底反力，井内如填砂时应扣除其重力。 井孔内如填充混凝土（或片石混凝土），封底混井孔内如填充混凝土（

37、或片石混凝土），封底混 凝土须承受填充混凝土前的沉井底部的静水压力。凝土须承受填充混凝土前的沉井底部的静水压力。6.36.3节节 计算计算6 6 沉井基础沉井基础 6.3.6 6.3.6 薄壁浮运沉井在浮运过程中薄壁浮运沉井在浮运过程中（沉入河床（沉入河床 前），应验算横向稳定性。前），应验算横向稳定性。 沉井浮体稳定倾斜角可按下列公式计算：沉井浮体稳定倾斜角可按下列公式计算：1wtanMVaVI（6.3.6-16.3.6-1） （6.3.6-26.3.6-2） 6.36.3节节 计算计算6 6 沉井基础沉井基础 式中式中 沉井在浮运阶段的倾斜角，不应大于沉井在浮运阶段的倾斜角，不应大于 6

38、6并应满足并应满足 ； 外力矩（外力矩（kNkNm m）；）； 排水体积（排水体积（m m3 3）；）； 沉井重心至浮心的距离（沉井重心至浮心的距离（m m），重心在），重心在 浮心之上为正，反之为负；浮心之上为正，反之为负； 定倾半径，即定倾中心至浮心的距离定倾半径，即定倾中心至浮心的距离 （m m）；）； M0aVa6.36.3节节 计算计算6 6 沉井基础沉井基础 薄壁沉井浮体排水截面面积的惯性矩薄壁沉井浮体排水截面面积的惯性矩 （m m4 4）；）； 水的重度，水的重度， =10 kN/m=10 kN/m3 3。 6.3.7 6.3.7 底节以上沉井应按静水压力、流水压力、底节以上沉井

39、应按静水压力、流水压力、 风力、导向结构反力、锚缆拉力、井内填充混凝风力、导向结构反力、锚缆拉力、井内填充混凝 土侧压力等，分别验算井壁和内隔墙。土侧压力等，分别验算井壁和内隔墙。ww6.36.3节节 计算计算本 章 结 束谢 谢 大 家公路桥涵地基与基础设计规公路桥涵地基与基础设计规范范 1.1.上部荷载较大，而表层地基土的容许承载力不上部荷载较大，而表层地基土的容许承载力不足，做扩大基础开挖工作量大，以及支撑困难，足，做扩大基础开挖工作量大，以及支撑困难，但在一定深度下有好的持力层，采用沉井基础与但在一定深度下有好的持力层，采用沉井基础与其他深基础相比较，经济上较为合理的；其他深基础相比较

40、，经济上较为合理的； 2.2.在山区河流中，虽然土质较好，但冲刷大，或在山区河流中，虽然土质较好，但冲刷大，或河中有较大卵石不便桩基础施工时；河中有较大卵石不便桩基础施工时； 3.3.岩层表面较平坦且覆盖层薄，但河水较深；采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时。用扩大基础施工围堰有困难时。说说 明明 沉井平面形状有圆形、圆端形、正方形和沉井平面形状有圆形、圆端形、正方形和 长方形等。桥梁基础当采用圆端形或长方形时，长方形等。桥梁基础当采用圆端形或长方形时， 为保持其下沉的稳定性，长边与短边之比宜小。为保持其下沉的稳定性，长边与短边之比宜小。 沉井平面尺寸的大小，主

41、要由地基土的容许沉井平面尺寸的大小，主要由地基土的容许 承载力决定。同时，在水流冲刷大的河床上，应承载力决定。同时，在水流冲刷大的河床上，应 考虑阻水较小的截面形式。考虑阻水较小的截面形式。 沉井棱角处宜做成圆角或钝角，使沉井在平沉井棱角处宜做成圆角或钝角，使沉井在平 面框架受力状态下受力均匀，减少井壁摩擦面积面框架受力状态下受力均匀，减少井壁摩擦面积 和不至于形成死角。和不至于形成死角。 沉井的井孔的最小尺寸，应视取土机具而沉井的井孔的最小尺寸，应视取土机具而 定，一般不宜小于定，一般不宜小于2.5m2.5m。说说 明明 1 1 先根据荷载、水文地质条件及各土层的工先根据荷载、水文地质条件及

