土力学与基础工程第10章--沉井基础与地下连续墙课件

单击此处编辑母版书名样式,*,土力学与基础工程,出版社 科技分社,10.1,概述,10.2,沉井的构造,10.3,沉井作为整体深基础的设计与计算,10.4,沉井施工期的结构计算,10.5,地下连续墙,第,10,章 沉井基础与地下连续墙,1,10.1 概述第10章 沉井基础与地下连续墙1,10.1,概述,10.1.1,沉井的基本概念,沉井是井筒状结构物，它是以井内挖土，依靠自身重量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。,沉井结构由刃脚、井壁、隔墙、井孔、凹槽、封底及顶板等组成。,沉井下沉示意图 沉井基础,第,10,章 沉井基础与地下连续墙,2,10.1 概述10.1.1 沉井的基本概念,沉井的特点,:,埋置深度很大，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，又是挡土和挡水围堰结构物,.,缺点：施工期较长；粉细砂土井内抽水易发生流沙现象，造成沉井倾斜；遇到的大孤石、树干或井底岩层表面倾斜过大时，施工困难大。,沉井制作与下沉过程,3,沉井的特点: 埋置深度很大，整体性强、稳定性好，,10.1.2,沉井的应用与发展概况,（,1,）江河上的结构物：桥梁墩台基础、挡水坝；,（,2,）取水构筑物：取水泵房、污水泵站；,（,3,）重型结构物基础：烟囱、重型设备基础；,（,4,）地下工程：地下厂房、仓储库房；地下车道及矿用竖井；,（,5,）临近建筑物的深基础：,（,6,）地下工作井：盾构或顶管工作井、房屋纠偏工作井等。,4,10.1.2 沉井的应用与发展概况 （1）江河上的结构物：,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。,(,列世界第的美国费雷泽诺桥的沉井体积为,15,万立方米,),江阴长江公路大桥北锚沉井,5,沉井平面长69米，宽51米，下沉深度为58米，体积20.4万,10.1.3,沉井的分类,单孔沉井：圆形、正方形、矩形等；,单排孔沉井：矩形、长圆形、组合形等；,多排孔沉井：由内隔墙分成若干个井孔。,1,） 按沉井的平面形式分,6,10.1.3 沉井的分类单孔沉井：圆形、,双孔矩形沉井,7,双孔矩形沉井7,柱形,竖直式、台阶式（,阶梯形）、锥形。,竖直式,多阶梯形,刃脚阶梯形,正锥形,2,） 按沉井的竖向剖面形状分,8,柱形竖直式、台阶式（阶梯形）、锥形。竖直式多阶梯形刃脚,浮运沉井,筑岛现浇沉井,3,） 按沉井施工方法分,就地制造下沉的沉井；,浮运沉井： 在深水地区，筑岛困难，或有碍通航，在岸边制作沉井,拖运到设计位置后整体下沉。,中心岛式下沉沉井。,气压沉箱。,9,浮运沉井筑岛现浇沉井3） 按沉井施工方法分 就,4,） 按沉井的建筑材料分,（,1,）混凝土沉井,（,2,）钢筋混凝土沉井,（,3,）竹筋混凝土沉井,（,4,）钢丝网水泥沉井,（,5,）钢沉井,10,4） 按沉井的建筑材料分 （1）混凝土沉井10,钢筋混凝土沉井主要由刃脚、井壁、隔墙与底梁、凹槽、封底与底板、顶盖、井孔、射水管或探测管等组成。,10.2,沉井的基本构造,11,钢筋混凝土沉井主要由刃脚、井壁、隔墙与底梁、凹槽,10.2.1,井壁,井壁必须具有足够的强度和一定的厚度，以承受在下沉过程中各种最不利荷载组合（水土压力）所产生的内力。,设计时先假定井壁厚度，再进行强度验算，井壁厚度一般为,0.4,1.5m,（薄壁沉井不受此限制），混凝土,C20,以上。,底节沉井井孔下端靠近刃脚处要设置凹槽（或凸榫）。,a,）普通凹槽,b,）凸榫凹槽,c,）沉箱用凹槽,d,）不设凹槽,12,10.2.1 井壁 井壁必须具有足够的强度和一定的厚度，,a,混凝土刃脚；,b,设角钢的刃脚；,c,尖刃脚,10.2.2,刃脚,刃脚底面（踏面）宽度,0.1,0.3m,，软土层可适当放宽。,下沉深度大，土质较硬，刃脚底面以型钢,(,角钢或槽钢,),加强。,13,a混凝土刃脚； b设角钢的刃脚； c,10.2.3,内隔墙,内隔墙主要作用是加强沉井在下沉过程中的整体刚度，减少井壁受力计算跨度，减少挠曲应力，并分成多个井孔有利于控制沉井下沉方向和纠偏作业。,内隔墙间距,5,6m,，厚度,0.5,1.2m,，隔墙底面应高出刃脚踏面,0.5m,以上；可在刃脚与隔墙连结处设置肋埂。