基础工程-沉井基础培训课件
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桥梁基础工程-沉井ppt课件
主力＋附加力：双孔重载， 低水位
竖向力N /kN 16033
16033
水平力H /kN 0
890
力矩M /kNm 350
12563.9
25
y0
N
局部冲刷线
M1
-4.0 H O
黏
砂
土
ω
y
3.7
-0.3 沉井顶 X
σY
10.0
h
2.3
-14.0
粗
砂
夹
卵
石
σh
N0 -16.3
Y
26
qili li
（2）刃脚踏面的阻力
刃脚踏面的阻力=刃脚踏面面积×地基承载力
• 减少井壁摩阻力的方法 （1）高压射水 （2）泥浆套 （3）空气幕
13
hE
hE-5m
5m
侧阻力分布
qm
压 入 泥 浆 泥浆套
泥 浆 套
2. 刃脚受力计算
刃角受力
向外挠曲 竖向
向内挠曲
水平方向挠曲
看作固定于刃脚根部的悬臂梁。 看作水平框架。
17
1
向内挠曲
3．井壁受力计算 （1）竖向受拉计算
竖向拉应力验算
沉井下部悬空，由井壁摩擦力支承， 并由此因自重在井壁内产生拉应力。
由平衡条件，得拉力 SxG x/hG x2/h2 解得 Smax G/4
据此沿井壁纵向配置抗拉钢筋。
水平受力计算
地面
（2）水平受力计算
1m
1m
பைடு நூலகம்
1m 1m
1）下沉到设计深度且刃脚下的土被掏空时。
1）墩身底面支承于井壁和隔墙时 计算跨中最大弯矩并验算抗压强度。
2）墩身底面位于井孔内时 除进行1）外，还有计算墩台边缘处顶盖截面的弯矩和剪力。
竖向力N /kN 16033
16033
水平力H /kN 0
890
力矩M /kNm 350
12563.9
25
y0
N
局部冲刷线
M1
-4.0 H O
黏
砂
土
ω
y
3.7
-0.3 沉井顶 X
σY
10.0
h
2.3
-14.0
粗
砂
夹
卵
石
σh
N0 -16.3
Y
26
qili li
（2）刃脚踏面的阻力
刃脚踏面的阻力=刃脚踏面面积×地基承载力
• 减少井壁摩阻力的方法 （1）高压射水 （2）泥浆套 （3）空气幕
13
hE
hE-5m
5m
侧阻力分布
qm
压 入 泥 浆 泥浆套
泥 浆 套
2. 刃脚受力计算
刃角受力
向外挠曲 竖向
向内挠曲
水平方向挠曲
看作固定于刃脚根部的悬臂梁。 看作水平框架。
17
1
向内挠曲
3．井壁受力计算 （1）竖向受拉计算
竖向拉应力验算
沉井下部悬空，由井壁摩擦力支承， 并由此因自重在井壁内产生拉应力。
由平衡条件，得拉力 SxG x/hG x2/h2 解得 Smax G/4
据此沿井壁纵向配置抗拉钢筋。
水平受力计算
地面
（2）水平受力计算
1m
1m
பைடு நூலகம்
1m 1m
1）下沉到设计深度且刃脚下的土被掏空时。
1）墩身底面支承于井壁和隔墙时 计算跨中最大弯矩并验算抗压强度。
2）墩身底面位于井孔内时 除进行1）外，还有计算墩台边缘处顶盖截面的弯矩和剪力。
基础工程(第二版)沉井PPT课件
横向计算zx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
zx pp - pa
2021/2/12
30
由朗金土压力理论可知
zx
4
cos
(ztg
c)
2021/2/12
22
（一）非岩石地基上沉井基础的计算
沉井基础受到水平力H及偏心竖向力N作用。将水平
力H及偏心竖向力N引起的力矩等效转换成水平力H距离
基底的作用：
＝
Ne＋Hl H
M H
先讨论沉井在水平力H作用下的情况，水平力的作用
下，沉井将围绕位于地面下z0深度处的A点转动角，地面
下深度z处沉井基础产生的水平位移x和土的横向抗力zx
2021/2/12
25
求得z0、tgω，代入式(5-3)和式(5-4)，进而求得
zx
6H Ah
z(z0
z)
d
2
3dH
A
当有竖向荷载N及水平力H同时作用时，则基底边缘
处的压应力为
max min
N A0
3Hd
A
式中A0——基础底面积。
离地面或最大冲刷线以下z深度处基础截面上的弯矩
M Z＝H ( h z) z1xb1 (z z1 )dz1
200200mm的方木，使压应力不大于100kPa)。然后在 刃脚位置处放上刃脚角钢，竖立内模，绑扎钢筋，立外模 ，最后浇灌第一节沉井混凝土。
2021/2/12
15
