沉井基础及其他深基础.ppt

1、沉井基础多用于水深较大的桥梁基础工程。本章简要介绍了沉井基础的构造、类型及其适用条件，讨论了沉井基础的受力特点、井壁摩阻力计算、考虑井壁土体抗力时的整体深基础(刚性桩)计算，以及沉井设计中的各种验算，初步讨论了沉井施工过程中的各种结构计算，井对沉井的各种施工技术及下沉过程中存在的问题进行了简要讨论。最后，简要介绍了工程中常用的地下连续墙。,9 沉井基础及其他深基础,9 沉井基础及其他深基础,9.1 概述 9.2 沉井的施工 9.3 沉井的设计与计算 9.4 沉井基础算例 9.5 其他深基础简介,沉井的作用,沉井是一种利用人工或机械方法清除井内土石，井借助自重或添加压重等措施克服井壁摩阻力逐节下

2、沉至设计标高，再浇筑混凝土封底并填塞井孔，成为建筑物的基础的井筒状构造物。,沉井基础,沉井的作用,沉井的特点是埋深较大，整体性强，稳定性好，具有较大的承载面积，能承受较大的垂直和水平荷载。 此外，沉井既是基础，又是施工时的挡土和挡水围堰结构物，其施工工艺简便，技术稳妥可靠，无需特殊专业设备，并可做成补偿性基础，避免过大沉降，在深基础或地下结构中应用较为广泛。 但沉井基础施工工期较长，对粉砂、细砂类土在井内抽水时易发生流砂现象，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大，也将给施工带来一定的困难。,沉井的作用 1、重型结构物基础 沉井常用于平面尺寸紧凑的重型结构物，如烟

3、囱、重型设备的承重的深基础。 2、江河上的结构物 沉井的井筒不仅可以挡土，也可挡水，因此也使用于江河上的结构物。江墩或边墩采用沉井更多。例如，南京长江大桥的桥墩基础，即为筑岛沉井。,沉井的作用 3、取水结构物 当地面下不深处有含水的卵石层，常用沉井作为取水的水泵站。如上海宝钢发电厂的水泵房位于长江岸边，即采用大型沉井：平面尺寸为39.80m39.49m，深达16.2m。 4、地下工程 包括地下厂房、地下仓库、地下油库、地下车道和车站等。例如，某地下热电厂，采用钢筋混凝土大型沉井作围壁，沉井直径达68m，深度28.5m，三节浇注，一次下沉成功。,沉井的作用 5、邻近建筑物的深基础 在原有建筑物邻

4、近，新建深基础工程基槽开挖时，将危及原有建筑物浅基础的稳定性。 采用沉井，可防止原有浅基础的滑动。例如，清华大学扩建发电厂，新建发电机的平台基础，紧挨原发电厂厂房浅基础且埋深更大，设计要求施工采取措施，防止原厂房基础滑动，后采用沉井解决了这一问题。,沉井的作用 6、房屋纠倾工作井 近年来，房屋纠倾，行之有效的冲土法或掏土法，需在房屋沉降小的一侧作一排工作井。工作井即用砖砌的小型沉井，工人在井内向房屋地基中冲土或掏土。这种工作沉井作为挡土护壁，保护工人的安全，又可作房屋地基土外流的临时储泥坑，效果良好。,适用条件 工程中，遇到下列情况时考虑采用沉井基础： （1）荷载较大，表层地基土的承载力小，在

5、一定深度有较好持力层； （2）在河流中，虽土质较好，但冲刷大或有较大卵石，不便桩基施工； （3）岩层表面较平坦且覆盖层较薄但河水深，采用扩大基础施工围堰有困难。 （4）在已有的浅基础邻近修建深埋的设备基础时，为避免基坑开挖对已有的基础产生影响等情况。,沉井基础的特点 (1) 埋深大； (2) 整体性好； (3) 承载力高； (4) 对邻近建筑物影响小； (5) 充分利用地下空间等特点； (6) 施工时具有挡水或挡土等作用； 但施工工期较长，沉井下沉遇障或遇流砂等都会给施工带来困难。,沉井的分类,(1)按施工方法分 根据不同的施工方法可将沉井分为一般沉井和浮运沉井。 一般沉井指直接在基础设计的位

