沉井基础的设计与观测PPT172

第11章沉井井基础11.4沉井的结结构设计计计算11.3沉井的下下沉阻力力11.2沉井的分分类、组组成及其其施工方方法11.1引言UndergroundStructureEngineeringChapter611.5沉井的封封底计算算11.6南京长江江四桥北北锚碇沉沉井的下下沉记录录定义:依靠自身重力力克服井井壁摩阻阻力后下沉到到设计标标高，然然后经过过混凝土土封底并并填塞孔孔，最后后成为结构物基基础的井井筒状结结构。11.1引言沉井最早早的且有有确切记记录的是是1738年，瑞士工程程师查尔尔斯拉贝雷（（CharlesLabelye）在拉姆姆比斯（（Lambeth）和威斯斯敏斯特特（Westminster）之间的的泰晤士士河（ThameS）上建造造桥梁时时，采用用了80英尺长、、30英尺宽、、16英尺深的的木沉井井。我国近现现代最早早应用沉沉井技术术施工的的成功实实例出现现在1894年2月，由詹詹天佑亲自主主持修筑筑的天津津滦河大大桥，该该桥采用用了气压压沉箱法法施工取取得了成成功。此后是20世纪30年代由我我国著名名桥梁专家茅以以升主持持设计建建造的钱钱塘江大大桥。沉井基础础的特点点(1)沉井结构构截面尺尺寸和刚刚度大，，承载力力高，内内部空间间可以利利用,可用于很很深的地地下工程程的施工工；(2)沉井施工工不需要要复杂的的机械设设备，在在排水和和不排水水情况下下，均能能施工；；(3)可用于各各种复杂杂地形、、地质和和场地狭狭窄条件件下的施施工，对对邻近建建筑物影影响较小小，甚至至不影响响；(4)当沉井尺尺寸较大大时，在在制作和和下沉过过程中，，均能采采用机械械化施工工；(5)可在地下下水很丰丰富、土土的渗透透系数大大，难以以将地下下水排开开，地下下有流砂砂或有其其它有害害的土层层情况下下施工；；(6)与大开挖挖施工相相比，可可大大减减少挖、、运、回回填土方方量，加加快施工工进度，，降低施施工费用用。沉井的缺缺点或难难点(1)施工工期期较长；；(2)施工技术术要求高高；(3)施工中易易发生流流砂造成成沉井倾倾斜或下下沉困难难等。（（“突沉沉或超沉沉”，““拒沉””）项目平面尺寸(m)深度(m)终沉时间江阴长江大桥北锚碇沉井69.2×51.258.01997.05泰州长江大桥南锚碇沉井68.3×52.441.02008.12泰州长江大桥北锚碇沉井68.3×52.457.02009.04南京长江四桥北锚碇沉井69.0×58.052.82009.12马鞍山长江大桥北锚碇沉井60.6×55.841.02010.12马鞍山长江大桥南锚碇沉井60.6×55.848.02011.02重要的工工程实例例：桥梁、水水电工程程、市政政工程江阴长江江大桥金沙江向向家坝水水电站苏通大桥桥（备选选方案））承受640000kN和270000kN水平力沉井平面面长69米，宽51米，下沉沉深度为为（8+10*5）58米，体积积20.4万立方米米,列世界最最大沉井井。(列世界第第２的美美国费雷雷泽诺桥桥的沉井井体积为为15万立方米米)江阴长江江公路大大桥北锚锚沉井：：1385向家坝水水电站沉沉井群本项目由由10个23m×17m的沉井群群组成，，它前期期作为挡挡土墙，，在此保保护下进进行坝基基开挖；；后期作作为二期期纵向围围堰的一一部分，，承担二二期工程程挡水任任务。1#～10＃沉井依依次沿一一期土石石围堰成成“L”型错开布布置（相相邻井间间距@2m。每个沉井井内分6格，井间间距2m，井格净净空平面面尺寸为为5.2m×5.6m（含40cm×40cm的倒角）），外墙墙厚2m，隔墙厚厚1.6m。最高9＃沉井高高度达57.4m，下沉深深度最深深的为10＃井，达达60m；各沉井井底部设设计要求求进入岩岩层不小小于0.5m，由于沉沉井底部部基岩左左低右高高、上游游低下游游高，同同一横剖剖面基岩岩高度大大，最深深入岩7m。苏通长江江大桥，，主跨1088米斜拉拉桥世界第一一苏通大桥桥基础备备选方案案（立面面）考虑到施施工组织织难度实际方案案：主塔塔基础海口世纪纪大桥海口世纪纪大桥沉沉井钢壳----准备起吊吊海口世纪纪大桥沉沉井钢壳沉井钢沉井沉井钢水下着床床定位，，灌水下下沉就位某大型钢钢壳沉井井