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。
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
zx pp - pa
2021/2/12
30
由朗金土压力理论可知
zx
4
cos
(ztg
c)
2021/2/12
22
（一）非岩石地基上沉井基础的计算
沉井基础受到水平力H及偏心竖向力N作用。将水平
力H及偏心竖向力N引起的力矩等效转换成水平力H距离
基底的作用：
＝
Ne＋Hl H
M H
先讨论沉井在水平力H作用下的情况，水平力的作用
下，沉井将围绕位于地面下z0深度处的A点转动角，地面
下深度z处沉井基础产生的水平位移x和土的横向抗力zx
2021/2/12
25
求得z0、tgω，代入式(5-3)和式(5-4)，进而求得
zx
6H Ah
z(z0
z)
d
2
3dH
A
当有竖向荷载N及水平力H同时作用时，则基底边缘
处的压应力为
max min
N A0
3Hd
A
式中A0——基础底面积。
离地面或最大冲刷线以下z深度处基础截面上的弯矩
M Z＝H ( h z) z1xb1 (z z1 )dz1
200200mm的方木，使压应力不大于100kPa)。然后在 刃脚位置处放上刃脚角钢，竖立内模，绑扎钢筋，立外模 ，最后浇灌第一节沉井混凝土。
2021/2/12
15
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。
沉井基础PPT课件
K2 G＋R f B'
式中 K2 —— 抗浮安全系数，一般取1.05～1.1。在不计 井壁摩阻力时，可取1.05。 B’ —— 封底后沉井所受的总浮力，kN；
（二）第一节沉井计算
竖向挠曲计算（沉井抽承垫木时计算） （三）刃脚计算 沉井刃脚相当于是三面固定，一面自由的双向板，为 简化计算一方面可看作固着在刃脚根部处的悬臂梁，梁长 等于井壁刃脚斜面部分的高度；另一方面，刃脚又可看作 为一个封闭的水平框架。因此，作用在刃脚侧面上的水平 外力将由悬臂梁和框架来共同承担，也即部分水平外力是 垂直向传至刃脚根部，余下部分由框架承担。
沉井是一种预制构件，在施工过程中受到各种外力的 作用，沉井结构强度必须满足各阶段最不利受力情况的 要求，沉井结构在施工过程中应主要进行下列验算。 （一）下沉系数K1，下沉稳定系数K1’和抗浮安全系数K2
在确定沉井主体尺寸后，即可算出沉井自重，验算在 沉井施工下沉时，保证在自重作用下克服井壁摩阻力Rf而 顺利下沉，亦即下沉系数K1应为：
沉井基础
三、沉井施工过程中的结构强度计算
从底节沉井拆除垫木，直至上部结构修筑完成开始使用， 以及营运过程中沉井均受到不同外力的作用。因此，沉井的结 构强度必须满足各阶段最不利受力情况的要求。 针对沉井各部分在施工过程中的最不利受力情况，首先拟 出相应的计算图式，然后计算截面应力，进行必要的配筋，保 证井体结构在施工各阶段中的强度和稳定。
＝ K1 G－B R f R1 R2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
式中 K1 ——下沉稳定系数，一般取0.8～0.9。 R1 —— 刃脚踏面及斜面下土的支承力，kN； R2 —— 隔墙和底梁下土的支承力，kN。
当沉井沉到设计标高，在进行封底并抽除井内积水后， 而内部结构及设备尚未安装，井外按各个时期出现的最高 地下水位验算沉井的抗浮稳定：
式中 K2 —— 抗浮安全系数，一般取1.05～1.1。在不计 井壁摩阻力时，可取1.05。 B’ —— 封底后沉井所受的总浮力，kN；
（二）第一节沉井计算
竖向挠曲计算（沉井抽承垫木时计算） （三）刃脚计算 沉井刃脚相当于是三面固定，一面自由的双向板，为 简化计算一方面可看作固着在刃脚根部处的悬臂梁，梁长 等于井壁刃脚斜面部分的高度；另一方面，刃脚又可看作 为一个封闭的水平框架。因此，作用在刃脚侧面上的水平 外力将由悬臂梁和框架来共同承担，也即部分水平外力是 垂直向传至刃脚根部，余下部分由框架承担。
沉井是一种预制构件，在施工过程中受到各种外力的 作用，沉井结构强度必须满足各阶段最不利受力情况的 要求，沉井结构在施工过程中应主要进行下列验算。 （一）下沉系数K1，下沉稳定系数K1’和抗浮安全系数K2
