沉井基础资料
沉井基础
二、沉井基础的构造
一般沉井构造上主要由井壁、刃脚、隔墙、井孔、凹 槽、射水管、封底和盖板等组成。
1.井壁 井壁是沉井的主要部分。它在沉井下沉过程中起挡土、挡 水及利用本身重量克服土与井壁之间的摩阻力的作用。当沉井 施工完毕后,它就成为基础或基础的一部分而将上部荷载传递 给地基。因此,井壁必须具有足够的强度和一定的厚度。根据 井壁在施工中的受力情况,可以在井壁内配置竖向及水平向钢 筋,以增加井壁强度。井壁厚度按下沉需要的自重,本身强度 以及便于取土和清基等因素而定,一般为0.80~1.50m,为便 于绑扎钢筋及浇筑混凝土,其厚度不宜小于0.4m。钢筋混凝土 薄壁沉井可不受此限制。井壁的混凝土强度等级不低于C15。
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 水压不小于600kPa。如使用泥浆润滑套施工方法时,应 有预埋的压射泥浆管路。
7.封底和盖板
沉井沉至设计标高进行清基后,便浇筑封底混凝土。 混凝土达到设计强度后,可从井孔中抽干水井填满混凝土 或其它圬工材料。如井孔中不填料或仅填以砂砾则须在沉 井顶面筑钢筋混凝土盖板。封底混凝土底面承受地基土和 水的反力,这就要求封底混凝土有一定的厚度(可由应力验 算决定),其厚度根据经验也可取不小于井孔最小边长的 1.5倍。封底混凝土顶面应高出刃脚根部不小于0.5m,并 浇灌到凹槽上端。封底混凝土标号对岩石地基用C15;一 般地基用C20。盖板厚度一般为1.5~2.0m。井孔中充填 的混凝土,其强度等级不应低于C10
2
FV e
max
h
Z0
即土的横向抗力沿深度呈二次抛物线 变化,若基底竖向地基系数C0不变,
O
沉井基础
沉井结构设计计算
沉井结构设计计算
8.3.3 沉井井壁计算
沉井井壁应进行竖直和水平两个方向的 内力计算。 1)竖直方向 在沉井的下沉过程中,当沉井被四周土 体箝固着而刃脚下的土已被掏空时,应 验算井壁接缝处的竖向拉应力。
沉井结构设计计算
接缝处:混凝土不承受拉应力而由接缝处 的钢筋承受,此时钢筋的抗拉安全系数可 采用1.25;同时并须验算钢筋的锚固长度。 井壁摩阻力可假定沿沉井全高按倒三角形 分布,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1/2处
x x
沉井结构设计计算
简支支承双向板计算简图
沉井结构设计计算
③求出弯矩值后,封底混凝土的厚度
验算建议值
沉井结构或受其影响建筑物的安全 纵向钢筋最小 等级与拉力计算取值 构造配筋率 一级 二级 0.30G 三级 0.25G 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%
沉井施工 状态 排水下沉 不排水下 沉 泥浆套中 下沉
0.50G
0.40G
0.30G
0.25G
沉井结构设计计算
沉井外侧直立时的井壁受拉计算图
沉井结构设计计算
按《公路桥涵地基与基础设计规范》, 最大竖向拉力Plmax为此时沉井全部重 力G的1/4,即
Pl max G / 4
实际工程中,沉井被卡住较为常见,也 出现过被拉裂的沉井 。
沉井结构设计计算
表8-2 沉井竖向拉力计算及其最小配筋率
①计算刃脚外侧的土压力和水压 力。 ②由于刃脚下的土已被掏空,故 刃脚下的垂直反力Rv和刃脚斜面 水平反力U等于零 ③作用在井壁外侧的摩阻力T ④刃脚计算时重力g与前面相同 ⑤计算在刃脚外侧的钢筋(竖直) 数量
沉井基础施工
沉井基础施工沉井一般由①井壁、②刃脚、③隔墙、④井孔、⑤凹槽、⑥射水管、⑦封底和⑧盖板等组成,如图2-5所示。
沉井在施工中具有独特优点:占地面积小;不需要板桩围护;与大开挖相比较,挖土量小;对邻近建筑的影响比较小;操作简便,无需特殊的专用设备。
图2-5 沉井基础示意图一、准备工作沉井钻孔要求:(1)面积在200m2以下(包括200m2)的沉井,应有一个钻孔(可布置在中心位置)。
(2)面积在200m2以上的沉井,在四角(圆形为相互垂直的两直径端点)应各布置一个钻孔。
(3)特大沉井可根据具体情况增加钻孔。
(4)钻孔底标高应深于沉井的终沉标高。
(5)每座沉井应有一个钻孔提供土的各项物理力学指标、地下水位和地下水含量资料。
二、沉井制作沉井的制作程序主要包括:测量定位、沉井分节、铺设承垫木、模板支设及拆除、施工缝处理等内容。
具体规定如下:1.平整场地(1)沉井位于浅水或可能被水淹没的岸滩上时,宜就地筑岛制作。
在地下水位较低的岸滩,若土质较好时,可开挖基坑制作沉井。
(2)在岸滩上或筑岛制作沉井,要先将场地平整夯实,以免在灌筑沉井过程中和拆除支垫时,发生不均匀沉陷。
若场地土质松软,应加铺一层30~50cm 厚的砂层,必要时,应挖去原有松软土层,然后铺以砂层。
当石渣、漂卵石等取材方便时,常不挖除松软土壤,可直接回填夯实,以便施工。
(3)沉井在制作至下沉过程中位于无被水淹没可能的岸滩上时,如地基承载力满足设计要求,可就地整平夯实制作;如地基承载力不够,应采取加固措施。
(4)沉井可在基坑中灌筑,但应防止基坑为暴雨所淹没。
并应注意观察洪水,做好防洪措施。
在总的进度安排中,应抓住枯水期的有利季节。