42、各土层的工 程特性等定出沉井的轮廓尺寸。程特性等定出沉井的轮廓尺寸。 2 2 验算沉井基底承载力、偏心距、滑动及倾验算沉井基底承载力、偏心距、滑动及倾 覆稳定等以满足设计要求。覆稳定等以满足设计要求。 3 3 可考虑扣除冲刷后土对井壁约束作用。可考虑扣除冲刷后土对井壁约束作用。说说 明明 当排水挖土下沉时，沉井的支承位置可以当排水挖土下沉时，沉井的支承位置可以 控制在受力最有利的范围。对于圆端形或长方形控制在受力最有利的范围。对于圆端形或长方形 沉井，当其长边大于沉井，当其长边大于1.51.5倍短边时，支承点可设倍短边时，支承点可设于于 长边，两支点的间距等于长边，两支点的间距等于0.70.7

43、倍边长（见本规范倍边长（见本规范图图 6.3.2-16.3.2-1），以使支承处产生的负弯矩与长边中），以使支承处产生的负弯矩与长边中点点 处产生的正弯矩绝对值大致相等，并按此条件验处产生的正弯矩绝对值大致相等，并按此条件验 算沉井自重所引起的井壁顶部或底部混凝土的抗算沉井自重所引起的井壁顶部或底部混凝土的抗 拉强度。拉强度。说说 明明 2 2 当不排水挖土下沉时，因无法控制支点位当不排水挖土下沉时，因无法控制支点位 置，可将底节沉井作为梁并按下列假定的不利支置，可将底节沉井作为梁并按下列假定的不利支 承情况进行验算。承情况进行验算。 1 1）假定底节沉井仅支承于长边的中点（本规）假定底节沉井

44、仅支承于长边的中点（本规 范范图图6.3.2-26.3.2-2）的点）的点“2”2”，两端悬空，验算由于，两端悬空，验算由于沉沉 井重力在长边中点附近最不利竖截面上所产生的井重力在长边中点附近最不利竖截面上所产生的 井壁顶部混凝土抗拉强度。井壁顶部混凝土抗拉强度。 2 2）假定底节沉井支承于短边的两端点（本规）假定底节沉井支承于短边的两端点（本规 范图范图6.3.2-26.3.2-2）的点）的点“3”3”，验算由于沉井自重在，验算由于沉井自重在短短 边中点处引起的刃脚底面混凝土的抗拉强度。边中点处引起的刃脚底面混凝土的抗拉强度。 说说 明明 1 1）刃脚根部以上高度等于井壁厚度）刃脚根部以上高

45、度等于井壁厚度t t的一段井的一段井壁壁 验算位于刃脚根部以上其高度等于井壁厚度验算位于刃脚根部以上其高度等于井壁厚度t t 的一段井壁，据此设置该段的水平钢筋。因这段的一段井壁，据此设置该段的水平钢筋。因这段 井壁井壁t t又是刃脚悬臂梁的固定端，施工阶段作用于又是刃脚悬臂梁的固定端，施工阶段作用于 该段的水平荷载，除本身所受的水平荷载外，还该段的水平荷载，除本身所受的水平荷载外，还 承受由刃脚传来的水平力承受由刃脚传来的水平力Q Q（见图见图6 63 3）。作用在）。作用在 该段井壁上的平均荷载该段井壁上的平均荷载q q，即：，即：说说 明明 （6 64 4） （6 65 5） （6 66

