土木工程本科生专业课程-第五章沉井基础

第 五 章 沉 井 基 础 土 木 工 程 本 科 生 专 业 课 程 基 础 工 程 主 要 内 容5.1 天 然 地 基 上 深 基 础 的 修 筑 方 法5.2 沉 井 的 类 型 和 构 造5.3 沉 井 的 施 工 方 法5.4 沉 井 的 设 计 计 算 5.1 天 然 地 基 上 深 基 础 的 修 筑 方 法概 述基 础 埋 深 施 工 难 度 施 工 安 全 系 数水 中 施 工 需 采 用 特 殊的 处 理 方 式 需 更 多 更 强的 支 撑 结 构施 工 困 难造 价 上 升 沉 井 基 础沉 箱 基 础新 方 法 施 工 方 法制 作井 筒 挖 土下 沉 到 达 设计 标 高 封 底 填充 制 盖 修 筑 上部 结 构5.1 天 然 地 基 上 深 基 础 的 修 筑 方 法 特 点 施 工 过 程 ： 沉 井 挡 土 、 挡 水 ， 起 临 时 围 堰 作 用运 营 阶 段 ： 深 埋 的 实 体 基 础优 点 刚 度 大 、 横 向 抗 力 大 、 抗 震 性 能 较 好机 具 简 单 、 施 工 方 便5.1 天 然 地 基 上 深 基 础 的 修 筑 方 法 5.1 天 然 地 基 上 深 基 础 的 修 筑 方 法5.2 沉 井 的 类 型 和 构 造5.3 沉 井 的 施 工 方 法5.4 沉 井 的 设 计 计 算主 要 内 容 5.2 沉 井 的 类 型 及 构 造5.2.1 沉 井 类 型按 下 沉 方 法 一 般 沉 井浮 运 沉 井按 沉 井 材 料 混 凝 土 沉 井钢 筋 混 凝 土 沉 井钢 沉 井其 他 沉 井 1 井 壁2 刃 脚3 隔 墙4 井 孔5 凹 槽6 射 水 管7 封 底8 顶 盖5.2 沉 井 的 类 型 及 构 造5.2.2 沉 井 构 造 1 平 面 形 状平 面形 状 圆 形 沉 井矩 形 沉 井圆 端 形 沉 井 受 力 性 能 好 ， 充 分 发 挥 混 凝 土 抗 压 强 度 挖 土 方 便 ， 下 沉 均 匀 ， 易 于 控 制 方 向 基 底 max同 面 积 的 矩 形 制 造 方 便 ， 下 沉 方 向 不 易 控 制 能 充 分 利 用 地 基 承 载 力 介 于 前 两 者 之 间5.2 沉 井 的 类 型 及 构 造 5.2 沉 井 的 类 型 及 构 造2 平 面 尺 寸 顶 面 尺 寸 ： 大 于 墩 底 尺 寸 底 面 尺 寸 ： 由 地 基 承 载 力 确 定3 沉 井 高 度 顶 面 标 高 H 1： 低 于 最 低 水 位 或 低 于 地 面 底 面 标 高 H 2： 由 最 小 埋 深 和 地 基 承 载 力 确 定 沉 井 高 度 H : H =H 1-H 2 高 沉 井 可 分 节 制 造 ： 每 节 高 不 大 于 56m， 首 节 不 大 于 46m 第 二 节 沉 井 过 高 ， 会 导 致 沉 井 下 沉 发 生 倾 斜 以 及 使 下 沉 不 深 的 首 节 沉 井 发 生 问 题 5.2 沉 井 的 类 型 及 构 造4 井 孔 设 置 及 大 小 设 置 目 的 ： 排 土 平 面 尺 寸 ： 挖 土 机 具 能 顺 利 通 过 ， 对 称 布 置 设 置 方 式 : 单 孔 、 双 孔 及 多 孔 5 井 壁 