沉井基础设计课件

沉井基沉井基础础东东南大学交通学院地下工程系南大学交通学院地下工程系童立元童立元1施工人施工人员对员对泰州泰州长长江大江大桥桥中塔沉井基中塔沉井基础础进进行混凝土行混凝土浇浇筑作筑作业业 23主主要要内内容容 1 1 概述概述 2 2 沉井构造沉井构造 3 3 沉井沉井结结构构设计计设计计算算 4 1.1 1.1 沉井定沉井定义义及及应应用范用范围围 1.2 1.2 沉井的分沉井的分类类 1.3 1.3 沉井的沉井的设计设计原原则则 1.4 1.4 沉井的施工步沉井的施工步骤骤 1 1 概述概述5沉井基沉井基础础 将位于地下一定深度的建筑物或建筑将位于地下一定深度的建筑物或建筑物基物基础础，先在地面制成一个井筒状的，先在地面制成一个井筒状的结结构构物（沉井），然后在井壁的物（沉井），然后在井壁的围护围护下通下通过过从从井内不断挖土，使沉井在自重作用下逐井内不断挖土，使沉井在自重作用下逐渐渐下沉，达到下沉，达到预预定定设计标设计标高后，再高后，再进进行封底，行封底，构筑内部构筑内部结结构构。1.1 1.1 沉井定沉井定义义及及应应用范用范围围6 沉井基沉井基础础广泛广泛应应用于用于桥桥梁、烟囱、水梁、烟囱、水塔等的基塔等的基础础工程，以及水工程，以及水泵泵房、地下油房、地下油库库、水池水池竖竖井等深井构筑物和盾构或井等深井构筑物和盾构或顶顶管的工管的工作井。作井。1.1 1.1 沉井定沉井定义义及及应应用范用范围围7 采用沉井基采用沉井基础础，施工，施工时时不需要板不需要板桩围桩围护护，技，技术术上安全可靠，施工操作方便。比上安全可靠，施工操作方便。比敞口明挖占地面敞口明挖占地面积积小，挖土量少，小，挖土量少，对邻对邻近近建筑物影响建筑物影响较较小。同小。同时时，由于沉井基，由于沉井基础础埋埋置置较较深，深，稳稳定性好，能支撑定性好，能支撑较较大的荷大的荷载载。近年来，沉井的施工技近年来，沉井的施工技术术和施工机械都有和施工机械都有了很大改了很大改进进，可使地表，可使地表产产生很小的沉降和生很小的沉降和位移。位移。1.1 1.1 沉井定沉井定义义及及应应用范用范围围8 1.2 1.2 沉井的分沉井的分类类（1 1）按下沉按下沉环环境可分境可分为陆为陆地沉井和浮式沉井（用于地沉井和浮式沉井（用于深水中的施工）；深水中的施工）；（2 2）按沉井构造形式可分）按沉井构造形式可分为为独立沉井（多用于独立独立沉井（多用于独立深基深基础础或独立深井构筑物）和或独立深井构筑物）和连续连续沉井（多用于隧道沉井（多用于隧道工程）；工程）；（3 3）按沉井平面形式可分）按沉井平面形式可分为圆为圆形、形、圆圆端形、正方形、端形、正方形、矩形和多矩形和多边边形等，也可分形等，也可分为单为单孔沉井和多空沉井；孔沉井和多空沉井；（4 4）按沉井制作材料可分）按沉井制作材料可分为为混凝土、混凝土、钢钢筋混凝土、筋混凝土、钢钢、砖砖、石以及、石以及组组合式沉井等。合式沉井等。91011 1.3 1.3 沉井的沉井的设计设计原原则则 沉井平面尺寸及其形状与高度，沉井平面尺寸及其形状与高度，应应根据墩台的底面尺根据墩台的底面尺寸、地基承寸、地基承载载力及施工要求确定。力求力及施工要求确定。力求结结构构简单对简单对称，受称，受力合理，施工方便。具体要求力合理，施工方便。