地下工程施工技术.ppt

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1、2023/9/25,主讲：周生华,1,地下工程施工技术,2023/9/25,主讲：周生华,2,绪 论,一、本课程的任务和特点二、地下工程应用范围三、地下工程主要施工方法四、地下工程施工技术主要问题注意各种施工方法的适用场合涉及面广，实用性强,2023/9/25,主讲：周生华,3,一、本课程的任务和特点,地下工程：埋于岩土介质中的结构物，施工方法由工程地质和施工条件等因素决定，同一地下工程，可采用多种施工方法基础工程：建筑物基础等任务：学习、掌握地下工程施工技术独立分析和解决施工过程中的问题特点：综合性强复杂程度高,2023/9/25,主讲：周生华,4,二、地下工程应用范围,城市地下铁道越江隧道

2、引水隧道地下工厂地下民用设施地下军用设施市政工程高层建筑地下室其他类型,2023/9/25,主讲：周生华,5,三、地下工程主要施工方法,明挖法暗挖法明暗结合开挖法,2023/9/25,主讲：周生华,6,四、地下工程施工技术,无支撑基坑工程大开挖、重力式挡土墙、复合土钉墙深基坑工程施工地下连续墙施工、SMW工法、柱列式钻孔排桩、板桩、桩板式挡土墙、树根桩等逆作法沉井(沉箱)施工盾构法隧道施工顶管法施工沉管法施工箱涵施工(顶进法)矿山法其他施工方法,2023/9/25,主讲：周生华,7,明挖法,放坡开挖(大开挖)法重力式挡土墙(水泥土搅拌桩)高压旋喷桩(复合)土钉墙法深基坑施工法地下连续墙施工法板

3、桩(钢板桩、混凝土板桩等)法柱列式钻孔桩排桩施工法SMW工法土层锚杆法桩板(市政工程)沉井(沉箱)法,2023/9/25,主讲：周生华,8,暗挖法,盾构法顶管法矿山(暗挖隧道)法冻结法管幕法(管棚法),2023/9/25,主讲：周生华,9,明暗结合开挖法,逆作法全逆作法半逆作法盖挖法先顺作后逆作施工法沉管法箱涵(顶进)法,2023/9/25,主讲：周生华,10,放坡开挖(大开挖)法,优点无围护、支撑结构(高渗透性地层必须设置止水结构)挖土方便，出土快捷，内部土建结构施工方便造价较低缺点出土量相对较大，无堆土场地时要回填土，会增加造价适用开挖深度不大(一般不大于10m)无止水结构时要求地下水位较

4、低或采取降水措施要求场地开阔，周围无重要保护建筑物雨季施工或施工周期长时必须设置护坡措施，会增加造价,2023/9/25,主讲：周生华,11,重力式挡土墙(水泥土搅拌桩),优点无支撑挖土方便、内部土建结构施工方便造价较低缺点水泥土搅拌桩强度较低(一般0.8MPa)水泥土搅拌桩施工时对周边环境影响较大，需要梯形搭接施工水泥土搅拌桩水泥用量较大(1315%)需要较大的施工场地基坑变形较大,2023/9/25,主讲：周生华,12,高压旋喷桩,优点可以作为重力式挡土墙、止水结构，也插型钢作围护结构强度较水泥土搅拌桩高(一般1.22.0MPa)施工时对周边环境影响较水泥土搅拌桩小遇障碍物处理方便灵活直径

5、较大(单重管0.60.8m，二重管0.81.2，三重管1.21.5m，特殊条件下可达2.5m)缺点造价较水泥土搅拌桩高水泥土搅拌桩水泥用量较大(20%),2023/9/25,主讲：周生华,13,(复合)土钉墙法,优点无支撑施工速度快挖土方便，内部土建结构施工方便相对重力式挡土墙变形较小造价低缺点挖土必须分层软土地区高地下水位时必须设置止水帷幕，会增加造价锚体质量控制较困难，土钉承载力较小,2023/9/25,主讲：周生华,14,深基坑施工法,优点适用开挖深度大(一般大于10m)适用于城市内施工采用外拉锚时，基坑内无支撑，方便挖土和内部土建结构施工缺点必须设置一至多道支撑挖土困难、内部结构施工困