(5)运输线路,风、水管路,电力线的铺设以及混凝土厂起吊设备的布置等,均应事先详细计划,妥善安设,以免干扰沉井施工作业。
2.测量定位在沉井地点进行测量工作,应符合下列要求:(1)定位轴线应保证能随时可以检查沉井的下沉位置。
(2)检查沉井标高的临时水准点应设在沉井施工影响范围以外,且安全可靠的地方。
沉井
1沉井是一种井筒状空腔结构物,是在预制好的井筒内挖土,依靠井筒自身重力或借助外力克服井壁与地层的摩擦阻力逐步沉入地下至设计高程,最终形成桥梁墩台或其他建筑物基础的一种深基础形式。
2沉井基础的特点:1)埋置深度可以很大,整体性强稳定性好,有较大的承载面积,能承受较大的垂直荷载和水平荷载2)沉井是基础的组成部分,在下沉的过程中引起挡土和防水的临时围堰作用,不需要另设坑壁支撑或板柱围堰,既节约了材料,又筒化了施工3)在各类地下构筑物中,沉井结构又可作地下构筑物的围护结构,沉井内部空间亦可得到充分利用4)沉井在深基础施工中,具有占地面积小,挖土量少。
对邻近建筑物等环境影响比较小的优点5)不需要特殊专业设备,且操作简便,技术可靠,节省投资。
沉井基础的缺点:1)施工工期长2)对粉、细砂类土在井内抽水易发生流沙现象,造成沉井倾斜3)沉井下沉过程中遇到大的孤石,树干或井底岩层表面倾斜过大,均会给施工带来一定的困难。
3沉井的分类:1)沉井按施工方法分类:一般沉井、浮运沉井;2)沉井按建筑材料分类:混凝土沉井、钢筋混凝土沉井、竹混凝土沉井、刚沉井;3)按沉井的平面形状可分为:圆形、矩形、圆端形。
4沉井一般由井壁、刃脚、内隔墙、井孔、凹槽、封底和顶盖板、射水管等组成。
5沉井基础施工一般可分为旱地施工、水中筑岛、浮运沉井三种。
1单桩承载力容许值是指单桩在荷载作用下,地基土和桩本身的强度和稳定性,得到保证,变形也在容许范围内,以保证结构物的正常使用所能承受的最大荷载。
2单桩轴向荷载传递机理:桩的承载力是桩与共同作用的结果,当轴向荷载逐步施加于单桩桩顶时,桩身上部受到压缩而产生相对与土的向下位移,与此同时,桩侧表示就会受到土的向上摩阻力,随着荷载增加,桩身的压缩量和位移量增大,桩身下部的摩阻力逐步调动引来,桩底土层也因受到压缩产生桩端阻力,因此,可以认为土对桩的支撑力是由桩侧摩阻力和桩端阻力两部分组成。
a)负摩阻力:当桩周围土体因某种原因发生下沉,其沉降变形大于桩身的沉降变形时在桩侧表面将出现向下作用的摩阻力。
4 沉井基础(z)
圆形沉井:沉井下沉容易控制方向,易保证刃 脚均匀支撑在土层上,井壁在侧压力作用下只受轴 向力或稍受拱曲,对水流方向正交和斜交均有利。
圆端形沉井:控制下沉、受力条件、阻水冲刷 均较矩形者有利,但沉井制造较复杂。
矩形沉井:制造简单、基础受力有利、常能配 合墩台底部平面形状。四角一般做成圆角,以减少 井壁摩阻力和取土清孔的困难,在侧向土压力作用 下,井壁受较大的拱曲力矩,在流水中阻力系数较 大,冲刷严重。
5.射水管
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。一般水压不小于600kPa。如使用泥浆润滑 套施工方法时,应有预埋的压射泥浆管路。
6.凹槽
凹槽设在井孔下端近刃脚处,其作用是使封底 混凝土与井壁有交好的接合,封底混凝土底面的反 力更好的传给井壁(如井孔全部填实的实心沉井也可 不设凹槽)。凹槽深度约0.15~0.25m,高约1.0m。
水深(m) 流速(m/s)
施工注意事项
<1.5
很小
土岛的护道宽度不小于2m,与水接触的土 坡不应陡于1:2。
草袋装土不宜过满。
<4.0
1~2 草袋上下左右互相错缝搭接,草袋分层之间
,应用土填实,并堆放整齐。
3~5
(也可略大些)
<2.0
河床土质应能适用打入板桩。
2)筑岛的分类及使用条件 根据围护情况,常用的筑岛方法有土岛、草袋麻袋围堰筑岛、 板桩围堰筑岛和石笼围堰筑岛。采用各种围护的目的,是为 了减少冲刷影响并提高岛体抗冲刷的能力,以保证筑岛在施 工期间的安全。
各种围堰筑岛的适用条件及注意事项
围堰类别
土岛 草袋麻袋围堰筑
基础工程-沉井基础
5.沉井基础
Hunan University
下沉系数K1、抗浮稳定系数K2
下沉系数:在确定沉井的外形尺寸和壁厚时,应保证沉井
在各种施工阶段能克服四壁摩阻力R1而顺利下沉,即下沉系数 K1应满足:
K1 G 1.10 ~ 1.25 Rt
G—各种施工阶段沉井的自重; Rt—沉井井壁土的摩阻力。
>0.5m
最高施工水位
防护围堰
最高施 工水位
φ /2) b>Htg( 45H
有围堰防护土岛 围堰筑岛 图5.13 水中筑岛下沉沉井
b)
c)
18
5.沉井基础
Hunan University
5.2.2 水中沉井施工
2.浮运沉井
水深筑岛困难时采用,岸边制作,滑入水中, 井壁为空体浮于水面,就位后灌注砼下沉至河床。
h2
FH
其中: Cz = mz
l
C0 =mh
h1
h
沉井底面受到的抗力:
d / 2 C01 C0 d tan
2
FV e
max
h
Z0
即土的横向抗力沿深度呈二次抛物线 变化,若基底竖向地基系数C0不变,
O
λ
x
Z1
zx
29 图5.17 非岩石地基计算示意
d/2
