基础工程 第五章

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5.沉井基础
a)
b) c) d)
图5.12 除 土 下 沉 示 意
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接高沉井
第一节沉井顶面下沉至距地面还剩1m～2m时，应停止 挖土，接筑第二节沉井。接筑前应使第一节沉井位臵正直， 凿毛顶面，然后立模浇筑混凝土。待混凝土强度达设计要求 后，再拆模继续挖土下沉。
筑井顶围墙
如沉井顶面低于地面或水面，应在沉井上接筑围堰，围 堰的平面尺寸略小于沉井，其下端与井顶上预埋锚杆相连。 围堰是临时性的，待墩台身出水后可拆除。
0.5~1.0m
图5.6 隔墙构造示意
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5.沉井基础
5.1.3
沉井基础的构造
井孔：挖土排土的工作场所和通道
位臵：取土井的平面布 臵应与中轴线对称，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，பைடு நூலகம்般 宽度≥3m，对称布臵 处理：以素混凝土、片 石混凝土或砌片填充。
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5.沉井基础
下沉系数K1、抗浮稳定系数K2
• 下沉系数: 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，即要求K1：
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。
• 抗浮稳定系数:当沉井下沉到设计标高，砼封底并做好钢筋 砼顶板、抽除井内积水后，而内部结构及设备尚未安装，井 外地下水位达最高时，应考虑沉井的抗浮稳定，即要求K2：
H
有围堰防护土岛 围堰筑岛 图5.13 水中筑岛下沉沉井
b)
c)
<2~3m
最高施工
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5.沉井基础
5.2.2 水中沉井施工
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。
图5.14 浮运沉井施工示意图
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5.沉井基础
浮式沉井：双壁钢壳
直径21.4米 净高13.6米
5
5.沉井基础
5.1.2 沉井的分类

下沉方式：就地制造下沉沉井(一般沉井)、浮运沉井 制作材料：砼沉井，钢筋砼沉井，竹筋沉井(南昌赣 江大桥、白沙沱长江大桥)，钢～,砖石～,木～ 外观形状：

平面: 力求简单对称， 利于受力，便于施工，有圆 形、矩形和圆端形等 剖面:柱形(下沉过程不 易倾斜、井壁接长简单，模 板反复利用)、阶梯形(下沉 阻力小)、锥形(下沉阻力小)

沉井的施工
旱地沉井施工：平整场地，制造第一节沉井、拆 模及抽垫、挖土下沉、接高沉井、井顶围堰、地 基检验和处理、封底、充填井孔、浇筑顶盖。 水上筑岛：水流速不大，水深≤3～4m时采用， 砂岛应高出施工最高水位0.5m以上，在岛上浇筑 沉井。 浮运沉井：水深筑岛困难时采用，岸边制作，滑 入水中，井壁为空体可浮于水面，就位后灌注砼 下沉至河床。
5. 沉井基础
5.沉井基础
内容提要
沉井基础的分类、构造及施工 沉井作为整体深基础的计算 沉井施工过程的结构强度计算 地下连续墙简介
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5.沉井基础
5.1
概
述
沉井：带刃脚的井筒状构造物， 用人工或机械方法清除井内土石， 主要借自重克服井壁与土层摩阻， 逐节下沉至基底设计标高的基础。
5.沉井基础
5.2.1 旱地沉井施工
清理场地 制造第一节沉井


铺垫木 立模板绑钢筋 注混凝土、养生 拆模及抽垫 土内模制造沉井刃脚
图5.10 制造第一节沉井实例
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5.沉井基础
拆模及抽垫
拆模顺序：井孔模板、外侧模板、隔墙支撑及模板、
刃脚面支撑及模板 抽垫顺序：内壁、短边及长边下对称同步。长边下隔 1根撤1根，最后以定位桩为中心由远而近对称撤除
封底、充填井孔及浇筑顶盖
地基经检验及处理合乎要求后，应立即进行封底。如封 底是在不排水情况下进行，则可用导管法灌注水下混凝土(见 钻孔灌注桩施工)，若灌注面积大，可用多根导管，以先周围 后中间，先低后高的次序进行灌注。待混凝土达设计强度后， 再抽干井孔中的水，填筑井内圬土。如井孔中不填料或仅填 以砾石，则井顶面应浇筑钢筋混凝土顶盖，以支承墩台，然 后砌筑墩身，墩身出土(或水面)后可拆除临时性的井顶围堰。
式中：
F—作用于沉井顶面处荷载 G—沉井自重
Rf—井侧总摩阻力 Rj—沉井底部地基土的总反力 Rj=faA(fa为基底土承载力特征值)
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5.沉井基础
5.3.1 沉井作为整体深基础的计算
井侧总摩阻力Rf：可假定井侧总摩阻力Rf沿深度成 梯形分布，距地面5m范围内按三角形分布，5m以下为 常数，故总摩阻力为 Rf ＝U(h－2.5)q 式中：
图5.11 沉井垫木 （a）圆形沉井垫木；（b）矩形沉井垫木
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5.沉井基础
除土下沉
沉井下沉施工可分为排水下沉和不排水下沉。 排水下沉：当沉井穿过的土层较稳定，不会因排水而产生大 量流砂时，可采用排水下沉。土的挖除可采用人工挖土或机械除 土，排水下沉常用人工挖土，它适用于土层渗水量不大且排水时 不会产生涌土或流砂的情况；人工挖土可使沉井均匀下沉和清除 井下障碍物，但应采取措施，确实保证施工安全。排水下沉时， 有时也用机械除土。 不排水下沉：一般都采用机械除土，挖土工具可以是抓土斗 或水力吸泥机，如土质较硬，水力吸泥机需配以水枪射水将土冲 松。由于吸泥机是将水和土一起吸出井外，故需经常向井内加水 维持井内水位高出井外水位1～2m，以免发生涌土或流砂现象。
K2
G R
P
t
1.05
∑G—沉井结构的自重； P—水对沉井的浮力，等于地下水位以下沉井排开同体积的水重
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5.沉井基础
5.3.1 沉井作为整体深基础的计算
沉井作为天然地基基础计算 地基强度：沉井作为深基础时，一般要求下沉 至坚实土层或岩层上，且地基强度须满足： F + G ≤ Rj + Rf
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5.沉井基础
5.1.3 沉井基础的构造
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