在确定沉井主体尺寸后，即可算出沉井自重，验算在 沉井施工下沉时，保证在自重作用下克服井壁摩阻力Rf而 顺利下沉，亦即下沉系数K1应为：
沉井基础
三、沉井施工过程中的结构强度计算
从底节沉井拆除垫木，直至上部结构修筑完成开始使用， 以及营运过程中沉井均受到不同外力的作用。因此，沉井的结 构强度必须满足各阶段最不利受力情况的要求。 针对沉井各部分在施工过程中的最不利受力情况，首先拟 出相应的计算图式，然后计算截面应力，进行必要的配筋，保 证井体结构在施工各阶段中的强度和稳定。
＝ K1 G－B R f R1 R2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
式中 K1 ——下沉稳定系数，一般取0.8～0.9。 R1 —— 刃脚踏面及斜面下土的支承力，kN； R2 —— 隔墙和底梁下土的支承力，kN。
当沉井沉到设计标高，在进行封底并抽除井内积水后， 而内部结构及设备尚未安装，井外按各个时期出现的最高 地下水位验算沉井的抗浮稳定：
基础工程：沉井基础
(二) 按沉井形状分类g
1.按沉井的平面形状： 常用的有圆形、圆 端形和矩形等。根据井 孔的布置方式，又有单 孔、双孔及多孔的分别。
沉井平面形式 a)单孔沉井；b)双孔沉井；c)多孔沉井
圆形沉井：沉井在下沉过程中易控制方向；使 用抓泥斗挖土，要比其他类型的沉井，更能保证其 刃脚均匀地支承在土层上；在侧压力作用下，井壁 只受轴向力(侧压力均布时)，或稍受挠曲(侧压力非 均布时)；对水泥方向正交或斜交均有利，也即承受 水平土压力和水压力性能良好。g 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。对平面尺寸 较大的沉井，可在沉井中设置隔墙，使沉井由单孔 变成双孔或多孔。
沉井基础
7.1 沉井的基本概念、作用及适用条件
沉井的概念:是井筒状的结构物(图1)。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，然后经过混凝土封底并填塞井孔，使其成为桥 梁墩台或其它结构物的基础(图2)。
图1
沉井下沉示意图
图2
沉井基础
沉井的优点：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；沉井既是基础，又是施工时的挡 土和挡土围堰结构物，施工工艺并不复杂，因此在 桥梁工程中得到较广泛的应用。同时，沉井施工时 对邻近建筑物尤其是软土中地下建筑物的基础，也 常用作为矿用竖井、地下油库等。 沉井的缺点：施工期较长；对粉细砂类土在井 内抽水易发生流砂现象，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，均会给施工带来一定困难。
矩形沉井：具有制造简单，基础受力有利的优 点，常能配合墩台(或其他结构物)底部平面形状。 四角一般做成圆角，可有效改善转角处的受力条件， 减缓应力集中现象，以降低井壁摩阻力和避免取土 清孔的困难。矩形沉井在侧压力作用下，井壁受较 大的挠曲力矩；在流水中阻水系数较大，冲刷较严 重。
基础工程课件：沉井基础及地下连续墙
01
地下连续墙概述
定义与特点
定义
地下连续墙是一种在地下建筑中采用混凝土或钢筋混凝土浇筑的连续墙体，主 要用于承载建筑物重量、防止水土流失和提供侧向支撑。
特点
地下连续墙具有高强度、高刚度、耐久性好、施工速度快、对周围环境影响小 等优点，广泛应用于城市地铁、高层建筑、公路和铁路等大型基础设施建设中 。
特点
沉井基础具有结构强度高、承载 能力强、抗震性能好、施工简便 等优点，适用于各种土质条件和 深度范围。
沉井基础的适用范围
01
适用于高层建筑、大跨度桥梁、 重型厂房等大型基础设施的地下 基础工程。
02
适用于地质条件复杂、地下ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ位 较高、施工环境恶劣等不利条件 的基础工程。
沉井基础的优缺点
优点
沉井基础具有结构强度高、承载能力 强、抗震性能好、施工简便等优点， 能够满足大型基础设施对基础承载力 和稳定性的要求。
地下连续墙的适用范围
01
02
03
城市地铁
地铁车站和隧道通常采用 地下连续墙作为围护结构 ，以防止水土流失并提供 侧向支撑。
高层建筑
高层建筑的地下室和基础 通常采用地下连续墙作为 围护结构，以防止水土流 失并提供侧向支撑。
公路和铁路