应 有 足 够 的 强 度 和 重 量竖直形 台阶形 斜坡形易 于 控 制方 向 ， 但阻 力 大 ，不 易 下 沉 台 阶 宽 度1020mm多 设 在 沉井 分 节 处 有 利 下 沉但 易 偏 斜100： 1至50： 15.2 沉 井 的 类 型 及 构 造 6 隔 墙 作 用 ： 减 小 受 弯 跨 度 ， 提 高 沉 井 刚 度 ， 降 低 沉 井 应 力 均 匀 挖 土 ， 控 制 下 沉 方 向 ， 不 致 倾 斜 特 点 ： 厚 0.81.2m， 底 面 高 出 刃 脚 踏 面 不 小 于 0.5m h较 大 时 ， 设 梗 肋 于 隔 墙 底 部 与 刃 脚 连 接 处 排 水 下 沉 ， 隔 墙 底 留 1.0-1.2m2过 人 通 道 设 置 透 水 孔 ， 一 般 20-20cm 2， 设 置 在 隔 墙 上 部 离 顶 部 23m 5.2 沉 井 的 类 型 及 构 造 7 射 水 管 组 作 用 ： 利 用 高 压 水 流 冲 松 井 壁 四 周 的 土 ， 降 低 侧 阻 力 端 阻 力 控 制 水 量 、 水 压 大 小 ， 调 整 下 沉 方 向5.2 沉 井 的 类 型 及 构 造8 探 测 管 组 作 用 ： 探 测 刃 脚 和 隔 墙 底 面 下 的 泥 面 标 高 清 基 射 水 或 破 坏 沉 井 正 面 土 层 以 利 下 沉 沉 井 水 下 封 底 后 ， 可 作 为 刃 脚 或 隔 墙 下 封 底 混 凝 土 的 质 量 检 查 孔 使 用 条 件 ： 平 面 尺 寸 大 ， 不 排 水 下 沉 较 深 的 沉 井 5.2 沉 井 的 类 型 及 构 造9 凹 槽 作 用 ： 使 封 底 混 凝 土 更 好 的 与 井 壁 联 结 如 将 沉 井 改 为 沉 箱 ， 凹 槽 处 可 制 作 箱 顶10 井 顶 围 堰 作 用 ： 防 止 井 顶 以 上 的 土 ， 水 落 入 井 内11 封 底 混 凝 土12 顶 盖受 力 和 稳 定 条 件 确 定 是 否 填 充厚 度 由 计 算 确 定 5.1 天 然 地 基 上 深 基 础 的 修 筑 方 法5.2 沉 井 的 类 型 和 构 造5.3 沉 井 的 施 工 方 法5.4 沉 井 的 设 计 计 算主 要 内 容 江 阴 长 江 公 路 大 桥 北 锚 碇 采 用 大 型 深 沉 井基 础 ， 平 面 尺 寸 为 69米 51米 ， 下 沉 58米 ， 为 世 界 第 一大 沉 井 (面 积 近 个 半 篮 球 场 ，高 度 相 当 于 层 楼 )。世 界 第 一 大 沉 井 南 岸 重 力 嵌 岩 锚 北 岸 南 岸 5.3 沉 井 的 施 工5.3.1 陆 地 沉 井 的 施 工 场 地 准 备 立 模 、 绑 扎 钢 筋 垫 木 法 无 垫 木 法 土 模 法 方 法 填 土 内 模 挖 土 内 模 5.3 沉 井 的 施 工垫 木 布 置 示 意 图 挖 土 内 模5.3 沉 井 的 施 工 浇 筑 混 凝 土 对 称 均 匀 地 进 行 ， 防 止 不 均 匀 沉 降 引 起 沉井 开 裂 ， 且 尽 量 一 次 性 浇 筑 拆 除 模 板 和 垫 木 模 板 拆 除 时 间 ： 侧 面 直 立 模 板 设 计 强 度 25% 刃 脚 斜 面 、 隔 墙 底 面 设 