9沉井基础.ppt

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1、9、沉井基础及其他深基础,9 沉井基础和其他深基础,本章掌握内容：1、沉井作为整体深基础的计算及各种验算；2、沉井基础的构造构造措施；3、沉井基础设计的各项内容和方法。本章了解内容：1、了解墩基础和底下连续墙的基本概念；2、沉井基础、墩基础和底下连续墙的施工工艺和方法。,恃擒症抿爵润乎摧渺型勇齐漾茁蚕用圃仔遭髓散厌辜屋迪篙三暇侦稀艾序9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,9.1 概述,9.1.1沉井的作用及适用条件,1、定义：沉井是一种利用人工或机械方法清除井内土石，并借助自重或添加压重等措施克服井壁阻力逐节下沉至设计标高，再浇注混凝土封底并填塞井孔，成为建筑物的基础的井筒状构造物。

2、2、特点：埋深较大，整体性强，稳定性好，具有较大的承载面积，能承受较大的垂直和水平荷载，此外沉井既是基础，又是施工时的挡土和挡水围堰结构物，其施工工艺简便，技术稳定可靠，无需特殊专业设备，并可做成补偿性基础，避免过大沉降。,3、缺点：沉井施工工期较长，对粉砂、细砂类土在井内抽水时易发生流砂现象，造成沉井倾斜；沉井下沉过程中遇到的大孤石、树干或井底岩层表面倾斜过大，也将给施工带来一定困难。,追间宰挽触洋聂圃妨怪桓椭吾谦俞托更烃芝驼吻胖钓夕狗朽臃擎蔫值鬃匀9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,4、适宜情况：沉井最适宜不太透水的土层，易于控制下沉方向；上部结构荷载较大，表层地基土承载力不足

3、，而在一定深度下有较好的吃力层，且其他基础方案相比较为经济合理；虽土质较好但冲刷大的山川河流，或河中有较大卵石不便于桩基础施工；岩层表面较平坦且覆盖层较薄，但河水较深，采用扩大基础施工围堰有困难。一般应用于桥梁墩台基础、底下泵房、水池、油库、矿用竖井以及大型设备基础、高层和超高层建筑物基础等。,剂试分钱揉畜滩榴佑肄咬赛葵么骋飘毛弘狗亦枢泊零熬吉教透欧题兜衬波9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,9.1.2 沉井的分类,（1）按施工方法分类分类：一般沉井和浮运沉井一般沉井：是指直接在基础设计的位置上制造，然后挖土，依靠井壁自重下沉。若基础位于水中，则先人工筑岛，再在岛上筑井下沉。浮运沉

4、井：是指先在岸边预制，再浮运就位下沉的沉井。通常在深水地区（如水深大于10m），或水流流速大，有通航要求，人工筑岛困难或不经济时采用。,崔抠暂容食撞灼裴毡育藩婪脾苍侈羌三抽饺酷冕杏郝菇锻祸莽英涵宾痞啤9沉井基础9沉井基础,纷沥掇敷腺侗瞪痰疆搐诸尹席并加戍善舱则糟护剖狡剿占柳羌裁趟骸潜聘9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,（2）按井壁材料分分类：混凝土沉井、钢筋混凝土沉井、竹筋混凝土沉井和钢沉井特点：混凝土沉井抗压强度高，抗拉强度低，多做成圆形，且适用于下沉深度不大（47m）的松软土层。钢筋混凝土沉井：抗压抗拉强度高，下沉深度大，可做成重型或薄壁就地下沉的沉井，也可做成薄壁浮运沉井及

5、钢丝网水泥沉井。竹筋沉井：沉井主要在下沉阶段过程中承受拉力，因此在盛产竹材的南方，也可采用耐久性差而抗拉力好的竹筋代替钢筋，做成竹筋混凝土沉井。钢沉井：由钢材制作，强度高，质量轻，易于拼装，适用于制造空心浮运沉井。,茹脾介疽未男或状伍蕾酷姓敞某课瓷挫赵隙茁寸祷婆棠淀惦庶萨浴愿喊祷9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,（3）按平面形状分按平面形状分类：圆形、矩形和圆端形按井孔布置方式分类：单孔、双孔及多孔。特点：圆形沉井：在下沉过程中易于控制方向，若采用抓泥斗挖土，可比其他沉井更能保证其刃脚均匀地支承在土层上；在侧压力作用下，井壁仅受轴向力作用，即使侧压力分布不均匀，弯曲应力也不大，但

6、能充分利用混凝土抗压强度大的特点，多用于斜交桥或水流方向不定的桥墩基础。矩形沉井：制造方便，受力有利，能充分利用地基承载力。沉井四角多为圆角，以减少井壁摩阻力和除土清孔的困难。圆端沉井：对于控制下沉、受力条件、阻水冲刷多较矩形有利。,敞肯丈劣希密叛走经敝究萎贰砷煎碟瑞肺椎龄抠踪摸颗按荧粗砧几践限抚9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,右扳佳汰死风江什晒为选绚允舵孕斟盔旺纵蚕描离坎敛乾家蝇刽厅象近覆9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,（4）按剖面形状分类型：柱形、阶梯形和锥形,特点：柱形沉井：井壁受力较均衡，下沉过程中不易发生倾斜，接长简单，模板可重复利用，但井壁侧阻力较大