高速公路和铁路的路基和 桥梁通常采用地下连续墙 作为侧向支撑，以防止滑 坡和坍塌。
地下连续墙的承载力分析
总结词
承载力分析方法与要求
详细描述
地下连续墙的承载力分析是确保结构安全的 重要环节。分析方法包括极限状态法和正常 使用极限状态法，应综合考虑地质勘察报告 、结构设计参数和施工方法等因素，对墙体 进行承载力分析和验算。同时，应关注墙体 在不同工况下的变形和稳定性要求，确保地
沉井基础ppt课件
沉井基础
7.1 沉井的基本概念、作用及适用条件
沉井的概念:是井筒状的结构物(图1)。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，然后经过混凝土封底并填塞井孔，使其成为桥梁 墩台或其它结构物的基础(图2)。
图1 沉井下沉示意图
图2 沉井基础
沉井的优点：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；沉井既是基础，又是施工时的挡土和挡土 围堰结构物，施工工艺并不复杂，因此在桥梁工程中得到较广泛的应用。同时， 沉井施工时对邻近建筑物尤其是软土中地下建筑物的基础，也常用作为矿用竖 井、地下油库等。
和下沉深度而定。
土软，浅
土软，深
土密，深
上述各类沉井的适用条件：
柱形沉井，它在下沉过程中不易倾斜，井壁接长较简单，模板可重复使用。故当 土质较松软，沉井下沉深度不大，可以采用这种形式。 锥形沉井，井壁可以减少土与井壁的摩阻力，其缺点是施工较复杂，消耗模板多 ，同时沉井下沉过程中容易发生倾斜。 阶梯式沉井的台阶宽度约为100～200mm。鉴于沉井所承受的土压力与水压力， 均随深度而增大。为了合理利用材料，可将沉井的井壁随深度分为几段，做成阶 梯形。下部井壁厚度大，上部井壁厚度小，因此，这种沉井外壁所受的摩擦阻力 可以减小，有利于下沉。
2. 浮式沉井：在深水地区筑岛有困难或不经济，或有碍通航当河流流速不大 时，可采用岸边浇筑浮运就位下沉的方法，这类沉井称为浮运沉井或浮式沉井。
(二) 按沉井形状分类 1.按沉井的平面形状：
常用的有圆形、圆端形和矩形等。根据井孔的布置方式，又有单孔、 双孔及多孔的分别。
2.按沉井的立面形状 主要有柱形、锥形及阶梯形等。采用形式应视沉井需要通过的土层性质
7.1 沉井的基本概念、作用及适用条件
沉井的概念:是井筒状的结构物(图1)。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，然后经过混凝土封底并填塞井孔，使其成为桥梁 墩台或其它结构物的基础(图2)。
图1 沉井下沉示意图
图2 沉井基础
沉井的优点：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；沉井既是基础，又是施工时的挡土和挡土 围堰结构物，施工工艺并不复杂，因此在桥梁工程中得到较广泛的应用。同时， 沉井施工时对邻近建筑物尤其是软土中地下建筑物的基础，也常用作为矿用竖 井、地下油库等。
和下沉深度而定。
土软，浅
土软，深
土密，深
上述各类沉井的适用条件：
柱形沉井，它在下沉过程中不易倾斜，井壁接长较简单，模板可重复使用。故当 土质较松软，沉井下沉深度不大，可以采用这种形式。 锥形沉井，井壁可以减少土与井壁的摩阻力，其缺点是施工较复杂，消耗模板多 ，同时沉井下沉过程中容易发生倾斜。 阶梯式沉井的台阶宽度约为100～200mm。鉴于沉井所承受的土压力与水压力， 均随深度而增大。为了合理利用材料，可将沉井的井壁随深度分为几段，做成阶 梯形。下部井壁厚度大，上部井壁厚度小，因此，这种沉井外壁所受的摩擦阻力 可以减小，有利于下沉。
2. 浮式沉井：在深水地区筑岛有困难或不经济，或有碍通航当河流流速不大 时，可采用岸边浇筑浮运就位下沉的方法，这类沉井称为浮运沉井或浮式沉井。
(二) 按沉井形状分类 1.按沉井的平面形状：
常用的有圆形、圆端形和矩形等。根据井孔的布置方式，又有单孔、 双孔及多孔的分别。
2.按沉井的立面形状 主要有柱形、锥形及阶梯形等。采用形式应视沉井需要通过的土层性质
第四节沉井基础的-课件
方法有关，分别叙述如下：
1、排水下沉 由于排水下沉挖土可人为控制，沉井最后支承点始终可 控制在最有利位置上，同抽垫木时一样，支承点在长边0.7L 处。圆形沉井支承在相互垂直直径的4个支点上。 2、不排水下沉 由于水下挖土无法控制，可按最不利情况确定支承点， 即为支承在短边角点处（产生最大正弯矩）；支承在长边中 点处（产生最大负弯矩）（图6.23（b））。圆形沉井支承 在直径上两个支点上，按圆形梁计算弯矩验算其抗裂性。
