lecture4沉井基础

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,浙江工业大学建筑工程学院,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,地 下 工 程 设 计 原 理,第,4,讲 沉井基础,主讲教师：胡敏云,主要内容,什么是沉井,沉井施工工艺,沉井的构造,沉井结构的设计计算,一、什么是沉井,(Sunk Shaft Foundation,，,Sunk well Foundation),沉井基础是以沉井法施工的地下结构物和深基础的一种型式。,特点：将位于地下一定深度的建筑物或建筑物基础，先在地表制作成一个井筒状的结构物,(,沉井,),，然后在井壁的围护下通过从井内不断挖土，使沉井在自重作用下逐渐下沉，达到预定设计标高后，再进行封底，构筑内部结构。,适用于：建筑物和构筑物的深基础、地下室、蓄水池、设备深基础、桥墩等工程。,沉井制作,沉井安装和下沉,沉井施工,沉井的分类,沉井平面尺寸及其形状与高度，应根据墩台的底面尺寸、地基承载力及施工要求确定。力求结构简单对称，受力合理，施工方便。,分类依据,类型名称,说 明,制作材料,混凝土、钢筋混凝土、钢、砖、石,应用最多的则为钢筋混凝土沉井,横断面形状,圆形、方形、矩形、椭圆形、多边形及多孔井字形,圆形、矩形应用最多,竖向剖面形状,圆柱形、阶梯形及锥形,一般为圆柱形,减阻方法,泥浆沉井、气囊沉井、卵石沉井、振动沉井、多级沉井,最常用的是泥浆沉井，经济适用、,简单方便,与地下水土压力平衡的方法,普通沉井、淹水沉井、沉箱沉井、冻结沉井,普通沉井、淹水沉井较为常用,井内是否有水,不淹水沉井、淹水沉井,（,a,）圆形单孔,（,b,）方形单孔,（,c,）矩形单孔,（,d,）矩形双孔,（,e,）椭圆形双孔,（,f,）矩形多孔,沉井平面图,沉井剖面图,（,a,）圆柱形 （,b,）外壁单阶形（,c,）内壁多阶形（,d,）外壁多阶形,主要内容,什么是沉井,沉井施工工艺,沉井的构造,沉井结构的设计计算,沉井施工工艺,场地平整，铺垫木、制作底节沉井,拆模，刃脚下一边填塞砂、一边对称抽拔出垫木,均匀开挖下沉沉井，底节沉井下沉完毕,建筑第二节沉井，继续开挖下沉并接筑下一节井壁,下沉至设计标高，清基,沉井封底处理,施工井内设计和封顶等,不淹水沉井,不淹水沉井，是指在沉井施工时，井筒内不充水，与普通法一样的挖土和出土，只是井壁结构和减阻方法的不同，如普通沉井、多级沉井、振动沉井、壁后河卵石沉井、壁后触变泥浆沉井、冻结沉井等。大多采用人工挖掘，吊桶提升，自重（或加载）下沉。,除普通沉井与多级沉井外，其它形式的沉井壁后均置放减阻介质。不淹水沉井工艺较简单，易于操作，需用设备少，工期较短，成本低。通常井筒涌水量在,30m,3,/h,左右、无承压水，流砂层厚度小于,1.0m,又无细粉砂层，而且下沉较浅的沉井，可以因地制宜地采用不淹水沉井法施工。,（,a,）多级沉井 （,b,）振动沉井 （,c,）卵石沉井,不淹水沉井的部分类型,淹水沉井,淹水沉井比较通用的是壁后泥浆和壁后压气沉井。壁后压气沉井也叫气囊沉井，效果良好，但工艺技术复杂，压气消耗量很大，成本较高，故基本不用。壁后充填泥浆法简单、方便，最为常用。,壁后充填泥浆法基本原理：在沉井井筒内灌满水，保持井内外的水压平衡，防止从刃脚处涌砂冒泥及地表塌陷；以预先做好的套井为支撑圈来防止和纠正沉井过程中的偏斜；在井筒外壁的环形空间内灌注触变泥浆，以隔离井壁与土层，减少沉井侧面阻力；靠井壁自重，使刃脚插入土中，经水下破土、排矸克服正面阻力使井壁下沉；边下沉，边纠偏，边在井口接长井壁，直至井筒全部穿过冲积层，使沉井刃脚坐落于基岩上；在封底、固井之后，转入基岩段普通方法施工。,抓斗掘进,。靠抓斗自重向下的冲击力来破坏土层结构，靠抓斗的提升闭合抓取泥土并将土提出井外。抓斗既是掘进设备又是出土设备。