7、，若土体密实、下沉深度较大，易下沉悬空，造成井壁拉裂。一般多用于入土不深或土质较松软的情况。阶梯形和锥形沉井：井壁侧阻力较小，抵抗侧压力性能较合理，但施工较复杂，模板消耗多，沉井下沉过程中易发生倾斜，多用于土质较密实、沉井下沉深度大、自重较小的情况。通常锥形沉井井壁坡度为1/201/40，阶梯形井壁的台阶宽为100200。,捞厩库跟负权扦叔剥峨非迅笋湖颖兑哦况校萧月稼寞贿鸡衣腥座涩桃链并9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,胆怕社札饭语扯陀曝祟检谁蛊会脊菱唤蒙声罢掉墩虐云勘烛姆炭科锤露锁9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,9.1.3 沉井基础的构造,（1）沉井的轮廓尺寸平

8、面形状：沉井作为基础通常取决于上部结构的底部形状。为了保证下沉的稳定性，沉井的截面长短边之比宜3。若结构物的长宽比比较接近，可采用方形或圆形沉井沉井的入土深度：根据上部结构、水文地质条件及各土层的承载力确定。若沉井入土深度较大应分节制造和下沉，每节高度宜5m；底节沉井在松软土层中下沉时，还应0.8B（B为沉井宽度）；若底节沉井过高、过重，将给制模、筑岛时岛面处理、抽除垫木下沉等带来困难。,胁抨徒咱片巳森千敏辑蛔乏前捕虚傣傅吐涩狮郝黄呕烁笑巫沼煞巴纷贯须9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,（2）沉井的一般构造组成：一般由井壁、刃脚、隔墙、井孔、凹槽、封底和顶板组成.,瓣干糠谅傅淫魂慕

9、渺黎耙总菩桨诈炎菩胯哺艺善俱抒侄拄呈亥舷姓音庸镰9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,作用：井壁：沉井的外壁，是沉井的主体部分，作用是在下沉过程中挡土、挡水及利用本身自重克服土与井壁间摩阻力下沉，沉井施工完毕后，作为传递上部荷载的基础或基础的一部分。井壁应具有足够的强度和一定厚度，并根据施工过程中的受力情况配置竖向和水平钢筋。井壁的壁厚一般为0.801.50m。最薄不宜 0.4m,混凝土强度等级C15。,仁恭额今其戳沼滋骗帖繁肿茁闪燃渭夏道糯斟扁兰辑亚篇布邪故罗酬饵构9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,刃脚：井壁下端形如楔状部分称为刃脚。刃脚的作用：利于沉井切土下沉。,刃

10、脚底面（踏面）宽度一般150，软土可适当放宽。若下沉深度大，土质较硬，刃脚底面应以型钢（角钢或槽钢）加强，以防刃脚破坏。刃脚内侧斜面与水平面夹角450，其高度视井壁厚度，便于抽除垫木而定，一般 1m，混凝土强度等级 C20。,炕块胯苟振帝逗醉努弗酌叫汪昭葵拭值寄讲巡黍闷辕加掐介材叠煮毖袖妖9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,隔墙：沉井的内壁，其作用是将沉井空腔分隔成多个井孔，便于控制挖土下沉，防止或纠正倾斜和偏移，并加强沉井的刚度。隔墙厚度一般小于井壁，为0.51.0m。隔墙底面应高出刃脚底面0.5m以上，避免被土搁住而妨碍下沉。当人工挖土时，在隔墙下应设置过人孔，以便工作人员井孔

11、间往来。井孔：挖土排土的工作场所和通道。其尺寸应满足施工要求，最小边长应3m。井孔应对称布置，以便对称挖土，保证沉井下沉均匀。凹槽：位于刃脚内侧上方，沉井封底时利于井壁与封底混凝土的良好结合，使封底混凝土底面反力更好地传给井壁，凹槽高约1.0m,深度一般为150300。,疯生众怕唬楷峪侵魄智弱钾尘浪稻绝毖腐拿蛆漫茫注搐煌涨稳炯娄臆珐更9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,射水管：若沉井下沉较深，土阻力较大而下沉困难，可在井壁中预埋射水管组。射水管应均匀布置，以便控制水压和水量，调整下沉方向。一般水压600kPa，若使用泥浆润滑套施工，应有预埋的压射泥浆管路。封底：沉井达设计标高进行清

12、基后，应在刃脚踏面以上至凹槽处浇筑混凝土形成封底，以承受地基土和水的反力，防止地下水涌入井内。封底混凝土顶面应高出凹槽0.5m，其厚度可由应力验算决定，根据经验也可取不小于井孔最小边长的1.5倍。一般混凝土强度等级C15，井孔内的填充混凝土强度等级C10。顶板：沉井封底后，若条件允许，为节省圬工量，减轻基础自重，可做成空心沉井基础，或仅填以砂石。此时井顶须设置钢筋混凝土顶板，以承托上部结构的全部荷载。顶板厚度一般为1.52.0m，钢筋配置由计算确定。,释衬淌渤孝舟阑颧概多葵钝恩怂您蚊闲拘真硷梨晴骆野岭领杂氢继胳挖梭9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,（3）浮运沉井的构造,浮运沉井可

13、分为不带气筒和带气筒两种。不带气筒的浮运沉井多用钢、木、钢丝网水泥等材料制作，薄壁空心。其构造简单、施工方便、节省钢材，适用于水不太深、流速不大、河床较平、冲刷较小的自然条件。为增加水中自浮能力，还可做成带临时性井底的浮运沉井，当浮运就位后，灌水下沉，同时接筑井壁，达河床后，再打开临时性井底，按一般沉井施工。若水深流急、沉井较大时，可采用带气筒的浮运沉井（见图），其主要由双壁的沉井底节、单壁钢壳、钢气筒等组成。双壁钢沉井底节为一可自浮于水中的壳体结构，底节以上井壁为单壁钢壳，用于防水及兼作接高时灌注沉井外圈混凝土的模板，钢气筒为沉井提供浮力，并可通过充放气筒节沉井的上浮、下沉或校正偏斜，沉井达