11.2沉井的分分类、组组成和施施工方法法11.2.1沉井的类类型（1）按下沉环境境可分为陆陆地沉井井（包括括在浅水水中先筑筑岛制作作的沉井井）和浮浮运沉井井；（2）按沉井构造造形式可分为独独立沉井井和连续续沉井；；（3）按沉井平面面形式可分为圆圆形、椭椭圆形、、正方形形、矩形形和多边边形等；；也可分分为单孔孔和多孔孔沉井（（见图8-1）；（4）按沉井制作作材料可分为混凝土、、钢筋混混凝土、钢、砖砖、石以以及组合合式沉井井等。1.按沉井横横截面形形状分类类(1)单孔沉井井(2)单排孔沉沉井(3)多排孔沉沉井2.按沉井竖竖直截面面形状分分类(1)柱形沉井井(2)阶梯形沉沉井(3)锥形沉井井沉井按平平面形式式分类a—圆形单孔孔沉井；；b—正方形单单孔沉井井；c—矩形单孔孔沉井；；d—矩形双孔孔沉井；；e—椭圆形双双孔沉井井；f—矩形多孔孔沉井实际沉井井中周边边一般为为圆弧形形沉井的竖竖直剖面面形式(a)柱形沉井井；(b)阶梯形沉沉井；(c)锥形沉井井新型根式沉井井传统沉井井施工难难度大，，(60m×50m)小沉井施施工容易易9＃沉井1＃沉井5＃沉井一期围堰排水管线桥梁基础础锚锭基础础小沉井沉沉到位后后，水平平向顶入入根键根式沉井井基础立立面根式沉井井基础横横断面根键立面面布置示示意图井壁11.2.2沉井结构构组成沉井组成成：刃脚、井壁、内隔墙、、取土井、、凹槽、封底、顶板301）沉井刃脚：作用在于于减少沉沉井下沉沉阻力a—混凝土刃刃脚；b—设角钢的的刃脚；；c—尖刃脚砖胎模放放置刃脚脚岩层或孤孤石：爆爆破2）井壁-主要承担担井外水水土压力力和自重重的部分分设计时通通常先假假定井壁壁厚度再再进行承承载力验验算；；井壁厚度度一般为为0.8~1.5m；a）、（b）竖直的的；（c）、（d）台阶形形的；（e）锥形的的；（f）倒锥形形的图8-5沉井外壁壁的形式式353）内隔墙墙加强沉井井刚度、缩小外外壁计算算跨度，，同时又又将沉井井分成多多个取土土井，便便于掌握握挖土位位置以控控制下沉沉的方向向；内隔墙的的间距一一般不大大于5~6m，厚度一一般为0.5~1.0m。一般要求求隔墙底底高出刃刃脚底面面0.5~1.0m。4）取土井井位置：取取土井的的平面布布置应与与中轴线线对称，，以利于于沉井均均匀下沉沉；大小：：由取取土方方法而而定，，采用用挖土土斗取取土时时，应应能使使挖土土斗自自由升升降，，最小小边长长不宜宜小于于2.5m。处理：：以素混混凝土土、片片石混混凝土土或砌砌片填填充。。井内挖挖机及及排水水泵锅底状状”开开挖5）凹槽槽为了封底混混凝土土嵌入入井壁壁，形形成整整体，使传传至沉沉井壁壁上的的力能能更好好地传传递给给封底底混凝凝土底底面。。遇到意意外困难，，还可可在凹凹槽处处浇筑筑钢筋筋混凝凝土盖盖板，，将沉沉井改改为沉沉箱。。尺寸：：凹槽槽深约约0.15~0.25m，高约约1.0m左右，，其距距刃脚脚底面面一般般在1.5m以上。。6)射水管管组、、探测测管、、气管管和压压浆管管射水管管组：压入入高压压水把把井壁壁四周周的土土冲松松，以以减少少摩擦擦力和和端部部阻力力。高压水水水压压一般般不小小于0.6MPa，每一一水管管的排排水量量不小小于200L/min；探测管管：探测测刃脚脚和隔隔墙底底面下下的泥泥面标标高，，清基基射水水或破破坏沉沉井正正面土土层以以利下下沉;压浆管管：埋设设压浆浆管;气管：空气气幕下下沉沉沉井;泥浆套套助沉沉安装泥泥浆槽槽空气幕幕沉井井压气气系统统构造造1-压压缩空空气机机；2-贮贮气筒筒；3-输输气管管路；；4-沉井井；5-竖竖管；；6-水水平喷喷气管管；7-气气斗；；8-喷气气孔（a）空气气幕气气龛空气幕幕气龛龛及防防堵设设置示示意图图（单单位：：mm）空气幕幕下沉沉：气气龛注水检检查通通气管管路7）封底底渗水率率小于6mm/min时，排排干水水后用用C15或C20普通混混凝土土浇筑筑；当井中中的渗渗水率率大于于6mm/min时，宜宜采用用导管管法浇浇注C20级水下下混凝凝土封封底。。厚度按按其承承载力力条件件计算算确定定，一一般其其顶面面应高高出凹凹槽0.5m。8）顶板板以混凝凝土填心的沉井井可用用素混混凝土土顶板板；空心或以其其他松松散料料填心心的沉沉井需需用钢钢筋混混凝土土顶板板，厚厚度一一般为为1.0~2.0m；排水下下沉的的沉井井，其顶顶面在在地面面或水水位以以下时时，应应设挡挡土防防水墙墙连接接在井井壁的的顶部部。宝山钢钢铁厂厂取水水泵房房sgdu.m2p沉井基基本施施工工工序为为：首先制制作沉沉井底底节，，刃脚脚;下沉，，逐节节接高高；混凝土土封底底(填充)，建沉沉井顶顶盖;修建墩墩台身身。下沉时时，为为了减减少沉沉井侧侧壁和和土壤壤之间间的摩摩阻力力，可可以采采用吸泥不不排水水、排排水下下沉、、泥浆浆润滑滑套、、壁后后压气气等方方法。。