zx
(hZ)Z
H D0h
D/2
DH
2 D0
3、应力验算 ①基底应力验算
max min
A N02D H D0 rR
fa
②基础侧面水平压应力验算 出现最大水平压应力位置在h/2处
h/2X12co4s(r2htanC)
③基础截面弯矩计算
MzH(hZ)1Z23D b10H h(2hZ)
④嵌固处水平阻力P计算 由∑X=0求得基底嵌固处水平阻力P为
Z0=h
2、水平力H作用下地基应力计算
XZ=（h-Z）tanω σzx= mZ（h-Z）tanω
D/2
C0
Dtan
2
建立平衡方程求解未知数ω，对A点取矩：∑MA=0解
上式得
h
H (h h 1 )0 z x b 1 (h Z )d Z D /2 W 0 0
最后解得
tan H
mhD0
D0
b1h3 6DW0 12
P0hZXb1dZHH(b 61D h2 01)
深
三、沉井施工过程结构验算
（一）沉井下沉的自重验算
kG R
式中：K—下沉系数，可取1.15~1.25； G—沉井自重，如为不排水下沉，应扣除水的浮力； R—沉井底端地基总反力Rr与沉井侧面总摩阻力Rf之和。
1、排水下沉 由于排水下沉挖土可人为控制，沉井最后支承点始终可 控制在最有利位置上，同抽垫木时一样，支承点在长边0.7L 处。圆形沉井支承在相互垂直直径的4个支点上。 2、不排水下沉 由于水下挖土无法控制，可按最不利情况确定支承点， 即为支承在短边角点处（产生最大正弯矩）；支承在长边中 点处（产生最大负弯矩）（图6.23（b））。圆形沉井支承 在直径上两个支点上，按圆形梁计算弯矩验算其抗裂性。
zx
(hZ)Z
H D0h
D/2
DH
2 D0
3、应力验算 ①基底应力验算
max min
A N02D H D0 rR
fa
②基础侧面水平压应力验算 出现最大水平压应力位置在h/2处
h/2X12co4s(r2htanC)
③基础截面弯矩计算
MzH(hZ)1Z23D b10H h(2hZ)
④嵌固处水平阻力P计算 由∑X=0求得基底嵌固处水平阻力P为
Z0=h
2、水平力H作用下地基应力计算
XZ=（h-Z）tanω σzx= mZ（h-Z）tanω
D/2
C0
Dtan
2
建立平衡方程求解未知数ω，对A点取矩：∑MA=0解
上式得
h
H (h h 1 )0 z x b 1 (h Z )d Z D /2 W 0 0
最后解得
tan H
mhD0
D0
b1h3 6DW0 12
P0hZXb1dZHH(b 61D h2 01)
深
三、沉井施工过程结构验算
（一）沉井下沉的自重验算
kG R
式中：K—下沉系数，可取1.15~1.25； G—沉井自重，如为不排水下沉，应扣除水的浮力； R—沉井底端地基总反力Rr与沉井侧面总摩阻力Rf之和。
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图5.9 封底和盖板示意
5.2 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。
式中C0按桩基计算方法确定，但不 得小于10 m0。
图5.17 非岩石地基计算示意
5.3.1 沉井作为整体深基础的计算
上述各式z0和ω为未知数，可由静力平衡导得：
X 0
FH
h
0 ZX b1dz FH b1m tan
h 0
z
z0
z
dz
0
M 0
h
FHh1
0
zxb1z dz
此外，对高而窄的沉井还应验算产生施工容许 偏差时的影响。
5.3.2 沉井施工过程的结构强度计算
第一节井壁的应力验算
✓ 在抽出垫木及挖土可能有不均匀等不利条件下，第一节 井壁在自重作用下应按单支点、简支梁等验算井壁强度。
排水除土下沉
• 不排水除土下沉
图5.19 底节沉井支点布置示意
刃脚计算
考虑下两种最不利情况：
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
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。
图5.1 沉井基础示意
d W0 2
0
b1为基础计算宽度，W为基底截面模量。联立求解得：
z0
b1h2 4 h 6dW 2 b1h 3 h