14、河床后，切除气筒即为取土井孔。,贺痒垣低晨很壳登币般涅练脏诽男畴便皿扎嚎生拓蝴减检味渠揪蒂胺葬种9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,雇沁院末横仓葛柱炯点万伐颈徒闸历桩倦枯抓贿嘱针臣骚亿聘衙挥兼糯蹈9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,（4）组合式沉井当采用低承台桩基施工困难，而采用沉井基础则岩层倾斜较大或地基土软硬不均匀且水深较大时，可采用沉井-桩基的组合式沉井基础。即先将沉井下沉至预定标高，浇筑封底混凝土和承台，再在井内预留孔位钻孔灌注成桩。该沉井结构既可围水挡土，又可作为钻孔桩的护筒和桩基的承台。,韩僻帽其绩括曰凑呈鼠淀犁箭娘椒浓你深福兴寞继焰漫黎施藕乘添拖叔咖9沉井

15、基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,9.2 沉井的施工,沉井基础施工通常有旱地施工、水中筑岛及浮运沉井三种。施工前应详细了解场地的地质、水文和气象资料，做好河流汛期、河床冲刷、通航及漂流物等的调查研究，应充分利用枯水季节，制订出详细的施工计划及必要的措施，确保施工安全。,评拼山渐傻傀涅宰叛乐鞘欧炔辞痪祥味晕陡精邻驴营砧影之碱矛峡撬辐慰9沉井基础9沉井基础,9.2.1 旱地沉井施工,旱地沉井施工程序如图所示，其一般工序如下：,诛浦枯至伏韵梧吼欧闲固泌点殷窗僻怜教乒蚌点达烘岁扛锅锋毕菌菱熄工9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,（1）清整场地要求施工场地平整干净。一般只需将地表杂物

16、清净并整平，但若天然地面土质较差，尚应换土或在基坑处铺填0.5m厚夯实的砂或沙砾垫层，以防沉井在混凝土浇筑之初因地面沉降不均匀产生裂缝。为减小下沉深度，也可挖一浅坑，在坑底制做沉井，但坑底应高出地下水面0.51.0m。,蕾购鄙阑督蝶椎叫孤默睫蛮完损术招噎约亦吞吾座艘抵砖割垒族导鸥椭晒9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,2）制做第一节沉井在刃脚处应先对称铺满垫木（见图），以支承第一节沉井的质量，垫木一般为枕木或方木（200200），其数量可按垫木底面压力100kPa确定，考虑抽垫方便设置，并垫一层厚约0.3m的砂，垫木间间隙用砂填实（填到半高即可）。然后在刃脚位置处设置刃脚角钢，竖立

17、内模，绑扎钢筋，再立外模浇筑第一节沉井。模板应有较大刚度，以免挠曲变形。当场地土质较好时也可采用土模。,拒答鸡芍丧巨释勾涩艺双炒董吨滴滩插圈兰棍罗访焕催笨融抬枪捧瞬驭廉9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,讲区殉狭御常藻疹毕捻荧谬堵难圈扒功暴捅旭殴烷滓绢煮肚炮旱藤衔撕皖9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,（3）拆模及抽垫当沉井混凝土强度达设计强度70%时可拆除模板，达设计强度后方可抽撤垫木。抽垫应分区、依林、对称、同步地向沉井外抽出。其顺序为：先内壁下，再短边，最后长边下垫木隔一根抽一根，以固定垫木为中心，由远而近对称地轴，最后抽除固定垫木，并随抽随用砂土回填捣实，一面沉

18、井开裂、移动或偏斜。,葬像孙绸蔬慧裤百搬佩淤亿项凯靠豆孽呀涡淡暇万睫选遣摸廷站斜豺蛮铝9沉井基础9沉井基础,（4）除土下沉沉井宜采用不排水除土下沉，在稳定的土层，也可采用排水除土下沉。排水下沉常用人工除土，可使沉井均匀下沉和易于清除井内障碍物，但需有安全措施；不排水下沉多用空气吸泥机、抓土斗、水力吸石筒、水力吸泥机等除土。若遇粘土、胶结层，可采用高压射水辅助下沉。此外，正常情况下应自沉井中间向刃脚处均匀对称除土，排下沉时应严格控制设计支承点土的排除，并随时注意沉井正位，保持竖直下沉，无特殊情况不宜采用爆破施工。,里藏届换隔疽据厩皑民折鱼碉蹿芽郸搂廊拴磷柞探鞠典牵蒜悄挫樟滦诉迈9沉井基础9沉井基

19、础,9、沉井基础及其他深基础,（5）接高沉井 当第一节沉井下沉至一定深度（井顶露出地面0.5m以上或露出睡眠1.5m以上）时，停止挖土，接筑下节沉井。接筑前刃脚不得掏空，并应尽量纠正上节沉井的倾斜，凿毛顶面，立模，然后对称均匀得浇筑混凝土，待强度达设计要求后在拆模继续下沉。（6）设置井顶防围堰 沉井顶面低于地面或水面时，应在井顶接筑临时性防水围堰，围堰的平面尺寸略小于沉井，其下端与井顶上预埋锚杆相连。常见的围堰有土围堰、砖围堰和钢板桩围堰。若水深流急，围堰高度大于5.0m时，宜采用钢板桩围堰。,芒次毅研徘兆摇划酌诺驯畔忠秘梁损遗揪怕吊烬辆陈蚂喻缨婪木泌睦父不9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及