式中C0按桩基计算方法确定,但不得 a) 小于10 m0。
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5.1.3
沉井基础的构造
0.8~1.5 m
刃脚: 井壁下端楔 状部分,利于切 入土中加速下沉
一般底面(踏面)厚 100~200 mm,以型钢 加强,高1m以上,砼强 度等级≥C20
沉井基础
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 一考虑。
说明
6.2
6 沉井基础
• 6.2.2 沉井每节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5m。 沉井外壁可做成垂直面、斜面(斜面坡度为竖/
节 横:20/1~50/1)或与斜面坡度相当的台阶形。 构 说明
算
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 本规范第1.0.5条的规定。
6.3
6 沉井基础
• 6.3.2 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。 1 施工下沉时,沉井底节应按下列情况验算其竖
节 向弯曲强度: 计 1)当排水挖土下沉时,沉井底节假定支承在四 算 个支点“1”上(图6.3.2-1),验算其竖向弯曲;
计 剪力。
算
根据排水或不排水的情况,沉井井壁在水压
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。
6 沉井基础
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。
采用空气幕下沉的沉井,井壁压力与普通沉 节 井的计算相同。 计 • 6.3.3 沉井刃脚可分别作为悬臂梁和水平框架验
造
• 6.2.3 沉井井壁的厚度应根据结构强度、施工下 沉需要的重力、便于取土和清基等因素而定,可 采用0.8~1.5m;但钢筋混凝土薄壁浮运沉井及钢 模薄壁浮运沉井的壁厚不受此限。
6.2
6 沉井基础
• 6.2.4 沉井刃脚根据地质情况,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 或底节外壳采用钢结构。刃脚底面宽度可为
沉井基础(讲义)
3.圆端沉井和尖端沉井
– 减少阻水系数,对河床冲刷小。适于桥墩和河中心的取水构筑物。
4.多格沉井
– 因使用要求或受力要求分格
第二节 沉井的类型和构造
沉井基础
图1-3
沉井的平面形状
a) 单孔沉井;b) 双孔沉井;c) 多孔沉井
第二节 沉井的类型和构造
沉井基础
土软,浅
土软,深
土密,深
省料
壁厚要求能够靠自重下沉,保证强度与刚度,过重时台阶状
第三节 沉井的施工
沉井基础
板桩围堰筑岛
• 适用范围:水深流急,河床土质适宜打入 • 板桩:木板桩、混凝土板桩、钢板桩等。 • 板桩围堰的计算:钢板桩或槽钢的断面、最小入土深度、 桩间距、拉杆的间距和截面面积以及整体稳定性核算等。 • 施工:打桩船
第三节 沉井的施工
沉井基础
石 笼 围 堰 筑 岛
适用于水深流急,且不宜打板桩的岩石、砂夹卵石等的河床上。 石笼有木、竹、钢筋笼等数种。木笼只有在特殊情况下才使用, 南方因竹材较多,故亦有用竹笼。 先用其它材料制作成笼,然后向笼内填装块石或卵石做成围堰 后,再向围堰内填砂筑岛。
第三节 沉井的施工
沉井基础
混凝土垫层
• 为了扩大沉井刃脚的支承面积,减轻对砂垫层或地基土的 压力,省去刃脚下的底模板,便于沉井下沉,在砂垫层或 地基上,应先铺筑素混凝土垫层。其厚度一般可采用10~ 15cm,太薄则容易压碎,太厚则对沉井下沉不利。为了 固定沉井刃脚钢(木)模板,可在混凝土垫层内埋入小方木, 长度较井壁所用拉杆螺栓稍长。
第二节 沉井的类型和构造
沉井基础
取 土 孔
• 位置:取土井的平面布置应与中轴线对称,以利于沉 井均匀下沉; • 大小:由取土方法而定,采用挖土斗取土时,应能使 挖土斗自由升降,最小边长不宜小于2.5m。
沉井基础
4. 沉井的缺点
施工期较长; 对粉细砂类土在沉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块石、树干或井底岩层表面 倾斜过大,均会给施工带来一定困难。
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第二节 沉井的类型与构造 一、沉井的分类
沉井按平面形状可分圆形、矩形、圆端形等,根据井孔 的布置方式又有单孔、双孔、多孔的。
横向计算pzx值应小于沉井周围土的极限抗力值。 极限抗力值计算方法: 当基础在外力作用下产生位移时,在深度z处基础一侧 产生主动土压力强度pa,而被挤压一侧土就受到被动土压 力强度pP,故其极限抗力,以土压力表达为 pzx pp - pa
2014Байду номын сангаас10-17 33
由朗金土压力理论可知 zx
