基础工程学沉井工程简介及构造要求PPT

课程团队：徐徐长节、、胡文韬韬、耿大大新、可可文海、、陈丹华华基础工程程学华东交通通大学土土木建筑筑学院4深基础——4.7沉井工程程简介及及构造要要求主讲人——耿大新一、沉井的基基本概念念、作用用及适用用条件沉井的概概念:是井筒状状的结构构物(图1)。它是以以井内挖挖土，依依靠自身身重力克克服井壁壁摩阻力力后下沉沉到设计计标高，，然后经经过混凝凝土封底底并填塞塞井孔，，使其成成为桥梁梁墩台或或其它结结构物的的基础(图2)。图1沉井下下沉示示意图图图2沉井基基础沉井的的优缺点点沉井的的优点点：埋置深深度可可以很很大，，整体体性强强、稳稳定性性好，，有较较大的的承载载面积积，能能承受受较大大的垂垂直荷荷载和和水平平荷载载；沉沉井既既是基基础，，又是是施工工时的的挡土土和挡挡土围围堰结结构物物，施施工工工艺并不复复杂，因此此在桥桥梁工工程中中得到到较广广泛的的应用用。同同时，，沉井施工时时对邻邻近建建筑物物尤其其是软软土中中地下下建筑筑物的的基础础，也也常用用作为为矿用用竖井井、地地下油油库等等。沉井的的缺点点：施工期期较长长；对对粉细细砂类类土在在井内内抽水水易发发生流流砂现现象，，造成成沉井井倾斜斜；沉沉井下下沉过过程中中遇到到的大大孤石石、树树干或或井底底岩层层表面面倾斜斜过大大，均均会给给施工工带来来一定定困难难。沉井的的适用用条件根据经济合合理、、施工工上可可能的的原则则，一一般在在下列列情况况，可可以采采用沉沉井基基础：1.上部荷载较较大，，而表表层地地基土土的容容许承承载力力不足足，做做扩大大基础础开挖挖工作作量大大，以以及支撑撑困难，，但在在一定定深度度下有有好的的持力力层，，采用用沉井井基础础与其其他深深基础础相比比较，，经济济上较较为合合理的。2.在山区河河流中中，虽虽然土土质较较好，，但冲冲刷大大，或或河中中有较较大卵卵石不不便桩桩基础础施工工时。3.岩层表面较较平坦坦且覆覆盖层层薄，，但河河水较较深；；采用用扩大大基础础施工工围堰堰有困困难时时。二、沉沉井的的类型型和构构造沉井的的分类类按沉井井的施施工方方法分分类一般沉沉井：：指就地制制造下下沉的的沉井井，这这种沉沉井是是在基基础设设计的的位置置上制制造，，然后后挖土土靠沉沉井自自重下下沉。。如基基础位位置在在水中中，需需先在在水中中筑岛岛，再再在岛岛上筑筑井下下沉。浮运沉沉井：：在深水水地区区筑岛岛有困困难或或不经经济，，或有有碍通通航当当河流流流速速不大大时，，可采采用岸岸边浇浇筑浮浮运就就位下下沉的的方法法，这这类沉沉井称称为浮浮运沉沉井或或浮式式沉井井。沉井的分类类按沉井的形形状分类按沉井的平平面形状常用的有圆形、圆端形和矩形等。沉井平面面形式a)单孔沉井井；b)双孔沉井井；c)多孔沉井井根据井孔的布布置方式式，又有有单孔、、双孔及及多孔的的分别。。沉井的分分类圆形沉井井：沉井在下下沉过程程中易控控制方向向；使用用抓泥斗斗挖土，，要比其其他类型型的沉井井，更能能保证其其刃脚均均匀地支支承在土土层上；；在侧压压力作用用下，井井壁只受受轴向力力(侧压力均均布时)，或稍受受挠曲(侧压力非非均布时时)；承受水水平土压压力和水水压力性性能良好好。沉井的分分类矩形沉井井：具有制造造简单，，基础受受力有利利的优点点，常能能配合墩墩台(或其他结结构物)底部平面面形状。。四角一一般做成成圆角，，可有效效改善转转角处的的受力条条件，减减缓应力力集中现现象，以以降低井井壁摩阻阻力和避避免取土土清孔的的困难。。矩形沉沉井在侧侧压力作作用下，，井壁受受较大的的挠曲力力矩；在在流水中中阻水系系数较大大，冲刷刷较严重重。