46、 6） （6 67 7） （6 68 8）QEWq122WWWt11wWh 22wWh122EEEt说说 明明式中式中 作用在井壁高度作用在井壁高度t t段上的均布荷载段上的均布荷载 （kN/mkN/m）；）； 作用在井壁高度作用在井壁高度t t段上的水压力段上的水压力 （kN/mkN/m）；）； 作用在刃脚根部以上，高度作用在刃脚根部以上，高度t t范围内截范围内截 面面A A上的单位水压力（上的单位水压力（kPakPa）；）； 作用在刃脚根部截面作用在刃脚根部截面B B的单位水压力的单位水压力 （kPakPa）；）； qW1W2W说说 明明 井壁厚度（井壁厚度（m m）；）； 验算截面验算

47、截面A A和和B B距水面的高度（距水面的高度（m m）；）； 水的重度（水的重度（10kN/m10kN/m3 3）；）； 折减系数，排水挖土时，井内无水压，井折减系数，排水挖土时，井内无水压，井 外水压视土质而定，砂类土外水压视土质而定，砂类土 ；黏性；黏性 土土 ；不排水挖土时，井外水压以；不排水挖土时，井外水压以 100%100%计，计， ，井内水压以，井内水压以50%50%计，计， ； 作用在作用在t t段井壁上的土侧压力（段井壁上的土侧压力（kPakPa）；）；wE0 . 17 . 00 . 15 . 0t12hh、说说 明明 作用在刃脚根部以上，高度作用在刃脚根部以上，高度t t处

48、处A A截面的单截面的单 位土侧压力（位土侧压力（kPakPa），可按），可按公路桥涵设公路桥涵设 计通用规范计通用规范（JTG D60JTG D60）有关土侧压力）有关土侧压力 公式计算；公式计算；作用在刃脚根部处作用在刃脚根部处B B截面的单位土侧压力截面的单位土侧压力 （kPakPa）；）； 由刃脚传来的水平力（由刃脚传来的水平力（kN/mkN/m），其值等），其值等于于 作用在刃脚悬臂梁上的水平力乘以分配作用在刃脚悬臂梁上的水平力乘以分配系系 数数 ，见本规范公式（，见本规范公式（6.3.4-16.3.4-1）。）。1E2EQ说说 明明 W W 的作用点距刃脚根部为的作用点距刃脚根部为

49、 ，E E 的作的作 用点距刃脚根部为用点距刃脚根部为 。 根据以上计算出来的根据以上计算出来的q q值，即可按框架分析值，即可按框架分析求求 刃脚根部以上刃脚根部以上t t高度内截面的作用效应。高度内截面的作用效应。212123WWtWW212123EEtEE说说 明明 2 2）其余段井壁）其余段井壁 其余各段井壁的计算，可按井壁断面的变其余各段井壁的计算，可按井壁断面的变 化，将井壁分成数段，取每一段中控制设计的井化，将井壁分成数段，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。壁（位于每一段最下端的单位高度）进行计算。 作用在框架上的均布荷载作用在框架上的均布荷载 。

50、然后用同。然后用同样样 的计算方法，求得水平框架内截面的作用效应。的计算方法，求得水平框架内截面的作用效应。 并将水平筋布置在全段上。并将水平筋布置在全段上。EWq说说 明明 采用泥浆套下沉的沉井，在下沉过程中所受采用泥浆套下沉的沉井，在下沉过程中所受 到的侧压力，应将沉井外侧泥浆压力按到的侧压力，应将沉井外侧泥浆压力按100%100%计计 算，因为泥浆压力一定要大于水压力及土压力总算，因为泥浆压力一定要大于水压力及土压力总 和，才能保证泥浆套不被破坏。和，才能保证泥浆套不被破坏。 采用空气幕沉井，在下沉过程中受到土侧压采用空气幕沉井，在下沉过程中受到土侧压 力，根据试验沉井测量结果，压气时气