具体要求为为：（1 1）沉井棱角沉井棱角处处宜做成宜做成圆圆角或角或钝钝角，可使沉井在平面框角，可使沉井在平面框架受力状架受力状态态下下较较少少应应力集中，减少井壁摩阻面力集中，减少井壁摩阻面积积和便于吸和便于吸泥（不至于形成死角）；泥（不至于形成死角）；（2 2）沉井的）沉井的长长短短边边之比越小越好，以保之比越小越好，以保证证下沉下沉时时的的稳稳定性；定性；（3 3）为为了便于沉井制作和井内挖土出土，一般沉井了便于沉井制作和井内挖土出土，一般沉井应应分分节节制作，每制作，每节节高度不宜大于高度不宜大于5m,5m,且不宜小于且不宜小于3m3m。沉井底。沉井底节节高度高度除除应满应满足拆除支撑足拆除支撑时时沉井的沉井的纵纵向抗弯要求之外，在松向抗弯要求之外，在松软软土土层层中下沉的沉井，底中下沉的沉井，底节节高度不宜大于高度不宜大于0.8b0.8b（b为为沉井沉井宽宽度）度）12 1.4 1.4 沉井的施工步沉井的施工步骤骤（1 1）场场地平整（或筑地平整（或筑岛岛）、）、铺垫铺垫木，制作底木，制作底节节沉井；沉井；（2 2）拆模，刃脚下一）拆模，刃脚下一边边填塞砂，一填塞砂，一边对边对称抽拔出称抽拔出垫垫木；木；（3 3）均匀开挖下沉沉井，底）均匀开挖下沉沉井，底节节沉井下沉完沉井下沉完毕毕；（4）接筑第二接筑第二节节沉井，沉井，继续继续开挖下沉并接筑下一开挖下沉并接筑下一节节井井壁；壁；（5）下沉至）下沉至设计标设计标高；高；（6）沉井封底）沉井封底处处理；理；（7）施工井内）施工井内设设施和封施和封顶顶等。等。13 1.4 1.4 沉井的施工步沉井的施工步骤骤14 2 2 沉井构造沉井构造 沉井主要由刃脚、井壁、内隔沉井主要由刃脚、井壁、内隔墙墙、取土、取土井、凹槽、封底、井、凹槽、封底、顶顶板等部分板等部分组组成。成。15刃脚刃脚 刃脚是井壁下端一般做成刀刃形状的部刃脚是井壁下端一般做成刀刃形状的部分，如下分，如下图图所示。其作用在于减小沉井的下所示。其作用在于减小沉井的下沉阻力，使之能在自重作用下切土下沉。一沉阻力，使之能在自重作用下切土下沉。一般采用不低于般采用不低于C20C20的的钢钢筋混凝土制成。当沉筋混凝土制成。当沉井下沉井下沉较较深且土深且土质较坚质较坚硬硬时时，刃脚面常以型，刃脚面常以型钢钢（角（角钢钢或槽或槽钢钢）加）加强强。刃脚的底面。刃脚的底面宽宽度可度可为为100-200mm100-200mm。在。在坚坚硬地基上也可做成尖角。硬地基上也可做成尖角。刃脚斜面与水平面的交角一般刃脚斜面与水平面的交角一般应应不小于不小于4545o o。刃脚的高度刃脚的高度应视应视井壁的厚度确定，并井壁的厚度确定，并应应考考虑虑便于拔出便于拔出垫垫木和挖土木和挖土。16刃脚刃脚17井壁井壁 井壁即井壁即沉井的外壁，是沉井承担其自重沉井的外壁，是沉井承担其自重及井外水土及井外水土压压力的主要部分。井壁厚度力的主要部分。井壁厚度应应根根据据结结构构强强度、施工下沉需要的重力、便于取度、施工下沉需要的重力、便于取土和清基等因素而定。土和清基等因素而定。设计时设计时通常先假定井通常先假定井壁厚度再壁厚度再进进行承行承载载力力验验算，井壁厚度一般算，井壁厚度一般为为0.8-1.5m0.8-1.5m。但。但钢钢筋混凝土薄壁沉井及筋混凝土薄壁沉井及钢钢模薄模薄壁浮式沉井的壁厚不受此限。壁浮式沉井的壁厚不受此限。