沉井施工(整理)

沉井基础
3.按沉井的施工方法，沉井可分为： (1) 一般沉井是指就地制造并下沉的沉井; (2) 浮运沉井是在深水地区筑岛有困难或有碍 通航时，可在岸边制作沉井，再浮运就位 后下沉的沉井。
沉井基础
地面制作
节省开挖量
竣工后基地
深 基
挖土下沉 施工期护壁
础
封底
五、沉井基础的基本构造
沉井基础
沉井的轮廓尺寸其上部的墩（台）底部的形 状尺寸决定，其长、短边之比应不大于 3。 沉井顶面的尺寸通常为墩（台）底部再加 0.2m～0.4m的襟边宽度；
★当沉井埋置深度在最大冲刷线以下较浅仅数米时，这 时可以不考虑基础侧面土的横向抗力影响，而按浅基础设 计计算规定，分别验算 地基强度、沉井基础的稳 定性和沉降，使它符合容许值的要求；
★当沉井基础埋置深度较大时，由于埋置在土体内较
深，不可忽略沉井周围土体对沉井的约束作用，因此在验 算地基应力、变形及稳定性时，需要考虑 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 h 2.5 的情况。 下面具体讨论这种计算方法。
一 、组成及作用
沉井基础
沉井基础是一种竖直的 筒形结构，常用混凝土、钢 筋混凝土或砖石等制成。 通过在井内挖土，使筒体在 自重作用下克服井壁摩阻力 下沉至设计高程，经混凝土 封底填塞井孔后，使整个筒 体成为一个支墩。
二、特点
沉井基础
(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。
3. 设计计算的主要构件
井壁
a）直壁式
b）台级式
刃脚
底梁和框架 当不能设置内隔墙而沉井又较大时，常常在沉 井底部增设底梁或因沉井过高，常常在沉井不同 高度处设置纵横梁构成框架结构。
§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。
Dh
Hd 2D
d 2
max 基底边缘处的应力为： min N Hd
A0
2D
再根据ΣX＝0，可求出嵌入处未知的水平阻力 P
b1 h 2 P＝ b1 zx dZ H H 1 0 6 D b1HZ 3 M Z H ( h Z ) (2h Z ) 12Dh
Hb1 z 3 M Z ＝H ( h z ) (2 z 0 z ) 2hA
（二）基底嵌入基岩内的沉井 可以认为基底不产生水平位移，则基础的旋转中心A
与基底中心相吻合，即 z0 ＝ h 。地面下 z 深度处产生的 水平位移Δx和土的横向抗力zx分别为 Δx=(h－z)tg zx＝mzΔx ＝mz(h－z)tg
由朗金土压力理论可知
zx
4 (ztg c ) cos
式中: 为土的容重， 和c分别为内摩擦角和粘聚力。 桥梁结构中，根据试验知道出现最大的横向抗力 大致在 z=h/3和z=h处，即
h
3 x
（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 M H 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点转动一 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分别为： x = (z0－z) tg
4. 沉井的缺点
(1)施工工期较长； (2)施工技术要求高；
(3)施工中易发生流砂造成沉井倾斜或下沉困难等。
二、沉井的构造
1. 沉井的截面形式
平 面 形 状有：圆形、矩形、圆端形等 井孔的布置方式有：单孔、双孔、多孔。
2. 沉井的构造
① 井壁 厚度0.4～1.2m；承受水土压力。 ② 刃脚 宽度10～20cm ，高度约1.5m（湿封底） 或0.6m（干封底），内侧倾角45～60 ； 冲切硬土，减小端部阻力。 ③ 内隔墙 厚度约0.5m，底面高出井壁刃脚踏面0.5～ 1m，增加沉井刚度、改善井壁受力条件、 挖土均衡，便于纠偏。 ④ 井孔 宽度（直径）不宜小于3m，挖土、排土场 所和通道。 ⑤井壁凹槽 槽高约1.0m，深度0.15~0.25m，增加封底 混凝土、底版与井壁连接。 ⑥ 预埋射水管 下沉困难时减阻。 ⑦ 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。
§9.3 沉井的设计与计算
沉井是深基础的一种类型，沉井在施工完毕后，由 于它本身就是结构物的基础，就应按基础的要求进行 各项验算；但在施工过程中，沉井是挡土、挡水的结构 物，因而还要对沉井本身进行结构设计和计算 。 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设计主要是根据上部结构特点、 荷载大小以及水文、地质情况，结合沉井的构造要求及 施工方法，拟定出沉井的平面尺寸，埋置深度，然后进 行沉井基础的计算。 沉井基础的计算，根据它的埋置深度可用两种不同的 计算方法。
三、应用 工程中，遇到下列情况时考虑采用沉井基础：
沉井基础
（1）荷载较大，表层地基土的承载力小，在一定 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。
四、沉井的分类 1. 按沉井的形状
沉井基础
按沉井的平面形状，常用的沉井形状有：圆形、 圆端形、矩形及单孔、多孔沉井；按沉井的剖面形状 可分为： （1）外壁垂直无阶式； （2）有阶式和外壁倾斜式
沉井基础
2.按沉井的建筑材料，沉井可分为： （1）混凝土沉井； （2）钢筋混凝土沉井； （3）钢沉井； （4）砖沉井等。
沉井基础
灌膨润土泥浆 开挖
停挖
加紧挖
纠偏的方法是：
沉井基础
(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 。
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
深圳水库钢壳沉井施工
h
（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设 计承载力[]h。即: max []h
2. 横向抗力验算
横向计算z x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 z x pp-pa
隔 墙
孔，以便工作人员在井孔中活动。
沉井基础
封 底 封底是在沉井下沉达到设计高程并经清理 和 顶 后以混凝土浇筑的，其强度等级一般不低于 盖 C15，（岩石地基可用C15,一般地基用C20）， 板 厚度应从刃脚下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。
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。
沉井高度则由上部结构、水文地质和土层承 载力等决定，高的沉井要分节制作下沉，底节 沉井的高度不宜过高。
沉井基础 盖板
井壁
凹槽源自文库
隔墙
刃脚
封底
六、沉井下沉过程中可能遇到的问题及处理方法
沉井基础
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; (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
凹 槽
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0.15～0.2m，高约1.0m。
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
沉井基础
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。