11.2.3沉井的的施工工步骤骤沉井施施工步步骤示示意图图沉井下下沉施施工方方案基础施施工流流程沉井下下沉施施工方方案基础施施工流流程沉井下下沉施施工方方案基础施施工流流程沉井下下沉施施工方方案基础施施工流流程1）.吸泥不不排水水沉井井法通过特特制的的钻吸吸机组组，在在水中中用高高压水水冲结结合潜潜水钻钻破土土、真真空吸吸泥相相配合合的方方法，，对土土体的的切削削破碎碎以及及同时时完成成排泥泥工作作，从从而使使沉井井下沉沉到达达设计计标高高。该法适适用于于穿过过的地地层为为较厚厚的亚亚砂土土或粉粉砂层层，且且含水水量很很大(含水量量为30%～40%)的土层层时，，或附附近水水源补补给丰丰富，，沉井井下面面的土土层不不稳定定，容容易出出现流流砂或或涌土土的土土层地地段。。2）.排水下下沉沉沉井法法在沉井井基坑坑四周周设置置一定定数量量降水水用的的集水水井，，通过过水泵泵将沉沉井内内与集集水井井将水水排到到排水水沟或或排水水管道道，通通过挖挖掘机机等取取土机机械将将土挖挖运，，同时时沉井井在自自重作作用下下，下下沉到到达设设计标标高。。大型沉沉井的的下沉沉深度度较深深，一一般而而言普普遍采采用的的是前期排排水下下沉，，后期期不排排水下下沉的的综合合方案案。常见排排水下下沉时时的开开挖方方式有有“大锅锅底””开挖挖和分分区开开挖，，前者呈呈放射射状的的从内内部向向外开开挖，，后者者则是是分成成4-6个小锅锅底开开挖。。在不不排水水下沉沉期间间，沉沉井的的安全全性能能有所所保障障，则则一般般采用用““大锅锅底开开挖””。(a)大锅底底开挖挖(b)分区开开挖E:\地下结结构课课件2012\ziliao\00012.MTSE:\地下结结构课课件2012\ziliao\000111.MTS3）.泥浆润润滑套套沉井井法泥浆润润滑套套是把把配置置的泥泥浆灌灌注在在沉井井井壁壁周围围，形形成井井壁与与泥浆浆接触触。一一般采采用的的泥浆浆配合合比(重量比比)为粘土土35%～45%，55%～65%，另加加分散散剂碳碳酸钠钠0.4%～0.6%，其中中粘土土或粉粉质粘粘土要要求塑塑性指指数不不小于于15，含砂砂率小小于6%。这种种泥浆浆对沉沉井壁壁起润润滑作作用，，它与与井壁壁间摩摩阻力力仅3～5kPa，大大大降低了了井壁壁摩阻阻力，因而而可以以提高高沉井井下沉沉的施施工效效率，，加大大沉井井的下下沉深深度。。4）.空气幕幕助沉沉法空气幕幕助沉沉法也也是减减少下下沉时时井壁壁摩阻阻力的的有效效方法法。通通过在在沉井井井壁壁内预预设管管路和和气龛龛，向向管路路内注注入压压缩空空气，，沿管管路通通过气气龛向向沉井井壁外外喷射射，气气流沿沿喷气气孔射射出再再沿沉沉井外外壁上上升，，形成成一层层空气气帷幕幕，使使井壁壁周围围土松松动，，进而而减少少井壁壁摩阻阻力，，促使使沉井井顺利利下沉沉。泰州桥桥锚锭锭动画画.m2p空气幕幕使用用后气气泡形形成的的痕迹迹E:\地下结结构课课件2012\ziliao\空气幕幕作用用视频频.MTS空气幕幕拆模模后效效果气龛顶管工工程工工具具井第一节节施工工：沉井钢钢筋,注意下下方刃刃脚钢钢筋后续井井模板板65沉井“软眼”安装：：隧道道、顶顶管浇注混混凝土土下沉到到位后后的沉沉井11.3沉井的的下沉沉阻力力11.3.1刃脚反反力的的计算算根据刃刃脚反反力分分析法法，为为保证证沉井井顺利利下沉沉，作作用在在刃脚脚上的的平均均压力力应等等于或或略大大于刃刃脚下下土体体的极极限承承载力力。11.3.2侧摩阻阻力的的计算算摩擦力力分布布(a)井壁外外侧直直壁式式(b)井壁外外侧阶阶梯式式实际真真实侧侧摩分分布比比较复复杂为一实实测结结果11.3.3下沉系系数和和稳定定系数数计算算下沉系系数验算沉沉井自自重是是否能能克服服下沉沉时土土的摩摩阻力力，，用下下沉系系数k表示：：表8-1沉井井井壁与与土体体之间间的摩摩阻力力f（kPa）土的种类粘性土砂性土砂卵石砂砾石软土泥浆套f(kPa)25~5012~2518~3015~2010~123~5下沉稳稳定验验算在下沉沉过程程中，，构成成K1的分子子和分分母不不断变变化，，因此此不仅仅要确确定最最终状状态下下，而而且应应跟踪踪整个个下沉沉过程程中K1值的变变化规规律。如：：沉井井在软软弱土土层中中接高高时有有突沉沉可能能，应应根据据施工工情况况进行行：式中——下沉稳稳定系系数，，一般般取0.8～0.9。R1——刃脚踏踏面及及斜面面下土土的支支承力力，kN；R2——隔墙和和底梁梁下土土的支支承力力，kN。