沉井与墩基础(详细)

• 开始下沉
• 不排水取土下沉
• 圆形沉井
图8.19 底节沉井支点布置示意
按支撑在相互垂直直径的四个点验算,不排水下沉时,可 能遇到障碍物,按直径两端支点下沉
8.4.5 刃脚计算
1m
刃脚竖向内力计算
考虑下两种最不利情况：
h/2
NM Q
✓ 刃脚外挠：刃脚内侧入土1 米,并刚接筑完上节沉井,井顶
h/2
图8.9 封底和盖板示意
8.3 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≤3～4米时采用,砂岛 应高出施工最高水位0.5米以上,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.
8.3.4 沉井封底
✓达到设计标高后,停止挖土,准备封底 ✓优先考虑干封,其成本低,施工快,易保证质量 ✓封底一般采用素混凝土 ✓要确保封底质量,封底要预留集水井 ✓集水井用于当封底混凝土未达到设计强度时连续 抽水,待封底达到强度要求后将其封死 ✓水下封底应特别注意保证混凝土浇注质量,厚度应 按施工中最不利情况由素砼强度及沉井抗浮要求计 算确定.
墩基础与沉井基础的区别 ✓ 沉井自身结构不同于实心的墩 ✓ 沉井的外形轮廓尺寸比墩大很多 ✓ 沉井的承载能力比墩高 ✓ 施工方法不同
8.2 沉井的类型及基本构造
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8.1 沉井基础示意
8.3.1 沉前准备
清理场地 制造第一节沉井 ✓ 铺垫木 （枕木、方木） ✓ 立模板绑钢筋 ✓ 注混凝土、养护 ✓ 土内模制造沉井刃脚
图8.10 基坑砂垫层剖面图
图8.11 制造第一节沉井实例
首节沉井制作
首节沉井制作
第二节沉井的制作
沉井下沉中
沉井隔墙钢筋的绑扎
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
锥形
8.2.2 沉井基础的构造
沉井组成 ✓ 井壁 ✓ 刃脚 ✓ 内隔墙 ✓ 井孔 ✓ 凹槽 ✓ 封底 ✓ 盖板
图8.4 沉 井 的 一 般 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8.4 沉井立面形状 a) 柱形; b) 阶梯形; c) 阶梯形; d) 锥形
1m
W EA T
g V1
V2 R
露出地面或水平面约一节沉井
高度时处于最不利位置.此时因图8.20 刃脚向外绕曲受力示意图
自重作用,产生向外挠曲.
✓ 刃脚内挠：沉井下沉至接近
N
设计标高,刃脚下土已掏空,沉
M
井自重全部由外侧摩阻力承担.
T
W EA
g
此时在外侧水、土压力作用下,
使刃脚产生向内挠曲.
图8.21 刃脚向内绕曲受力示意图
沉井 ✓断面尺寸大、承载力很高,多做为大、重型结构物的基础 ✓在桥梁、水闸、港工等工程中应用广泛 ✓施工方便,对临近建筑物影响小,内部空间可利用 ✓是工业地基尤其是软土中地下建筑物的主要地基类型之一
墩基础
✓是一类短而粗的深基础
✓外形和工作方法同桩相似,与桩的定义界限不明显
✓断面尺寸较大,墩身较短,体积巨大,一般不采用打入、压入 方法,只能采用灌注、砌筑方法
✓在港口码头、公路及铁路桥梁、海洋钻井平台、堤坝与 岸坡及高层建筑中应用广泛
✓体型大、承载能力高,使得墩常以单独或小组方法工作,并 承担较大的风险,故设计、施工、监测的要求高
墩基础与桩基础的区别 ✓桩是细长的地下结构,墩的断面尺寸较大,长细比较小 ✓墩不能以打入或压入法施工 ✓墩往往单独承担荷载,且承载力比桩高得多 ✓墩的荷载分担与传递机理与桩有所不同
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8.13 浮运沉井施工示意图
浮式沉井：双壁钢壳
直径21.4米 净高13.6米
8.3.5 沉井下沉所遇问题及处理