6、置上制造，然后挖土，依靠井壁自重下沉。若基础位于水中，则先人工筑岛，再在岛上筑井下沉。 浮运沉井指先在岸边预制，再浮运就位下沉的沉井。通常在深水地区(如水深大于10m)，或水流流速大，有通航要求，人工筑岛困难或不经济时采用。,沉井的分类,(2)按井壁材料分根据不同的井壁材料可将沉井分为混凝土沉井、钢筋混凝土沉井、竹筋混凝土沉井和钢沉井。 混凝土沉井因抗压强度高，抗拉强度低，多做成圆形，且仅适用于下沉深度不大(47m)的松软土层。 钢筋混凝土沉井抗压抗拉强度高，下沉深度大，可做成重型或薄壁就地制造下沉的沉井，也可做成薄壁浮运沉井及钢丝网水泥沉井等，在工程中应用最广。,沉井的分类,(2)按井壁材料

7、分根据不同的井壁材料可将沉井分为混凝土沉井、钢筋混凝土沉井、竹筋混凝土沉井和钢沉井。 沉井主要在下沉阶段过程中承受拉力，因此在盛产竹材的南方，也可采用耐久性差而抗拉力好的竹筋代替部分钢筋，做成竹筋混凝土沉井。 钢沉井由钢材制作，强度高、质量轻、易于拼装、适于制造空心浮运沉井，但用钢量大，国内应用较少。此外，根据工程条件也可选用木沉井和砌石圬工沉井等。,沉井的分类,(3)按平面形状分 根据沉井的平面形状可分为圆形、矩形和圆端形三种基本类型，按井孔的布置方式，又可分为单孔、双孔及多孔沉井。 圆形沉井在下沉过程中易于控制方向，若采用抓泥斗挖土，可比其他沉井更能保证其刃脚均匀地支承在土层上；在侧压力作

8、用下，井壁仅受轴向应力作用，即使侧压力分布不均匀，弯曲应力也不大，能充分利用混凝土抗压强度大的特点，多用于斜交桥或水流方向不定的桥墩基础。,沉井的分类,(3)按平面形状分 根据沉井的平面形状可分为圆形、矩形和圆端形三种基本类型，按井孔的布置方式，又可分为单孔、双孔及多孔沉井。 矩形沉井制造方便，受力有利，能充分利用地基承载力。沉井四角一般为圆角，以减少井壁摩阻力和除土清孔的困难。在侧压力作用下，井壁受较大的挠曲力矩；且流水中阻水系数较大，冲刷较严重。 圆端形沉井控制下沉、受力条件、阻水冲刷均较矩形者有利，但施工较为复杂。 对平面尺寸较大的沉井，可在沉井中设隔墙，构成双孔或多孔沉井，以改善井壁受

9、力条件及均匀取土下沉。,沉井的分类,(4)按剖面形状分 根据沉井的剖面形状可分为柱形、阶梯形和锥形沉井。 柱形沉井井壁受力较均衡，下沉过程中不易发生倾斜，接长简单，模板可重复利用，但井壁侧阻力较大，若土体密实、下沉深度较大时，易下部悬空，造成井壁拉裂。一般多用于人土不深或土质较松软的情况。 阶梯形沉井和锥形沉井井壁侧阻力较小，抵抗侧压力性能较合理，但施工较复杂，模板消耗多，沉井下沉过程中易发生倾斜，多用于土质较密实、沉井下沉深度大、自重较小的情况。通常锥形沉井井壁坡度为120140，阶梯形井壁的台阶宽为100200mm。, 井壁 厚度0.41.2m；承受水土压力。 刃脚 宽度1020cm ，高