, tan 6FH
Amh
其中：
A
b1h3 18Wd
2 3 h
,
Ch mh
C0
C0
5.3.1 沉井作为整体深基础的计算
将此代入上述各式得土体横向抗力：
zx
✓ 基底嵌入基岩，在水平力和竖直偏心荷 载作用下，可假定基底不产生水平位移， 故旋转中心A与基底中心重合，即z0 = h。 ✓基底嵌入处将存在一水平阻力FR，其对 A点的力矩可忽略不计。由弯矩平衡得：
tan FH mhD
其中 D b1 h3 6Wd 12
图5.18 基底嵌入基岩内计算
土体横向抗力
图5.7 井孔构造示意
5.1.3 沉井基础的构造
凹槽：使封底砼和井壁结合良好
✓ 深约0.15-0.25m，高约1.0m，距刃脚底面一般在1.5m以上
图5.8 凹槽构造示意
5.1.3 沉井基础的构造
封底和盖板： ✓ 封底厚由计算确定，顶面突出刃脚根部不小于0.5m，并达凹 槽上端，砼强度一般地基C20，岩石地基C15。盖板厚一般 1.5～2.0m，井孔充填砼时砼应≥C10。
✓ 刃脚外挠：沉井下沉至一
半深度，上部井壁已全部加
高，刃脚入土1m。此时刃
脚斜面上土的横向推力向外
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
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。
图5.2 沉井的平面形式
5.1.3 沉井基础的构造
沉井组成 ✓ 刃脚 ✓ 井壁 ✓ 内隔墙 ✓ 井孔 ✓ 凹槽 ✓ 封底 ✓ 盖板
图5.3 沉 井 的 一 般 构 造
5.1.3 沉井基础的构造
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
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
图5.5 刃脚构造示意
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0.5~1.0m
图5.6 隔墙构造示意
5.1.3 沉井基础的构造
孔：挖土排土的工作场所和通道
✓ 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，一般宽度≥3m， 对称布置 ✓ 处理：以素混凝土、片石 混凝土或砌片填充。
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：
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。
图5.15 井壁摩阻力分布假设
5.3.1 沉井作为整体深基础的计算
图5.16 非岩石地基计算示意
5.3.1 沉井作为整体深基础的计算
沉井受到的横向抗力σzx
σzx = ΔxCz = Cz ( z0z)·tanω
其中： Cz = mz C0 =mh
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，沉井底面受到的抗力：
d /2
C01
C0
d 2
tan
zx
h
z
z
FH Dh
基底边缘处压应力
max
min
FV A
FH d
2 D
基底嵌入处水平阻力FR由∑X= 0可得：
FR
h
b1 zxdz FH
0
FH
b1h2 6D
1
地面下深度z处截面上的弯矩为
Mz
FH
h
z
b1FH z3 12Dh
2h
z
尚需注意,当基础仅受偏心竖向力FV作用时,λ→∞，上述各式不 能应用。此时应以 M=FV·e 代替上述各式中FHh1，同理可导得 上述两种情况下相应的计算公式。
考虑土体弹性抗力的沉井设计与计算
✓ 基本假定： • 地基土为弹性变形介质，水平向地基系数随深度 成正比例增加(即m法) • 不考虑基础与土之间的粘着力和摩阻力 • 沉井刚度与土刚度之比为无限大，横向力作用下 只产生转动而无挠曲变形
✓ 根据基底地质情况，可分为非岩石地基和基底嵌 入基岩内两种情况分析
无围堰防护土岛
有围堰防护土岛
围堰筑岛
图5.13 水中筑岛下沉沉井
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
沉井：双壁钢壳
直径21.4米 净高13.6米
5.2.4 沉井下沉所遇问题及处理
墩台顶水平位移
✓墩台顶水平位移：