偏斜：沉井偏斜大多发生在下沉不深时,导致偏斜原因有 多种；纠偏方法有：除土、压重、顶部施加水平力 难沉：即沉井下沉过慢或停沉；原因（侧阻过大、踏面 过大、孤石树根等）；解决方法（射水、加重井壁、减小 踏面、小型爆破） 突沉：沉井产生较大的倾斜或超沉,突沉常发生于软土地 区；主要原因是井壁侧阻较小 流砂：在粉、细砂层中下沉沉井,易出现流砂现象；主要 原因是土中动水压力的水头梯度大于临界值；防治措施有： 采用井点降水及不排水除土,或向井内回灌水
按沉井横截面形状分类 ✓单孔沉井、单排孔沉井、多排孔沉井 按沉井竖直截面形状分类 ✓柱形沉井、阶梯形沉井、锥形沉井 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～
按沉井的横截面形状分类 ✓ 单孔沉井: 圆形、正方形及矩形.力求简单对称,利于受 力,便于施工 ✓ 单排孔沉井：有两个或两个以上的井孔,各孔以内隔墙 分开并在同一方向排布,矩形、长圆形及组合形状 ✓ 多排孔沉井：沉井内部设置数道纵横交叉的内隔墙
A=A0+2（0.02~0.04) h0或A0+20厘米 B=B0+2（0.02~0.04) h0或B0+20厘米
•井壁厚度一般为0.7~1.5米,内隔墙厚度为0.5米左右
8.4.2 沉井作为天然地基上基础的计算
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：
沉井偏斜
8.4 沉井的设计与计算
主要内容： ✓ 沉井尺寸的确定 ✓ 沉井作为天然地基上基础的计算 ✓ 沉井自重的验算 ✓ 第一节井壁在自重作用下应力验算 ✓ 刃脚验算 ✓ 沉井井壁计算 ✓ 沉井封底混凝土的计算 ✓ 沉井抗浮验算
8.4.1 沉井尺寸的确定
沉井尺寸的确定 ✓ 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0.2米或地下水 位以上0.5米.
✓在桥梁和建筑工程中广泛应用,尤其是在高层建筑及重型构 筑物设计中,单墩支持单柱的方案越来越多
✓断面尺寸：0.8~2.0米,可达到6米；深度：6~20米,长径比 不大于30
墩基础
✓支撑在较硬的土层或岩层上,墩的底部可做成扩底墩
✓水平承载能力和抗拔能力比单桩好
✓用墩基础代替群桩基础,可避免复杂的设计施工方法,节省 占地面积,取得明显的经济效益
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Rf而顺利下沉,即
K G 1.15 ~ 1.25 Rf
G—各种施工阶段沉井的自重； Rf—沉井井壁土的摩阻力.
8.4.4 第一节井壁在自重作用下应力的计算
✓ 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.
第八章 沉井与墩基础
内容提要
✓ 概述 ✓ 沉井的类型与基本构造 ✓ 沉井的施工 ✓ 沉井的设计与计算 ✓对沉井设计理论的讨论 ✓墩基础的类型与特点 ✓墩基础的承载力与变形 ✓墩基础设计要点 ✓墩基础施工要点 ✓墩基工程质量检测
8.1 概述
沉井 ✓以现场浇注、挖土下沉方式设入地基中的深基础
墩基础 ✓在地基中钻孔或钻井灌注混凝土而形成的短粗型深基 础
F + G ≤ Rj + Rf
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 = fa A ( fa为基底土承载力特征值)
础
8.4.2 沉井作为天然地基上基础的计算
✓ 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5米范围内按三角形分布,5米以下为 常数,故总摩阻力为
图8.13 不排水下沉
8.3.2 取土下沉
泥浆套下沉法 泥浆套下沉法是在井壁与土层之间设一层触变
泥浆,靠泥浆的润滑作用大大减少土对井的阻力, 使沉井又快又稳地下沉.