计 强 度 75% 垫 木 =设 计 强 度 垫 木 拆 除 顺 序 ： 先 内 壁 ， 后 外 壁 ； 先 短 边 ， 后 长 边长 边 下 的 垫 木 是 隔 一 根 撤 一 根 ， 以 定位 垫 木 为 中 心 ， 由 远 而 近 地 对 称 拆 除5.3 沉 井 的 施 工 挖 土 下 沉 接 筑 沉 井 地 基 检 验 和 处 理 井 底 填 充 制 作 顶 盖 排 水 挖 土 下 沉 ： 无 地 下 水 或 土 层 渗 水 量 较 小 且 稳 定 不 排 水 挖 土 下 沉 ： 与 上 述 情 况 相 反为 避 免 沉 井 发 生 倾 斜 ， 挖 土 应 分 层 均 匀 进 行先 挖 井 孔 中 心 ， 再 挖 隔 墙 下 ， 后 挖 刃 脚 下 土5.3 沉 井 的 施 工 5.3.2 水 中 沉 井 的 施 工 筑 岛 法 在 河 流 浅 滩 或 水 位 不 深水 流 速 度 不 大 时 采 用5.3 沉 井 的 施 工 浮 运 法 浮 运 沉 井 下 水 双 壁 浮 运 沉 井带 气 筒 浮 运 沉井带 临 时 性 井 底浮 运 沉 井在 深 水 河 道 中 ， 水 流 速 度较 大 ， 人 工 筑 岛 有 困 难 时5.3 沉 井 的 施 工 沉 井 倾 斜 偏 挖 土 ： 在 下 沉 少 的 一 侧 多 挖 土 ， 下 沉 多 的 一 侧 少 挖 土 或 不 挖 土 偏 压 重 ： 在 井 顶 不 对 称 加 重 ， 不 对 称 射 水 ， 或 在 井 顶 施 加 水 平 力 将 沉 井 扶 正 在 沉 的 少 的 一 侧 挖 土 ， 底 面 灌 注 膨 润 土 泥 浆 ， 以 减 小 井 壁 与 土 之 间 的 摩 擦 力5.3 沉 井 的 施 工5.3.3 沉 井 下 沉 问 题 及 处 理 方 法 沉 井 偏 移 先 偏 挖 土 使 之 倾 斜 ， 再 均 匀 挖 土 至 井 底 中 心 接 近 设 计 标 高 时 ， 再 纠 倾 斜5.3 沉 井 的 施 工 难 沉 问 题井 底 有 障 碍 物井 壁 阻 力 过 大 突 沉 问 题高 压 射 水 法 泥 浆 套 法空 气 幕 法 炮 震 法主 要 发 生 在 软 土 地 区 ， 可 加 宽 刃 脚 踏 面 解 决 清 除 障 碍 物 加 重 法 减 小 井 壁 摩 阻 力5.3 沉 井 的 施 工 5.1 天 然 地 基 上 深 基 础 的 修 筑 方 法5.2 沉 井 的 类 型 和 构 造5.3 沉 井 的 施 工 方 法5.4 沉 井 的 设 计 计 算主 要 内 容 5.4 沉 井 的 设 计 计 算5.4.1 集 资 料设 计 资 料 ： 上 部 结 构 、 墩 台 类 型 及 尺 寸 、 沉 井 基 础 的 设 计 荷 载 水 文 、 地 质 资 料 等设 计 内 容 ： 作 为 基 础 本 身 的 检 算 ， 深 埋 刚 性 基 础 沉 井 结 构 的 设 计 计 算施 工 过 程 中 沉 井 所 受 到 的外 力 及 其 结 构 的 设 计 计 算 5.4.2 沉 井 各 部 尺 寸 的 拟 定包括 沉 井 高 度 及 分 节平 面 形 状 及 尺 寸井 孔 布 置 及 大 小刃 脚 形 状 及 尺 寸封 底 及 顶 盖 厚 度 上 部 结 构 的 特 点设 计 荷 载 的 大 小水 