图5.5 刃脚构造示意
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5.沉井基础
5.1.3
沉井基础的构造
隔墙：加强沉井整体刚度
内隔墙的间距一般 不大于5~6m，厚 度一般为0.5~1.0m 一般要求隔墙底高 出刃脚底面
井壁:沉井主要部分，下沉过程起挡土、挡水及压重 作用，为深基础的护壁和建筑物的基础。
图5.4 沉井立面形状 a) 柱形; b) 阶梯形; c) 阶梯形; d) 锥形
一般：厚0.8～1.5m，每节高≤5m，砼强度等级≥C15。
• 例：湘江大桥(一桥)8#墩，上节厚2.6m，下节3.0m，
22×12×5m，下沉12.6m
5.沉井基础
5.3 沉井的设计与计算
主要内容：
拟定外形尺寸、高度、壁厚
视为天然地基上深基础的地基强度及变形验算 施工阶段刃脚、井壁的强度计算 使用阶段井壁及顶板、底板强度计算
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5.沉井基础
5.3.1 沉井作为整体深基础的计算
沉井尺寸设计
沉井高度
• 沉井底面标高，主要根据上部荷载、水文地质条件 及各土层的承载力等确定。 • 沉井作为基础，其顶面应埋入地面0.2m或地下水位 以下0.5m。 沉井平面形状和尺寸 • 沉井平面形状应根据上部建筑物的平面形状决定。 • 为防止下沉过程中少许偏斜对建筑物影响，要求留 襟边，其宽度≮下沉总深度的2%，且不得小于20cm。
图5.1 沉井基础示意
3
沉井
5.沉井基础
5.1.1 沉井的作用及适用条件
特点 下基深，hmax=220m，适用于深水，整体性强， 稳定性好，承载力大 造价高，施工期长，不排水施工时难于克服刃脚 下孤石、沉船、树干等障碍物，易发生流砂现象
适用条件 上部荷载较大 在山区河流中冲刷大 河水较深，采用扩大基础施工围堰有困难
地基检验和处理
沉井沉至设计标高后，应进行基底检验。检验内容是 地基土质是否和设计相符，是否平整，并对地基进行必要 的处理。如果是排水下沉的沉井，可以直接进行检查，不 排水下沉的沉井由潜水工进行检查或钻取土样鉴定。地基 为砂土或粘性土，可在其上铺一层砾石或碎石至刃脚底面 以上200mm。地基为风化岩石，应将风化岩层凿掉，岩层倾 斜时，应凿成阶梯形。若岩层与刃脚间局部有不大的孔洞， 由潜水工清除软层并用水泥砂浆封堵，待砂将有一定强度 后再抽水清基。不排水情况下，可由潜水工清基或用水枪 及吸泥机清基。总之要保证井底地基尽量平整，浮土及软 土清除干净，以保证封底混凝土、沉井及地基紧密连接。
U—沉井周长 q—单位面积摩阻力 加权平均值，可按 表5-1取值。
H G h0 Rt
f
a
F
f f f f h 2h2 3h3 4h4
1 1
Rj
图5.15 井壁摩阻力分布假设
40
h-2.5m h
5m
5.沉井基础
5.3.1 沉井作为整体深基础的计算
考虑土体弹性抗力的沉井设计与计算
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5.2.1 旱地沉井施工
桥梁墩台位于旱地时，沉井可就地制造、挖土 下沉、封底、充填井孔以及浇筑顶板，参见下图。 在这种情况下，一般较容易施工。
沉井施工顺序图
a)制造第一节沉井；b)抽垫木、挖土下沉；c)沉井接高下沉；d)封底
1-井壁；2-凹槽；3-刃脚；4-承垫木；5-素混凝土封底
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沉井偏斜
沉井下沉困难
主要由于沉井自身重力克服不了井壁摩阻力，或刃脚下遇 到大的障碍物所致。方法：增加沉井自重和减小井壁摩阻力。 (1) 增加沉井自重。可提前浇筑上一节沉井，以增加沉井 自重，或在沉井顶上压重物(如钢轨、铁块或砂袋等)迫使沉井 下沉。对不排水下沉的沉井，可以抽出井内的水以增加沉井自 重，用这种方法要保证土不会产生流砂现象。 (2) 减小沉井外壁的摩阻力。可以将沉井设计成阶梯形、钟 形，或在施工中尽量使外壁光滑；亦可在井壁内埋设高压射水 管组，利用高压水流冲松井壁附近的土，且水流沿井壁上升而 润滑井壁，使沉井摩阻力减小； 近年来，对下沉较深的沉井；为了减少井壁摩阻力常采用 泥浆润滑套或壁后压气沉井的方法。