18井壁井壁 钢钢筋混凝土井壁中一般筋混凝土井壁中一般应应配置两配置两层竖层竖向向钢钢筋及水平筋及水平钢钢筋，并且筋，并且还还要有靠要有靠自重作用能自重作用能顺顺利下沉的足利下沉的足够够重量。重量。井壁外井壁外侧侧的形式如下的形式如下图图所示。所示。19内隔内隔墙墙 内隔内隔墙为墙为沉井的分隔沉井的分隔墙墙。作用是加。作用是加强强沉井沉井刚刚度、度、缩缩小外壁小外壁计计算跨度，同算跨度，同时时又将沉井分又将沉井分为为多个取土井，便于掌握挖土位置以控制下沉的多个取土井，便于掌握挖土位置以控制下沉的方向。内隔方向。内隔墙墙的的间间距一般不大于距一般不大于5-6m5-6m，厚度一，厚度一般般为为0.5-1.0m0.5-1.0m。考。考虑虑到内隔到内隔墙墙既要既要对对刃脚刃脚悬悬臂臂起支撑作用，又不宜受到土的支撑，妨碍沉井起支撑作用，又不宜受到土的支撑，妨碍沉井下沉，因此，一般要求内隔下沉，因此，一般要求内隔墙墙底面高出刃脚底底面高出刃脚底面面0.5-1.0m。但当沉井穿越极。但当沉井穿越极软软弱的弱的土土层时层时，为为防止沉井防止沉井“突沉突沉”，也可将内隔，也可将内隔墙墙底面做成底面做成与刃脚底面平与刃脚底面平齐齐。20取土井取土井 取土井在平面上取土井在平面上应应沿沉井的中沿沉井的中轴线对轴线对称布置，称布置，以利于沉井均匀下沉，并便于校正以利于沉井均匀下沉，并便于校正倾倾斜和偏移斜和偏移。取土井大小由取土方法而定，采用挖土斗取土取土井大小由取土方法而定，采用挖土斗取土时时，应应能保能保证证挖土斗的自由升降，其最小挖土斗的自由升降，其最小边长边长不宜小不宜小于于2.5m。在沉井下沉完。在沉井下沉完毕毕并封底后，如作基并封底后，如作基础础用，用，则则取土井可填以素混凝土、片石混凝土或填砌片取土井可填以素混凝土、片石混凝土或填砌片石；在无冰石；在无冰冻冻地区也可以采用粗砂或砂地区也可以采用粗砂或砂砾砾填料；填料；当作用在墩台上的外力不大当作用在墩台上的外力不大时时，也可采用空心沉，也可采用空心沉井。但在砂井。但在砂砾砾填心和空心沉井的填心和空心沉井的顶顶面均面均须设须设置置钢钢筋混凝土盖板，盖板厚度筋混凝土盖板，盖板厚度应应由由计计算确定。算确定。21凹槽凹槽 沉井内沉井内设设凹槽是凹槽是为为了使封底混凝土嵌入了使封底混凝土嵌入井壁。形成整体，将井壁。形成整体，将传传至沉井壁上的力更好至沉井壁上的力更好地地传递传递至封底混凝土底面。同至封底混凝土底面。同时时，当遇到意，当遇到意外困外困难难，还还可在凹槽可在凹槽处浇处浇筑筑钢钢筋混凝土盖板，筋混凝土盖板，将沉井改将沉井改为为沉箱。凹槽水平方向深沉箱。凹槽水平方向深约约0.15-0.25m,高高约约1.0m,其底面距刃脚底面一般大其底面距刃脚底面一般大于于1.5m。22射水管射水管组组、探、探测测管、气管和管、气管和压浆压浆管管组组（1）射水管）射水管组组当沉井下沉当沉井下沉较较深，并估深，并估计计土的摩阻力土的摩阻力较较大，大，下沉会有困下沉会有困难时难时，可在，可在沉井壁中埋沉井壁中埋设设射水管，射水管，管口管口设设在刃脚下端和井壁外在刃脚下端和井壁外侧侧。射水管。射水管应应均均匀布置在井壁横向四周，并将其匀布置在井壁横向四周，并将其连连成沿沉井成沿沉井平面中平面中轴线对轴线对称的互相独立的四称的互相独立的四组组。这样这样通通过过每每组组水管的水水管的水压压力大小和水量可力大小和水量可调调整沉井整沉井的下沉方向和下沉速率。