,某些沉井，不能设置内隔墙时，可在沉井底部增设底梁。,10.2.4,封底和顶盖,沉井沉至设计标高后，便可浇筑封底混凝土。如井孔中不填料或仅填以砂砾，则须在沉井顶面浇筑钢筋混凝土盖板。,封底混凝土厚度不小于井孔最小边长,1.5,倍。封底混凝土顶面应高出刃脚根部不小于,0.5m,，并浇灌到凹槽上端。,14,10.2.3 内隔墙 内隔墙主要作用是加强沉井在下沉过程,沉箱作业室,遇到意外困难，可在凹槽处浇筑钢筋混凝土底板，将沉井改为沉箱。,15,沉箱作业室遇到意外困难，可在凹槽处浇筑钢筋混凝土底板，将沉井,a),制作第一节沉井；,b,）抽垫木、挖土下沉；,c,）沉井接高下沉；,d),封底,1-,井壁；,2-,凹槽；,3-,刃脚；,4-,承垫木；,5-,素混凝土封底,沉井施工顺序图,16,a)制作第一节沉井；b）抽垫木、挖土下沉；c）沉井接高下沉；,圆形沉井垫木的铺设,沉井刃脚立模,1-,内模；,2-,外模；立柱；,4-,角钢；,5-,垫木；,6-,砂垫层,17,圆形沉井垫木的铺设 沉井刃脚立模1-内模；2-外模；立柱；4,沉井的封底：,地基经检验及处理合乎要求后，应立即进行封底。,常用封底方法：干封法、水下导管灌注法 、压浆法等三种。,压浆法工艺,施工工艺流程：,铺设基底水泥袋；,插入注浆管；,填碎石料；,注浆。,压浆法技术：,18,沉井的封底： 地基经检验及处理合乎要求后，应立即进行封底。压,泥浆润滑套射口挡板与内管法压浆管,外管法压浆管构造,19,泥浆润滑套射口挡板与内管法压浆管 外管法压浆管构造 19,10.3 沉井作为整体深基础的设计与计算,10.3.1,计算基本假定,地基土作为弹性变形介质，地基系数随深度成正比例增加，即,C=mz,；,不考虑基础与土之间的粘聚力和摩阻力；,沉井基础的刚度与土的刚度之比可认为是无限大。,20,10.3 沉井作为整体深基础的设计与计算10.3.1 计算,10.3.2,非岩石地基上沉井基础计算,（,a,） （,b,）,荷载作用情况 水平及竖向荷载作用下的应力分布,21,10.3.2 非岩石地基上沉井基础计算（a）,22,22,A,0,为基础底面积。离地面或最大冲刷线以下,Z,深度处基础截面上的弯矩为：,23,A0为基础底面积。离地面或最大冲刷线以下Z 深度处基础截,10.3.3,嵌入基岩内的沉井基础计算,水平力作用下应力分布,基底嵌入基岩内，在水平力和竖直偏心荷载作用下,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。,24,10.3.3 嵌入基岩内的沉井基础计算 水平力作用下应力分,10.3.4,墩台顶面的水平位移计算,支承在岩石地基上的墩台顶面水平位移为：,或写成：,25,10.3.4 墩台顶面的水平位移计算支承在岩石地基上的墩台顶,26,26,10.3.5,有关验算,（,1,）基底应力验算,（,2,）横向抗力验算,27,10.3.5 有关验算 （1）基底应力验算 （2）横向抗力验,（,3,）墩台顶面水平位移验算,对于桥梁墩台，需要检验由于地基变形和墩台身的弹性水平变形所产生的墩台顶面的弹性水平位移。,（,cm,）,28,（3）墩台顶面水平位移验算 对于桥梁墩台，需要检验由于,沉井下沉时受力分析 沉井外壁的摩阻力分布,1,）下沉系数计算,10.4,沉井施工期的结构计算,10.4.1,沉井自重下沉验算,29,沉井下沉时受力分析 沉井外壁,沉井井壁与土体之间的摩阻力,f,分布形式,30,沉井井壁与土体之间的摩阻力 f 分布形式30,2,）下沉稳定系数计算,3,）抗浮安全系数计算,当沉井已沉至设计标高，并已完成封底及抽出井内积水，而内部结构和设备尚未安装，应按可能出现的最高水位验算沉井的抗浮稳定问题。,31,2）下沉稳定系数计算 3）抗浮安全系数计算 当沉,第一节沉井支承点布置示意,10.4.2,底节沉井的竖向挠曲计算,简支梁法：,32,第一节沉井支承点布置示意10.4.2 底节沉井的竖向挠曲计算,刃脚悬臂作用的分配系数：,刃脚框架作用的分配系数：,10.4.3,沉井刃脚受力计算,33,刃脚悬臂作用的分配系数： 刃脚框架作用的分配系数： 10.,1,）刃脚向外挠曲的内力计算,34,1）刃脚向外挠曲的内力计算 34,2,） 刃脚向内挠曲的内力计算,最不利情况是沉井已下沉至设计标高，刃脚下的土已挖空而尚未浇筑封底混凝土。将刃脚作为根部固定在井壁的悬臂梁，计算最大,的向内弯矩。