沉井下沉演示

地下结构工程第8章沉井基础8.1概述8.1.1沉井基础的特点及其应用范围是以沉井法施工的地下结构物和深基础的一种型式。先在地表制作成一个井筒状的结构物（沉井），然后在井壁的围护下通过从井内不断挖土，使沉井在自重作用下逐渐下沉，达到预定设计标高后，再进行封底，构筑内部结构。广泛应用于桥梁、烟囱、水塔的基础；水泵房、地下油库、水池竖井等深井构筑物和盾构或顶管的工作井。技术上比较稳妥可靠，挖土量少，对邻近建筑物的影响比较小，沉井基础埋置较深，稳定性好，能支承较大的荷载。8.1.2沉井的分类（1）按下沉环境可分为陆地沉井（包括在浅水中先筑岛制作的沉井）和浮运沉井；（2）按沉井构造形式可分为独立沉井和连续沉井；（3）按沉井平面形式可分为圆形、椭圆形、正方形、矩形和多边形等；也可分为单孔和多孔沉井（见图8-1）；（4）按沉井制作材料可分为混凝土、钢筋混凝土、钢、砖、石以及组合式沉井等。沉井按平面形式分类a—圆形单孔沉井；b—正方形单孔沉井；c—矩形单孔沉井；d—矩形双孔沉井；e—椭圆形双孔沉井；f—矩形多孔沉井8.1.3沉井的设计原则结构简单对称，受力合理，施工方便。沉井的长短边之比越小越好，以保证下沉时的稳定性。一般沉井应分节制作，每节高度不宜大于5m。沉井底节高度应满足拆除支承时沉井纵向抗弯要求之外，在松软土层中下沉的沉井，底节高度不宜大于0.8b。8.1.4沉井的施工步骤沉井施工步骤示意图8.2沉井构造沉井组成：刃脚、井壁、内隔墙、取土井、凹槽、封底、顶板1）沉井刃脚：作用在于减少沉井下沉阻力

a—混凝土刃脚；b—设角钢的刃脚；c—尖刃脚2）井壁主要承担井外水土压力和自重的部分

设计时通常先假定井壁厚度再进行承载力验算；井壁厚度一般为0.8~1.5m；

a）、（b）竖直的；（c）、（d）台阶形的；（e）锥形的；（f）倒锥形的图8-5沉井外壁的形式3）内隔墙加强沉井刚刚度、缩小外壁壁计算跨度度，同时又又将沉井分分成多个取取土井，便便于掌握挖挖土位置以以控制下沉沉的方向；；内隔墙的间间距一般不不大于5~6m，厚厚度一般为为0.5~1.0m。一般要求隔隔墙底高出出刃脚底面面0.5~1.0m。4）取土井位置：取土土井的平面面布置应与与中轴线对对称，以利利于沉井均均匀下沉；；大小：由取取土方法而而定，采用用挖土斗取取土时，应应能使挖土土斗自由升升降，最小小边长不宜宜小于2.5m。处理：以素混凝土土、片石混混凝土或砌砌片填充。。5）凹槽为了封底混凝土土嵌入井壁壁，形成整整体，使传至沉沉井壁上的的力能更好好地传递给给封底混凝凝土底面。。遇到意外困难，还可可在凹槽处处浇筑钢筋筋混凝土盖盖板，将沉沉井改为沉沉箱。尺寸：凹槽槽深约0.15~0.25m，高约1.0m左左右，其距距刃脚底面面一般在1.5m以以上。6）射水管管组、探测测管、气管管和压浆管管射水管组：压入高压压水把井壁壁四周的土土冲松，以以减少摩擦擦力和端部部阻力。高压水水压压一般不小小于0.6MPa，，每一水管管的排水量量不小于200L/min；；探测管：探测刃脚和和隔墙底面面下的泥面面标高，清清基射水或或破坏沉井井正面土层层以利下沉沉；气管：空气幕下沉沉沉井；压浆管：埋设压浆管管7）封底渗水率小于6mm/min时，排干干水后用C15或C20普通通混凝土浇浇筑；当井中的渗渗水率大于于6mm/min时时，宜采用用导管法浇浇注C20级水下混混凝土封底底。厚度按其承承载力条件件计算确定定，一般其其顶面应高高出凹槽0.5m。。8）顶板以混凝土填心的沉井可用用素混凝土土顶板；空心或以其他松松散料填心心的沉井需需用钢筋混混凝土顶板板，厚度一一般为1.0~2.0m；；排水下沉的的沉井，其顶面在在地面或水水位以下时时，应设挡挡土防水墙墙连接在井井壁的顶部部。8.3沉沉井结构构设计计算算8.3.1下沉系数计算验算沉井自自重是否能能克服下沉沉时土的摩摩阻力，，用下沉系系数k表示：表8-1沉沉井井井壁与土体体之间的摩摩阻力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摩擦力分布布假定从地表表到5m深深度范围内内，单位摩摩阻力按直直线规律由由零增加至至最大值；；超过深度5m以后取取常数值8.3.2沉井井底节验算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2）对于不排水下沉沉的沉井（1）假定定底节沉井井仅支承于于长边的中中点（2））假定底节节沉井支承承于短边的的两端点本讲要点了解沉井构构造；掌握下沉系系数计算。沉井底节验验算8.3.3沉井井井壁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力力。接缝处：混凝土不承承受拉应力力而由接缝缝处的钢筋筋承受，此时钢筋的的抗拉安全全系数可采采用1.25；同时时并须验算算钢筋的锚锚固长度。。井壁摩阻力力可假定沿沉沉井全高按按倒三角形形分布，即即在刃脚底底面处为零零，在地面面处为最大大，此时最最危险的截截面在沉井井入土深度度的1/2处沉井外侧直直立时的井井壁