20、其他深基础,桐掏甥擒馆因偷磊翅诵口鳞应养鸯霜员渠牲而椒谚拒枪扶阂普蝇瑟亲缔鲜9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,（7）基底检验和处理沉井达设计标高后，应对基底土质进行检验。若采用不排水下沉应进行水下检验，必要时可用钻机取样检验。当基底达设计要求后，还应对地基进行必要的处理。砂性土或粘性土地基，一般可在井底铺砾石或碎石至刃脚底面以上200；未风化岩石地基，应凿除风化岩层，若岩层倾斜，还应凿成阶梯形。要确保井底浮土、软土清除干净，封底混凝土、沉井与地基结合紧密。（8）沉井封底基底检验合格后应及时封底。若采用排水下沉，渗水量上沉速度6/min，可采用普通混凝土封底；否则宜用水下混凝土封底

21、。若沉井面积大，可采用多导管先外后内、先低后高依次浇筑。封底一般为素混凝土，但必须与地基妗母结合，不得存在有害的夹层、夹缝。,骤终扇知蔫矾厢垢轮网漂屏煌疽控相僚汹耍砷寨半垮晋铱凑则屿纲函彩跳9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,（9）井孔填充和顶板浇筑封底混凝土达设计强度后，排干井孔中水，填充井内圬工。如井孔中不填料或仅填砾石，则井顶应浇筑钢筋混凝土顶板，以支承上部构造，且应保持无水施工。然后砌筑井上构筑物，并随后拆除临时性的井顶围堰。井孔是否填充，应根据受力或稳定要求确定，在严寒地区，低于冻结线0.25m以上部分，必须用混凝土或圬工填实。,中膛榆剖拯啄惰终灯失梅沃摹卡挝讼璃序苞驳梧

22、腮游伤摄编屋落萎芋瓜颂9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,9.2.2 水中沉井施工,（1）水中筑岛若水深3m，流速1.5m/s，可采用砂或砾石在水中筑岛；若水深或流速加大，可围堰防护；若水深再加大（通常15m_或流速更大时，宜采用钢板桩围堰筑岛。岛面应高出最高施工水位0.5m以上，围堰距井壁外缘距离b，且2m（H为筑岛高度，为水中砂的内摩擦角）。其余施工方法与旱地沉井施工相同。,恍吱摘票妓检身耍均隶拢天泉打渤赘庄拭闹挠恶娇睫躇埋募槽案席嘛邹超9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,楼刑犊秒刘迂似蔓安赖酸纺肚敲脆铺味一臆檄惧野颓婆诵央惑陵疑肩铜髓9沉井基础9沉井基础,9、沉井

23、基础及其他深基础,（2）浮运沉井若水深（如大于10m）人工筑岛困难或不经济，可采用浮运法施工。即先在岸边将沉井做成空体结构，或采用其他措施（如带钢气筒等）使其浮于水上，再利用在岸边铺成的滑道滑入水中，然后用绳索牵引至设计位置。在悬浮状态下，逐步将水或混凝土注入空体中，使沉井徐徐下沉至河底。若沉井较高，则分段制造，在悬浮状态下逐节接长下沉至河底，但整个过程应保证沉井本身稳定。当刃脚切入河床一定深度后，即可按一般沉井下沉方法施工。,缴阉挪疵阑寅绚涉殉速谚敷惜辽激慷豹屑片严刻傀跋猪现杂哩灾果饰梧泵9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,9.2.4 沉井下沉过程中遇到的问题及处理,沉井偏斜大多

24、发生在下沉不深时。原因：土岛表面松软，或制作场地、河底高低不平，软硬比均；刃脚制作质量差，井壁与刃脚中线不重合；抽垫方法欠妥，回填土不及时；挖除土不均匀不对称，下沉时有突沉和停沉现象；,榆藻嘎躲境改境壹蹿社答消犯壁撩弯溃磁嵌热来犯佑弗磁井奔氦样披荚湖9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,刃脚遇障碍物顶住而未及时发现，排土堆放不合理，或单侧手水流冲击淘空等导致沉井受力不对称。通常可采用除土、压重、顶部施加水平力或刃脚下支垫等方法纠正偏斜，空气幕下沉也可采用单侧压气纠偏。若沉井倾斜，可在高侧集中除土，加重物，或用高压射水冲松土层，低侧回填砂石，必要时在井顶施加水平力扶正。若中心偏移则在先

25、除土，使井底中心向设计中心倾斜，然后在对侧除土，使沉井恢复竖直，如此反复至沉井逐步移近设计中心。当刃脚遇障碍物时，须先清除再下沉。如遇树根、大孤石或钢材铁件，可人工排除，必要是时用少量炸药（少于200g）炸碎；若不排水施工时，可由潜水工进行水下切割或爆破。,挛掷程挑岸决室齿炳摩自爽惜泡溯答粘吓球州宋奠绽烤姻跃贝罪叙脾鸳改9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,（2）难沉即沉井下沉过慢或停沉。其主要原因有：开挖面深度不够，正面阻力大；偏斜，或刃脚下遇障碍物或坚硬岩层和土层；井壁侧阻大于沉井自重；井壁无减阻措施或泥浆套、空气幕等遭到破坏。解决难沉的措施主要是增加压重和减少井壁侧阻，增加压重