,35,2） 刃脚向内挠曲的内力计算 最不利情况是沉井已,单孔矩形框架受力 单孔圆端形框架受力,3,）刃脚水平钢筋的计算,36,单孔矩形框架受力 单孔圆,双孔矩形沉井计算,37,双孔矩形沉井计算37,a,）双孔圆端形框架受力,b,）圆形沉井井壁的土压力,38,a）双孔圆端形框架受力 b）圆形沉井井壁的土压力,10.4.4,井壁受力计算,1,）井壁竖向拉应力验算,2,）井壁横向受力计算,当沉井沉至设计标高，刃脚下的土已控空而尚未封底，井壁承受最大的土压和水压时，按水平框架分析内力。,39,10.4.4 井壁受力计算1）井壁竖向拉应力验算 2）井壁横,（,a,）下有足够厚粘土层；,（,b,）待底板达到足够强度后方停止降水,。,沉井可干封底的情况,10.4.5,封底混凝土计算,40,（a）下有足够厚粘土层；10.4.5 封底混凝土计算40,水下封底混凝土的厚度计算,:,41,水下封底混凝土的厚度计算:41,本次课程小结：,1,沉井概念及应用,2,沉井的类型与构造,3,沉井的施工技术,陆地沉井施工工序：整平场地、制造第一节沉井、拆模及抽垫、挖土下沉第一节沉井、接高沉井、筑井顶围堰、地基检验和处理、封底、充填井孔及浇筑顶盖等。,4,、沉井的设计与计算： 包括沉井基础与沉井结构两方面的内容。,42,本次课程小结： 1沉井概念及应用42,地下连续墙是利用一定设备和机具，在稳定液（泥浆）护壁条件下，钻挖一段深槽，然后吊放钢筋笼入槽，浇注混凝土，筑成一段混凝土墙，再将每个墙段连接起来，而形成一种连续地下基础构筑物。,地下连续墙起源于欧洲，,1938,年，意大利米兰进行壁板式地下连续墙施工试验。,我国,1958,年在青岛月子口首次采用排桩式地下连续墙进行防渗。,近几年来，在我国城市高层建筑工程中大量采用地下连续墙技术做地下深基础或地下室外墙（兼支护结构）。,10.5.1 概述,10.5,地下连续墙,43,地下连续墙是利用一定设备和机具，在稳定液（泥浆,地下连续墙图片,44,地下连续墙图片44,（,1,）开挖单元槽段；挖至设计深度并清除沉渣；,（,2,）插入接头管，吊入钢筋笼；,（,3,）导管浇注混凝土；,（,4,）待混凝土初凝后拔出接头管；,（,5,）逐段施工。,1,）地下连续墙施工过程,45,（1）开挖单元槽段；挖至设计深度并清除沉渣；1）地下连续墙施,槽板式地下墙施工示意图,46,槽板式地下墙施工示意图46,壁板式地下连续墙施工图片,:,a,、修筑导墙,47,壁板式地下连续墙施工图片:a、修筑导墙47,b,、开挖单元槽段,48,b、开挖单元槽段48,b,、开挖单元槽段,49,b、开挖单元槽段49,c,、吊放接头管,50,c、吊放接头管50,制做钢筋笼,51,制做钢筋笼51,d,、吊放钢筋笼,52,d、吊放钢筋笼52,e,、浇筑混凝土,53,e、浇筑混凝土53,地下墙支护的基坑（兼作地下室外墙）,54,地下墙支护的基坑（兼作地下室外墙）54,（,1,）按成槽方法分：槽板式（也称壁板式）、桩排式、预制拼装式；,（,2,）按墙体材料分：,混凝土、钢筋混凝土、粘土混凝土等；,（,3,）按用途分：,临时挡土、防渗、承重，三合一墙；,（,4,）组合式地下连续墙：槽板式与桩排式组合在一起,。,2,）地下连续墙类型划分,55,（1）按成槽方法分：槽板式（也称壁板式）、桩排式、预制拼装式,3,）地下连续墙应用范围,（,1,）地下防渗墙：水利水电、污水处理、管道防渗等；,（,2,）地下承重结构物：各种基础、墙及支承桩等；,（,3,）挡土墙：高层建筑基坑支护、盾构、顶管、竖井围壁。,4,）地下连续墙特点,（,1,）应用范围广；,（,2,）防渗性好；,（,3,）对周围地基扰动小；,（,4,）施工难度大，排渣量大。,56,3）地下连续墙应用范围56,导墙的作用：,（,1,）是地下连续墙成槽机械的水平基准和深度测量基准；,（,2,）储存泥浆，稳定槽内泥浆液面；,（,3,）为挖槽起导向作用；,（,4,）防止槽口塌方；,（,5,）作为钢筋笼和导管搁置的支点。,5,）壁板式地下连续墙施工准备,57,导墙的作用：5）壁板式地下连续墙施工准备57,（,1,）回转套打一钻法：易偏离中心线，效率低；,（,2,）冲击钻成孔法：较硬地层，砾石层等；,（,3,）回转,冲击法：效率较高，地层适用范围广泛；,（,4,）冲抓成槽法：俗称“两钻一抓” 适用于各类土层；,（,5,）抓斗直接挖土成槽：效率高，但易偏离中心；,（,6,）多头钻、双轮铣、锯槽机、水力喷射等成槽法。