6、难造价高施工要求高,2023/9/25,主讲：周生华,15,沉井(沉箱)法,优点造价较低结构整体性好，质量易保证缺点大沉井纠偏困难不排水下沉时，出土困难开挖对周围环境影响大，会形成漏斗形地面采用沉箱施工时，可能引起气压病等,2023/9/25,主讲：周生华,16,盾构法,优点地面作业少，隐蔽性好，噪音低、震动小自动化程度高，劳动强度低，施工速度快受地面建筑和构筑物影响小不受气候影响造价与埋深无关缺点造价高有一定的地面变形覆土浅时开挖面土体稳定较困难气压盾构易引发气压病小曲线半径会引起转向困难(2005.09.12),2023/9/25,主讲：周生华,17,顶管法,优点比盾构法造价低适用于市政工

7、程对建筑物、地下管线和道路交通影响小缺点内部尺寸较盾构小无中继环时顶进距离较小需要工作井,2023/9/25,主讲：周生华,18,矿山(暗挖隧道)法,特点对地层要求高(地质较好、强度较高、地下水位较低)必要时需要进行加固(超前导管、锚杆等)缺点大断面施工难度大,2023/9/25,主讲：周生华,19,逆作法,优点一般不设临时支撑，而采用内部土建结构作为支撑一般可采用二墙合一变形小，地面沉降小地上、地下同时施工时工期较短缺点出土较困难，内部土建结构施工要求高临时立柱施工要求高,2023/9/25,主讲：周生华,20,沉管法,优点造价低现场施工工期较短对地质条件适应性强，适用水深范围较大施工方便、

8、结构质量易控制断面利用率高缺点需要大面积干坞对河道有影响,2023/9/25,主讲：周生华,21,箱涵(顶进)法,优点造价低缺点一般顶进距离不大特点可采用单孔、双孔、三孔及单孔组合成分离式双孔、三孔等不同形式有顶推、对顶、顶拉、牵引等多种施工方式,2023/9/25,主讲：周生华,22,第一章 大开挖基坑工程施工,大开挖土方工程：不采用支撑形式而采用直立或放坡施工方法进行开挖的基坑工程优缺点(如前述)边坡稳定性安全系数：沿假定滑裂面的抗滑力与滑动力的比值，一般大于1时边坡是稳定的边坡设计两参数：开挖深度(坡高H)和坡度(坡角或坡高比m)；与土体抗剪强度、地下水位、地面荷载、坑底支承强度和刚度以

9、及施工顺序和施工工期等有关；以上参数同时直接影响边坡的变形,2023/9/25,主讲：周生华,23,续前,主要内容边坡稳定性计算放坡开挖的施工组织设计边坡失稳防止措施流砂、管涌的防止降水措施,2023/9/25,主讲：周生华,24,边坡稳定性计算,边坡失稳的破坏形式较均质粘性土：近似圆弧的滑动面无粘性土或有明显分界的土层：近似平面的滑移边坡失稳的破坏原因受荷：地震、打桩、车辆行驶和爆破等导致水平侧向压力增加动、静水压力的作用：地下水位上升导致水平侧向水压力和渗流压力增加土体抗剪强度降低：水的作用(风化、淋溶、矿物成分变化；含水量增加、孔隙水压力上升、土体软化)；蠕变；受荷引起的砂土液化边坡稳定

