沉井法施工演示完整版讲解课件.ppt

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1、东南大学远程教育,地,下,结,构,工,程,主讲教师,：,穆保岗,第,08,章,第,8,章,沉井基础,?,8.1,概述,?,8.1.1,沉井基础的特点及其应用范围,?,是以,沉井法施工的地下结构物和深基础,的一种,型式。,?,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。,?,广泛应用于,桥梁、烟囱、水塔,的基础；,?,水泵房、地下油库、水池竖井等深井构,筑物和盾构或顶管的,工作井,。,?,技术上,比较稳妥可靠，挖土量少，对邻,近建筑物的影响比较小，,沉井基础

2、埋置,较深,，稳定性好，能支承较大的荷载。,8.1.2,沉井的分类,?,（,1,）按,下沉环境,可分为陆地沉井（包括在浅,水中先筑岛制作的沉井）和浮运沉井；,?,（,2,）按,沉井构造形式,可分为独立沉井和连续,沉井,；,?,（,3,）按,沉井平面形式,可分为圆形、椭圆形、,正方形、矩形和多边形等；也可分为单孔和多,孔沉井（见图,8-1,）；,?,（,4,）按,沉井制作材料,可分为混凝土、钢筋混,凝土、钢、砖、石以及组合式沉井等。,沉井按平面形式分类,?,a,圆形单孔沉井；,b,正方形单孔沉井；,c,矩形单孔沉井；,?,d,矩形双孔沉井；,e,椭圆形双孔沉井；,f,矩形多孔沉井,8.1.3,沉

3、井的设计原则,?,结构,简单对称，,受力,合理，,施工,方便。,?,沉井的,长短边之比,越小越好，以保证下沉,时的稳定性。,?,一般沉井应,分节制作,，每节高度不宜大于,5m,。,?,沉井底节高度,应满足拆除支承时沉井纵向,抗弯要求之外，在松软土层中下沉的沉井，,底节高度不宜大于,0.8,b,。,8.1.4,沉井的施工步骤,沉井施工步骤示意图,8.2,沉井构造,?,沉井组成：,?,刃脚、,?,井壁、,?,内隔墙、,?,取土井、,?,凹槽、,?,封底、,?,顶板,1,）沉井,刃脚,：,作用在于减少沉井下沉阻力,a,混凝土刃脚；,b,设角钢的刃脚；,c,尖刃脚,2,）,井壁,主要承担井外水土压力和

4、自重的部分,?,设计时通常,先假定井壁,厚度再进行,承载力验算,；,?,井壁厚度,?,一般为,0.81.5m,；,?,?,a,）、（,b,）竖直的；（,c,）、（,d,）台阶形的；,?,（,e,）锥形的；（,f,）倒锥形的,?,图,8-5,沉井外壁的形式,3,）,内隔墙,?,加强沉井刚度,、缩小外壁计算跨度，同时又,将沉井分成多个取土井，便于掌握挖土位置,以控制下沉的方向,；,?,内隔墙的间距一般不大于,56m,，厚度一般,为,0.51.0m,。,?,一般要求隔墙底高出刃脚底面,0.51.0m,。,4,）,取土井,?,位置：取土井的平面布置应与中轴线对,称，以利于沉井均匀下沉；,?,大小：由取

5、土方法而定，采用挖土斗取,土时，应能使挖土斗自由升降，最小边,长不宜小于,2.5m,。,?,处理：,以素混凝土、片石混凝土或砌片,填充。,5,）凹槽,?,为了,封底混凝土嵌入井壁，形成整体,，使,传至沉井壁上的力能更好地传递给封底混,凝土底面。,?,遇到意外,困难，还可在凹槽处浇筑钢筋混,凝土盖板，将沉井改为沉箱。,?,尺寸：凹槽深约,0.150.25m,，高约,1.0m,左,右，其距刃脚底面一般在,1.5m,以上。,6,）射水管组、探测管、气管,和压浆管,?,射水管组,：压入高压水把井壁四周的土,冲松，以减少摩擦力和端部阻力。,?,高压水水压一般不小于,0.6MPa,，每一水,管的排水量不小