,6,）常用的成槽方法,58,（1）回转套打一钻法：易偏离中心线，效率低；6）常用的成槽方,回转钻套打钻孔示意图,冲击钻成槽,索列丹斯冲击法,59,回转钻套打钻孔示意图冲击钻成槽 索列丹斯冲击法 59,回转,-,冲击法成槽示意图,60,回转-冲击法成槽示意图60,多头钻成槽法示意图,61,多头钻成槽法示意图61,双轮铣成槽,62,双轮铣成槽62,双轮铣成槽,63,双轮铣成槽63,双轮铣成槽,64,双轮铣成槽64,锯槽机,65,锯槽机65,（,1,）水力喷射系统可以水平移动，确保了破土断面的连续性，使破土效能得到充分发挥；,（,2,）采用泵吸反循环连续排，使破碎下来的土体得到及时清除，大幅度提高了成槽效率；,（,3,）槽壁保直、单元槽段连接技术设计合理，操作简便、安全可靠；,（,4,）成槽宽度及一次成槽长度允许范围内可调，适用地层条件广泛。,地下连续墙水力成槽新技术,单元槽段施工编号及间距,66,（1）水力喷射系统可以水平移动，确保了破土断面的连续性，使破,10.5.2,地下连续墙设计计算,1,）地下连续墙的破坏模式,（,1,）稳定性破坏：,地下连续墙的稳定性破坏有整体失稳（整体滑动、倾覆），基坑底隆起，管涌或流砂现象等。,（,2,）强度破坏：,地下连续墙强度破坏有支撑强度不足或压屈，墙体强度不足，墙体变形过大等，设计时应加以避免。,（,a,）整体失稳 （,b,）基坑底隆起 （,c,）管涌或流砂,地下连续墙的稳定性破坏形式,67,10.5.2 地下连续墙设计计算1）地下连续墙的破坏模式,2,）坑底土体的抗隆起计算,地下墙端部平面上土体平衡,墙体插入深度：,（,1,）地基以剪切破坏极限状态法,68,2）坑底土体的抗隆起计算地下墙端部平面上土体平衡 墙体插入深,（,2,）太沙基,-,皮克法,c,1,d,1,面上竖向荷载：,竖向荷载强度：,黏土地层的极限承载力：,抗隆起的安全系数：,69,（2）太沙基-皮克法c1d1面上竖向荷载： 竖向荷载强度：,滑裂面深度有限制时的太沙基法,当滑动面深度受限时：,70,滑裂面深度有限制时的太沙基法当滑动面深度受限时： 70,3,）坑底土体的抗管涌计算,太沙基法管涌破坏计算图式 极限水力梯度法管涌破坏计算图式,71,3）坑底土体的抗管涌计算太沙基法管涌破坏计算图式,4,）地下连续墙的土压力计算,主动区：,被动区：,72,4）地下连续墙的土压力计算主动区： 被动区： 72,5,）地下连续墙的静力计算,山肩邦男精确解计算简图,（,1,）山肩邦男法基本假定,支撑轴力、墙体的弯矩不随,基坑开挖过程变化的计算方法。,73,5）地下连续墙的静力计算山肩邦男精确解计算简图 （1）山肩邦,(2),改进的山肩邦男近似解法,74,(2) 改进的山肩邦男近似解法 74,75,75,76,76,（,2,）第一阶段开挖计算,开挖深度,6m,，单支撑,77,（2）第一阶段开挖计算 77,整理得：,78,整理得： 78,（,3,）第二阶段开挖计算 开挖深度,10m,，设两道支撑,79,（3）第二阶段开挖计算 开挖深度10m，设两道支撑 79,80,80,经计算可得四道支撑的轴力及墙体的弯矩：,四道支撑计算方法简图及内力分布情况,81,经计算可得四道支撑的轴力及墙体的弯矩： 四道支撑计算方法简图,逆作法施工程序：,（,1,）先构筑建筑物周边的地下连续墙及中间支撑柱；,（,2,）在 标高上浇注地下连续墙顶部圈梁和地下室顶板；,（,3,）地下、地上结构同时施工。,逆作法施工特点,:,（,1,）基础刚度大、变形小，对临建物影响小；,（,2,）节省大量支撑等钢材；,（,3,）大幅度缩短工期；,（,4,）施工安全可靠，不影响交通；,（,5,）作业难度、精度要求高，作业条件差。,10.5.3,地下连续墙逆作法技术,82,逆作法施工程序：逆作法施工特点:10.5.3 地下连续墙逆作,本次课小结：,地下连续墙是利用特殊的挖槽设备在地下构筑的连续墙体，常用于挡土、截水、防渗和承重等。,地下连续墙设计内容主要有坑底土体的隆起、坑底土体的管涌、土压力计算，单撑或多撑地下连续墙体的内力计算。,用于基坑支护的地下连续墙，常采用,m,法或山肩邦男法计算其所受的内力。,当采用地下墙作为多层地下结构物的外墙时，可采用“逆作法”施工技术，以减少工期，确保支护体系的安全性。