8.3.3 接筑沉井
✓第一节沉井顶面下沉至距地面还剩1米～2米时,应 停止挖土,接筑第二节沉井. ✓接筑前应使第一节沉井位置正直,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. ✓每次浇注的最大高度不宜超过5米. ✓对称、均匀地浇注,以防倾斜.
流砂时,可采用排水下沉. ✓挖土和取土方法 土质为砂土或软黏土时,用 水力机械施工 砂、卵石层或硬黏土层时, 采用抓主斗出土
图8.12 排水下沉
来自百度文库
8.3.2 取土下沉
不排水下沉 当上层不稳定、地下水涌水量很大,为防止因内排
水而产生流砂等不利现象,需用不排水下沉.
✓挖土和取土方法 使用机械抓主斗,或用高压 水枪破土,然后用空气或吸 泥机将泥水排出.
5m h-2.5m
h
H
Rf ＝ U (h－2.5 ) q
h0
U—沉井周长 q—单位面积摩阻力 加权平均值.
F
G
f 1h1 f 2h2
f 3h3
f 4h4
Rt
fa
Rj
图8.15 井壁摩阻力分布假设
8.4.3 沉井自重验算
✓为保证沉井在施工时能顺利下沉到设计标高,需要验算沉 井自重是否满足下沉要求,用下沉系数K表示
图8.2 沉井的平面形式
按沉井竖直截面形状分类
✓ 柱形沉井：下沉过程不易倾斜、井壁接长简单,模板反复 利用 ✓ 阶梯形沉井: 下沉阻力小,刃脚处的台阶高度一般为1~2 米,阶梯宽度为10~20厘米 ✓锥形沉井：带斜坡,坡比一般为1/20~1/50,下沉阻力小,下 沉不稳,制作较困难
柱形
阶梯形
图8.3 沉井的竖向剖面图
✓ 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
图8.11 沉井垫木 （a）圆形沉井垫木；（b）矩形沉井垫
8.3.2 取土下沉
取土下沉
a)
b)
c)
d)
图8.12 除 土 下 沉 示 意
8.3.2 取土下沉
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
✓一般：厚0.8～1.5米,每节高≤5米,砼强度等级≥C15. • 例：湘江大桥(一桥)8#墩,上节厚2.6米,下节3.0米,22×12×5米, 下沉12.6米
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)厚不 大于15 厘米,以型钢加强, 高1米以上,砼强度等级
≥C20
图8.5 刃脚构造示意
沉井
沉井的作用及适用条件
✓ 特点 •下基深,hmax=220米,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
8.2.1 沉井的类型
内隔墙：加强沉井整体刚度,施工时井孔作为取土井,以
便在沉井下沉时掌握土位置控制下沉方向,防止或纠正沉井 倾斜或偏移.
✓内隔墙的间距一般 不大于5~6米,厚度一 般为0.5~1.0米 ✓一般要求隔墙底高 出刃脚底面0.5~1.0米
图8.6 隔墙构造示意
井孔：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≥3米,对称布置
8.4.1 沉井尺寸的确定
✓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. • 为取土方便,取土井宽度≮2.5米,沿沉井中心线布置 •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20厘米. •上部建筑底部长宽尺寸为A0、B0,沉井下下沉高度为h0, 沉井顶面尺寸为
凹槽：使封底砼和井壁结合良好 ✓ 深约0.15-0.30米,高约1.0米,距刃脚底面一般在1.5米以 上
图8.7 凹槽构造示意
20
封底和盖板 ✓ 封底厚由计算确定,顶面突出刃脚根部不小于0.5米,并 达凹槽上端,砼强度一般地基C20,岩石地基C15.盖板厚一 般1.5～2.0米,井孔充填砼时砼应≥C10. ✓ 顶盖厚度一般为1.5~2.0米.沉井顶部浇注钢筋砼顶盖, 承托上部结构.
8.4.5 刃脚计算
刃脚外挠
✓ 计算土压力和水压力 总的土压力
Ea
0.5( a