沉井的分分类圆端形沉沉井：控制下沉沉、受力力条件、、阻水冲冲刷均较较矩形者者有利，，但沉井井制造较较复杂。。对平面面尺寸较较大的沉沉井，可可在沉井井中设置置隔墙，，使沉井井由单孔孔变成双双孔或多孔。沉井的分分类按沉井的的形状分分类按沉井的的立面形形状主要有竖直式、倾斜式及台阶式等。采用用形式应视沉井需需要通过过的土层层性质和和下沉深深度而定定。沉井的分分类上述各类类沉井的的适用条条件：外壁竖直形式式的沉井，，它在下下沉过程程中不易易倾斜，，井壁接接长较简简单，模模板可重重复使用用。故当当土质较较松软，，沉井下下沉深度度不大，，可以采采用这种种形式。沉井的分分类上述各类类沉井的的适用条条件：倾斜式及台阶阶式井壁可以以减少土土与井壁壁的摩阻阻力，其其缺点是是施工较较复杂，，消耗模模板多，，同时沉沉井下沉沉过程中中容易发发生倾斜斜。故在在土质较较密实，，沉井下下沉深度度大，要要求在不不太增加加沉井本本身重量量的情况况下沉至至设计标标高，可可采用这这类沉井井。沉井的分分类上述各类类沉井的的适用条条件：台阶式井壁的台台阶宽度度约为100～200mm。倾斜式式的沉井井井壁坡坡度一般般为1/20～1/50，外壁倾倾斜式沉沉井同样样可以减减少下沉沉时井壁壁外侧土土的阻力力，但这这类沉井井具有下下沉不稳稳定，制制造困难难等缺点点，故较较少使用用。一般沉井井的构造造一般沉井构造造上主要要由井壁、刃刃脚、隔隔墙、井井孔、凹凹槽、射射水管、、封底和和盖板等组成。。一般沉井井的构造造井壁是沉井的的主要部部分。它它在沉井下下沉过程程中起挡挡土、挡挡水及利利用本身身重量克克服土与与井壁之之间的摩摩阻力的的作用。当沉井井施工完完毕后，，它就成成为基础础或基础础的一部部分而将将上部荷荷载传递递给地基基。因此此，井壁壁必须具具有足够够的强度度和一定定的厚度度。根据据井壁在在施工中中的受力力情况，，可以在在井壁内内配置竖竖向及水水平向钢钢筋，以以增加井井壁强度度。井壁壁厚度按按下沉需需要的自自重，本本身强度度以及便便于取土土和清基基等因素素而定，，一般为为0.80～1.50m，为便于于绑扎钢钢筋及浇浇筑混凝凝土，其其厚度不不宜小于于0.4m。钢筋混混凝土薄薄壁沉井井可不受受此限制制。井壁壁的混凝凝土强度度等级不不低于C15。井壁一般沉井井的构造造井壁下端形如如楔状的的部分称称为刃脚脚。其作用是在在沉井自自重作用用下易于于切土下下沉。刃脚底面面(踏面)宽度一般般为0.1～0.2m，对软土土可适当当放宽。。下沉深深度大，，且土质质较硬，，刃脚底底面应以以型钢(角钢或槽槽钢)加强(图5-7)，以防刃刃脚损坏坏。刃脚脚内侧斜斜面与水水平面的的夹角一一般为45°～60°。刃脚高高度视井井壁厚度度、便于于抽除垫垫木而定定，一般般当沉井井湿封底底时，取取1.5m左右；干干封底时时，取0.6m左右。由由于刃脚脚在沉井井下沉过过程中受受力较集集中，故故刃脚宜宜采用C20以上的钢钢筋混凝凝土制成成。刃脚一般沉井井的构造造沉井平面尺寸寸较大，，也即井井壁跨径径较大时时，应在在沉井内内设置隔隔墙，以以加强沉井井的刚度度，使井井壁的挠挠曲应力力减小，，其厚度一一般小于于井壁。。隔墙底底面应高高出刃脚脚底面0.5m以上，避避免隔墙墙下的土土顶住沉沉井而妨妨碍下沉沉。也可可在刃脚脚与隔墙墙联结处处设置埂埂肋加强强刃脚与与隔墙的的连结。。如为人人工挖土土，在隔隔墙下端端应设置置过人孔孔，便于于工作人人员井孔孔间往来来。隔墙一般沉井井的构造造井孔井孔是挖土排土土的工作作场所和和通道。井孔尺尺寸应满满足施工工要求，，宽度(直径)不宜小于于3m。井孔布布置应对对称于沉沉井中心心轴，便便于对称称挖土使使沉井均均匀下沉沉。