,83,本次课小结： 地下连续墙是利用特殊的挖槽设备在地下构筑的,10.1,概述,10.2,沉井的构造,10.3,沉井作为整体深基础的设计与计算,10.4,沉井施工期的结构计算,10.5,地下连续墙,第,10,章 沉井基础与地下连续墙,84,10.1 概述第10章 沉井基础与地下连续墙1,10.1,概述,10.1.1,沉井的基本概念,沉井是井筒状结构物，它是以井内挖土，依靠自身重量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。,沉井结构由刃脚、井壁、隔墙、井孔、凹槽、封底及顶板等组成。,沉井下沉示意图 沉井基础,第,10,章 沉井基础与地下连续墙,85,10.1 概述10.1.1 沉井的基本概念,沉井的特点,:,埋置深度很大，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，又是挡土和挡水围堰结构物,.,缺点：施工期较长；粉细砂土井内抽水易发生流沙现象，造成沉井倾斜；遇到的大孤石、树干或井底岩层表面倾斜过大时，施工困难大。,沉井制作与下沉过程,86,沉井的特点: 埋置深度很大，整体性强、稳定性好，,10.1.2,沉井的应用与发展概况,（,1,）江河上的结构物：桥梁墩台基础、挡水坝；,（,2,）取水构筑物：取水泵房、污水泵站；,（,3,）重型结构物基础：烟囱、重型设备基础；,（,4,）地下工程：地下厂房、仓储库房；地下车道及矿用竖井；,（,5,）临近建筑物的深基础：,（,6,）地下工作井：盾构或顶管工作井、房屋纠偏工作井等。,87,10.1.2 沉井的应用与发展概况 （1）江河上的结构物：,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。,(,列世界第的美国费雷泽诺桥的沉井体积为,15,万立方米,),江阴长江公路大桥北锚沉井,88,沉井平面长69米，宽51米，下沉深度为58米，体积20.4万,10.1.3,沉井的分类,单孔沉井：圆形、正方形、矩形等；,单排孔沉井：矩形、长圆形、组合形等；,多排孔沉井：由内隔墙分成若干个井孔。,1,） 按沉井的平面形式分,89,10.1.3 沉井的分类单孔沉井：圆形、,双孔矩形沉井,90,双孔矩形沉井7,柱形,竖直式、台阶式（,阶梯形）、锥形。,竖直式,多阶梯形,刃脚阶梯形,正锥形,2,） 按沉井的竖向剖面形状分,91,柱形竖直式、台阶式（阶梯形）、锥形。竖直式多阶梯形刃脚,浮运沉井,筑岛现浇沉井,3,） 按沉井施工方法分,就地制造下沉的沉井；,浮运沉井： 在深水地区，筑岛困难，或有碍通航，在岸边制作沉井,拖运到设计位置后整体下沉。,中心岛式下沉沉井。,气压沉箱。,92,浮运沉井筑岛现浇沉井3） 按沉井施工方法分 就,4,） 按沉井的建筑材料分,（,1,）混凝土沉井,（,2,）钢筋混凝土沉井,（,3,）竹筋混凝土沉井,（,4,）钢丝网水泥沉井,（,5,）钢沉井,93,4） 按沉井的建筑材料分 （1）混凝土沉井10,钢筋混凝土沉井主要由刃脚、井壁、隔墙与底梁、凹槽、封底与底板、顶盖、井孔、射水管或探测管等组成。,10.2,沉井的基本构造,94,钢筋混凝土沉井主要由刃脚、井壁、隔墙与底梁、凹槽,10.2.1,井壁,井壁必须具有足够的强度和一定的厚度，以承受在下沉过程中各种最不利荷载组合（水土压力）所产生的内力。,设计时先假定井壁厚度，再进行强度验算，井壁厚度一般为,0.4,1.5m,（薄壁沉井不受此限制），混凝土,C20,以上。,底节沉井井孔下端靠近刃脚处要设置凹槽（或凸榫）。,a,）普通凹槽,b,）凸榫凹槽,c,）沉箱用凹槽,d,）不设凹槽,95,10.2.1 井壁 井壁必须具有足够的强度和一定的厚度，,a,混凝土刃脚；,b,设角钢的刃脚；,c,尖刃脚,10.2.2,刃脚,刃脚底面（踏面）宽度,0.1,0.3m,，软土层可适当放宽。,下沉深度大，土质较硬，刃脚底面以型钢,(,角钢或槽钢,),加强。,96,a混凝土刃脚； b设角钢的刃脚； c,10.2.3,内隔墙,内隔墙主要作用是加强沉井在下沉过程中的整体刚度，减少井壁受力计算跨度，减少挠曲应力，并分成多个井孔有利于控制沉井下沉方向和纠偏作业。,内隔墙间距,5,6m,，厚度,0.5,1.2m,，隔墙底面应高出刃脚踏面,0.5m,以上；可在刃脚与隔墙连结处设置肋埂。,某些沉井，不能设置内隔墙时，可在沉井底部增设底梁。,10.2.4,封底和顶盖,沉井沉至设计标高后，便可浇筑封底混凝土。