沉井的的设计计原则则结构简单对对称，，受力合理，，施工方便。。沉井的的长短边边之比比越小越越好，，以保保证下下沉时时的稳稳定性性。一般沉沉井应应分节制制作，每节节高度度不宜宜大于于5m。沉井底底节高高度应满足足拆除除支承承时沉沉井纵纵向抗抗弯要要求之之外，，在松松软土土层中中下沉沉的沉沉井，，底节节高度度不宜宜大于于0.8b。11.4沉井的的结构构设计计计算算沉井是是深基基础的的一种种类型型，沉沉井在在施工工完毕毕后，，由于于它本本身就就是结结构物物的基基础，，就应应按基基础的的要求求进行行各项项验算算；但在施施工过过程中中，沉沉井是是挡土土、挡挡水的的结构构物，，因而而还要要对沉沉井本本身进进行结结构设设计和和计算算。地基承承载力力计算算F+G≤Rj+RfF——沉井顶顶面处处作用用的荷荷载，，kN；；G——沉井的的自重重，kN；；Rj——沉井底底部地地基土土的总总反力力，kN；；Rf——沉井侧侧面的的总摩摩阻力力，kN。。沉井底底部地地基土土的总总反力力RjRj=fA沉井侧侧面的的总摩摩阻力力Rf=U(h-2.5)q0q0——单位面面积摩摩阻力力加权权平均均值，，q0=∑qihi/∑hi，kPa；；某顶管工程程，出发井井采用矩形形钢筋混凝凝土沉井，，沉井平面面尺寸和沉沉井周围土土体参数如如图所示，，每节沉井井高度均为为5米，原计划划下沉20米；（1）试计算该沉沉井能否顺顺利下沉?（2）若不能顺利利下沉，可可采用何种种手段辅助助实现下沉沉?）11.4.1沉井底节验验算刃脚下的支支承位置不不断在变变，三种情情况：1）在排水或无无水情况下下沉沉井井81底节沉井在在垫木抽除除及挖土下下沉过程中中，在井壁壁自重作用用下将产生生挠曲变形形（1）排水挖土土下沉能控制支承承点的位置置选择最有利利的支点位位置，使跨中弯矩=支座弯矩井壁受力：：承受均匀匀荷载的简简支梁矩形、圆端端形沉井：：长边，间间距0.7L圆形沉井：：圆周四分分点（2）不排水挖挖土下沉支承点的位位置难控制制选择沉井下下沉过程中中最不利情情况验算矩形、圆端端形沉井：：圆形沉井：：两支点位位于一直径径上a.支点位于长长边中点b.支点位于四四个角点验算截面：长边跨中中附近最小小截面2）对于不排水下沉沉的沉井（1）假定底节节沉井仅支支承于长边边的中点（（2）假定底节节沉井支承承于短边的的两端点8411.4.2沉井井壁计计算沉井井壁应应进行竖直和水平平两个方向向的内力计算算。1）竖直方向在沉井的下下沉过程中中，当沉井井被四周土土体箝固着着而刃脚下下的土已被被掏空时，，应验算井井壁接缝处处的竖向拉应应力。接缝处：：混凝土不不承受拉拉应力而而由接缝缝处的钢钢筋承受受，此时钢筋筋的抗拉拉安全系系数可采采用1.25；同时并并须验算算钢筋的的锚固长长度。井壁摩阻阻力可假定沿沿沉井全全高按倒倒三角形形分布，，即在刃刃脚底面面处为零零，在地地面处为为最大，，此时最最危险的的截面在在沉井入入土深度度的1/2处沉井外侧侧直立时时的井壁壁受拉计计算图按《公路桥涵涵地基与与基础设设计规范范》，最大竖竖向拉力力Plmax一般取沉沉井全全部重力力G的1/4，即实际工程程中，沉井被卡卡住较为常见见，也出出现过被被拉裂的的沉井。。验算建议议值表8-2沉井竖向向拉力计计算及其其最小配配筋率沉井施工状态沉井结构或受其影响建筑物的安全等级与拉力计算取值纵向钢筋最小构造配筋率一级二级三级钢筋混凝土最小配筋率不宜于少0.1%；少筋混凝土不宜少于0.05%排水下沉0.50G0.30G0.25G不排水下沉0.40G0.25G0.20G泥浆套中下沉0.30G0.25G0.20G2）水平方方向根据排水水或不排排水的情情况，沉沉井井壁壁在水压压力和土土压力等等水平荷荷载作用用下，应应作为水水平框架架验算其其水平方方向的挠挠曲。（1）验算刃脚根部部以上，，其高度度等于该该处井壁壁厚度t的一段井井壁，依此设设置该段段的水平平钢筋。。计算简图图Q——由刃脚传传来的剪剪力，其其值等于于求算刃脚竖竖直外力力时分配配于悬臂臂梁上的的水平力力（kN/m）。（2）其余各段段井壁的计算，，可按井井壁断面面的变化化,取每一段段中控制制设计的的井壁（（位于每一段最最下端的的单位高高度）进行计计算。上部井段段按照作用在水水平框架架上的均均布荷载载q=W+E。然后用用同样的的计算方方法，求求得水平平框架的的最大弯弯矩M、轴向压压力N、剪力Q，并据此此设计水水平钢筋筋。11.4.3沉井刃脚脚验算沉井刃脚脚部分可可分别作为悬臂臂或水平平框架验算其竖竖向及水水平向的的弯曲强强度。