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3. 拆模及抽垫 沉井混凝土达到设计强度70%时可拆除模板,强度达 设计强度后才能抽撤垫木。 抽撤垫木应按一定顺序进行,以免引起沉井开裂、移 动或倾斜。其顺序是:撤除内隔墙下的垫木,再撤沉井短 边下的垫木,最后撤长边下的垫木。拆长边下的垫木时, 以定位垫木(最后抽撤的垫木)为中心,对称地由远到近 拆除,最后拆除定位垫木。在抽垫木过程中,抽除一根垫 木应立即用砂回填进去并捣实。
b1h 2 P=0 b1 zx dz H H 6D 1 b1Hz3 M Z H ( h z ) ( 2h z ) 12Dh
h
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32
(三)验算 1. 基底应力验算 基底计算最大压应力不应超过沉井底面处地基土的容 许承载力fa。即 pmax f a。 2. 横向抗力验算
2. 应用范围
桥墩、锚碇、矿用竖井、地下泵房、水池、油库、地下 设备基础、盾构隧道、顶管的工作井和接收井等。 如:南京长江大桥9个桥墩中的6个,江阴长江大桥 悬索桥主缆的北锚碇均采用了沉井基础方案。
第四章沉井基础
8、沉井封底 沉井封底 基底检验合格后应及时封底。排水下沉时, 可采用普通混凝土封底;否则宜用水下混凝土封 底。若沉井面积大,可用多导管先外后内、先低 多导管先外后内、 多导管先外后内 后高依次浇筑。封底一般为素混凝土。 后高 9、井孔填充和顶板浇筑 井孔填充和顶板浇筑 封底混凝土达设计强度后,再排干井孔中水, 填充井内圬工。如井孔中不填料或仅填砾石,则 井顶应浇筑钢筋混凝土顶板,以支承上部结构。 然后砌筑井上构筑物,并拆除临时性井顶围堰。
二、水中沉井施工 1、水中筑岛 水中筑岛 当水深小于3m,流速≤1.5m/s时,可采用砂 或砾石在水中筑岛,周围用草袋围护;若水深或 流速加大,可采用围堤防护筑岛;当水深较大或 流速较大时,宜采用钢板桩围堰筑岛。岛面应高 出最高施工水位0.5 m以上。围堰筑岛时,围堰 距井壁外缘距离应满足一定要求。其余施工方法 与旱地沉井施工相同。
(7)、封底 封底:沉至设计标高进行清基后,在刃脚 封底 踏面以上至凹槽处浇筑混凝土形成封底。防止地 下水涌入井内,并承受地基土和水的反力。封底 顶面高出凹槽0.5m,厚度由应力验算决定。混凝 土强度≥C15,填充混凝土≥C10。 (8)、顶板 顶板:沉井封底后,为节省圬工量,减轻 顶板 基础自重,可做成空心沉井基础,或仅填砂石, 此时须在井顶设置钢筋混凝土顶板。顶板厚度一 般为1.5-2.0 m,钢筋配置由计算确定。
(4)、按立面形状 立面形状分为:柱形、阶梯形和锥形 立面形状 柱形沉井:受土体约束较均衡,下沉不易倾斜, 柱形沉井 井壁接长简单,模板可重复利用;侧阻力较大, 当土体密实,下沉深度较大时,易出现下部悬空。 用于入土不深或土质较松软的情况。 阶梯形沉井、锥形沉井 阶梯形沉井、锥形沉井:井壁摩阻力小;施工较 复杂,消耗模板多,沉井下沉过程中易发生倾斜。 用于土质较密实,沉井下沉深度大,且要求沉井 自重不太大时。锥形沉井井壁坡度为1/20-1/40, 阶梯形井壁的台阶宽约为100-200mm。
土木(建筑)基础工程课件-第七章-沉井基础
04
下沉过程中进行实时监 测,确保沉井下沉稳定 。
工程效果评估与总结
沉井基础施工完成后,进行沉 降观测和承载力检测,确保满 足设计要求。
施工过程中未出现安全事故和 质量问题,施工效果良好。
本工程实例表明,沉井基础适 用于地下水位较高、地质条件 复杂的情况,能够承受较大的 垂直和水平荷载。
05
沉井基础的发展趋 势与展望
按沉井施工方法划分
预制沉井、就地浇筑沉井等。
构造组成
井壁
沉井的外围结构,具有 挡土和止水的作用。
刃脚
沉井下端切入土体的部 位,具有切土和承重的
作用。
井孔
沉井内部空间,用于填 筑混凝土或砂石等材料
。
顶板
沉井上部的覆盖层,具 有保护井孔和承受上部
荷载的作用。
沉井基础的施工方法
沉井制作
在施工现场浇筑或预制沉井, 并进行养护。
沉井封底
基底处理
对沉井基底进行清理和平整,确 保无杂物和松散土。
封底材料选择
根据地质条件和设计要求,选择 合适的封底材料,如混凝土、砂
石等。
封底施工
按照施工顺序,进行分层、对称 的封底施工,确保封底质量。
沉井使用和维护
使用前检查
在使用前对沉井的结构、尺寸、位置等进行全面 检查,确保符合设计要求。
沉井制作
按照设计图纸,使用优质材料制作 沉井,确保其结构强度和稳定性。
沉井下沉
下沉前检查
对沉井的结构、尺寸等进行全面检查 ,确保符合设计要求。
下沉设备安装
下沉施工
控制排水速度,逐步降低沉井,同时 进行位移监测和纠偏,确保下沉过程 中沉井的位置和稳定性。
根据下沉方案,安装相应的排水、通 风、起吊等设备。
第五章沉井基础new
立面:顶面位于地面下0.2m或地下水位上0.5m. 高度较大时应分节下沉, 3m每节高度5m 松软土层中下沉时,底节高度0.8沉井宽度
(二)沉井的一般构造
1.井壁
施工中用作围堰,承受土、水压力
作用: 下沉时作为重量(靠自重克服井壁与土之间的摩阻力)
(二)沉井的一般构造
5.凹槽
作用:使封底砼与井壁更好地结合,封底砼底面的反力能更好
地传给井壁深度0.15~0.25m,高1m.