抓斗掘进工艺简单，耗电小，在,30m,左右的浅井中可作为主要的掘提设备。,钻机掘进,。常用的钻机有冲击钻和旋转钻。冲击钻是靠钻头自重往复冲击破坏岩土而完成掘进工作。钻头的大小可为局部冲击或全断面冲击，冲击后用水枪冲刷工作面，与压气结合排矸。旋转钻机是靠钻头上的刀齿作圆周运动将土层挤切成泥沙或碎块，用压气排液器将其排出井外。旋转钻机连续破土，效率高，适用于各种地层，是淹水沉井中使用较好、较广的破土机具。,水枪破土,。水枪掘进是目前我国沉井掘进的主要方式。它是利用高压水射流冲刷切割工作面的土层，将其搅动成泥浆后，由压气排液器排出地面而完成掘进工作。这种掘进方式设备少，工艺简单、易于制作、操作和维护方便。水枪掘进系统包括高压水泵、供水管路、和水枪三部分。水枪喷嘴、直管、弯管和稳流器组成。,淹水沉井掘进出矸方法,泥浆淹水沉井示意图,旋转式钻机掘进,沉井法是适用于不稳定含水地层中建造竖井的一种特殊施工方法。其实质是：在设计的井筒位置上，地面预制好底部带有刃脚的一段井筒，并在其掩护下，然后在井内不断挖土，借助筒体自重而逐步下沉，随着井筒的下沉，在地面相应接长井壁，下沉到预定设计标高后，进行封底。,沉井法具有工艺简单，需用设备少，易于操作，成本较低和劳动条件好等优点，因而在地下工业厂房、大型设备基础、地下仓,(,油,),库、人防掩蔽所、盾构拼装井、船坞坞首、桥梁墩台基础、取水构筑物、污水泵站、矿用竖井、地下车道与车站、地下建,(,构,),筑物的围壁、大型深埋基础等等广泛应用。,讨 论,思考：沉井的关键技术是什么？施工中要解决的关键问题有哪些,?,（,1,）防偏措施：,设置导向装置,：在套井与沉井之间的环形空间内要安设沉井的导向装置。,均匀掘进,：根据不同的表土性质和工作面的高低状况，采用不同的掘进深度与顺序。,防止突沉,：,（,2,）纠偏措施：,是借助于作用在沉井井筒偏低一侧的外力来扶正井筒的工作。“动中纠偏”,顶柱法,：用木材或钢管柱子以一定角度顶住沉井偏低一侧，在下沉过程中给井筒施加一水平推力,。,液压千斤顶法：,利用液压千斤顶推动活塞顶住沉井偏低一侧进行纠偏。,偏挖掘法：,利用改装后的特殊掘进设备挖除保留在沉井底部高侧的偏土台，有利于纠正沉井的偏斜。,不同方位喷气：,利用预留在井壁内的环形管，在下沉慢的一侧喷气，另一侧不喷气，造成沉井井筒高低两侧阻力不对称，有助于沉井偏斜纠正。,井壁防偏与纠偏,木导向装置,滚轮导向装置,木顶柱,钢管顶柱,沉井下沉工艺,吸泥不排水沉井法,适用于穿过较厚的亚砂土和粉砂土地层，且含水量大,(30%40%),，或附近水源补给丰富，沉井下面的土层不稳定，容易出现流砂或涌土的土层地段。,排水下沉沉井法,适用于场地面积较大，土质好，地下水位较低的情况。,泥浆润滑套沉井法,空气幕助沉法,新工艺方法,主要内容,什么是沉井,沉井施工工艺,沉井的构造,沉井结构的设计计算,沉井主要由刃角、井壁、内隔墙、取土井、凹槽、封底、顶板等部分组成。,沉井结构,刃角位于沉井井筒的最下端，可为沉井井筒定向。,刃角用锋利的刀尖切入土层，破坏原状土的结构，有利于克服沉井的正面阻力。一般情况下，刃角外壁的直径略大于井筒直径，下沉后在井筒外形成一个环形空间，便于放置减少侧面摩阻力的介质，以达到加大沉井下沉深度的目的。,沉井刃脚的结构具有足够的强度，准确的尺寸和光滑的表面，以保证沉井在整个下沉过程中不致遭到破坏或者阻力增加。,刃角：,刃角的形状：,（,a,）刃脚基本形状,（,b,）锐角式,（,c,）踏面式,（,d,）钝角式,图中,为台阶的宽度，一般为,200,300mm,，,为刃脚的角度，一般为,25,35,，,H,为刃脚的高度，一般为,3.0m,左右，过高则阻力增大，过低则易流失泥浆，而且也不够稳定。刃脚尖形式常用的有,锐尖、踏面和钝尖,三种。锐尖其夹角一般小于,25,，刃尖锋利易切入土层，下沉阻力较小，但其强度有限，不适用于砾卵石等地层，通常采用的较少；踏面刀脚稳定性好，但是下沉时阻力较大，适用于松散且无坚硬障碍物的冲积层；钝尖刀脚结构较合理，强度较大，适用于各种冲积地层，其夹角通常为,30,。