10、性计算(依照土力学理论和施工经验),2023/9/25,主讲：周生华,25,放坡开挖的施工组织设计,任务：根据建筑结构设计要求，结合现场条件，提出施工的具体方法和实施途径内容：环境调查土方开挖方案：主要包括边坡稳定计算、降水、土方开挖的行进路线和边坡加固方法等施工方法：人工开挖和机械开挖，出土方式和出土路线施工设备选择施工平面图设计地上和地下的原有建筑物和构筑物地上和地下的拟建建筑物和构筑物为施工服务的临时设施,2023/9/25,主讲：周生华,26,环境调查,环境调查调查内容：建(构)筑物，管线，地表水和地下水，周边道路；调查目的：确定地面荷载，边坡变形要求和安全系数取值等,2023/9/2

11、5,主讲：周生华,27,边坡失稳防止措施,施工注意事项打、压桩控制堆载控制土方开挖流程控制地表水控制和地下水处理现场观测防止边坡失稳的措施边坡修坡：坡顶卸土、减小坡度和台阶放坡设置边坡护面：配筋混凝土，主要是减少水的影响边坡坡脚抗滑加固：抗滑桩、旋喷法、分层注浆法和深层搅拌法(2005-09-19),2023/9/25,主讲：周生华,28,流砂、管涌的防止,动水压力：地下水的渗流对土单位体积内的骨架产生的压力，方向为地下水的渗流方向，大小为水重度与水力梯度的乘积水力梯度：水头差与渗流路径的比值流砂：当渗流自下而上，动水压力等于或大于土的浮重度时，土粒之间的压力消失，土粒处于悬浮状态，会随水流动

12、的现象管涌：较大的水力梯度作用下，细土粒在粗土粒之间的孔隙中发生紊流运动而随水流走，导致土体结构的破坏而失去稳定的现象,2023/9/25,主讲：周生华,29,续前,防止措施设置防水帷幕：冻结法、打设板桩、施工水泥土搅拌桩或高压旋喷桩、设置地下连续墙，使渗流长度增加，减小水力梯度水下开挖：使水头差、水力梯度减小降低地下水位：消除动水压力,2023/9/25,主讲：周生华,30,降水措施,明排水：在基坑范围内基础外侧开挖排水沟，并按一定距离设置集水井，采用水泵将水抽走。边挖边排，对粘性土较为有效，无法处理流砂和管涌人工降水：在开挖前预先在基坑四周和中间埋设一定数量的滤水管或滤水井，用抽水设备抽水

13、，使地下水位降落至基坑底面以下一定的深度，使土处于干燥状态，从根本上防止流砂象限的发生，改善工作条件。抽水时间：一般必须持续至基坑工程结束。降水后可以减小边坡坡度，减少挖土量。大开挖基坑一般有以下两种方式：轻型井点管井井点,2023/9/25,主讲：周生华,31,习题,大开挖基坑工程有和特点？什么情况下采用大开挖方法进行基坑土方开挖？边坡稳定的安全系数是如何定义的？影响边坡稳定的因素有哪些？边坡失稳的破坏形式主要有哪些？如何防止基坑边坡失稳？地下水对大开挖基坑边坡有什么不利影响？流砂和管涌现象发生的机理是怎样的？如何防止发生流砂和管涌现象？,2023/9/25,主讲：周生华,32,第二章 深基

14、坑工程施工,深基坑工程：一般为开挖深度大于7m的基坑工程。内容基坑支护结构类型、特点与选择基坑稳定性验算钢板桩支护结构施工钻孔灌注桩支护结构施工挖孔灌注桩施工水泥土搅拌桩施工地下连续墙支护结构施工(见第四章),2023/9/25,主讲：周生华,33,续前,要点(考虑因素)围护形式选择止水方式选择稳定性、强度、刚度计算支撑形式选择和布置出土方式(开挖方式)工程地质条件和水文地质条件降排水条件周边环境条件和要求施工季节、工期工程造价,2023/9/25,主讲：周生华,34,续前,基坑安全等级一级：支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构影响很严重，重要性安全系数0=1.1二级：支护