0
zx 1
1

0
0
Hh ＋ 1 zxb1Zdz－ dW 0
0
2
h
式中：W为基底的截面模量。
求得z0、ω（tanω），进而求得
zx
6H z( z 0 z) Ah
3dH A
d 2
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 N 3 Hd min A0 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
基底边缘处的竖向应力为： d C0 d tg mhd tg 2 2 2 上述公式中只有一个未知数 ，故只需建立一个弯 矩平衡方程便可解出值 。
由弯矩平衡方程ΣMA＝0便可解出值 ，进一步求得：
zx (h Z)Z H
式中：
b1h3 6 Wd D＝ 12
zx = x Cz = mz(z0－z) tg 土的横向抗力 沿深度为二次 抛物线变化
。
式中 z0—— 转动中心A离地面的距离；
基础底面处的压应力，考虑到该水平面上的竖向地基 系数C0不变，故压应力图形与基础竖向位移图相似。 d C01 C0 d tg 2 2 式中 : C0不得小于10m0，d为基底宽度或直径。 在上述三个公式中，有两个未知数 z0和 ，要求解其 值，可建立两个平衡方程式，即 ΣX＝0 H－ h b dz H b mtg h Z (Z Z )dZ 0 ΣM＝0
沉井基础
内蒙古科技大学 建筑与土木工程学院岩土工程教研组
§9.1 概述 一、认识沉井
1.工程 应用 江 阴 长 江 公 路 大 桥 北 锚 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,列世界最大沉井。 (列世界第２的美国费雷泽诺桥的沉井体积为15万立方米)
大型钢壳沉井
过黄浦江倒虹管沉井
宝山钢铁厂取水泵房工程
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。 2. 沉井的定义 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孔，最后成为结构物基础的井筒状 结构。 3. 沉井基础的特点
(1)埋置深度大，整体性强、稳定性好，承载面积大，承载力高(垂直 与水平)； (2)既可作基础，又可作施工时的挡土和挡水围堰结构物； (3)施工时对邻近建筑物影响较小； (4)内部空间可进一步利用。
沉井基础
井
井壁是沉井基础的主体部分，它需挡水、挡 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。 不低于C15。
壁 常用的厚度为0.5～1.5m；混凝土的强度等级
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。
刃 其底面（踏面）宽 脚 度一般为0.1～0.2m,
刃脚处采用钢筋混凝 土制作，混凝土强度 等级宜在C20及上。