文 、 地 质 情 况沉 井 构 造 及 施 工 方 法 依据5.4 沉 井 的 设 计 计 算 5.4.3 沉 井 的 检 算作 为 整 体 深 基 础 的 设 计 计 算埋 深 较 小 ， 不 考 虑 基 础 侧 面 土 的 横 向 抗 力 ，按 浅 基 础 进 行 计 算埋 深 较 大 ， 需 要 考 虑 基 础 侧 面 土 的 横 向 抗 力 ，按 刚 性 桩 进 行 计 算5.4 沉 井 的 设 计 计 算 5.4 沉 井 的 设 计 计 算 非 岩 石 地 基 上 沉 井 基 础 的 计 算 如 右 图 所 示 ， 在 横 向 力 H和 M的 作 用 下 ， 基 础 将 沿 轴 线 上 的 a点 发 生 转 动 ， 转 动 角 度 为 则 在 z深 度 处 基 础 的 横 向 位 移 为 )(tan)( 00 zzzzxz 0z a点 的 深 度 则 在 z深 度 处 基 础 侧 面 土 的 横 向 抗 力 为基 础 转 动 引 起 基 础 底 面 边 缘 的 竖 向 位 移 为 )( 0 zzmzxC zzzz ds 5.05.4 沉 井 的 设 计 计 算相 应 的 基 底 反 力 为 05.0 dC 对 a 点 取 矩 有 0)(0 000 WdzbzzHzM l z 05.0 dC )( 0 zzmzxC zzzz 忽 略 基 础 侧 面 和 底 面 的 摩 擦 力 ， 由 水 平 方 向 的 力 平 衡方 程 有 0)(0 0 l z bdzH 5.4 沉 井 的 设 计 计 算 0)(0 00 l zdzzzmbH 02)( 00 2000 WCdzdzzzmbHzM l dWClmb MHl 040 18 )32(12 )23(2 6)34( 20 0300 HlMmlb dWHCHlMmlbz 5.4 沉 井 的 设 计 计 算 则 在 z深 度 处 基 础 的 弯 矩 为 )2(12 020 zzmzbHzMMz 5.4 沉 井 的 设 计 计 算同 时 考 虑 竖 向 力 N时 ， 基 础 底 面 的 竖 向 应 力 为 00minmax 21 dCAN 嵌 入 岩 层 的 沉 井 基 础 的 计 算 基 础 绕 底 面 中 心 点 a转 动 ， 并 假 设 a点 的 坐 标 为 z0= l 忽 略 岩 面 以 下 基 础 侧 面 的 横 向 抗 力 P引 起 的 弯 矩则 基 础 侧 面 土 的 横 向 抗 力 为 )( zlmz z 5.4 沉 井 的 设 计 计 算 对 a点 取 矩 可 以 得 到 基 础 的 转 角 为则 在 z深 度 处 基 础 的 弯 矩 为由 水 平 方 向 的 力 平 衡 条 件 可 得若 P为 负 ， 则 说 明 其 作 用 方 向 与 图 示 方 向 相 反dWClmb MHl 040 6 )(12 )2(12 20 zlmzbHzMMz HmlbP 6 30 5.4 沉 井 的 设 计 计 算 作 为 围 护 结 构 的 设 计 计 算 沉 井 自 重 的 计 算 下 沉 系 数 K1G沉 井 自 重B水 的 浮 力R f井 壁 摩 阻 力 fR BGK 1 5.4 沉 井 的 设 计 计 算 下 沉 稳 定 系 数R1刃 脚 下 土 的 支 持 力R2隔 墙 下 土 的 支 持 力 抗 浮 安 全 系 数 K2B 