15、结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构影响一般，重要性安全系数0=1.0三级：支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构影响不严重，重要性安全系数0=0.9,2023/9/25,主讲：周生华,35,续前,支护结构分类挡土结构(受力结构)：承受水、土压力钢板桩木板桩钢筋混凝土预制板桩柱列式钻孔灌注桩挖孔桩地下连续墙,2023/9/25,主讲：周生华,36,续前,止水结构：截水防渗水泥土搅拌桩高压旋喷桩注浆支撑结构：支撑挡土结构钢支撑钢筋混凝土支撑土钉土锚逆作法(结构楼板作为支撑),2023/9/25,主讲：周生华,37,基坑支护结构类型与选择,板桩式钢板桩、钢管桩、H

16、型钢(工字钢)加横挡板、钢砼预制板桩柱列式钻孔灌注桩、挖孔桩、SMW工法桩墙式地下连续墙、咬合桩、重立式挡土墙(水泥土搅拌桩或高压旋喷桩)、止水墙锚入式土层锚杆、(复合)土钉墙下沉式沉井、沉箱,2023/9/25,主讲：周生华,38,钢板桩,断面形式U形、Z形、H形、直线形和冷轧薄板形等优点强度高接合较紧密，“不易漏水”可全部机械施工，施工简单，速度快可多次重复使用，可降低造价缺点由于刚度较低，施工过程中变形较大由于周转使用，锁口易变形，影响止水效果打、压桩和拔桩时对环境影响较大，对土体扰动较大,2023/9/25,主讲：周生华,39,钢管桩,优点刚度较大开挖深度可达30m缺点须相应的防水措施

17、日本有应用,2023/9/25,主讲：周生华,40,H型钢(工字钢)加横挡板,优点造价低施工方便缺点适用的开挖深度较浅适用场合主要应用于开槽埋管北京地铁也有应用,2023/9/25,主讲：周生华,41,钢砼预制板桩,优点造价低可以与内衬结合成为主体结构的一部分现在较少使用,2023/9/25,主讲：周生华,42,钻孔灌注桩,优点造价较地下连续墙低刚度比钢板桩大施工时对环境影响小布置灵活可在特殊条件下施工缺点一般与治水结构结合使用,2023/9/25,主讲：周生华,43,劲性水泥土搅拌桩(SMW工法),优点造价较钻孔灌注桩低型钢可以回收，重复利用止水较好施工方便，速度快缺点刚度较低，施工过程中变

18、形较大,2023/9/25,主讲：周生华,44,地下连续墙,优点刚度大既可挡土，又可止水施工时噪声低，无震动，无挤土土层适用性较好施工时对环境影响小可用于开挖面积大，开挖深度深的基坑缺点技术要求高需要进行泥浆处理，以防污染环境造价高,2023/9/25,主讲：周生华,45,重力式挡土墙,优点无支撑挖土方便、内部土建结构施工方便造价较低缺点水泥土搅拌桩强度较低(一般0.8MPa)水泥土搅拌桩施工时对周边环境影响较大，需要梯形搭接施工水泥土搅拌桩水泥用量较大(1315%)需要较大的施工场地基坑变形较大一般采用格栅式，减少造价,2023/9/25,主讲：周生华,46,土层锚杆,优点无支撑挖土方便、内

19、部土建结构施工方便造价较低缺点要求距红线有一定距离要求土层能提供较高的锚固力软土地区使用应慎重拉锚形式拉锚土锚,2023/9/25,主讲：周生华,47,(复合)土钉墙法,优点无支撑施工速度快挖土方便，内部土建结构施工方便相对重力式挡土墙变形较小造价低缺点挖土必须分层软土地区高地下水位时必须设置止水帷幕，会增加造价锚体质量控制较困难，土钉承载力较小,2023/9/25,主讲：周生华,48,影响支护结构类型选择的因素,基坑平面的几何尺寸、开挖深度防水抗渗要求地下工程的类型、特点，建筑物基础结构和上部结构类型工程地质和水文地质条件周边建筑物、构筑物、河流、道路条件施工技术、水平、设备条件、材料情况降