6.射水管
盖板
0.8~1.2
需射水下沉时,应在孔壁预
埋射水管。沿孔壁均匀布置,
井壁
以便于控制水压和水量来调
隔墙
整下沉方向.
井孔
7.封底及盖板
凹槽
封底砼 厚度: 1.5倍井孔最小边长 等级:岩石地基:C15, 一般地基:C20
施工完毕后,作为基础或基础的一部分承担荷载
厚度:0.80~1.5m且0.4m 砼:C15
盖板
2.刃脚
受力最集中的部分
作用:下沉时切土
井壁
砼:C20
隔墙
3.隔墙 加强沉井刚度 作用: 分隔井孔,各井孔内分别挖土,
井孔 凹槽
以控制沉降及纠倾 4.井孔
宽度:3m,对称布置
封底
刃脚
0.8~1.2
>45° 0.1~0.2 >0.5
沉井埋置深度较大:考虑基础侧面土体弹性抗力 的影响。
假定沉井基础在横向外力作用下只能发生转动 而无挠曲变形。因此,可按刚性桩计算内力和土 抗力,即相当于“m”法中h2.5的情况。
一、沉井作为整体深基础的设计与计算
沉井基础
沉井基础在修建负荷较大的建筑物时,其基础要坐落在坚固、有足够承载能力的土层上,当这类土层距地表成较深(8m ~30m ),天然基础和桩基础都 受水文地质条件限制时,常采用沉井基础。
沉井是桥梁墩(台)深基础的一种常用类型。
如图1。
沉井在下沉过程中,坑壁不需要临时支撑和防止围堰。
如果沉井报穿过的土层允许排水开挖下沉,则沉井的埋臵深度很容易达到,其垂直度亦好控制。
如果遇到饱和水分土层时,排水开挖会出现翻砂现象,往往造成沉井歪斜。
如果遇到孤石、倒木、溶洞及坚硬的障碍物时,需做特殊处理。
沉井是基础的组成部分之一,具有设计需要的壁厚和垂直隔墙,为上下开口的筒形结构物,通常用混凝土或钢筋混凝土制成。
底节沉井一般是在河床或滩地筑岛上建造,特殊情况可采用浮式沉井,在其强度达到设计要求后,抽除刃脚垫木,对称、均匀地挖去井内土,通过取土井孔运出井外弃之。
随着井内土面逐渐下降,沉井在自重的作用下,克服刃脚土的支承力和外井壁与土的摩阻力而下沉。
此时的井壁起着支撑坑壁土不内塌的作用。
沉埋的全部高度是依据施工条件,分成若干节制成的。
当第一节沉井沉到适当位臵后,在其上接高第二节沉井,然后再继续下沉。
就这样接高、下沉、再接高、再下沉,直至达到设计标高,清理基底后进行封底、填充和浇筑顶盖板。
一、适用范围和准备工作 一)、适用范围当天然基础和桩基础受水文、地质条件限制施工困难时,可采用沉井基础,沉井基础尤其适用于竖向各横向承载力大的深基础。
由于沉井种类不同,各自的适用范围亦有所区别,应根据需要进行选择。
㈠沉埋种类1、按制造情况可分为:⑴就地浇筑下沉沉井:多采用混凝土或钢筋混凝土沉井,筑岛立模浇筑混凝土后,就地挖土下沉。
⑵浮式沉井:多为钢壳井壁,亦有空腔钢丝网水泥薄壁沉井、钢筋混凝土薄壁沉井,是在岸上制造成型,通过滑道等方法下水浮运到位。
还有的在船上制作成型,采用一整套吊装设备和措施,使其浮运到位下沉,或采用船运到位,用沉船方法,使其下沉。
第4-1章 沉井基础
沉井施工顺序示意
沉井基础的特点: 沉井基础的特点:
1)埋置深度可以很大,整体性强,稳定性好,有较 )埋置深度可以很大,整体性强,稳定性好, 大的承载面积,能承受较大的垂直荷载和水平荷载; 大的承载面积,能承受较大的垂直荷载和水平荷载; 2)沉井既是基础,又是施工时的挡土和挡水围堰结 )沉井既是基础, 构物; 构物; 3)沉井施工时对邻近建筑物影响较小且内部空间可 ) 资利用,因而常用为工业建筑物尤其是软土中地下 资利用, 建筑物的基础,也常用作为矿用竖井、地下油库等。 建筑物的基础,也常用作为矿用竖井、地下油库等。
4.1 概 述
4.1.1 沉井的基本概念
沉井是井筒状的结构物。它是以井内挖土, 沉井是井筒状的结构物。它是以井内挖土, 依靠自身重力克服井壁摩阻力后下沉到设计标高, 依靠自身重力克服井壁摩阻力后下沉到设计标高, 然后经过混凝土封底并堵塞井孔, 然后经过混凝土封底并堵塞井孔,使其成为桥梁墩 台或其它结构物的基础。 台或其它结构物的基础。
第4 章 沉 井 基 础
内容提要和学习要求
本章重点讨论沉井基础的工作原理, 本章重点讨论沉井基础的工作原理,沉井基础的设 计方法及施工要点。 计方法及施工要点。 通过本章的学习,要求掌握沉井的施工方法、 通过本章的学习,要求掌握沉井的施工方法、适用 范围、构造要求,并了解沉井的结构计算。 范围、构造要求,并了解沉井的结构计算。
4.2.2 沉井基础的计算