931）按悬臂臂梁计算算刃脚竖直直方向的的挠曲强强度此时，刃脚根部部可以认认为与井井壁嵌固固，刃脚高度度作为悬悬臂长度度，并可根根据以下下两种不不利情况况分别计计算：（1）当沉井井下沉途途中，刃脚内侧侧已切入入土中深深约1m;94①沿井壁的的水平方方向取一一个单位位宽度，，计算作作用在刃刃脚上的的土压力力E和水压力力W。②作用在在井壁单单位宽度度上的摩摩阻力T，取其最小小值③刃脚下单单位宽度度上土的的垂直反反力刃脚斜面面上的土土反力联立方程程式即可可求得V1和V2。④作用在刃刃脚斜面面上的水水平反力力U按下式计计算：U的作用点点在距刃刃脚底面面1/3高处。⑤刃脚重力力g按下式计计算：⑥求得作用用在刃脚上的的所有外外力的大大小、方方向和作作用点之之后，即可求算算刃脚根根部处截截面上每每单位周周长内（（井壁））的轴向向压力N、水平剪剪力Q及对截面面重心轴轴的弯矩矩M。并据此此计算在在刃脚内侧的钢钢筋（竖竖直）数数量。（2）当沉井已已沉到设设计标高高，刃脚脚下的土土已被掏掏空，这这时刃脚脚处于向向内挠曲曲的不利利情况①计算刃脚脚外侧的的土压力力和水压压力。②由于刃刃脚下的的土已被被掏空，，故刃脚脚下的垂直反力力Rv和刃脚斜斜面水平平反力U等于零③作用在在井壁外外侧的摩摩阻力T④刃脚计算算时重力力g与前面相相同⑤计算在在刃脚外外侧的钢钢筋（竖竖直）数数量2）按封闭的的水平框框架计算算刃脚水水平方向的挠挠曲强度度作用在刃刃脚侧面面上的水水平外力力将由悬悬臂梁和和框架来来共同承承担。分配系数数公式如如:悬臂作用用:框架作用用:11.5沉井的封封底计算算封底混凝凝土在基基底反力力作用下下，将其其当作支支承于刃刃脚斜面面及隔墙墙上的周边支承承板考虑；支承情况况（简支或或嵌固））和计算强度度在设计中中应视具具体情况况而定。。1）规定（1）封底混混凝土应应承受基底水和和土的向上反反力，此此时混凝凝土的龄龄期不足足，应降低容容许应力力；（2）混凝土土填实时时，计入入井孔内内填充物物的重力力；（3）封底混混凝土的的厚度，，一般不不宜小于于1.5D；2）干封底底及有关关计算（a）下有足足够厚粘粘土层；；（b）待底板板达到足足够强度度后方停停止降水水沉井可干干封底的的情况(1)沉井刃脚脚停留在在不透水水粘土层层中不透水粘粘土层的的厚度：：A——沉井底部部面积（（m2）；——土的有效效重度（（即浮重重度）（（kN/m3）；——刃脚下面面不透水水粘土层层厚度（（m）；c——粘土的粘粘聚力（（kPa）；U——沉井刃脚脚踏面内内壁周长长（m）；（2）在沉井内内设吸水水鼓并有良好好滤层的的情况下下降水，，一直降降到钢筋混凝凝土底板板足够承担担地下水水回升后后的水土土压力，，方可拆拆除并封封闭降水水管，在在这种情情况下，，可采用干干封底。3）水下封封底混凝凝土的厚厚度计算算封底要求求是：（1）按最不利情情况混凝土厚厚度：：即在沉沉井封底底后，将将井内水水排干，，在钢筋筋混凝土土底板尚尚未施工工前。。（2）水下封封底混凝凝土最好好不让其中出现拉应应力。分配线线相交于于素混凝凝土封底底上，可可以认为为不承受受拉应力力。中央锅底底挖深可可形成倒拱。110若出现拉拉应力，，计算方方法：注意计算算跨度；；①周边简简支支承承的圆板板在承受受均匀荷荷载时，，可计算算板中心心的最大大弯矩值值：②周边简支支承承的双向板板在承受受均布荷荷载时，，计算跨跨中弯矩矩Mx和My：简支支承承双向板板计算简简图③求出弯矩矩值后，，封底混混凝土的的厚度——考虑封底底混凝土土因与井井底泥土土掺混需需要增加的厚厚度，宜取0.3~0.5m；若基底底采取铺铺块石或或碎石灌灌浆抹平平处理后后再封底底，可不不考虑此此增加值值。④封底混凝凝土剪应应力计算算应加大封封底混凝凝土的抗剪面积积。如在井壁壁和隔墙墙内设置置凹槽等等。11.5.2沉井底板板计算1）底板荷荷载计算算A：沉井结结构的最最大自重重除以沉沉井外围围底面积的的商，不不计井壁壁侧面摩摩阻力。。B：假定水水压力全全部由钢钢筋混凝凝土底板板承受。。土反力和和水压力力中数值较大大者2）沉井底底板内力力计算内力可按按单跨或或多跨板板计算;边界支承承条件,根据具体体情况决决定;11.5.3沉井抗浮浮稳定验验算可能出现现的最高高地下水水位进行行验算,一般的沉沉井依靠自重重获得抗抗浮稳定定。