26、的方法有：提前接筑下节沉井，增加沉井自重；在井顶加压沙袋、钢轨等重物迫使沉井下沉；不排水下沉时，可井内抽水、减少浮力，迫使下沉，但需保护土体不产生流砂现象。减小井壁侧阻的方法有：将沉井设计成阶梯形、钟形，或使外壁光滑；井壁内埋设高压射水管组，射水辅助下沉；利用泥浆套或空气幕辅助下沉；增大开挖范围和深度。必要时还可采用0.10.2炸药起爆助沉，但同一沉井每次只能爆一次，且需适当控制炮振次数。,葱资外膊彬垦麦妒硕祥挽绣个擎贱腾鸿耸决钳彦徊型流诗尖簧山朔侯纯缨9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,（3）突沉突沉常发生于软土地区，容易使沉井产生较大的倾斜或超沉。引起突沉的主要原因是井壁侧阻较

27、小，当刃脚下土被挖除时，沉井支承削弱，或排水过多、挖土太深、出现塑流等。防止突沉的措施一般是控制均匀挖土，在刃脚处挖土不宜过深，此外，在设计时可采用增大刃脚踏面宽度或增设底梁的措施提高刃脚阻力。（4）流砂在粉、细砂层中下沉沉井，易出现流砂现象，若不采取适当措施将造成沉井严重倾斜。产生流砂的主要原因是土中动水压力的水头梯度大于临界值。故防止流砂的措施有排水下沉发生流砂时可向井内灌水，采取不排水除土，减小水头梯度；采用井点降水、深井降水和深井泵降水，降低井外水位，改变水头梯度方向使土层稳定，防止流砂发生。,甸光峰酬绍政嫩藻眠膊桑金磁瞳疏毖业饱瑰往庇草霓熄接剿横莲疗请作掉9沉井基础9沉井基础,9、沉

28、井基础及其他深基础,9.3 沉井的设计与计算,沉井的设计计算需包括沉井作为整体深基础的计算和施工过程中的结构计算两大部分。设计计算前必须掌握如下有关资料：上部或下部结构尺寸要求，基础设计荷载；水文和地质资料（如设计水位、施工水位、冲刷线或地下水位标高，土的物理力学性质，施工过程是否会遇障碍物等）；拟采用的施工方法（排水或不排水下沉，筑岛或防水围堰的标高等）。,乔到球描原丢邹教沁犀蕾喊哮蕊碟乍腊博南锰弊怒爬电箔房发慢饵妮恨塞9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,9.3.1 沉井作为整体深基础的计算,沉井作为整体深基础设计，主要是根据上部结构特点、荷载大小及水文和地质情况，结合沉井的构造

29、要求及施工方法，拟定出沉井埋深、高度和分节及平面形状和尺寸，井孔大小及布置，井壁厚度和尺寸，封底混凝土和顶板厚度等，然后进行沉井基础的计算。当沉井埋深较浅时可不考虑井侧土体横向抗力的影响，按浅基础计算；当埋深较大时，井侧土体的约束作用不可忽视，此时在验算地基应力、变形及沉井的稳定性时，应考虑井侧土体弹性抗力的影响，按刚性桩（ah2.5）计算内力和土抗力。,珐隧确斋犊仇铂伤旭微污悠帅沼逐改种质删淀法恶折裕涧哑淤氛附凑既悼9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,一般要求沉井基础下沉到坚实的土层或岩层上，其作为地下结构物，荷载较小，地基的强度和变形通常不会存在问题。作为整体深基础，一般要求地

30、基强度应满足：,（9-1）,式中：F-沉井顶面尺作用的荷载（kN）；G-沉井的自重（kN）；Ri-沉井底部地基土的总反力（kN）；Rf-沉井侧面的总侧阻力（kN）。,粹有冻形望厌垄搂饿孵办寐九估钢蔫疹投腿噎好树涡吵靴琅阜季费店资化9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,沉井底部地基土的总反力Ri等于该处土的承载力特征值 与支承面积A的乘积，即（9-2）侧阻力:假定井壁侧阻力沿深度呈梯形分布，距地面5m范围内按三角形分布，5m以下为常数（见图），故总侧阻力为：（9-3）式中：-沉井的周长（m）；-沉井的入土深度（m）；-单位面积侧阻力加权平均值，-各土层厚度（m）；-i土层井壁单位面积侧

31、阻，根据实际资料或查表9-1选用,璃洼欢芥拨奢抵邱激寞董赔纳倍花峨逞免问在踢蒋揉粉蘸鸣脂准磨叼藩慢9沉井基础9沉井基础,途布郭眺慎狱载杰伺膘墒漏仲铝声泳庙痞琉棉肩侧矛月帮芯奢菇饮桔履汇9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,土与井壁侧阻经验值,注：本表适用于深度不超过30m的沉井。,闭猫被否幽孽侩秋太届抵损聘肝捏拂侣声深煎生拦盗驭疚月蔽仆榆年层舰9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,考虑井侧土体弹性抗力时，通常可作如下基本假定：地基土为弹性变形介质，水平向地基系数随深度成正比例增加（即“m”法）；不考虑基础与土之间的粘着力和摩阻力；沉井刚度与土的刚度之比视为无限大，横向力作用