根据所拟定的沉井基础的尺寸及其技术数据, 根据所拟定的沉井基础的尺寸及其技术数据, 按各种最不利荷载组合,分别验算基底应力 基底应力、 按各种最不利荷载组合,分别验算基底应力、横向 抗力、墩台顶面水平位移及稳定等 抗力、墩台顶面水平位移及稳定等。 埋深≤5m,浅基础 , 埋深 计算方法 埋深> 且计算深度 且计算深度αh≤2.5m时,“m”法 埋深>5m且计算深度 时 法
第四章 沉井基础
4-1 概述
第四章 沉井基础
(5)邻近建筑物的深基础 在原有建筑物附近,进行深基坑开挖时,将 危机原有建筑物浅基础的稳定性,采用沉井,则 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 除氧气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,采用沉井即解决了这一问题。
第四章 沉井基础
第二节 沉井的类型和构造
一、沉井的分类
按沉井的施工方法分类
一般沉井
浮运沉井
混凝土及钢筋混凝土沉井 钢沉井 其他材料沉井
按沉井的建筑材料分类
4-2 沉井的类型和构造
第四章 沉井基础
沉井的平面形状 按沉井形状分类 沉井的立面形状
圆形 圆端形 矩形
柱形 阶梯形 锥形
4-2 沉井的类型和构造
常用的有矩形、圆形和圆端形三种。
根据井孔的布臵方式可分为单孔、双孔及 多孔沉井。
4-2 沉井的类型和构造
第四章 沉井基础
图4-3
沉井的平面形状
a) 单孔沉井;b) 双孔沉井;c) 多孔沉井
4-2 沉井的类型和构造
第四章 沉井基础
第二节 沉井的类型和构造 一、沉井的分类
圆形沉井:沉井在下沉过程中易于控制方向;当 采用抓泥斗挖土时,比其它沉井更能保证其刃脚均匀 地支撑在土层上;在侧压力作用下,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。
4-1 概述
第四章 沉井基础
4-1 概述
第四章 沉井基础
二、沉井基础的特点 (一)沉井的优点: 1.埋臵深度大 2.整体性强
3.稳定性好
沉井基础
2、 沉井的类型 沉井的类型较多。按沉井横截面形状分为: (1).单孔沉井 沉井只有一个井孔,其形状有圆形、正方形及矩形等。 圆形沉井可承受较大的水平荷载,其井壁可做得稍薄些; 而方形或矩形沉井在水平力作用下,其断面会产生较大的 内力与变形,故其井壁较圆形沉井厚,制作时井壁的4个 拐角可用圆弧过渡,以改善受力条件。 (2).单排孔沉井 沉井有两个或两个以上的井孔,各井孔以内隔墙分开, 且沿同一方向排列。按使用要求,单排孔可做成矩形、长 圆形及组合形等形状。 (3).多排孔沉井 在沉井内部设置数道纵横交叉的内隔墙。这种沉井刚度 大,且在施工中易于均匀下沉,如发生偏斜,可通过部分 井孔内挖土纠偏;多排孔沉井因承载力高,适合于做大平 面尺寸的重型建筑物基础。
按沉井材质分
(1)混凝土沉井。因混凝土抗拉强度低,故这类沉井应做成圆 形,并仅适用于下沉深度不大(4~7 m)的软土层中施工。 (2)钢筋混凝土沉井。可以就地现浇,也可预制拼装,还可以 做成薄壁浮运沉井。因就地整体现浇的,故我国应用最多。 (3)钢丝网水泥沉井。一般作成30 mm厚的双壁空心浮运沉 井,它具有施工方便、节省钢材等优点,适用于深水基础。 (4)钢沉井。其强度高、重量轻、易于拼装,一般可做成双层, 但钢材用量大。因此常用于深水大型基础的浮运沉井。
2)、沉井分节 沉井的分节应视下沉进度、开挖方法、土质 性质、沉井的平面尺寸和沉井深度作全面分析而 定。第一节沉井的最小高度,以在拆除垫木时沉 井能抵抗纵向破裂为标准,如沉井底节下为松软 土时,则其第一节(即底节)的最大高度不得大 于0.8B,B为沉井宽度。其次各节应尽可能作高。 沉井下沉中,井顶高度(分节)应适合挖土起重 机械工作的要求。
4)、沉井模板及支撑
根据沉井分节高度进行井壁制作,由于沉井井壁厚, 混凝土工程量大,井壁内埋设钢筋与管路较多,同时井壁 还承受一定的不均匀纠偏力,浇筑沉井井壁时,一定要保 证质量。以下几方面应特别注意:
沉井基础
3、沉井基础的施工
在挖土下沉过程中,工长、测量人员、挖土工人 应密切配合,加强观测,及时纠偏。 沉井下沉观测方法为在沉井外壁周围弹水平线, 井筒内按4等分或8等分标出垂直轴线,各吊线坠 一个,对准下部标板来控制。观测时间,每班三 次,接近设计标高时两小时一次。随时掌握分析 观测数值,当线坠偏离垂线达50mm或标高差在 100mm,应立即纠正。挖土过程中可通过调整 挖土标高或劳动力进行纠偏。容
1、沉井基础的概念 2、沉井基础的的构造 3、沉井基础的施工
1、沉井基础的概念
什么是沉井基础?