的下沉方向和下沉速率。23射水管射水管组组、探、探测测管、气管和管、气管和压浆压浆管管组组（2）探）探测测管管 在平面尺寸在平面尺寸较较大，且不排水下沉大，且不排水下沉较较深的深的沉井中可沉井中可设设置探置探测测管。一般采用直径管。一般采用直径200-500mm的的钢钢管或在井壁中管或在井壁中预预制管道。作用制管道。作用是探是探测测刃脚和内隔刃脚和内隔墙墙底面下的泥面底面下的泥面标标高。沉高。沉井水下封底后，可用作刃脚和内隔井水下封底后，可用作刃脚和内隔墙墙下封底下封底混凝土的混凝土的质质量量检查检查孔。孔。24射水管射水管组组、探、探测测管、气管和管、气管和压浆压浆管管组组（3）气管）气管 当采用空气幕下沉沉井当采用空气幕下沉沉井时时，可沿井壁外，可沿井壁外缘缘埋埋设设内径内径25mm的硬塑料管作的硬塑料管作为为气管。空气幕的原气管。空气幕的原理是理是预预先埋先埋设设在井壁四周在井壁四周 的气管中的气管中压压入高入高压压空气，空气，此高此高压压空气由空气由设设在井壁上的在井壁上的喷喷气孔气孔喷喷出，并沿井出，并沿井壁外表面上升溢出地面，从而在井壁周壁外表面上升溢出地面，从而在井壁周围围形成一形成一层层松松动动的含有气体与水的液化土的含有气体与水的液化土层层，此含气土，此含气土层层如同幕如同幕帐帐一般一般围绕围绕着沉井，故称之着沉井，故称之为为空气幕。空气幕。25射水管射水管组组、探、探测测管、气管和管、气管和压浆压浆管管组组（4）压浆压浆管管 当采用泥当采用泥浆浆套技套技术术下沉沉井下沉沉井时时，压浆压浆管的布管的布置可采用外管法或内管法。外管法是在井壁内置可采用外管法或内管法。外管法是在井壁内测测或外或外侧侧布置管径布置管径为为38-50mm的的压浆压浆管，管，间间距距为为3-4m，一般用于薄壁沉井。内管法是在井壁内，一般用于薄壁沉井。内管法是在井壁内预预制制孔道，其孔道，其间间距距为为3-4m，一般用于厚壁沉井。，一般用于厚壁沉井。26封底封底 沉井下沉到沉井下沉到设计标设计标高，基底高，基底经经校校验验能能满满足足设计设计要求后，当井中的水能被排干，即渗要求后，当井中的水能被排干，即渗水量上升速度小于或等于水量上升速度小于或等于6mm/min时时，排，排干水后用干水后用C15或或C20普通混凝土普通混凝土浇浇筑；当井筑；当井中的渗水量上升速度大于中的渗水量上升速度大于6mm/min时时，宜，宜采用采用导导管法管法浇浇筑筑C20水下混凝土封底。封底水下混凝土封底。封底混凝土的厚度按其承混凝土的厚度按其承载载力条件力条件计计算确定，一算确定，一般其般其顶顶面面应应高出凹槽高出凹槽顶顶面面0.5m。2728顶顶板板 以混凝土填心的沉井可用素混凝土以混凝土填心的沉井可用素混凝土顶顶板；板；空心或以其它松散料填心的沉井需用空心或以其它松散料填心的沉井需用钢钢筋混筋混凝土凝土顶顶板，其厚度一般板，其厚度一般为为1.0-2.0m,配筋由承配筋由承载载力力计计算和构造要求确定。排水下沉的沉井，算和构造要求确定。排水下沉的沉井，其其顶顶面在地面或水位以下面在地面或水位以下时时，应应在井壁在井壁顶顶部部设设置置挡挡土防水土防水墙墙。29303132333435363738394041424344454647484950515253545556575859606162谢 谢 ！63