受拉拉计算图按《公路桥涵涵地基与基基础设计规规范》，最大竖向向拉力Plmax为此此时沉井全全部重力G的1/4，，即实际工程中中，沉井被卡住住较为常见，，也出现过过被拉裂的的沉井。。验算建议值值表8-2沉沉井竖竖向拉力计计算及其最最小配筋率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或或不排水的的情况，沉沉井井壁在在水压力和和土压力等等水平荷载载作用下，，应作为水水平框架验验算其水平平方向的挠挠曲。（1）验算算刃脚根部以以上，其高高度等于该该处井壁厚厚度t的一段井壁壁，依此设置置该段的水水平钢筋。。计算简图Q——由刃脚脚传来的剪剪力，其值值等于求算刃脚竖直直外力时分分配于悬臂臂梁上的水水平力（kN/m））。（2）其余各段井井壁的计算，可可按井壁断断面的变化化,取每一一段中控制制设计的井井壁（位于于每一段最下下端的单位位高度）进行计算算。上部井段按按照作用在水平平框架上的的均布荷载载q=W+E。然后用同同样的计算算方法，求求得水平框框架的最大大弯矩M、轴向压力力N、剪力Q，并据此设设计水平钢钢筋。8.3.4沉井井刃脚验算算沉井刃脚部部分可分别别作为悬臂或或水平框架架验算其竖向向及水平向向的弯曲强强度。1）按悬臂臂梁计算刃刃脚竖直方方向的挠曲曲强度此时，刃脚根部可可以认为与与井壁嵌固固，刃脚高度作作为悬臂长长度，并可根据据以下两种种不利情况况分别计算算：（1）当沉沉井下沉途途中，刃脚内侧已已切入土中中深约1m;①沿井壁的的水平方向向取一个单单位宽度，，计算作用用在刃脚上上的土压力力E和水压力W。②作用在井井壁单位宽宽度上的摩摩阻力T，取其最小值值③刃脚下单单位宽度上上土的垂直直反力刃脚斜面上上的土反力力联立方程式式即可求得得V1和V2。④作用在刃刃脚斜面上上的水平反反力U可按下式计计算：U的作用点在在距刃脚底底面1/3高处。⑤刃脚重力力g按下式计算算：⑥求得作用用在刃脚上的所所有外力的的大小、方方向和作用用点之后，，即可求算刃刃脚根部处处截面上每每单位周长长内（井壁壁）的轴向向压力N、水平剪力力Q及对截面重重心轴的弯弯矩M。并据此计计算在刃脚脚内侧的钢筋筋（竖直））数量。（2）当沉井已沉沉到设计标标高，刃脚脚下的土已已被掏空，，这时刃脚脚处于向内内挠曲的不不利情况，，①计算刃脚脚外侧的土土压力和水水压力。②由于刃脚脚下的土已已被掏空，，故刃脚下下的垂直反力Rv和刃脚斜面面水平反力力U等于零③作用在井井壁外侧的的摩阻力T④刃脚计算算时重力g与前面相同同⑤计算在刃刃脚外侧的的钢筋（竖竖直）数量量2）按封闭闭的水平框框架计算刃刃脚水平方方向的挠曲曲强度作用在刃脚脚侧面上的的水平外力力将由悬臂臂梁和框架架来共同承承担。