沉井基础有哪些特点,适用范围?
沉井基础的原理?
1、沉井基础的概念
沉井基础有哪些类型?
③ 沉井封底 沉井下沉至设计标高,再经2~3d下沉稳定,或 经观测在8h内累计下沉量不大于10mm,即可 进行封底 封底前应先将刃脚处新旧混凝土接触面冲洗干净 或打毛,对井底进行修整使之成锅底形,由刃脚 向中心挖放射形排水沟,填以卵石作成滤水盲沟, 在中部设2~3个集水井与盲沟连通,使井底地 下水汇集于集水井中用潜水电泵排出,保持水位 低于基底面0.5m以下。
3、沉井基础的施工
筒壁下沉时,外测土会随之出现下陷,与筒壁间 形成空隙,一般干筒壁外侧填砂,保持不少于 30cm高,随下沉灌入空隙中,以减小下沉的摩 阻力,并减少了以后的清淤工作。雨季应在填砂 外侧作挡水堤,以阻止雨水进入空隙,防止出现 筒壁外的摩阻力接近于零,而导致沉井突沉或倾 斜的现象。 沉井下沉接近设计标高时,应加强观测,防止超 沉。可在四角或筒壁与底梁交接处砌砖墩或垫枕 木垛,使沉井压在砖墩或枕木垛上,使沉井稳定。
2、沉井基础的的构造
思考
根据沉井基础的构造特点, 它有什么样的受力特点? 它与桩基础有何区别和联系?
沉井基础一
• 岩石基底倾斜时,将岩面凿成台阶或榫槽; • 基底为砂土或粘性土时,可在基底铺设一层砾石或碎石至 刃脚底面以上200mm。 • 沉井封底、井孔填充、浇筑顶盖板 沉井封底 • 基底检验合格后即行封底; • 对于排水下沉的沉井,在清基时若渗水量较小,按普通混 凝土浇筑方式进行封底; • 对于渗水量大和不排水下沉的沉井,可采用刚性导管法浇 注水下混凝土或水下压浆混凝土封底。
有围堰筑岛要防止围堰漏土,以避免沉井制造或下沉过程中, 产生岛面沉降变形或失稳。
• 浮运沉井施工
沉井制作与下水 • 岸边制作; • 利用滑道下水; • 牵引到设计墩位。 浮运方式(详细介绍见沉井构造部分) • 双壁浮运沉井; • 带临时性井底的浮运沉井; • 带钢浮筒的浮运沉井。
钢丝网水泥薄壁沉井由内、外壁组成的空心井壁沉井, 入水后自浮于水中,浮运到位后向井壁腔内灌水下沉落于 河床,再逐格对称灌注水下混凝土,使薄壁空腔沉井成为 普通的重力式沉井。(特点——制造简单、施工方便、节 省钢材); 在底节井孔下端的刃脚处设置可拆除的临时性井底,使 沉井成为一个浮体,浮运到位后,向井孔内灌水,沉井下 沉,落床稳定后灌注井壁混凝土,即可拆除支撑打开临时 性井底,按一般沉井施工。
• 浮运沉井的构造 不带气筒的浮运沉井 带气筒的浮运沉井
不带气筒的浮运沉井 适用性 • 水深不大; • 流速不大; • 河床平缓; • 冲刷较小。
❖ 施工工艺 • 岸边制造; • 通过滑道下水; • 浮运到位; • 接高下沉。 使用材料——钢材、木材、钢筋混凝土、钢丝网及水泥 等。 构造形式 • 双壁浮运沉井(钢丝网薄壁、钢薄壁:用于平面尺寸较大 沉井) • 带临时性井底的浮运沉井
凹槽 凹槽的功能 • 增强封底混凝土与井壁的联结强度; • 将封底混凝土承受的地基反力传递给井壁。 ❖ 凹槽的尺寸与构造要求 • 在沉井外壁内侧离刃脚踏面约2m处设置水平槽状结构; • 凹槽深度约150~250mm,高度约1000mm; • 当井孔采用混凝土或圬工填实时,也可不设凹槽。
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(二)沉井下沉困难 增加沉井自重 减小沉井外壁的摩阻力 (三)突沉 控制均匀挖土 刃脚处挖土不易过深 (四)流砂 向井内灌水减小水头梯度; 井点降水,深井降水,改变水头梯度方向
9.3 沉井的设计与计算
一、沉井作为整体深基础的设计与计算
沉井作为整体深基础时的基本假定条件: 1、地基土作为弹性变形介质,水平向地基系数随深度成 正比例增加; 2、不考虑基础与土之间的粘着力和摩阻力; 3、沉井基础的刚度与土的刚度之比可认为是无限大。
9.2 沉井的施工 9.2.1 旱地上沉井的施工
(一)整平场地 (二)制造第一节沉井 (三)拆模及抽垫 (四)挖土下沉 (五)接高沉井 (六)筑井顶围堰 (七)地基检验和处理 (八)封底、充填井孔及浇筑顶盖
沉井施工主要程序示意图
9.2.2 水中沉井的施工 1、筑岛法 2、浮运沉井施工
9.2.4 沉井下沉过程中遇到的问题及处理
FR0hb1zxdZFH
FH
(b1h2 6D
1)
地面以下Z深度处基础截面上的变矩为
M zH (hZ)b 1 1H D 23(Z 2 hhZ)
(三)验算
1.基底应力验算
σmax≤[σ]h
2.横向抗力验算
σzx≤Ep—Ea
由朗金土压力理论可知
代入得
E pZ2 t(4 g 5 2)2 c(t4 g 5 2)
一、沉井基础
5 4
9.1 概 述
32 1
6 7 6 8