δ = ( z0h2 ) tanω + δ0
δ0为h2范围内台身弹性挠曲变形引起的墩顶水平位移
0
Hh23 3EI
Mh22 2EI
其中：FH、M为墩顶作用的水平力及弯矩 ✓计入基础实际刚度对地面处水平位移及转角的影响后 (tanω≈ω)，可写为：
δ = (z0 K1+ h2 K2) ω+ δ0
K1、K2—水平位移影响系数，根据αh及λ /h查书表5-2。
验算
✓ 横向抗力
• 要求σzx应小于井周土的极限抗力值，而极限抗力以土 压力表示，即：
σzx ≤ PpPa
• 由朗金土压力理论可得：
zx
4
cos
z tan c
• 经验表明最大横向抗力大致在z = h/3和z = h处，故
h
3
x
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)
K1
G Rt
1.10 ~ 1.25
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：
K 2
G Rt 1.05 P
∑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
6FH Ah
z z0
z
基底边缘处压应力：
max min
FV A0
3FH d
A
式中A0为基底面积。 离地面下深度z处截面弯矩为：
z
M z FH h z zxb1 z z1 dz1
0
FH
h
z
FH b1 z 3 2hA
2 z0
z
5.3.1 沉井作为整体深基础的计算
基底嵌入基岩内
5.2 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。
式中C0按桩基计算方法确定，但不 得小于10 m0。
图5.17 非岩石地基计算示意
5.3.1 沉井作为整体深基础的计算
上述各式z0和ω为未知数，可由静力平衡导得：
X 0
FH
h
0 ZX b1dz FH b1m tan
h 0
z
z0
z
dz
0
M 0
h
FHh1
0
zxb1z dz
此外，对高而窄的沉井还应验算产生施工容许 偏差时的影响。
5.3.2 沉井施工过程的结构强度计算
第一节井壁的应力验算
✓ 在抽出垫木及挖土可能有不均匀等不利条件下，第一节 井壁在自重作用下应按单支点、简支梁等验算井壁强度。
排水除土下沉
• 不排水除土下沉
图5.19 底节沉井支点布置示意
刃脚计算
考虑下两种最不利情况：
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
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。
图5.1 沉井基础示意
d W0 2
0
b1为基础计算宽度，W为基底截面模量。联立求解得：
z0
b1h2 4 h 6dW 2 b1h 3 h
, tan 6FH
Amh
其中：
A
b1h3 18Wd
2 3 h
,
Ch mh
C0
C0
5.3.1 沉井作为整体深基础的计算
将此代入上述各式得土体横向抗力：
zx
✓ 基底嵌入基岩，在水平力和竖直偏心荷 载作用下，可假定基底不产生水平位移， 故旋转中心A与基底中心重合，即z0 = h。 ✓基底嵌入处将存在一水平阻力FR，其对 A点的力矩可忽略不计。由弯矩平衡得：
tan FH mhD
其中 D b1 h3 6Wd 12
图5.18 基底嵌入基岩内计算
土体横向抗力
图5.7 井孔构造示意
5.1.3 沉井基础的构造
凹槽：使封底砼和井壁结合良好
✓ 深约0.15-0.25m，高约1.0m，距刃脚底面一般在1.5m以上
图5.8 凹槽构造示意
5.1.3 沉井基础的构造
封底和盖板： ✓ 封底厚由计算确定，顶面突出刃脚根部不小于0.5m，并达凹 槽上端，砼强度一般地基C20，岩石地基C15。盖板厚一般 1.5～2.0m，井孔充填砼时砼应≥C10。
✓ 刃脚外挠：沉井下沉至一
半深度，上部井壁已全部加
高，刃脚入土1m。此时刃
脚斜面上土的横向推力向外
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
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。
图5.2 沉井的平面形式
5.1.3 沉井基础的构造
沉井组成 ✓ 刃脚 ✓ 井壁 ✓ 内隔墙 ✓ 井孔 ✓ 凹槽 ✓ 封底 ✓ 盖板