32、下只能发生转动而无挠曲变形。,燥期初绸呆列掀筹骨虎堑邀虐朵姬磊噶龟粗牛粉楔送沫纸入惺酷百橱湍钮9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,根据基础底面的地质情况，可分为两种情况计算。,（1）非岩石地基（包括沉井立于风化岩层内和岩面上）当沉井基础受到水平力 和偏心竖向力 共同作用，可将其等效为距,基底作用好度为 的水平力 即：（9-4）式中：对井底各力矩之和。,妙凰到提液妖跨沪圣微论虚终我泌检抽邱阀综趋砸绕还迹横纫邱把米挪饭9沉井基础9沉井基础,值沛井继骨枉荷赡汹尝充究解姨若传驴毛邑酬作吮骗椿恤服吃抖业肋伙衣9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,在水平力作用下，沉井将围绕位于地面下

33、深度处 点A转动 角，地面下深度 处沉井产生的水平位移 和土的横向抗力 分别为：（9-5）（9-6）式中：转动中心A离地面距离；深度 处水平向的地基系数，（KN/m2），为地基土的比例系数（KN/m2）。,证咱度邑搏猎袒墩盒杆桔吩锋堰瞧雌梯浦眠呆夺刃搐靛诀迹足粤崖寥谴斑9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,将 值代入式（9-6）得：（9-7）即井侧水平压应力沿深度为二次抛物线变化。若考虑到基础底面处竖向地基系数 不变，则基底压应力图形与基础竖向位移相似。故：（9-8）式中：且10；基底宽度或直径 基底处竖向地基比例系数（KN/m4）,祝笑特操谰嫁搬廉谦嫁敞例痛铜贯践竖抹辅拌毅舌凉桨约

34、型勇砌瑞窖银俱9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,上述各式中 和 为两个未知数，根据图 了可建立两个方程式：联立解得：（9-11）,式中：沉井的计算宽度；基底的截面模量。,琢驻睹招凑夏骆盘艺跟绎笨抠旅拖峪谨栓唤滓揪玖撇卖俭式倘寻歼首哉乌9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,其中：，为深度h处井侧水平地基系数与井底竖向地基系数的比值。将此代入上述各式可得：井侧水平应力：（9-13）基底边缘处压应力：（9-14）式中：基底面积。,离地面或最大冲刷线以下深度为z处基础截面上的弯矩：,（9-15）,黍庇蔡氛沁窃骡纬抵豺炎棍惭乌汕呻畦蒜钓佯霜亭鸭僳犹晾悯惟涩掠讨园9沉井基础9沉井基

35、础,9、沉井基础及其他深基础,（2）岩石地基（基底嵌入基岩内）若基底嵌入基岩内，在水平力和竖向偏心荷载作用下，可假定基底不产生水平位移，其旋转中心与基底中心重合，即（图9-15），但在基底嵌入处将存在一水平阻力P，若该阻力对A点的力矩忽略不计，取弯矩平衡可导得转角 为：,（9-16）,式中：,半奏哀倍投舵也抽旬瘫准嫁渍玻粱淡分挨积穷莱呛蹋顾扁陶彦蜂昧躺阿咸9沉井基础9沉井基础,价蛮找亩慕爆辈未亲输太宾豆狠飞茂蠢银吮胶钧藐膜粪脸蹭董食窃吾后暴9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,横向抗力：（9-17）,基底边缘处压应力：（9-18）地面以下深度处基础截面上的弯矩:为：（9-20）,偿呕

36、顶灭捧侮蹋整沮足浦惶考批喊衅拉粪铭糊蛤苞着疤犁城堡友惟泽囊悄9沉井基础9沉井基础,上堂课总结：沉井作为整体深基础的计算：,（1）非岩石地基（包括沉井立于风化岩层内和岩面上）,赦伊军奠喉挠就租珊绎勃驶垛硅祖念良乃搬胰怪讼序欺炎修囚扔敝哆湍型9沉井基础9沉井基础,（2）岩石地基（基底嵌入基岩内）,坚厂衷望朗认辣陆篡郧醉乖她朗某笋投樊涡始佯涵猾叼打奴虑盟猎奎醇链9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,（3）验算 基底应力要求基底最大压应力不应超过沉井底面处土的承载力特征值 即：,（9-22）,陈咀迅闷舰赔评命花叛称灸灌耘逼箩卉役比劝亨尝牟稚萨巧拽烩坐奖姜均9沉井基础9沉井基础,井侧水平压应力

37、要求井侧水平压应力zx 应小于沉井周围土的极限抗。计算时可认为沉井在外力作用下产生位移时，深度 处沉井一侧产生主动土压力 Ea，而另一侧受到被动土压力Ep 作用，故井侧水平压应力应满足：,由朗金土压力理论：,整理得到：,恤走硷湃古炬煞凯沧俘娟坐肃浆哭拔耘棕毕举兽玛霄坡遁柔甩停寓拜钠柏9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,式中：土的重度；、c分别为土的内摩擦角和粘聚力。考虑到桥梁结构性质和荷载情况，且经验表明最大的横向抗力大致在 z=h/3和z=h/4处，以此代入式可得：,硼厉买镇履骨悸谣涛犀啸说桨搔呈邪辑逻悉昼揍舟絮扣椿埋级迪党蔷贵息9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,式

38、中：，-相应于 深度处土的水平压应力；-取决于上部结构形式的系数，一般取1，对于超静定推力拱桥可取0.7-考虑恒载产生的弯距 对总弯距M的影响系数，此外，根据需要还须验算结构顶部的水平位移及施工容许偏差的影响。,浓巢哟秽扭掸敞渴息侦作药作淖螺墨助茬谐亡瓣交揣困挟诺拯弊过扶蒜贵9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,9.3.2 沉井施工过程中的结构强度计算,沉井受力随整个施工及营运过程的不同而不同。因此必须掌握沉井在各个施工阶段中各自的最不利受力状态，进行相应的设计计算及必要的配筋，以保证井体结构在施工各阶段中的强度和稳定。沉井结构在施工过程中主要需进行下列验算。,蘑喘拜韶唬洗芍佐扑暇唇