如井孔中不填料或仅填以砂砾，则须在沉井顶面浇筑钢筋混凝土盖板。,封底混凝土厚度不小于井孔最小边长,1.5,倍。封底混凝土顶面应高出刃脚根部不小于,0.5m,，并浇灌到凹槽上端。,97,10.2.3 内隔墙 内隔墙主要作用是加强沉井在下沉过程,沉箱作业室,遇到意外困难，可在凹槽处浇筑钢筋混凝土底板，将沉井改为沉箱。,98,沉箱作业室遇到意外困难，可在凹槽处浇筑钢筋混凝土底板，将沉井,a),制作第一节沉井；,b,）抽垫木、挖土下沉；,c,）沉井接高下沉；,d),封底,1-,井壁；,2-,凹槽；,3-,刃脚；,4-,承垫木；,5-,素混凝土封底,沉井施工顺序图,99,a)制作第一节沉井；b）抽垫木、挖土下沉；c）沉井接高下沉；,圆形沉井垫木的铺设,沉井刃脚立模,1-,内模；,2-,外模；立柱；,4-,角钢；,5-,垫木；,6-,砂垫层,100,圆形沉井垫木的铺设 沉井刃脚立模1-内模；2-外模；立柱；4,沉井的封底：,地基经检验及处理合乎要求后，应立即进行封底。,常用封底方法：干封法、水下导管灌注法 、压浆法等三种。,压浆法工艺,施工工艺流程：,铺设基底水泥袋；,插入注浆管；,填碎石料；,注浆。,压浆法技术：,101,沉井的封底： 地基经检验及处理合乎要求后，应立即进行封底。压,泥浆润滑套射口挡板与内管法压浆管,外管法压浆管构造,102,泥浆润滑套射口挡板与内管法压浆管 外管法压浆管构造 19,10.3 沉井作为整体深基础的设计与计算,10.3.1,计算基本假定,地基土作为弹性变形介质，地基系数随深度成正比例增加，即,C=mz,；,不考虑基础与土之间的粘聚力和摩阻力；,沉井基础的刚度与土的刚度之比可认为是无限大。,103,10.3 沉井作为整体深基础的设计与计算10.3.1 计算,10.3.2,非岩石地基上沉井基础计算,（,a,） （,b,）,荷载作用情况 水平及竖向荷载作用下的应力分布,104,10.3.2 非岩石地基上沉井基础计算（a）,105,22,A,0,为基础底面积。离地面或最大冲刷线以下,Z,深度处基础截面上的弯矩为：,106,A0为基础底面积。离地面或最大冲刷线以下Z 深度处基础截,10.3.3,嵌入基岩内的沉井基础计算,水平力作用下应力分布,基底嵌入基岩内，在水平力和竖直偏心荷载作用下,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。,107,10.3.3 嵌入基岩内的沉井基础计算 水平力作用下应力分,10.3.4,墩台顶面的水平位移计算,支承在岩石地基上的墩台顶面水平位移为：,或写成：,108,10.3.4 墩台顶面的水平位移计算支承在岩石地基上的墩台顶,109,26,10.3.5,有关验算,（,1,）基底应力验算,（,2,）横向抗力验算,110,10.3.5 有关验算 （1）基底应力验算 （2）横向抗力验,（,3,）墩台顶面水平位移验算,对于桥梁墩台，需要检验由于地基变形和墩台身的弹性水平变形所产生的墩台顶面的弹性水平位移。,（,cm,）,111,（3）墩台顶面水平位移验算 对于桥梁墩台，需要检验由于,沉井下沉时受力分析 沉井外壁的摩阻力分布,1,）下沉系数计算,10.4,沉井施工期的结构计算,10.4.1,沉井自重下沉验算,112,沉井下沉时受力分析 沉井外壁,沉井井壁与土体之间的摩阻力,f,分布形式,113,沉井井壁与土体之间的摩阻力 f 分布形式30,2,）下沉稳定系数计算,3,）抗浮安全系数计算,当沉井已沉至设计标高，并已完成封底及抽出井内积水，而内部结构和设备尚未安装，应按可能出现的最高水位验算沉井的抗浮稳定问题。,114,2）下沉稳定系数计算 3）抗浮安全系数计算 当沉,第一节沉井支承点布置示意,10.4.2,底节沉井的竖向挠曲计算,简支梁法：,115,第一节沉井支承点布置示意10.4.2 底节沉井的竖向挠曲计算,刃脚悬臂作用的分配系数：,刃脚框架作用的分配系数：,10.4.3,沉井刃脚受力计算,116,刃脚悬臂作用的分配系数： 刃脚框架作用的分配系数： 10.,1,）刃脚向外挠曲的内力计算,117,1）刃脚向外挠曲的内力计算 34,2,） 刃脚向内挠曲的内力计算,最不利情况是沉井已下沉至设计标高，刃脚下的土已挖空而尚未浇筑封底混凝土。将刃脚作为根部固定在井壁的悬臂梁，计算最大,的向内弯矩。