6、于,200L/min,；,?,探测管：,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,；,?,气管：,空气幕下沉沉井,；,?,压浆管：,埋设压浆管,7,）封底,?,渗水率,小于,6mm/min,时，排干水后用,C15,或,C20,普通混凝土浇筑；,?,当井中的渗水率大于,6mm/min,时，宜采用,导管法浇注,C20,级水下混凝土封底。,?,厚度按其承载力条件计算确定，一般其顶,面应高出凹槽,0.5m,。,8,）顶板,?,以混凝土,填心,的沉井可用素混凝土顶板；,?,空心,或以其他松散料填心的沉井需用钢筋混,凝土顶板，厚度一般为,1.02.0m,；,?,排水下沉的沉井,

7、，其顶面在地面或水位以下,时，应设挡土防水墙连接在井壁的顶部。,8.3,沉井结构设计计算,?,8.3.1,下沉系数,计算,?,验算沉井自重是否能克服下沉时土的摩,阻力,，用下沉系数,k,表示,：,25,.,1,15,.,1,/,?,?,R,G,k,?,i,i,i,R,f,u,h,?,?,?,表,8-1,沉井井壁与土体之间的摩阻力,f,（,kPa,）,土的种类,粘性土,砂性土,砂卵,石,砂砾石,软土,泥浆套,f,(kPa),2550,1225,1830,1520,1012,35,摩擦力分布,?,假定从地表到,5m,深,度范围内，单位摩阻,力按直线规律由零增,加至最大值；,?,超过深度,5m,以后

8、取,常数值,8.3.2,沉井底节验算,?,刃脚下的支承位置,不断在变，三种情况：,?,1,）,在排水或无水情,况,下下沉沉井,2,）对于,不排水下沉,的沉井,?,（,1,）假定底,节沉井仅支承,于长边的中点,（,2,）假定底,节沉井支承于,短边的两端点,本讲要点,?,了解沉井构造；,?,掌握下沉系数,计算。,?,沉井底节验算,8.3.3,沉井,井壁,计算,?,沉井井壁应进行,竖直和水平两个方向,的,内力计算。,?,1,）,竖直方向,?,在沉井的下沉过程中，当沉井被四周土,体箝固着而刃脚下的土已被掏空时，应,验算井壁接缝处的,竖向拉应力,。,?,接缝处：,混凝土不承受拉应力而由接缝处,的钢筋承受

9、，,此时钢筋的抗拉安全系数可,采用,1.25,；同时并须验算钢筋的锚固长度。,?,井壁摩阻力,可假定沿沉井全高按倒三角形,分布，即在刃脚底面处为零，在地面处为,最大，此时最危险的截面在沉井入土深度,的,1/2,处,沉井外侧直立时的井壁,受拉计算图,?,按,公路桥涵地基与基础设计规范,，,最大竖向拉力,Pl,max,为此时沉井全部重力,G,的,1/4,，即,?,实际工程中，,沉井被卡住,较为常见，也,出现过被拉裂的沉井,。,4,/,max,G,P,l,?,?,验算建议值,表,8-2,沉井竖向拉力计算及其最小配筋率,沉井施工,状态,沉井结构或受其影响建筑物的安全,等级与拉力计算取值,纵向钢筋最小,

10、构造配筋率,一级,二级,三级,钢筋混凝土最,小配筋率不宜,于少,0.1%,；少,筋混凝土不宜,少于,0.05%,排水下沉,0.50,G,0.30,G,0.25,G,不排水下,沉,0.40,G,0.25,G,0.20,G,泥浆套中,下沉,0.30,G,0.25,G,0.20,G,2,）水平方向,?,根据排水或不排水的情况，沉井井壁在水,压力和土压力等水平荷载作用下，应作为,水平框架验算其水平方向的挠曲。,?,（,1,）验算,刃脚根部以上，其高度等于该处,井壁厚度,t,的一段井壁,，依此设置该段的水,平钢筋。,计算简图,Q,E,W,q,?,?,?,t,W,W,W,2,?,?,?,?,?,t,E,E