20、水排水方法施工可行性、安全性、工期、造价,2023/9/25,主讲：周生华,49,支撑结构类型,按与基坑关系分内支撑外拉锚按材料分型钢支撑钢管支撑钢砼支撑,2023/9/25,主讲：周生华,50,续前,按布置方式分水平斜角支撑对撑(直撑)桁架支撑单圆形支撑双圆形支撑垂直斜角支撑(抛撑)拉锚其他组合支撑形式等,2023/9/25,主讲：周生华,51,基坑稳定性,入土深度：支护结构伸入基坑底面以下部分的长度。与入土深度有关的稳定性验算整体稳定性(圆弧滑动法)验算抗倾覆稳定性验算抗滑移稳定性验算坑底抗隆起稳定性(Prandtl、Terzaghi公式)验算(地基承载力验算)抗管涌稳定性验算(抗渗稳定性

21、验算)与承压水有关的稳定性验算承压水稳定性(底鼓)验算抗管涌稳定性验算(抗渗稳定性验算),2023/9/25,主讲：周生华,52,钢板桩支护结构施工概述,钢板桩适用于软弱地基和地下水位低的地区，用作地下工程或深基础施工的临时挡土、放水结构或在水中建造构筑物时的围堰。平板式：侧向抗弯能力小，用于地基较好，基坑深度不大的工程波浪式、组合式(有锚或撑)：侧向抗弯能力较大，适用于较深的基坑,2023/9/25,主讲：周生华,53,钢板桩施工机具和选择,施工机具冲击式打入机械：自由落锤、蒸汽锤、空气锤、液压锤、柴油锤等振动式打入机械：振动打拔桩锤振动冲击打桩机械静力压入机械机具选择条件工程规模土质情况作

22、业能力作业环境,2023/9/25,主讲：周生华,54,钢板桩支护结构施工施工工艺,施工准备位置选择：距地下室外墙一定距离，尽量平直，避免不规则的转角钢板桩处理：凹槽底口封闭，锁口涂油检验(表面缺陷，长度，宽度，厚度，高度，端头矩形比，挠曲与扭曲、平直度，锁口形状)矫正(千斤顶顶压，大锤敲击，氧乙炔焰热烘相结合)导向装置(平面上分为单面、双面，立面上分为单层、双层和多层；一般采用单层双面围檩支架)桩帽制作(防止桩顶损伤，避免偏心锤击)转角桩制作,2023/9/25,主讲：周生华,55,续前,钢板桩的打入可在陆地、水上、脚手架上打桩单桩打入法：按顺序打桩。桩架低，施工简便，速度快、易倾斜，误差累

23、计不易纠正，墙面平直度难控制双层围檩法：先插桩，再阶梯形打桩。能保证墙的垂直度和平整度，但施工复杂，不经济，施工速度慢屏风法：按组打桩，先打两端后焊接固定，中间再按阶梯形打入，可防止倾斜和扭转。速度慢，桩架高，闭合好，垂直度高,2023/9/25,主讲：周生华,56,续前,钢板桩的拔除一般在基坑回填后拔桩。拔桩前应研究拔桩顺序、拔除时间和桩孔处理尽量减少拔桩带土，可采取灌浆，灌砂措施拔桩时一般与打桩顺序相反拔桩方法静力拔桩：效率较低，有时不能拔出、成本低振动锤拔桩法：效率高、可拔多桩，应用较多重型起重机与振动锤共同拔桩法：用于不易拔出的桩,2023/9/25,主讲：周生华,57,打桩时的问题和