在不计井井壁摩阻阻力的情情况下，，抗浮稳稳定验算算公式为为：11.5.4沉井下沉沉对周围围环境的的影响1）影响范范围的确确定采用土坡坡稳定计计算方法法乘以重重要性系系数——影响范围围内建筑筑物安全全等级的的重要性性系数沉井偏斜斜表8-4沉井下沉沉影响范范围内建建筑物安安全等级级的重要要性系数数重要性系系数建筑物安全等级一级二级三级2.52.01.82）减少沉沉井对周周围土体体破坏的的措施（1）增大沉沉井的下下沉系数数;使沉井刃刃脚插入入土中0.5-3.0m，以阻止止土体从从井外向向井向涌涌入。（2）在粉细细砂土层层中下沉沉沉井时时，事先先压浆固固结，使使粉细砂砂土固结结。（3）如沉井井外流砂砂等固结结困难时时，也可可采用不不排水下下沉沉井井;（4）及时进进行回填填（5）沉井等等地下工工程施工工前应作作好充分分准备，，施工速速度要快快；（6）沉井下下沉影响响范围内内的重要要建筑物物应采取取桩基或或地下连连续墙等等加固措措施，防防止土体体破坏向向建筑物物方向延延伸。需要了解解水平及竖竖直荷载载作用下下的应力力分布：：（非岩石石、岩石石地基上上沉井基基础）简述图示示沉井刃刃脚的钢钢筋分别别由哪种种最不利利受力情情况确定定?11.6南京长江江四桥北北锚碇沉沉井的下下沉简录录11.11.1工程概况况南京长江江第四大大桥采用用双塔三三跨钢箱箱梁悬索索桥设计计结构，，主跨1418m。其北锚碇基基础为超超大陆上上沉井，，结构规规模庞大大，其平平面尺寸（69×58m）为目前前国内最大大的陆地地桥梁沉沉井。北锚碇碇效果图图如下图图所示。。沉井基础础埋深52.8米，北锚碇的的竖向剖剖面由于北锚碇沉井所处处位置濒濒临长江江大堤最近约80m，地质条条件极为为复杂，，沉井底底部支撑撑在密实实的卵砾砾石层上，这都都给沉井井的下沉沉施工带带来诸多多不确定定因素。。在沉井井下沉施施工中存存在以下下诸多施施工难点点：⑴沉井井位置处处地质以以砂层为为主，且且粉砂和和细砂层层较厚，，易出现涌涌砂等不利状状况；⑵在沉沉井下沉后期期，须穿过过较厚的的密实砂砂层，地地基承载载力较大大，最终终沉井支支撑在密密实的圆圆砾石层层，仅靠靠自重下下沉困难难；⑶施工工中沉井一旦旦出现偏偏斜，纠纠偏困难难；⑷沉井井下沉施施工过程程不可见见，下沉沉过程中中抽水对长长江大堤堤及附近近结构物物有不同程度度影响，，必须采采用先进进的监控控措施和和施工控控制手段段。工程施工工技术难难点沉井基础础设计(1)传统的沉沉井设计计为全截截面内凹凹（10-20cm），而北北锚碇沉沉井首次次在井壁壁设置凹凹凸50cm的齿坎，，在凹槽槽处回填填砂，随随着沉井井下沉被被带入地地下形成成砂套。(2)对南京四四桥沉井井井壁加加厚“增增大沉井井重度系系数”的的助沉措措施。沉井共分分十一节节，除第第一节为为钢壳混混凝土沉沉井外，，其余十十节均为为钢筋混混凝土沉沉井。沉沉井共分分20个井孔。。沉井标标准井壁壁厚2.0m，第一节节沉井井井壁壁厚厚2.1m，第七～十十一节沉沉井井壁壁加厚至至2.5m；隔墙标标准壁厚厚2.4m；顶板厚厚7.8～13.8m；封底厚厚度10m。沉井井井壁及隔隔墙自第第二节起起加厚。。⑴砂套助沉沉沉井井壁砂套套设计原理：：通过设置在井井壁四周的齿齿坎构造，使使堆放在沉井井四周的砂随随沉井下沉逐逐步回填，松松散的回填砂砂在井壁凹槽槽范围内隔绝绝井壁与原状状土的直接接接触，有效减减小井周摩阻阻力。与传统统的全断面内内凹相比，既既保证了砂的的有效回填，，又便于控制制沉井下沉姿姿态。沉井井壁砂套套原理示意图图沉井凹槽处回回填砂现场照照片沉井凹槽处回回填砂现场照照片沉井下沉是一一个动态的过过程，数据离离散性较大，，根据土压力力的分布规律律，对砂套凸凸起和凹槽位位置的土压力力分别进行线线性拟合。结果表明，砂砂套凹槽位置置的土压力明明显小于砂套套凸起位置的的土压力，减减小约35%。沉井井壁土压压力实测数值值统计实测拟合土压压力和理论计计算静止土压压力、主动土土压力和被动动土压力进行行了对比，其其中土压力的的计算对粘性性土采用水土土合算，对砂砂性土采用水水土分算。结结果表明，实测拟合结果果远远小于被被动土压力；；砂套凹槽位置置拟合结果与与主动土压力力十分接近，，凸起位置拟合合结果大于静静止土压力。。数据表明，，砂套的设置置有效减小了了井壁侧压力力。实测拟合土压压力与理论计计算对比极限摩阻力理理论值采用静静土压力计算算，由图中可可以看出，沉沉井下沉至30m时，考虑端阻阻的下沉动力力基本小于井井壁极限侧摩摩阻力，下沉沉困难。而在沉井实际际下沉过程中中（启动空气气幕前，刃脚脚标高至-43.345前），沉井刃刃脚下土体均均未掏空，并并最少保持约约1m埋深，并保持持较快的下沉沉速度。