一般沉井井的构造造凹槽设在井孔孔下端近近刃脚处处，其作作用是使封底混混凝土与与井壁有有交好的的接合，，封底混混凝土底底面的反反力更好好的传给给井壁(如井孔全全部填实实的实心心沉井也也可不设设凹槽)。凹槽深深度约0.15～0.25m，高约1.0m。凹槽一般沉井井的构造造射水管当沉井下下沉深度度大，穿穿过的土土质又较较好，估估计下沉沉会产生生困难时时，可在在井壁中中预埋射射水管组组。射水管应应均匀布布置，以以利于控控制水压压和水量量来调整整下沉方方向。一一般水压压不小于于600kPa。如使用用泥浆润滑滑套施工工方法时时，应有有预埋的的压射泥泥浆管路路。一般沉井井的构造造沉井沉至至设计标标高进行行清基后后，便浇浇筑封底底混凝土土。混凝凝土达到到设计强强度后，，可从井井孔中抽抽干水井井填满混混凝土或或其它圬圬工材料料。如井井孔中不不填料或或仅填以以砂砾则则须在沉沉井顶面面筑钢筋筋混凝土土盖板。。封底混混凝土底底面承受受地基土土和水的的反力，，这就要要求封底底混凝土土有一定定的厚度度(可由应力力验算决决定)，其厚度度根据经经验也可可取不小小于井孔孔最小边边长的1.5倍。封底底混凝土土顶面应应高出刃刃脚根部部不小于于0.5m，并浇灌灌到凹槽槽上端。。封底混混凝土标标号对岩岩石地基基用C15；一般地地基用C20。盖板厚厚度一般般为1.5～2.0m。井孔中中充填的的混凝土土，其强强度等级级不应低低于C10。封底和盖板沉井基础的施施工旱地施工：平整场地，制制造第一节沉沉井、拆模及及抽垫、挖土土下沉、接高高沉井、井顶顶围堰、地基基检验和处理理、封底、充充填井孔、浇浇筑顶盖。沉井基础施工工分类水中筑岛施工工：水流速不打，，水深≤3~4m时采用，沙岛岛应高出施工工最高水位0.5m以上，在岛上上浇筑沉井。。浮运沉井施工工：水深筑岛困难难时采用，岸岸边制作，滑滑入水中，井井壁为空体可可漂浮于水面面，就位后灌灌注混凝土下下沉至河床。。旱地上沉井基基础的施工1.整平场地桥梁墩台位于旱地地时，沉井可可就地制造、、挖土下沉、、封底、充填填井孔以及浇浇筑顶板。如天然地面土质质较好，只需需将地面杂物物清掉整平地地面，就可在在其上制造沉沉井，如为了了减小沉井的的下沉深度也也可在基础位位置处挖一浅浅坑，在坑底底制造沉井下下沉，坑底应应高出地下水水位0.5～1.0m。旱地上沉井基基础的施工2.制造第一节沉沉井由于沉井自重较大大，刃脚踏面面尺寸较小，，应力集中，，场地土往往往承受不了这这样大的压力力。所以在整整平的场地上上应在刃脚踏面位位置处对称地地铺满一层垫垫木，沉井重量在在垫木下产生生的压应力不大于100kPa。垫木的布置置应考虑抽除除垫木方便，，在刃脚位置置处放上刃脚脚角钢，竖立立内模，绑扎扎钢筋，立外外模，最后进进行第一节沉沉井混凝土灌灌注。旱地上沉井基基础的施工3.拆模及抽垫沉井混凝土达到设设计强度的70%时可拆除模板板，强度达设设计强度后才才能抽撤垫木木。抽撤垫木木应按一定的的顺序进行，，以免引起沉沉井开裂、移移动或倾斜。。其顺序是：：先撤除内隔墙下下的垫木，再再撤沉井井壁短边下的垫木木，最后撤长长边下的垫木木。拆长边下的垫垫木时，以定定位垫木(即最后抽撤的垫垫木)为中心，对称称地由远到近近拆除，最后后的拆除定位位垫木。注意意在抽垫木过过程中，每抽除一根垫木木，应立即采用砂回填并捣实，防止沉井失失稳。旱地上沉井基基础的施工4.挖土下沉当沉井穿过的的土层较稳定定，不会因排排水而产生大大量流砂时，，可采用排水水下沉。土的的挖除可采用用人工挖土或或机械除土，，排水下沉常常用人工挖土土，它适用于于土层渗水量量不大且排水水时不会产生生涌土或流砂砂的情况；