24、对策,阻力过大不易贯入原因：土层原因，桩的锈蚀、变形措施：辅助打桩措施，加强检查、涂油倾斜原因：齿口和土的不均衡力措施：卷扬机向后拉、改变锤击方向、楔形桩将相邻桩带入(共连)措施：分标高打桩、焊接、用型钢连接、锁口上涂油、特殊塞子塞住锁口扭转地基液化：降水,2023/9/25,主讲：周生华,58,拔桩施工要点,桩拔不出的对策复打按与打桩相反的次序拔桩在其附近并列打桩两侧开槽，放入膨润土桩孔填塞，减少带土膨润土浆液、水泥浆、回灌水和砂,2023/9/25,主讲：周生华,59,续前,有利于拔桩的其他辅助措施膨润土泥浆槽施工法排除板桩齿口中的土砂涂油脂或沥青射水施工法与长螺旋钻并用钻孔法电渗施工法不

25、同机械并用,2023/9/25,主讲：周生华,60,钻孔灌注桩支护结构施工概述,钻孔灌注桩作为柱列式挡土墙，在软土地区得到了广泛的应用。优点：就在它自身的刚度大，布置灵活，施工简便，同地下连续墙相比经济。缺点：就在于需辅以抗渗措施。目前一般采用搅拌桩、旋喷桩或注浆作为止水措施与其配合使用。几个概念充盈系数正循环成孔反循环成孔正循环清孔泵吸反循环清孔气举反循环清孔,2023/9/25,主讲：周生华,61,钻孔灌注桩施工机械,干作业成孔机械螺旋钻孔机：宜用于地下水位以上的均质粘性土、砂性土和人工填土，能较快穿透砂层。有锥式钻头和平式钻头两种。可采用套筒机动洛阳铲挖孔机：宜用于地下水位以上的一般粘性

26、土、黄土和人工填土地基湿作业成孔机械潜水电钻机：宜用于地下水位高的轻硬土层(淤泥质土、粘性土以及砂性土等)，正循环和反循环排泥大直径旋入全套筒护壁成孔桩机大口径转盘回转钻机：宜用于松散土层、粘性土以及淤泥质土层等)，正循环和反循环排泥,2023/9/25,主讲：周生华,62,钻孔灌注桩施工工艺流程,施工工艺流程(干、湿不同)，见P43和P44,2023/9/25,主讲：周生华,63,湿作业钻孔桩施工工艺,施工准备：施工交底，施工工艺选择，施组编写，准备施工道路、施工和生活设施、堆场、水电等，埋设护筒成孔：泥浆(原土造浆、人工造浆)、正循环、反循环清孔：一般一两次清孔，正循环、泵吸反循环、气举反

27、循环(仅适用于第二次)钢筋笼制作：分段制作要求，定位钢筋、加强筋、垫块，焊接接头的要求水下混凝土灌注：强度、坍落度、初凝时间、导管分节长度、导管插入深度(不小于2m，严禁提出混凝土面)、隔水塞、灌注时间(单桩8小时)、提管拆管(每次长度不大于6m)、充盈系数(11.3)、混凝土初灌量、超灌高度(不小于桩长5%或2m),2023/9/25,主讲：周生华,64,混凝土初灌量,V=(h1d2+Kh2D2)/4h1=(h-h2)w/cH1一般按经验取值，1.31.8mK一般取1.3,2023/9/25,主讲：周生华,65,挖孔桩施工,也称手掘沉井，刚度大，可承重、支挡水土压力和防渗不适用于淤泥、流砂和

28、地下水丰富的地层可采用或不采用护壁直径1.02.5m避免漏电、流砂、塌方、缺氧和中毒，注意通风每次挖深0.81.2m，护壁厚度一般75150mm，竖筋812，模板分48块(高1m)一般一天一节，上班拆模、开挖，下班前浇筑混凝土,2023/9/25,主讲：周生华,66,水泥土搅拌桩施工,定义：利用一种特殊的搅拌头或钻头，钻进地基至一定深度后，喷出固化剂，使其沿着钻孔深度与地基土强行拌和而形成的水泥加固土桩体作为围护结构时，桩体必须相互搭接(一般不小于150，常用200，单排时宜为300mm)。格栅形加固时，置换率一般0.6(一般粘性土、砂土)0.8(淤泥)。格栅长宽比不宜大于2应用形式：重力式挡