1封 底 后 水 的 浮 力21 1 RRR BGK f 12 BRGK f 1K5.4 沉 井 的 设 计 计 算 刃 脚 计 算 刃 脚 向 外 挠 曲 的 计 算 计 算 刃 脚 外 侧 的 土 压 力 E 和 水 压 力 W 计 算 井 壁 自 重 G 计 算 刃 脚 自 重 g 计 算 土 对 刃 脚 外 侧 的 摩 擦 力 T 计 算 刃 脚 下 土 的 抗 力 计 算 刃 脚 根 部 的 截 面 内 力 根 据 截 面 内 力 进 行 钢 筋 计 算5.4 沉 井 的 设 计 计 算 刃 脚 向 内 挠 曲 的 计 算 沉 井 下 沉 到 设 计 标 高 刃 脚 下 的 土 掏 空 且 未 浇 筑 混 凝 土 井 壁 外 侧 作 用 最 大 的 水 、 土 压 力 忽 略 刃 脚 自 重 和 土 的 摩 阻 力 影 响 各 水 平 外 力 应 乘 以 分 配 系 数 5.4 沉 井 的 设 计 计 算计 算 要 点 刃 脚 水 平 受 力 分 析计 算 要 点 计 算 图 式 为 一 闭 合 的 水 平 框 架 沉 井 下 沉 到 设 计 标 高 刃 脚 下 的 土 掏 空 且 未 浇 筑 混 凝 土 框 架 上 的 力 等 于 作 用 在 刃 脚 上 的水 平 力 乘 以 分 配 系 数 5.4 沉 井 的 设 计 计 算 井 壁 计 算 竖 向 挠 曲 计 算5.4 沉 井 的 设 计 计 算排水挖土下沉 5.4 沉 井 的 设 计 计 算 不排水挖土下沉 5.4 沉 井 的 设 计 计 算 井 壁 竖 向 拉 力 计 算由 竖 向 力 平 衡 方 程 有 假 设 该 等 截 面 沉 井 自 重 为 G， 沉 井 入 土 深 度 为 h, U为 井 壁周 长 ， 为 地 面 处 井 壁 单 位 摩 阻 力 ， 为 距 刃 脚 底 x处 的 摩 阻 力 xhUG 21 hUG2 距 离 刃 脚 底 x处 的 拉 力 为 222 hGxhGxxUhGxS xx 0dxdSx 02 2 hGxhG 4/2/ max GS hx 5.4 沉 井 的 设 计 计 算 井 壁 水 平 受 力 分 析5.4 沉 井 的 设 计 计 算 封 底 混 凝 土 厚 度 计 算 封 底 混 凝 土 看 作 支 撑 在 凹 槽 ，按 周 边 支 撑 的 双 向 板 或 圆 板计 算 封 底 混 凝 土 按 受 剪 计 算 ： 封底 混 凝 土 在 井 孔 范 围 内 荷 载作 用 下 ， 有 沿 刃 脚 斜 面 高 度截 面 剪 断 的 可 能 封 底 混 凝 土 剪 应 力 计 算 图5.4 沉 井 的 设 计 计 算 顶 盖 内 力 计 算5.4 沉 井 的 设 计 计 算 u地 下 连 续 墙 的 概 念u地 下 连 续 墙 优 点地 下 连 续 墙http:/ 施 工 过 程 ： 利 用 专 用 的 挖 槽 机 械 在 泥 浆护 壁 下 开 挖 一 定 长 度 （ 一 个 单 元 槽 段 ）挖 至 设 计 深 度 并 清 除 沉 渣 插 入接 头 管 吊 入 钢 筋 笼 导 管 浇 注 混凝 土 待 混 凝 土 初 凝 后 拔 出 接 头 管 逐 段 施 工 。 分段施工连接图 环 球 金 融 中 心 工 程 效 果 图 上 海 市 环球 金 融 中心 地 下 连续 墙 施 工