10、度约1.5m（湿封底）或0.6m（干封底），内侧倾角4560 ；冲切硬土，减小端部阻力。 内隔墙 厚度约0.5m，底面高出井壁刃脚踏面0.51m，增加沉井刚度、改善井壁受力条件、挖土均衡，便于纠偏。 井孔 宽度（直径）不宜小于3m，挖土、排土场所和通道。 井壁凹槽 槽高约1.0m，深度0.150.25m，增加封底混凝土、底版与井壁连接。 预埋射水管 下沉困难时减阻。 封底（底板） 沉井下沉到设计标高，经检验和坑底清理后浇注的混凝土底版。分为干封和湿封（水下浇灌混凝土）两种。,二、沉井基础的基本构造,设计计算的主要构件,a）直壁式 b）台级式,刃脚,井壁,井壁是沉井基础的主体部分，它需挡水、挡

11、土，并承受多种荷载的作用，而且还需要有 一定的重量以便下沉。 常用的厚度为0.51.5m；混凝土的强度等级 不低于C15。,井 壁,沉井基础,刃脚的作用是沉井 在自重的作用下易于 切土下沉。 其底面（踏面）宽 度一般为0.10.2m, 刃脚处采用钢筋混凝 土制作，混凝土强度 等级宜在C20及上。,刃 脚,沉井基础,凹槽设置于沉井下部接近刃脚处，其作 用是使封底混凝土嵌入井壁而形成一个整 体，以便封底混凝土底面的反力能更好的 传给井壁。 凹槽槽深约0.150.2m，高约1.0m。,凹槽,沉井基础,隔墙是为减小井壁的跨距，加强沉井的刚 度，同时便于掌握挖土、控制沉井下沉和纠偏 设置的。 隔墙厚度一

12、般小于井壁，且高于刃脚 0.5m， 以免防碍沉井下沉，有时还在隔墙下端设置人 孔，以便工作人员在井孔中活动。,隔墙,沉井基础,当沉井下沉深度大，穿过的土质又较好，估计下沉会产生困难时，可在井壁中预埋射水管组。射水管应均匀布置，以利于控制水压和水量来调整下沉方向。一般不小于600kPa。如使用触变泥浆润滑套施工方法时，应有预埋的压射泥浆管路。,射水管,井孔中不填料或仅填以砂砾，须在沉井的 顶面浇筑钢筋混凝土顶盖板，以支承墩（台） 及上部结构的全部荷载。 封底是在沉井下沉达到设计高程并经清理 后以混凝土浇筑的，其强度等级一般不低于 C15，（岩石地基可用C15,一般地基用C20）， 厚度应从刃脚下

13、0.5m处到凹槽的上端。 板的构造要求及计算按承受均布的双向板 来考虑。,封底和顶盖板,沉井基础,二、沉井基础的基本构造,浮运沉井：不带气筒和带气筒。 组合式沉井：沉井-桩基组合式,9 沉井基础及其他深基础,9.1 概述 9.2 沉井的施工 9.3 沉井的设计与计算 9.4 沉井基础算例 9.5 其他深基础简介,9.2 沉井的施工,分旱地施工沉井 与水上施工沉井 两种情况,旱地沉井工序： 就地制造挖土下沉孔底清查封底 充填井孔以及浇注顶板。,水上沉井工序： 水深 3m 4m以内且流速不大时 水上筑岛岛上制造挖土下沉孔底清查封底 充填井孔以及浇注顶板。 水较深或流速较大时 岸边制造牵引滑移或起吊

14、就位挖土下沉孔底清查封底 充填井孔以及浇注顶板。,旱地沉井施工过程图,大型沉井下沉施工中,水上沉井施工过程图,浮运沉井施工,承垫木法：在平整定位的场地上铺一层砂垫层，在其上，于沉井刃脚部位，对称、成对地安置 承垫木，在各垫木之间填实砂土，再立模板、扎钢筋、浇注第一节沉井。,沉井制作方法 承垫木法、无垫木法、土模法,无垫木法：在均匀土层上，浇注第一层与沉井井壁等厚的混凝土，代替承垫木和砂垫层。,土模法：在定位放线的刃脚部位，按照设计的尺寸，仔细开挖黏性土基槽，利用地基黏性土作为天然模板，以代替砂垫层、承垫木等。此法可节省时间和费用。,干封法：适用于底部无水情况，成本低、工期短、质量好，常用方法。