29、土墙、劲性SMW工法固化剂材料：水泥、石灰等方式：浆体、粉体加劲材料：毛竹、钢筋、H型钢等施工方法：湿法和干法搅拌机械,2023/9/25,主讲：周生华,67,搅拌机械,SJB-1可采用多种固化剂水泥浆从中间喷出均匀性较差GZB-600只能采用纯水泥浆,2023/9/25,主讲：周生华,68,水泥土搅拌桩施工流程,二喷三搅另一种程序：预搅下沉(空搅)喷浆搅拌提升复搅下沉喷浆搅拌提升复搅下沉搅拌提升施工中常用的程序：预搅下沉(空搅)喷浆提升再下沉搅拌喷浆搅拌提升二喷二搅预搅下沉(空搅)喷浆搅拌提升复搅下沉喷浆搅拌提升预搅下沉时一般不可冲水,2023/9/25,主讲：周生华,69,习题,P53第一

30、题P54第二题P54第三题P54第六题P54第八题P54第十四题,2023/9/25,主讲：周生华,70,第三章 沉井施工,一、概述二、沉井的分类与构造三、沉井施工四、沉井施工引起土体移动的分析与计算,2023/9/25,主讲：周生华,71,一、概述,沉井的特点在地面制作沉井结构靠自重(或增加压重)下沉必须进行砼封底可以多次接高有时需采用触变泥浆润滑套、壁后气压法施工沉井组成刃脚井壁内隔墙井内纵横梁沉箱时有顶盖,2023/9/25,主讲：周生华,72,续前,施工工艺干挖土钻吸排土中心岛式下沉沉井应用地下工业厂房、大型设备基础、地下仓(油)库、人防掩蔽部、盾构工作井、船坞坞首、桥梁墩台基础、取水

31、构筑物、污水泵站、矿用竖井、地下车道与车站、地下建(构)筑物、大型深埋基础等,2023/9/25,主讲：周生华,73,续前,沉井的优点占地面积小与大开挖比挖土量少造价较低沉井的缺点对环境影响较大城区内采用不排水施工时出土困难,2023/9/25,主讲：周生华,74,二、沉井的分类与构造,沉井的分类按材料分类按平面形状分类按竖向剖面形状分类按排列方式分类沉井的构造井壁刃脚内隔墙上下横梁及框架井孔封底顶盖,2023/9/25,主讲：周生华,75,按材料分类,混凝土钢筋混凝土钢砖石,2023/9/25,主讲：周生华,76,按平面形状分类,圆形沉井又分为单孔圆形、双壁圆形和多孔圆形沉井与其他形式沉井相

32、比，理论上受力性能较好不利于内部空间利用方形(或矩形)沉井又分为单孔、双孔和多孔与圆形沉井相比制作方便利于内部空间利用不利于纠偏双孔和多孔沉井整体刚度较好椭圆、端圆形沉井对水流阻力较小多用于水中构筑物,2023/9/25,主讲：周生华,77,按竖向剖面形状分类,圆柱形沉井土压力较为均衡，不易发生倾斜对环境影响较小易上部被土夹住，下部悬空造成井壁拉裂宜入土不深或土质松散时采用阶梯形沉井内阶梯、外阶梯单阶梯、多阶梯节约材料，减少摩阻力较易倾斜锥形沉井减少摩阻力、下沉时不稳定、制作困难,2023/9/25,主讲：周生华,78,按排列方式分类,单个沉井连续沉井,2023/9/25,主讲：周生华,79,