图5.3 沉 井 的 一 般 构 造
5.1.3 沉井基础的构造
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
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
图5.5 刃脚构造示意
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0.5~1.0m
图5.6 隔墙构造示意
5.1.3 沉井基础的构造
孔：挖土排土的工作场所和通道
✓ 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，一般宽度≥3m， 对称布置 ✓ 处理：以素混凝土、片石 混凝土或砌片填充。
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：
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。
图5.15 井壁摩阻力分布假设
5.3.1 沉井作为整体深基础的计算
图5.16 非岩石地基计算示意
5.3.1 沉井作为整体深基础的计算
沉井受到的横向抗力σzx
σzx = ΔxCz = Cz ( z0z)·tanω
其中： Cz = mz C0 =mh
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，沉井底面受到的抗力：
d /2
C01
C0
d 2
tan
zx
h
z
z
FH Dh
基底边缘处压应力
max
min
FV A
FH d
2 D
基底嵌入处水平阻力FR由∑X= 0可得：
FR
h
b1 zxdz FH
0
FH
b1h2 6D
1
地面下深度z处截面上的弯矩为
Mz
FH
h
z
b1FH z3 12Dh
2h
z
尚需注意,当基础仅受偏心竖向力FV作用时,λ→∞，上述各式不 能应用。此时应以 M=FV·e 代替上述各式中FHh1，同理可导得 上述两种情况下相应的计算公式。
考虑土体弹性抗力的沉井设计与计算
✓ 基本假定： • 地基土为弹性变形介质，水平向地基系数随深度 成正比例增加(即m法) • 不考虑基础与土之间的粘着力和摩阻力 • 沉井刚度与土刚度之比为无限大，横向力作用下 只产生转动而无挠曲变形
✓ 根据基底地质情况，可分为非岩石地基和基底嵌 入基岩内两种情况分析
无围堰防护土岛
有围堰防护土岛
围堰筑岛
图5.13 水中筑岛下沉沉井
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
沉井：双壁钢壳
直径21.4米 净高13.6米
5.2.4 沉井下沉所遇问题及处理
墩台顶水平位移
✓墩台顶水平位移：
δ = ( z0h2 ) tanω + δ0
δ0为h2范围内台身弹性挠曲变形引起的墩顶水平位移
0
Hh23 3EI
Mh22 2EI
其中：FH、M为墩顶作用的水平力及弯矩 ✓计入基础实际刚度对地面处水平位移及转角的影响后 (tanω≈ω)，可写为：
δ = (z0 K1+ h2 K2) ω+ δ0
K1、K2—水平位移影响系数，根据αh及λ /h查书表5-2。
验算
✓ 横向抗力
• 要求σzx应小于井周土的极限抗力值，而极限抗力以土 压力表示，即：
σzx ≤ PpPa
• 由朗金土压力理论可得：
zx
4
cos
z tan c
• 经验表明最大横向抗力大致在z = h/3和z = h处，故
h
3
x
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)
K1
G Rt
1.10 ~ 1.25
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：
K 2
G Rt 1.05 P
∑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
6FH Ah
z z0
z
基底边缘处压应力：
max min
FV A0
3FH d
A
式中A0为基底面积。 离地面下深度z处截面弯矩为：
z
M z FH h z zxb1 z z1 dz1
0
FH
h
z
FH b1 z 3 2hA
2 z0
z
5.3.1 沉井作为整体深基础的计算
基底嵌入基岩内