15、 当底部土挖至设计标高后，清除虚土，挖一个深坑，作为集水井；用水泵在集水井中抽水，使地下水面下降到沉井底面以下；将集水井以外的全部底板一次浇注混凝土，最后快速封堵集水井。,沉井封底方法 干封法、水下封底法,水下封底法： 如抽水时产生流砂，无法采用干封法时，可用此法。 沉井开挖下沉到设计标高后，将井底浮土清除干净； 安装水下浇注混凝土的钢导管，进行水下混凝土浇注。,深圳水库钢壳沉井施工,沉井基础,沉井下沉过程中可能遇到的问题及处理方法 沉井在下沉过程中可能出现的问题主要有两类: (1) 下沉不均匀发生倾斜和位置偏移； (2) 下沉困难。 发生偏斜的原因大致有这几种： (1) 土质软硬不均匀; (

16、2) 挖土不对称; (3) 刃脚处有障碍物未予清除; (4) 一侧出现流砂而未得到控制等。,沉井基础,沉井基础,纠偏的方法是： (1) 在沉井下沉多的一侧回填砂石，以阻止继续下 沉，在高的一侧集中挖土； (2) 在高的一侧配加重物，以加速该侧下沉；如有 必要，还可在沉井顶部施加水平力来帮助纠偏； (3) 如遇中心位置偏移，则应先人为造成沉井倾 斜，再均匀取土，使之倾斜下沉，直到沉井中心线 到达设计位置后，再行纠偏扶正 。,克服下沉困难主要可以从两方面着手： (1) 增加沉井重量：提前浇筑上一节沉井；在沉井顶 部加压；在保证不发生流砂的前提下，抽取井内的 水，以减小浮力。 （2) 减小井壁的摩阻

17、力：尽力将井壁外侧制作光滑平 整；将井壁设计成台阶式；设置管道，利用高压空气 或水的喷射能量来减小摩擦；从管道中喷出触变泥 浆，形成泥浆套。,沉井基础的典型施工方法：,触变泥浆润滑套法 壁后压气（空气幕）法 钻吸排土沉井施工技术 中心岛式下沉,泥浆润滑套,泥浆润滑套是把配置的泥浆灌注在沉井井壁周围，形成井壁与泥浆接触。选用的泥浆配合比应使泥浆性能具有良好的固壁性、触变性和胶体稳定性。这种泥浆对沉井壁起润滑作用，它与井壁间摩阻力仅35kPa大大降低了井壁摩阻力（一般粘性土对井壁摩阻力为2550kPa），因而有提高沉井下沉的施工效率，减少井壁的圬土数量，加大了沉井的下沉深度，施工中沉井稳定性好等优

18、点。 沉井下沉过程中要勤补浆，勤观测，发现倾斜、漏浆等问题要及时纠正。当沉井沉到设计标高时，若基底为一般土质，因井壁摩阻力较小，会形成边清基边下沉的现象，为此，应压入水泥砂浆换置泥浆，以增大井壁的摩阻力。,壁后压气沉井法,壁后压气沉井法也是减少下沉时井壁摩阻力的有效方法。它是通过对沿井壁内周围预埋的气管中喷射高压气流，气流沿喷气孔射出再沿沉井外壁上升，形成一圈压气层（又称空气幕），使井壁周围土松动，减少井壁摩阻力，促使沉井顺利下沉。 与泥浆润滑套相比，壁后压气沉井法在停气后即可恢复土对井壁的摩阻力，下沉量易于控制，且所需施工设备简单，可以水下施工，经济效果好。现认为在一般条件下较泥浆润滑套更为方便，它适用于细、粉砂类土的粘性土中。,世界第一大沉井,沉井平面长69米，宽51米，下沉深度为58米，体积20.4万立方米, (面积近个半篮球场，高度相当于层楼)。列世界最大沉井。 (列世界第的美国费雷泽诺桥的沉井体积为15万立方米),江阴长江公路大桥北锚沉井,世界第一大沉井,南岸重力嵌岩锚,北岸,南岸,