这说明极限摩摩阻力理论值值比实际作用用井壁侧摩阻阻力要大，进进一步验证的的砂套的作用用效果。沉井下沉动力力与侧壁极限限摩阻力对比比图空气幕与砂套套组合助沉在沉井下沉至至刃脚标高-43.345m时，下沉困难难，为避免大大范围内涌砂砂，减小对长长江大堤的影影响，开启空空气幕助沉。。压缩空气通过过气龛向土体体扩散的过程程中，总是通通过土体最薄薄弱的通道通通向地表，并并非完全贴井井壁四周上升升形成空气帷帷幕，很难达达到理想助沉沉效果。由于于砂套内均为回回填松散砂，，使压缩空气气贴井壁向上上扩散，大大提高了了空气幕的助助沉效果。砂套内压缩空空气上升形成成的地表气泡泡开启空气幕助助沉效果照片片(2)增重助沉北锚碇为重力力式锚碇，需需要大量的填填充混凝土压压重，通过增增重助沉设计计适当增加沉沉井井壁及隔隔墙厚度并相相应减少压重重混凝土数量量，在不增加加投入的基础础上提高沉井下沉重度度系数（（重重力–浮力）/井周总面积）），达到8.0，起到了很好好的助沉效果果。11.11.2下沉方案南京长江四桥桥北锚碇沉井井体形巨大，，结构复杂，，且施工工艺艺繁多，考虑虑到工期及长长江汛期的影影响，通过8种不同工况对对沉井结构应应力计算分析析，以更合理理的安排沉井井接高下沉施施工工序。计算分析中采采用ABAQUS有限元计算软软件，结算结结果如下表所所示。工况工况情况沉井受约束情况沉井最大拉应力顺桥向横桥向工况1接高4节后，首次整体下沉限制刃脚处三个方向自由度1.62.3工况2接高4节后，首次整体下沉限制刃脚处竖向和平行井壁方向的自由度3.85.5工况3接高第5节，二次下沉限制刃脚处三个方向自由度1.01.3工况4接高第5节，二次下沉限制刃脚处竖向和平行井壁方向的自由度2.03.1工况5接高3节后，首次整体下沉限制刃脚处三个方向自由度2.03.1工况6接高3节后，首次整体下沉限制刃脚处竖向和平行井壁方向的自由度5.17.6工况7接高5节后，首次整体下沉限制刃脚处三个方向自由度1.72.3工况8接高4节后，首次整体下沉横桥向分区隔墙支撑0.072.3沉井下沉各种种工况受力分分析工况1、2是接高四节首首次下沉的结结果，工况5、6是接高三节首首次下沉的结结果，二者对对比发现，在在同等条件下下，接高三节节下沉时沉井井中产生的横横桥向和顺桥桥向主拉应力力均要大于接接高四节下沉沉的情况。因因此从受力角角度考虑，采用首次接高高四节下沉的的方案。根据以上计算算分析，沉井井结构受力安安全隐患阶段段主要位于沉沉井首次下沉沉阶段，结合合工程实际情情况，考虑到到长江汛期的的影响，最终终确定北锚碇碇沉井前四节节接高后，整整体采取降排排水下沉施工工，后续沉井井下沉施工，，已经进入正正规的下沉轨轨道，且结构构受力已不存存在安全隐患患。

计算工况刃脚踏面标高(m)

工况沉井重量(t)正面阻力(t)外侧面摩阻力(t)施工荷载(t)浮力(t)下沉系数K首节及第二节沉井混凝土浇注完成+0.8半刃脚支撑32709.014095.53060244.001.92全刃脚支撑32709.025788.03060244.001.14全截面支撑32709.060993.03060244.000.51施工第三、四节沉井接高系数61131.660993.03060244.000.96下沉沉井稳定-14.7半刃脚支撑61131.69982.417068.4244.002.27全刃脚支撑61131.618263.117068.4244.001.74全截面支撑61131.643195.217068.4244.001.02施工第五、六节沉井接高系数89512.943195.217068.4244.0176811.31.20下沉沉井稳定-24.7半刃脚支撑89512.911998.128032.2244.025014.91.62全刃脚支撑89512.921950.728032.2244.025014.91.30全截面支撑89512.952917.228032.2244.025014.90.80施工第七、八节沉井接高系数120005.252917.228032.2244.025014.91.18下沉沉井稳定-34.7半刃脚支撑120005.211324.342544.2244.042650.81.44全刃脚支撑120005.220718.142544.2244.042650.81.23全截面支撑120005.249001.842544.2244.042650.80.85施工第九、十、十一节沉井接高系