分配系数公公式如:悬臂作用:框架作用:本讲要点掌握:沉井井壁计算沉井刃脚验算8.3.5沉井井封底计算算封底混凝土土在基底反反力作用下下，将其当当作支承于于刃脚斜面面及隔墙上上的周边支承板板考虑；支承情况（简支或嵌嵌固）和计算强度在设计中应应视具体情情况而定。。1）规定（1）封底底混凝土应应承受基底水和土土的向上反力力，此时混混凝土的龄龄期不足，，应降低容许许应力；（2）混凝凝土填实时时，计入井井孔内填充充物的重力力；（3）封底底混凝土的的厚度，一一般不宜小小于1.5D；2）干封底底及有关计计算（a）下有足够够厚粘土层层；（b）待底板达达到足够强强度后方停停止降水沉井可干封封底的情况况（1）沉井井刃脚停留留在不透水水粘土层中中；不透水粘土土层的厚度度：A——沉井底底部面积（（m2）；；——土的有有效重度（（即浮重度度）（kN/m3））；——刃脚下下面不透水水粘土层厚厚度（m））；c——粘土的的粘聚力（（kPa））；U——沉井刃刃脚踏面内内壁周长（（m）；（2）在沉井内设设吸水鼓并有良好滤滤层的情况况下降水，，一直降到到钢筋混凝土土底板足够承担地地下水回升升后的水土土压力，方方可拆除并并封闭降水水管，在这这种情况下下，可采用干封封底。3）水下封封底混凝土土的厚度计计算封底要求是是：（1）按最不利情况况混凝土厚度度：即在在沉井封底底后，将井井内水排干干，在钢筋筋混凝土底底板尚未施施工前。。（2）水下下封底混凝凝土最好不让其中出现拉应力力。分配线相相交于素混混凝土封底底上，可以以认为不承承受拉应力力。中央锅底挖挖深可形成成倒拱。若出现拉应应力，计算算方法：注意计算跨跨度；①周边简支支支承的圆圆板在承受受均匀荷载载时，可计计算板中心心的最大弯弯矩值：②周边简支支承的双向板在在承受均布布荷载时，，计算跨中中弯矩Mx和My：简支支承双双向板计算算简图③求出弯矩矩值后，封封底混凝土土的厚度——考虑封底混混凝土因与与井底泥土土掺混需要要增加的厚度度，宜取0.3~0.5m；若若基底采取取铺块石或或碎石灌浆浆抹平处理理后再封底底，可不考虑此此增加值。。④封底混凝凝土剪应力力计算应加大封底底混凝土的的抗剪面积。如在井壁和和隔墙内设设置凹槽等等。8.3.6沉井井底板计算算1）底板荷荷载计算A：沉井结构的的最大自重重除以沉井井外围底面积的商商，不计井井壁侧面摩摩阻力。B：假定水水压力全部部由钢筋混混凝土底板板承受。土反力和水水压力中数值较大者者2）沉井底底板内力计计算内力可按单单跨或多跨跨板计算;边界支承条条件,根根据具体情情况决定;8.3.7沉井井抗浮稳定定验算可能出现的的最高地下下水位进行行验算