11、,E,2,?,?,?,?,?,Q,由刃脚传来的剪力，其值等于求,算刃脚竖直外力时分配于悬臂梁上的水平力（,kN/m,）。,w,h,W,?,?,?,?,?,w,h,W,?,?,?,?,?,?,?,3,2,t,W,W,W,W,?,?,?,?,?,?,?,?,?,3,2,t,E,E,E,E,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,（,2,）,其余各段井壁,的计算，可按井壁断面,的变化,取每一段中控制设计的井壁（位于,每,一段最下端的单位高度,）进行计算。,?,上部井段按照,作用在水平框架上的均布荷载,q=W,+,E,。然后用同样的计算方法，求得水,平框架的最大弯矩,M,、轴向压力,N,、剪力,Q,，

12、,并据此设计水平钢筋。,8.3.4,沉井刃脚验算,?,沉井刃脚部分可分别,作为悬臂或水平框架,验,算其竖向及水平向的弯曲强度。,1,）按悬臂梁计算刃脚竖直方向,的挠曲强度,?,此时，,刃脚根部可以认,为与井壁嵌固,，,刃脚高,度作为悬臂长度,，并可,根据以下两种不利情况,分别计算：,?,（,1,）当沉井下沉途中，,刃脚内侧已切入土中深,约,1m,;,?,沿井壁的水平方向取一个单位宽度，计算,作用在刃脚上的土压力,E,和水压力,W,。,?,作用在井壁单位宽度上的摩阻力,T,，,取其,最小值,E,E,E,T,5,.,0,tg,?,?,?,?,?,A,T,?,?,?,刃脚下单位宽度上,土的垂直反力,

13、T,G,R,v,?,?,刃脚斜面上的土反力,2,1,V,V,R,v,?,?,b,a,b,a,V,V,2,2,1,2,1,?,?,?,?,?,h,a,t,b,?,?,联立方程式即可求得,V,1,和,V,2,。,作用在刃脚斜面上的水平反,力,U,可按下式计算：,?,U,的作用点在距刃脚底面,1/3,高处。,),(,tg,2,?,?,?,?,V,U,刃脚重力,g,按下式计算：,?,求得作用在,刃脚上的所有外力的大小、方向和,作用点之后，,即可求算刃脚根部处截面上每单位,周长内（井壁）的轴向压力,N,、水平剪力,Q,及对,截面重心轴的弯矩,M,。并据此计算在刃脚,内侧的,钢筋（竖直）数量,。,2,a,

14、t,h,g,h,?,?,?,（,2,）,当沉井已沉到设计标高，刃脚,下的土已被掏空，这时刃脚处于向内,挠曲的不利情况，,?,计算刃脚外侧的土压力和水压力。,?,由于刃脚下的土已被掏空，故刃,脚下的,垂直反力,R,v,和刃脚斜面水平,反力,U,等于零,?,作用在井壁外侧的摩阻力,T,?,刃脚计算时重力,g,与前面相同,?,计算在刃脚外侧的钢筋（竖直）,数量,2,）按封闭的水平框架计算刃脚,水平方向的挠曲强度,2,1,16,1,qL,M,?,2,1,2,N,qL,?,1,2,1,qL,Q,?,?,作用在刃脚侧面上的水平外力将由悬臂,梁和框架来共同承担。,?,分配系数公式如,:,?,悬臂作用,:,?

15、,框架作用,:,1,05,.,0,01,4,1,4,4,1,?,?,?,L,h,L,?,4,2,4,4,05,.,0,L,h,h,?,?,?,本讲要点,?,掌握,:,?,沉井,井壁,计算,?,沉井,刃脚,验算,8.3.5,沉井封底计算,?,封底混凝土在基底反力作用下，将其当,作支承于刃脚斜面及隔墙上的,周边支承,板,考虑；,?,支承情况,（简支或嵌固）和,计算强度,在,设计中应视具体情况而定。,1,）规定,?,（,1,）封底混凝土应承受,基底水和土,的向,上反力，此时混凝土的龄期不足，,应降低,容许应力；,?,（,2,）混凝土填实时，计入井孔内填充物,的重力；,?,（,3,）封底混凝土的厚度，