51、压对井壁力，根据试验沉井测量结果，压气时气压对井壁说说 明明 的作用不明显，可以略去不计，仍按普通沉井的的作用不明显，可以略去不计，仍按普通沉井的 有关规定计算。有关规定计算。 在计算空气幕沉井下沉中结构强度时，由于在计算空气幕沉井下沉中结构强度时，由于 井壁的摩擦力在开气时减小，不开气时仍与普通井壁的摩擦力在开气时减小，不开气时仍与普通 沉井相同。因此视计算内容，按最不利情况采沉井相同。因此视计算内容，按最不利情况采 用。用。说说 明明 1 1）刃脚向外弯曲。在沉井下沉过程中，刃脚）刃脚向外弯曲。在沉井下沉过程中，刃脚内内 侧切入土中约侧切入土中约1m1m，而在地面以上或水面以上还露，而在地

52、面以上或水面以上还露 出一定高度或井壁全部筑就后的外露高度。此出一定高度或井壁全部筑就后的外露高度。此 时，刃脚受井孔内土体的横向压力，在刃脚根部时，刃脚受井孔内土体的横向压力，在刃脚根部 水平截面上则产生最大的向外弯矩，计算方法如水平截面上则产生最大的向外弯矩，计算方法如 下（下（见图见图6 64 4）：）：说说 明明 （1 1）沿井壁的水平方向取一个单位宽度，并按本）沿井壁的水平方向取一个单位宽度，并按本 规范第规范第.2条条文说明的方法计算作用在刃脚条条文说明的方法计算作用在刃脚上上 的土侧压力的土侧压力E E和水压力和水压力W W，其中，其中E E1 1、E E2 2分

53、别为刃脚分别为刃脚 上端和底面的土侧压力，上端和底面的土侧压力，W W1 1、W W2 2分别为刃脚上端分别为刃脚上端 和底面的水压力。和底面的水压力。 在计算刃脚向外弯曲时，作用在刃脚外侧的在计算刃脚向外弯曲时，作用在刃脚外侧的 计算侧土压力和水压力的总和，不应大于静水压计算侧土压力和水压力的总和，不应大于静水压 力的力的70%70%，否则就按，否则就按70%70%的静水压力计算。的静水压力计算。说说 明明 （2 2）作用在井壁外侧单位宽度上的摩阻力）作用在井壁外侧单位宽度上的摩阻力T T按以按以 下两式计算，取其较小值（下两式计算，取其较小值（kN/mkN/m），目的为求得），目的为求得

54、反力反力R Rv v（图图6 65 5）最大值。）最大值。 （6 69 9） （6 61010） 式中式中摩擦系数，摩擦系数， ；tan0.5TEEETq Atan说说 明明 土内摩擦角，一般土在水中的内摩擦角土内摩擦角，一般土在水中的内摩擦角 可采用可采用26263030， ； 土与井壁间的单位摩阻力，按本规范土与井壁间的单位摩阻力，按本规范 第第.2条表条表.2选用；选用； 沉井侧面与土接触的单位宽度上的总沉井侧面与土接触的单位宽度上的总 面积（面积（m m2 2），）， （h h为刃脚高度为刃脚高度 以以m m计）；计）； 作用在井壁上每作用在井壁上每m

55、m宽度的总土压力宽度的总土压力 （kN/mkN/m）。）。tan26 300.5qAEhhA1说说 明明 （3 3）刃脚底单位周长上土的竖向反力）刃脚底单位周长上土的竖向反力R Rv v，可按，可按 下式计算（见下式计算（见图图6 65 5）：）： （6 61111） 式中式中 沿沉井外壁单位周长上的沉井重力，沿沉井外壁单位周长上的沉井重力， 其值等于该高度沉井的总重除以沉其值等于该高度沉井的总重除以沉 井的周长；在不排水挖土下沉时，井的周长；在不排水挖土下沉时， 应在沉井总重中扣去淹没水中部分应在沉井总重中扣去淹没水中部分 的浮力；的浮力； 沿井壁单位周长上沉井侧面总摩阻力。沿井壁单位周长上