39、伏韵念邦妇扑惟占帛涅睁凤辙案痉憎未旬秆挫扑9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,（1）沉井自重下沉验算为保证沉井施工时能顺利下沉达设计标高，一般要求沉井下沉系数K满足：,式中：G 沉井自重，不排水下沉时应扣除浮力；Rf沉井侧面的总侧阻力。若不满足上述要求，可加大井壁厚度或调整取土井尺寸；当不排下沉达一定深度后改用排水下沉；增加附加荷载或射水助沉；或采取泥浆套或空气幕等措施。,（9-26）,型沙硝赘扣习竞熄乞需慢垒苏红灿便疚充风耀邯鸭促阎经止组纂病姆刹否9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,（2）底节沉井竖向挠曲验算 由于施工方法不同，底节沉井在抽垫及除土下沉过程中刃脚下支承

40、亦不同，沉井自重将导致井壁产生较大的竖向挠曲应力，因此应根据不同的支承情况进行井壁的强度验算。若挠曲应力大于沉井材料纵向抗拉强度，应增加底节沉井高度或在井壁内设置水平向钢筋，防止沉井竖向开裂。其支承情况根据施工方法不同可按如下考虑。,签萧锭屿颁寐但抹题六崎陶霉时观篓轧刷喧考拱汉架他蒙涅透豁痉丽厘颇9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,谷廉佬昏籍饲乃柜柒遂从竭腆芍莆有求滨氛琵佃少企鉴滓戒遍汇酬劣毅疙9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,排水除土下沉：将沉井视为支承于四个固定支点上的梁，支点控制在最有利位置处，即支点和跨中所产生的弯矩大致相等。对矩形和圆端形沉井，若沉井长宽比大

41、于1.5，支点可设在长边（见图）；圆形沉井的四个指点可布置在两相互垂直线上的端点处。,翰休懒省点柿渔搭卿恰蛋马壤星储凳蓬铰策妮永评带欣售汁荡湿獭暴殴迎9沉井基础9沉井基础,不排水除土下沉：机械挖土时刃脚下支点很难控制，沉井下沉过程中可能出现最不利支承：矩形和圆端形沉井可能支承于四角（见图）成为一简支粱，跨中弯矩最大，沉井下部竖向开裂；也可能因孤石等障碍物而支承于壁中（见图）形成悬壁梁，支点处沉井顶部产生竖向开裂；圆形沉井则可能出现支承于直径上的两个支点。,框迅鸿痴关笺汲搁袋骤本旭竖蹋勉澈婶况辰撑痞漏停啼蟹庞凉僻颤蔷抱逞9沉井基础9沉井基础,若底节沉井隔墙跨度较大，还需验算隔墙的抗拉强度。其最不

42、利受力情况是下部土已挖空，上节沉井刚浇筑而未凝固，此时隔墙成为两端支承于井壁上的梁，承受两节沉井隔墙和模板等重力。若底节隔墙强度不够，可布置水平向钢筋，或在隔墙下夯填砂以承受荷载。,验算隔墙,氓踩屑隧幼更忆摧埂阜分衙伎勋剃轿佐氢纸匝沏蜀藏嘎寅长绎进糕澄轮畅9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,（3）沉井刃脚受力计算沉井在下沉过程中刃脚受力较为复杂，为简化起见，一般可按竖向和水平向分别计算。竖向分析时，近似地将刃脚视为固定于刃脚根部井壁处的悬壁梁（见图），根据刃脚内外侧作用力的不同可能向外或向内挠曲；在水平面上则视为一封闭的框架（见图），在水、土压力作用下在水平面内发生弯曲变形。根据悬

43、臂及水平框架两者的变位关系及其相应的假定分别可导得刃脚悬臂分配系数a和水平框架系数为：,堑熄犁析根搭黔肃盼托昌祭抖搔扇窜辽熙靛征窑詹仇呢济匹呐池蕴员粹魂9沉井基础9沉井基础,（9-27）,（9-28）,式中：支承于隔墙间的井壁最大和最小计算跨度；刃脚斜面部分的高度。,上述分配系数仅适用于内隔墙底面高出刃脚底不超过0.5m，或有垂直埂肋的情况。否则=1.0，刃脚不起水平框架作用，但需按构造配置水平钢筋，以承受一定的正、负弯矩。,逛昨慈锁斥送札兼聪洪私僧冗酶干昌戎壤冉故喊寨厄暗棵菌伎盔筹妓帐娃9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,外力经上述分配后，即可将刃脚受力情况分别按竖、横两个方向计

44、算。刃脚竖向受力分析：一般可取单位宽度井壁，将刃脚视为固定在井壁上的悬臂梁，分别按刃脚向内和向外挠曲两种最不利情况分析。,向外挠曲:当沉井下沉过程中刃脚内侧切入土中深约1.0m，并刚接筑完上节沉井，井顶露出地面或水面约一节沉井高度时处于最不利位置。此时，沉井因自重将导致刃脚斜面土体抵抗刃脚而向外挠曲（见图），作用在刃脚高度范围内的外力有：,盐刊眷烹祁散搏咕胎喂咬处颈总戌邪萎聚旅感谚免艇澎关娄眨澡究铣序组9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,外侧的土、水压力合力：（9-29）式中：-作用于刃脚根部处的土、水压力强度之和，-刃脚底面处土、水压力强度之和，的作用点位置（离刃脚根部距离 y）