b)
图9-1 沉井基础示意
井筒状的结构物
在井壁的围护下从井内挖土
在自重作用下逐渐下沉 封底封顶形成的深基础
9.1 概 述
9.1.1沉井的特点及使用范围
1、沉井基础的特点: 2、沉井基础的使用范围:
1.上部荷载较大,而表层地基土的容许承载力不足,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 基础与其它深基础相比较,经济上较为合理时; 2.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; 3.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。
直径>1.8m。(桩径2.5m、底径5m、承千吨) 方法:1)人挖人扩桩;
2)机钻人扩桩,干法; 3)机钻机扩桩,湿法。 要求: 防塌壁;须降水、通风、通讯、照明。 设备:1)风镐、八字护壁; 2) 钻扩机。 施工工艺: 护壁挖孔→扩底→放入钢筋笼→浇筑混凝土
墩身施工示意图
三、 地下连续墙
二、地下连续墙
9.2.4 沉井下沉过程中遇到的问题及处理
(一)沉井发生倾斜和偏移 偏斜主要原因:土岛表面松软,使沉井下沉不均,河底土质 软硬不匀;挖土不对称;井内发生流砂,沉井突然下沉,刃脚 遇到障碍物顶住而未及时发现;并内挖除的土堆压在沉井外 一侧,沉井受压偏移或水流将沉井一侧土冲空等。 发生倾斜纠正方法:除土、压重、顶部加水平力或刃脚下支垫 发生偏移纠正方法: 纠正沉井中心位置发生偏移的方法是先使沉井倾斜,然后均匀 除土,使沉井底中心线下沉至设计中心线后,再进行纠偏。
FHh10hzb x1ZdZ dW0 2
Z0
b1h2(4h)6dW 2b1h(3h)
tgm 12(hFbH 1h(23h13W 8h1))d
tg 6FH
Amh
式中:
Ch C0
mh ,β为深度h处沉井侧面的水平向地基系数与沉井底面
C0 的竖向 地基系数的比值
zx6AFHhZ(Z0Z)
离地面或最大冲刷线以下Z深度处基础截面上的弯矩,为
深度处的土横向抗力;
σhx——相。 应于Z=h深度处的土横向抗力,h基础的埋置深度;
η1 ——取决于上部结构形式的系数,一般取η1=1,对于拱桥η1=0.7;
η2 ——考虑恒载对基础重心所产生的变矩Mg在总弯矩M中所占百分比
的系数,即
2
10.8Mg M
9.5 深基础简介
一、墩基础(即大直径扩底灌注桩)
9.1.2 沉井的类型和构造
1、按施工方法分:一般沉井、浮运沉井 2、按材料分类:
混凝土、钢筋混凝土、钢、 竹筋混凝土沉井等 3、按平面形状分类:圆形、 方形、矩形、椭圆形、圆端
形、多边形及多孔井字形等
4、按竖向剖面形状分类: 圆柱形、阶梯形及锥形等
9.1.3. 沉井基础的构造
6.射水管 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。
7.封底及顶盖 当沉井下沉到设计标高,经过技术检验并对井底清理 整平后,即可封底,以防止地下水渗入井内。 刃脚上方井壁内侧预留凹槽,以便在该处浇筑钢筋混凝土 底板和楼板及井内结构。凹槽的高度应根据底板厚度决定
凹槽底面一般距刃脚踏面2.5m左右。槽高约1.0m 凹人深度c约为150~250mm。
9.2 沉井的施工
Ptgc)
考虑到桥梁结构性质和荷载情况,并根据试验知道出现最大 的横向抗力大致在 Z 和h Z=h处,将考虑的这些值代入
3
h x 3
12c4os(3htgc)
h x12c4os(3 ht g c)
h x
3
——相应于 Z h 3
(一)非岩石地基上沉井基础的计算
FVeFHl M
FH
FH
x(Z0Z)t g zx xC z C z(Z 0 Z )tg
zxm(Z0Z)tg
基础底面处的压应力
d
2
C01
C0
dtg
2
h
h
F H 0 zb x 1 d F z H b 1 m0 tZ ( g Z 0 Z ) d Z 0
1.用途:深基坑的支护结构+建筑物的深基础 2.特点:刚度大,挡土又挡水,可用于任何土质, 施工无振动、噪音低;成本低,施工期短,专用 设备。
3.施工工艺:修筑导墙→制备泥浆→成槽→槽段 的连接。
1.用途:深基坑的支护结构+建筑物的深基础
地下连续墙施工过程示意图
Z
M z F H ( h Z )0 zb x 1 (Z Z 1 )d1Z
F H(hZ)F H 2b h 1Z3 A (2A 0Z)
(二)基底嵌入基岩内的计算方法
tg FH
mhD
式中
D b1h3 6Wd 12
将tgω代入得
zx
(hZ)Z
FH Dh
max min
FV A0
FHd
2D
根据∑x=0,可以求出嵌入处未知的水平阻力