数142623.649001.842544.2244.042650.81.09下沉沉井稳定-48.5半刃脚支撑142623.611324.364015.2244.056474.01.15全刃脚支撑142623.632493.164015.2244.056474.00.90全截面支撑142623.663682.764015.2244.056474.00.68接高、下沉系系数计算结果果汇总表北锚碇沉井前前四节21m高采用整体降降排水下沉施施工，于5月22日正式开始下下沉，6月2日结束，历时时10天，下沉深度度19.6m,日均下沉量达达1.96m，下沉过程顺顺利，沉井姿姿态良好，沉沉井整个降排排水下沉过程程中结构受力力是安全的。。下沉次数阶段组合接高/总高(m)单次/累计下沉深度(m)沉井刃脚底标（m）第一次⑴+⑵+⑶+⑷21/2119/19-14.7第二次⑸+⑹10/3110/29-24.7第三次⑺+⑻10/4110/39-34.7第四次⑼+⑽+⑾11.8/52.813.8/52.8-48.5沉井接高、下下沉组合表11.11.3下沉过程第二次下沉曲曲线第一次下沉曲曲线第三次下沉曲曲线第四次下沉曲曲线深水井降水北锚碇基坑涌涌水量约为Q=39230.93m3/d，经计算，要要保证前四节节沉井降排水水下沉，其深深水井数量要要求不小于28口。现场最终打设设了32口深水井（另另外，外圈4口井只在第五五、六节沉井井降排水和半半排水下沉施施工时用），，沿沉井周围围交错布置两两圈，井深35m。降水深井平平面布置见图图所示。深水井布置图图深水井现场打打设照片φ325mm孔径的降水管管井安装125m3/h水泵，φ273mm孔径的降水管管井安装80m3/h水泵。根据现现场沉井内泥泥面开挖深度度，确定水泵泵开启数量及及降水深度，，其中降水深深度通过安装装在降水井内内的自动水位位控制器进行行控制。深水井现场抽抽水照片根据计算结果果，指导现场场施工：在沉沉井下沉13m后形成大锅底底，然后以大大锅底的形式式下沉至-14.7m。确保了沉井首首次降排水下下沉施工过程程中结构受力力安全。沉井首次下沉沉采用先中间间，逐步扩展展向四周，最最后扩大到刃刃脚的对称均均衡开挖原则则。为确保沉沉井下沉初期期，整个沉井井的结构受力力安全，防止止造成沉井倾倾斜和突沉，，初次下沉拟拟采用逐步扩扩大的大锅底底方案：先将中间六个个井孔挖成一一个锅底，然然后在下沉过过程中逐渐开开挖形成大锅锅底。为确保前四节节沉井首次开开挖下沉时，，沉井结构受受力安全，针针对首次中间间6个小锅底开挖挖进行了有限限元模拟计算算。沉井接高后下下沉前照片高压水枪冲泥泥照片泥浆泵排泥照照片沉井降排水下下沉到位后照照片沉井终沉几何何姿态11.11.4监控成果部分仪器布置置示意图沉井降排水下下沉施工期江江堤沉陷量控控制长江大堤与沉沉井位置关系系图沉井降排水下下沉施工期江江堤沉陷量控控制江堤沉陷量控控制技术标准准：⑴沉井排水水下沉施工期期长江大堤堤堤顶沉降量不不大于堤坝高高度的1%，即累计沉降降量不大于45mm；⑵长江大堤堤不均匀沉降降不大于0.5%，即不均匀沉沉降量不大于于22.5mm。江堤防护预案案通过分析，南南京长江四桥桥北锚沉井排排水下沉施工工期降排水对对周边长江堤堤防等重要建建筑物的影响响，主要表现现在堤顶沉降降变形和堤基基下部渗透变变形两个方面面。经过研究分析析，制定了沉沉井沿长江大大堤侧设置隔水帷幕+回灌井的预案案。局部防渗帷幕幕+回灌方案图施工期江堤沉沉陷量⑴、前四节沉沉井降排水下下沉期间，大大堤累计最大大沉降量为23mm，远小于允许许值45mm（堤坝高度的的1.0%），不均匀沉沉降最大10mm，也小于允许许值22.25mm（大堤高度的的0.5%）。⑵、第五、六六节沉井降排排水下沉期间间，大堤累计计最大沉降量量为13mm，最大差异沉沉降量3mm，均小于长江江堤防安全要要求。叠加首次降排排水下沉的沉沉降量，则大大堤测点最大大沉降量为36mm，最大差异沉沉降量6mm，亦满足要求求。监控内容、监监控预分析及及仪器布设监控预分析南京长江四桥桥北锚碇沉井井体形巨大，，施工工艺繁繁多，存在诸诸多安全隐患患，根据预先先对不同接高高、下沉工况况分析所确定定的施工方法法，进行有限限元结构受力力分析，通过有限元模模拟计算得，，最不利工况况为沉井接高高后首次下沉沉，在自重作作用下，沉井井隔墙底部受受拉。薄弱点点是受拉应力力较大的区域域，因此在仪仪器布设时，，在顺桥桥向和和横桥桥向隔隔墙的的墙底底布设设结构构应力力应变变监控控