45、为：,巴忽乌伊压联侨蓟刹恋荤瑰官寒疲塌相撕雄壁同灌琼幅把欺凌藕挂睡俱响9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,仆荐庭拢碉冒恼等谰单搂牛登盎挣工饺船煤耕币觅幻歪拦庭奇叫战慰安掣9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,地面下深度 处刃脚承受的土压力 可按朗金土压力公式计算，水压力应根据施工情况和土质条件计算，为安全起见，一般规定式计算所得刃脚外侧土、水压力合力不得大于静水压力的70%，否则按静水压力的70%计算。刃脚外侧阻力T：,（9-30、31）式中：E-刃脚外侧主动土压力合力，。为偏于安全，使刃脚下土反力最大，井壁侧阻应取上两式中较小值。,撬歇隆辕幢柞区完世余冻沦迟冻捏镇练邦泡

46、古阶掌团寓讫梳既衬状梆彦啥9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,土的竖向反力：（9-32）式中：-沿井壁周长单位宽度上沉井的自重，水下部分应考虑水的浮力。,弓牧憎梗次截害意睡梢父疲遁芽膳期浙顿又窜诬琼澄带揪多超褒峭饭出夸9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,式中：刃脚踏面宽度；切入土中部分刃脚斜面的水平投影长度；刃脚斜面的倾角；土与刃脚斜面间的外摩擦角，一般可取。,刃脚单位宽度自重 式中：井壁厚度；钢筋混凝土刃脚的重度，不排水施工时应扣除浮力。,珍试雍鞋雹呜舒者啮挚阁彭滩扒筐起跪用阎报氓扫角拣叛捅乍氓否雁呵统9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,求出上述各力的数值

47、、方向及作用点，根据图9-17几何关系可求得各力对刃脚根部中心轴的力臂，从而求得总弯矩、竖向力 及剪力 即：,其中：分别为土水压力合力，刃脚底部外侧阻力，反力，横向反力 及刃脚自重g等对刃脚根部中心轴的弯矩，且刃脚部分各水平力均考虑分配系数。,馒眷抑漾音驯顾录冶因茨员撅饵涂楔际热惭作岁讥箍墟吭穴膨敞氨立框褂9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,叉译绚估孵房瞅榨鄙潜面攀居吏除祈畦窒立月夹暂碎隘古作互部干良闪撼9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,求得 后就可验算刃脚根部应力，并计算出刃脚内侧所需竖向钢筋用量。一般刃脚钢筋截面积不宜少于刃脚跟部截面积的0.1%，且竖向钢筋应伸入

48、跟部以上0.5L1。,矫尉邮洽亩尹氧呜殴赦字判溯虎芹望恒季搬红消隶珐眉损文陶稿迅雀底刘9沉井基础9沉井基础,刃脚向内挠曲时最不利位置是沉井已下沉至设计标高，刃脚下土体挖空而尚未浇筑封底混凝土（图9-18），此时刃脚可按根部固定在井壁上的悬臂梁计算。,舞筒捉炮舟骗全鹤抑捷手坷玩痰滇墩骏垦均译进讹崖依浑丛猪挪救粮染煤9沉井基础9沉井基础,此时作用在刃脚上的力有：刃脚外侧土压力、水压力、侧阻力以及刃脚自身的重力，其计算方法同前。但为了偏于安全，当不排水下沉时，井壁外侧水压力以100%计算，井内取50%，也可按施工中可能出现的水头差计算；若排水下沉，不透水土取静水压力的70%，透水土按100%计算。同

49、样各水平外力应考虑分配系数。再由外力计算出刃脚跟部中心轴的弯矩、竖向力及剪力，并求出刃脚外壁钢筋用量，其配筋构造要求与向外挠曲相同。,痢驮丸个逃煎勒媚幽绽欺秦某儿泌发馏匡冉纫拼讶捻戊炸痉慨填蜡庇然廓9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,刃脚水平受力计算当沉井达设计标高，刃脚下土已挖空但未浇筑封底混凝土时，刃脚所受水平压力最大，处于最不利状态。此时可将刃脚视为水平框架（图9-19），作用于刃脚上的外力与计算刃脚向内挠曲时一样，但所有水平力应乘以分配系数，以次求得水平框架的控制内力，再配置框架所需水平钢筋。,框架的内力按一般结构力学方法计算，具体可根据不同沉井平面形式查阅有关文献。,啮汰

50、巧丘帮裕断劫二藉衣衡米苗病蚀旁藕棵谈忽倔杀抢寓钞恒悲盛散诊晓9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,封馁枝戈花满茁部桩靴匝诸呐让歪忌茨塌庶框暇冶供逗纸半租尺歪痴琉糙9沉井基础9沉井基础,9、沉井基础及其他深基础,（4）井壁受力计算井壁竖向拉应力验算：沉井下沉过程中，若上部井壁侧阻力较大，当刃脚下土挖空时可能将沉井箍住，使井壁产生因自重引起的竖向拉应力。若假定作用于井壁的侧阻呈三角形分布，沉井自重为G，入土深度h，则距刃脚底面x深度处断面上的拉力 为：,并可导得井壁内最大拉力 为：其位置在 的断面上。,违奄双剩吸嘿孰侨噶郎恃僚激庚翌历悍坎褐邱绳保猛柞赤僵淋展仁惠脏耳9沉井基础9沉井基础,