,118,2） 刃脚向内挠曲的内力计算 最不利情况是沉井已,单孔矩形框架受力 单孔圆端形框架受力,3,）刃脚水平钢筋的计算,119,单孔矩形框架受力 单孔圆,双孔矩形沉井计算,120,双孔矩形沉井计算37,a,）双孔圆端形框架受力,b,）圆形沉井井壁的土压力,121,a）双孔圆端形框架受力 b）圆形沉井井壁的土压力,10.4.4,井壁受力计算,1,）井壁竖向拉应力验算,2,）井壁横向受力计算,当沉井沉至设计标高，刃脚下的土已控空而尚未封底，井壁承受最大的土压和水压时，按水平框架分析内力。,122,10.4.4 井壁受力计算1）井壁竖向拉应力验算 2）井壁横,（,a,）下有足够厚粘土层；,（,b,）待底板达到足够强度后方停止降水,。,沉井可干封底的情况,10.4.5,封底混凝土计算,123,（a）下有足够厚粘土层；10.4.5 封底混凝土计算40,水下封底混凝土的厚度计算,:,124,水下封底混凝土的厚度计算:41,本次课程小结：,1,沉井概念及应用,2,沉井的类型与构造,3,沉井的施工技术,陆地沉井施工工序：整平场地、制造第一节沉井、拆模及抽垫、挖土下沉第一节沉井、接高沉井、筑井顶围堰、地基检验和处理、封底、充填井孔及浇筑顶盖等。,4,、沉井的设计与计算： 包括沉井基础与沉井结构两方面的内容。,125,本次课程小结： 1沉井概念及应用42,地下连续墙是利用一定设备和机具，在稳定液（泥浆）护壁条件下，钻挖一段深槽，然后吊放钢筋笼入槽，浇注混凝土，筑成一段混凝土墙，再将每个墙段连接起来，而形成一种连续地下基础构筑物。,地下连续墙起源于欧洲，,1938,年，意大利米兰进行壁板式地下连续墙施工试验。,我国,1958,年在青岛月子口首次采用排桩式地下连续墙进行防渗。,近几年来，在我国城市高层建筑工程中大量采用地下连续墙技术做地下深基础或地下室外墙（兼支护结构）。,10.5.1 概述,10.5,地下连续墙,126,地下连续墙是利用一定设备和机具，在稳定液（泥浆,地下连续墙图片,127,地下连续墙图片44,（,1,）开挖单元槽段；挖至设计深度并清除沉渣；,（,2,）插入接头管，吊入钢筋笼；,（,3,）导管浇注混凝土；,（,4,）待混凝土初凝后拔出接头管；,（,5,）逐段施工。,1,）地下连续墙施工过程,128,（1）开挖单元槽段；挖至设计深度并清除沉渣；1）地下连续墙施,槽板式地下墙施工示意图,129,槽板式地下墙施工示意图46,壁板式地下连续墙施工图片,:,a,、修筑导墙,130,壁板式地下连续墙施工图片:a、修筑导墙47,b,、开挖单元槽段,131,b、开挖单元槽段48,b,、开挖单元槽段,132,b、开挖单元槽段49,c,、吊放接头管,133,c、吊放接头管50,制做钢筋笼,134,制做钢筋笼51,d,、吊放钢筋笼,135,d、吊放钢筋笼52,e,、浇筑混凝土,136,e、浇筑混凝土53,地下墙支护的基坑（兼作地下室外墙）,137,地下墙支护的基坑（兼作地下室外墙）54,（,1,）按成槽方法分：槽板式（也称壁板式）、桩排式、预制拼装式；,（,2,）按墙体材料分：,混凝土、钢筋混凝土、粘土混凝土等；,（,3,）按用途分：,临时挡土、防渗、承重，三合一墙；,（,4,）组合式地下连续墙：槽板式与桩排式组合在一起,。,2,）地下连续墙类型划分,138,（1）按成槽方法分：槽板式（也称壁板式）、桩排式、预制拼装式,3,）地下连续墙应用范围,（,1,）地下防渗墙：水利水电、污水处理、管道防渗等；,（,2,）地下承重结构物：各种基础、墙及支承桩等；,（,3,）挡土墙：高层建筑基坑支护、盾构、顶管、竖井围壁。,4,）地下连续墙特点,（,1,）应用范围广；,（,2,）防渗性好；,（,3,）对周围地基扰动小；,（,4,）施工难度大，排渣量大。,139,3）地下连续墙应用范围56,导墙的作用：,（,1,）是地下连续墙成槽机械的水平基准和深度测量基准；,（,2,）储存泥浆，稳定槽内泥浆液面；,（,3,）为挖槽起导向作用；,（,4,）防止槽口塌方；,（,5,）作为钢筋笼和导管搁置的支点。,5,）壁板式地下连续墙施工准备,140,导墙的作用：5）壁板式地下连续墙施工准备57,（,1,）回转套打一钻法：易偏离中心线，效率低；,（,2,）冲击钻成孔法：较硬地层，砾石层等；,（,3,）回转,冲击法：效率较高，地层适用范围广泛；,（,4,）冲抓成槽法：俗称“两钻一抓” 适用于各类土层；,（,5,）抓斗直接挖土成槽：效率高，但易偏离中心；,（,6,）多头钻、双轮铣、锯槽机、水力喷射等成槽法。