,刃角的构造：,国内沉井常用的刃脚主要有钢结构刃脚和钢靴刃脚。,钢靴刃脚,是在刃脚钢筋骨架下部，焊接上由钢板与钢轨组装而成的钢靴刃尖，然后浇灌混凝土而成。这种刃脚有一定强度，可节省钢材。缺点是浇灌混凝土时立模较困难，且容易变位，影响刃脚的规格质量。,钢结构刃脚,的骨架用两排角钢或者轻型钢轨焊接组成，骨架内外均用,10,12mm,厚的钢板围包焊牢，浇灌混凝土后即成。钢结构刃脚强度大，整体性能好，组装安放不易变形，便于浇灌混凝土不需要安设模板，施工规格与质量能够得到保证，缺点是耗费钢材较多。,钢结构刃脚,圆钢尖钢靴刃脚,钢轨尖,钢靴刃脚,沉井井壁是设计井筒的,永久井壁,，其结构型式应该根据具体工程的需要来确定。,沉井井壁按,材料,一般有现浇钢筋混凝土井壁、预制钢筋混凝土井壁、大型砌块、钢和铸铁井壁等结构。后两种井壁规格质量好，强度大，便于施工，但消耗钢材多，价格昂贵。,我国目前多使用整体现浇钢筋混凝土井壁，井壁内布置,双层钢筋,。,沉井井壁与一般井壁不同，其,受力状况较,复杂。沉井井壁厚度应该根据下沉能力和强度核算综合来定,。,井壁：,钢筋混凝土沉井井壁图,1-,钢靴；,2-,刃脚；,3-,竖向钢筋；,4-,环向钢筋；,5-,径向联系筋；,6-,触变泥浆竖向输浆管；,7,、,9-,第,2,、,1,层出浆管；,8,、,10-,第,2,、,1,层环向配液管；,11-,刃脚台阶；,12-,预埋吊挂钢筋,（,1,）水下浇注封底止水垫：目的是为了防止在排除井内淹水时发生涌砂冒泥事故，同时也为工作面预注浆、继续下掘井筒创造有利的条件。,抛石注浆法,：,垂直导管法,：,（,2,）联结套井与沉井上部井壁：,（,3,）井筒壁后注浆：为了加强土层和井壁的固结，隔离含水层的水力联系，需要充填井壁与井帮之间的间隙。,（,4,）砌筑沉井刃角基座：就是按照井筒直径补平、加固刃角，使沉井与下部井壁联结成为整体井筒结构，以增强井筒稳固性。刃脚基座有单锥和双锥两种形式,。,封底与固井,沉井井筒下沉至设计深度后，虽停止了掘进和下沉的工作，但就整个沉井施工来说并未结束，还需要进行封底与固井工作。,抛石注浆法,垂直导管法,沉井结构,在沉井施工之前，为了定位、组装沉井的刃脚与一段井壁，预先要在沉井位置的四周，做好一个有一定深度、直径略大于沉井的井筒，通常称之为,套井,。套井的作用在于防止沉井在下沉过程中井壁外围土层的坍塌，为井架与井口建筑物保持一个完整的地基基础，利用套井作为安设沉井导向设施、纠正偏斜或者加压下沉没施的基础。套井与沉井间的环形空间，可以作为触变泥浆的储浆槽，或者壁后压气的出气口。为此，要求套井要有一定的深度和强度以及较大的稳定性。,套井较浅，其结构强度一般较沉井井壁小，因此，在安装导向装置与纠偏机具的套井部位，应适当加强，一般均布置双层钢筋或适当加大壁厚，以便为井壁下沉创造一个可靠的防偏与纠偏基础。,沉井的结构除了刃角、井壁结构等，有时还包括套井。,套井：,主要内容,什么是沉井,沉井施工工艺,沉井的构造,沉井结构的设计计算,（,沉井在施工过程中的有关计算）,下沉系数计算,沉井底节验算,沉井井壁计算,沉井刃角计算,沉井封底计算,沉井抗浮稳定验算,沉井下沉对周围环境的影响,下沉系数计算,稳定系数,保证沉井首次接高期间的稳定性,G,：沉井自重；,G,：施工荷载，按沉井表面,0.2t/m,2,进行计算；,N,w,：水的浮力；,R,1,：接高期间，沉井刃脚踏面及斜面下土的支承力；,R,2,：接高期间，沉井隔墙下土的支承力。,沉井底节验算,按施工中的情况确定受力计算简图，采用钢筋混凝土结构设计方法验算截面和配筋。,沉井井壁计算,竖直方向,水平方向,沉井刃角计算,竖向挠曲（悬臂构件）水平向挠曲（水平框架）,沉井封底计算,干封底,水下封底,沉井下沉对周围环境的影响,增大沉井的下沉系数,，在软土中下沉沉井时，可使沉井刃脚插入土中,0.53.0 m,，以阻止土体从井外向井内涌人。,在粉细砂土层中