56、沉井侧面总摩阻力。VRGTGT说说 明明 R Rv v的作用点可按下法计算（的作用点可按下法计算（见图见图6 66 6）：假）：假 定作用在刃脚斜面上的土反力的方向与斜面上法定作用在刃脚斜面上的土反力的方向与斜面上法 线成线成角，角，为土反力与刃脚斜面间的外摩擦角为土反力与刃脚斜面间的外摩擦角 （一般取（一般取=30=30）。作用在刃脚斜面上的土反力）。作用在刃脚斜面上的土反力 分解成水平力分解成水平力U U与垂直力与垂直力V V2 2，刃脚底面上的垂直反，刃脚底面上的垂直反 力为力为V V1 1，则：，则：说说 明明 （6 61212） （6 61313） 式中式中 a a刃脚踏面底宽（刃脚

57、踏面底宽（m m）；）； b b刃脚入土斜面的水平投影（刃脚入土斜面的水平投影（m m）；）； f f竖直反力强度（竖直反力强度（kN/mkN/m）。）。v12RVV12212Vf aaVbf b说说 明明 （4 4）作用在刃脚斜面上的水平力）作用在刃脚斜面上的水平力U U可按下式计可按下式计 算：算： （6 61414） 式中式中刃脚斜面与水平面所成的夹角；刃脚斜面与水平面所成的夹角； 土与刃脚斜面间的外摩擦角，一般为土与刃脚斜面间的外摩擦角，一般为 3030。 假定假定U U为三角形分布，则为三角形分布，则U U的作用点在距刃脚的作用点在距刃脚 底面底面m m高处。高处。2tanUV说说

58、明明 （5 5）刃脚重力）刃脚重力g g按下式计算：按下式计算：（6 61515） 式中式中混凝土重度（混凝土重度（kN/mkN/m3 3），若不排水），若不排水 下沉，应扣除水的浮力；下沉，应扣除水的浮力； h h刃脚斜面的高度（刃脚斜面的高度（m m）。）。h2taghh说说 明明 （6 6）作用在刃脚外侧的摩阻力，其计算方法与计）作用在刃脚外侧的摩阻力，其计算方法与计 算井壁外侧摩阻力算井壁外侧摩阻力T T的方法相同，但取两式中的较的方法相同，但取两式中的较 大值，其目的为使刃脚弯矩最大。大值，其目的为使刃脚弯矩最大。（7 7）刃脚既视作悬臂梁，又视作一个封闭的水平）刃脚既视作悬臂梁，又

59、视作一个封闭的水平 框架，因此作用在刃脚侧面上的水平力将两种不框架，因此作用在刃脚侧面上的水平力将两种不 同作用来共同承担，其分配系数见本规范第同作用来共同承担，其分配系数见本规范第.4 条及其条文说明。条及其条文说明。说说 明明 （8 8）求得作用在刃脚上的所有外力的大小、方向）求得作用在刃脚上的所有外力的大小、方向 和作用点以后，即可求算刃脚根部处截面上每单和作用点以后，即可求算刃脚根部处截面上每单 位周长井壁内的轴向压力位周长井壁内的轴向压力N N、水平剪力、水平剪力Q Q及对刃脚及对刃脚 根部截面重心根部截面重心O O点的弯矩点的弯矩M M（图图6 66 6），并据此计

60、），并据此计 算在刃脚内侧的竖向钢筋。此项钢筋应伸至刃脚算在刃脚内侧的竖向钢筋。此项钢筋应伸至刃脚 根部以上根部以上0.50.5l l1 1（l l1 1为沉井外壁的最大计算跨为沉井外壁的最大计算跨 径）。径）。说说 明明 2 2） 刃脚向内弯曲。当沉井沉到设计标高，刃刃脚向内弯曲。当沉井沉到设计标高，刃 脚下的土已挖空，这时刃脚处于向内弯曲的不利脚下的土已挖空，这时刃脚处于向内弯曲的不利 情况，如图（情况，如图（6 67 7）所示。按此情况确定刃脚外）所示。按此情况确定刃脚外 侧竖向钢筋。侧竖向钢筋。说说 明明 作用在刃脚外侧的外力，沿沉井周边取一单作用在刃脚外侧的外力，沿沉井周边取一单 位