,6,）常用的成槽方法,141,（1）回转套打一钻法：易偏离中心线，效率低；6）常用的成槽方,回转钻套打钻孔示意图,冲击钻成槽,索列丹斯冲击法,142,回转钻套打钻孔示意图冲击钻成槽 索列丹斯冲击法 59,回转,-,冲击法成槽示意图,143,回转-冲击法成槽示意图60,多头钻成槽法示意图,144,多头钻成槽法示意图61,双轮铣成槽,145,双轮铣成槽62,双轮铣成槽,146,双轮铣成槽63,双轮铣成槽,147,双轮铣成槽64,锯槽机,148,锯槽机65,（,1,）水力喷射系统可以水平移动，确保了破土断面的连续性，使破土效能得到充分发挥；,（,2,）采用泵吸反循环连续排，使破碎下来的土体得到及时清除，大幅度提高了成槽效率；,（,3,）槽壁保直、单元槽段连接技术设计合理，操作简便、安全可靠；,（,4,）成槽宽度及一次成槽长度允许范围内可调，适用地层条件广泛。,地下连续墙水力成槽新技术,单元槽段施工编号及间距,149,（1）水力喷射系统可以水平移动，确保了破土断面的连续性，使破,10.5.2,地下连续墙设计计算,1,）地下连续墙的破坏模式,（,1,）稳定性破坏：,地下连续墙的稳定性破坏有整体失稳（整体滑动、倾覆），基坑底隆起，管涌或流砂现象等。,（,2,）强度破坏：,地下连续墙强度破坏有支撑强度不足或压屈，墙体强度不足，墙体变形过大等，设计时应加以避免。,（,a,）整体失稳 （,b,）基坑底隆起 （,c,）管涌或流砂,地下连续墙的稳定性破坏形式,150,10.5.2 地下连续墙设计计算1）地下连续墙的破坏模式,2,）坑底土体的抗隆起计算,地下墙端部平面上土体平衡,墙体插入深度：,（,1,）地基以剪切破坏极限状态法,151,2）坑底土体的抗隆起计算地下墙端部平面上土体平衡 墙体插入深,（,2,）太沙基,-,皮克法,c,1,d,1,面上竖向荷载：,竖向荷载强度：,黏土地层的极限承载力：,抗隆起的安全系数：,152,（2）太沙基-皮克法c1d1面上竖向荷载： 竖向荷载强度：,滑裂面深度有限制时的太沙基法,当滑动面深度受限时：,153,滑裂面深度有限制时的太沙基法当滑动面深度受限时： 70,3,）坑底土体的抗管涌计算,太沙基法管涌破坏计算图式 极限水力梯度法管涌破坏计算图式,154,3）坑底土体的抗管涌计算太沙基法管涌破坏计算图式,4,）地下连续墙的土压力计算,主动区：,被动区：,155,4）地下连续墙的土压力计算主动区： 被动区： 72,5,）地下连续墙的静力计算,山肩邦男精确解计算简图,（,1,）山肩邦男法基本假定,支撑轴力、墙体的弯矩不随,基坑开挖过程变化的计算方法。,156,5）地下连续墙的静力计算山肩邦男精确解计算简图 （1）山肩邦,(2),改进的山肩邦男近似解法,157,(2) 改进的山肩邦男近似解法 74,158,75,159,76,（,2,）第一阶段开挖计算,开挖深度,6m,，单支撑,160,（2）第一阶段开挖计算 77,整理得：,161,整理得： 78,（,3,）第二阶段开挖计算 开挖深度,10m,，设两道支撑,162,（3）第二阶段开挖计算 开挖深度10m，设两道支撑 79,163,80,经计算可得四道支撑的轴力及墙体的弯矩：,四道支撑计算方法简图及内力分布情况,164,经计算可得四道支撑的轴力及墙体的弯矩： 四道支撑计算方法简图,逆作法施工程序：,（,1,）先构筑建筑物周边的地下连续墙及中间支撑柱；,（,2,）在 标高上浇注地下连续墙顶部圈梁和地下室顶板；,（,3,）地下、地上结构同时施工。,逆作法施工特点,:,（,1,）基础刚度大、变形小，对临建物影响小；,（,2,）节省大量支撑等钢材；,（,3,）大幅度缩短工期；,（,4,）施工安全可靠，不影响交通；,（,5,）作业难度、精度要求高，作业条件差。,10.5.3,地下连续墙逆作法技术,165,逆作法施工程序：逆作法施工特点:10.5.3 地下连续墙逆作,本次课小结：,地下连续墙是利用特殊的挖槽设备在地下构筑的连续墙体，常用于挡土、截水、防渗和承重等。,地下连续墙设计内容主要有坑底土体的隆起、坑底土体的管涌、土压力计算，单撑或多撑地下连续墙体的内力计算。,用于基坑支护的地下连续墙，常采用,m,法或山肩邦男法计算其所受的内力。,当采用地下墙作为多层地下结构物的外墙时，可采用“逆作法”施工技术，以减少工期，确保支护体系的安全性。,166,本次课小结： 地下连续墙是利用特殊的挖槽设备在地下构筑的,