16、一般不宜小于,1.5,D,；,2,）干封底及有关计算,?,（,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,（,1,）沉井刃脚停留在不透水粘,土层中；,?,不透水粘土层的厚度,：,?,A,沉井底部面积（,m2,）；,?,土的有效重度（即浮重度）（,kN/m3,）；,?,刃脚下面不透水粘土层厚度（,m,）；,?,c,粘土的粘聚力（,kPa,）；,?,U,沉井刃脚踏面内壁周长（,m,）,；,w,w,H,A,cUh,h,A,?,?,?,?,?,?,?,h,?,（,2,）,在沉井内设吸水鼓,并有良好滤层的,情况下降水，一直降到,钢筋混凝土底板,足够承担

17、地下水回升后的水土压力，方,可拆除并封闭降水管，在这种情况下，,可采用干封底,。,3,）水下封底混凝土的厚度计算,封底要求是：,?,（,1,）按,最不利情况,混凝土厚,度,：即在沉井封底后，将井,内水排干，在钢筋混凝土底板,尚未施工前,。,?,（,2,）水下封底混凝土最好,不,让其中,出现拉应力,。分配线相,交于素混凝土封底上，可以认,为不承受拉应力。,?,中央锅底挖深可形成,倒拱,。,若出现拉应力，计算方法：,?,注意计算跨度；,?,周边简支支承的圆板在承受均匀荷载,时，可计算板中心的最大弯矩值：,?,周边,简支支承,的双向板在承受均布荷,载时，计算跨中弯矩,M,x,和,M,y,：,2,2,

18、2,max,2,.,0,),6,5,1,3,(,16,),3,(,16,pr,pr,pr,M,?,?,?,?,?,?,2,qL,a,M,x,x,?,2,qL,a,M,y,y,?,简支支承双向板计算简图,?,求出弯矩值后，封底混凝土的厚度,?,考虑封底混凝土因与井底泥土掺混需要,增加,的厚度,，宜取,0.30.5m,；若基底采取铺块石或碎石灌,浆抹平处理后再封底，可不考虑此增加值。,u,t,m,t,h,bf,FM,h,?,?,5,.,3,u,h,封底混凝土剪应力计算,?,应加大封底混凝土的,抗剪面积,。,?,如在井壁和隔墙内设,置凹槽等。,8.3.6,沉井底板计算,?,1,）底板荷载计算,?,A

19、,：,沉井结构的最大自重除以沉井外围,?,底面积的商，不计井壁侧面摩阻力,。,?,B,：假定水压力全部由钢筋混凝土底板承受。,?,土反力和水压力中,数值较大者,2,）沉井底板内力计算,?,内力可按单跨或多跨板计算,;,?,边界支承条件,根据具体情况决定,;,8.3.7,沉井抗浮稳定验算,?,可能出现的最高地下水位进行验算,一般,的沉井,依靠自重获得抗浮稳定,。,?,在不计井壁摩阻力的情况下，抗浮稳定,验算公式为：,05,.,1,/,?,?,B,G,K,f,8.3.8,沉井下沉对周围环境的,影响,?,1,）影响范围的确定,?,采用土坡稳定计算方法乘以重要性系数,?,影响范围内建筑物安全等级的重,

20、要性系数,),2,45,(,tg,?,?,?,?,?,H,L,?,表,8-4,沉井下沉影响范围内建筑物安全等级的重要性系数,?,重要性系数,?,建筑物安全等级,一级,二级,三级,2.5,2.0,1.8,2,）减少沉井对周围土体破坏,的措施,?,（,1,）增大沉井的下沉系数,;,?,使沉井刃脚插入土中,0.5-3.0m,，以阻止土体从,井外向井向涌入。,?,（,2,）在粉细砂土层中下沉沉井时,;,?,事先压浆固结,;,使粉细砂土固结后,?,（,3,）如沉井外流砂等固结困难时，也可采用,不排水下沉沉井,;,?,（,4,）及时进行回填,?,（,5,）沉井等地下工程施工前应作好充分,准备，施工速度要快,；,?,（,6,）沉井下沉影响范围内的重要建筑物,应采取桩基或地下连续墙等加固措施，,防止土体破坏向建筑物方向延伸。,本讲要点,?,掌握,:,沉井封底验算,?,掌握沉井底板计算方法；,?,了解沉井下沉影响及处理措施。,