33、井壁,井壁为承受水土压力、制作时的自重以及纠偏荷载等荷载的主要受力构件；一般采用双面双向配筋决定井壁的厚度的因素沉井大小(隔仓尺寸)；下沉深度(水土压力不同)；地质条件(决定水土压力和下沉阻力)；抗浮直墙形或阶梯型直墙形：应用于土质松软，摩擦力不大、下沉深度较小时，否则采用内阶梯型；易于控制垂直下沉；模板可多次利用；环境影响小内阶梯型：应用于下沉深度较大时，可节约材料外阶梯型：应用于土质密实，下沉深度较大时；可减少摩阻力；最下一节阶梯高度不宜太小(导向作用)；阶梯空隙内须灌砂或泥浆；环境影响较大薄壁沉井,2023/9/25,主讲：周生华,80,刃脚,井壁最下端的刀刃状为刃脚刃脚分踏面(刃脚底的

34、水平面)和斜面刃脚式样根据沉井下沉时所穿越的土层的软硬程度和刃脚上的反力大小确定一般情况下采用钢筋混凝土刃脚，在坚硬地层中或采用爆破法时可采用钢刃脚或用钢板包裹调整正面阻力踏面宽度视地质条件确定：沉井重、土质软时要宽一点，否则可窄一点斜面高度视井壁厚度和封底方式确定，且必须方便挖土和抽承垫木刃脚长度：当土质坚硬时可以小一些，否则要大一些，以免对封底工作带来困难,2023/9/25,主讲：周生华,81,内隔墙,可增加沉井的刚度可减少沉井井壁的厚度将沉井分隔成多个隔仓，使挖土和下沉可以均衡地进行，也可以方便纠偏内隔墙底面一般比刃脚踏面高，但软土层中为了防止突沉，可以采用一样高下部应设人孔可以分隔仓

35、封底，改善封底混凝土的质量井孔布置宜力求简单、对称,2023/9/25,主讲：周生华,82,上下横梁及框架,代替内隔墙，增加沉井的整体刚度，减少井壁的厚度，增加沉井的整体刚度，使井壁变形减小减少沉井的重量便于井内人员往来，减轻劳动强度同内隔墙一样，有利于分格封底，改善混凝土质量；可调整各井孔的挖土量纠正井身的倾斜，有效控制和减少沉井的突沉现象的发生,2023/9/25,主讲：周生华,83,井孔,纵横隔墙和纵横框架形成的格子称作井孔施工时用作出土孔，应考虑设备和工艺的要求,2023/9/25,主讲：周生华,84,封底,封底主要是防止地下水渗入井内，方便结构施工刃脚上方井壁内侧应预留凹槽，使封底混

36、凝土、底板与井壁间联结良好，以传递基底反力，使沉井成为空间结构受力体系湿封底(水下灌注混凝土)水下浇筑混凝土，施工质量不易保证抽水后浇筑底板必须计算沉井抗浮系数，和封底的厚度干封底铺垫层浇筑底板施工质量易保证,2023/9/25,主讲：周生华,85,三、沉井施工,沉井施工准备工作沉井下沉与抗浮稳定验算沉井刃脚下垫层及承垫木的铺设和计算沉井制作沉井下沉沉井封底沉井施工中的问题与处理对策沉井施工机具,2023/9/25,主讲：周生华,86,沉井施工准备工作,现场踏勘，地质勘查，环境调查熟悉工程地质、水文地质和施工图纸三通一平(通电、水、路，场地平)搭设大临设施，机械、材料和人员的配备编制施组铺设砂

37、垫层组织场地排水或基坑降排水测量控制和沉降观测,2023/9/25,主讲：周生华,87,续前,沉井制作方式地面上制作沉井：沉井高度较小或天然地面较低时采用基坑内制作沉井在处理后的地基上制作沉井：采用砂、砾砂、混凝土、灰土垫层或人工夯实、机械碾压等措施在人工筑岛上制作沉井：采用中砂、粗砂和砾石，不得采用粘性土、细砂、淤泥、泥炭和大块砾石。水流速度大时，须采用草袋堆筑或其他措施(如围堰)稳定边坡,2023/9/25,主讲：周生华,88,沉井下沉与抗浮稳定验算,各阶段下沉系数Kc的计算Kc=(Gk-Fk)/(Tf+R1+R2+R3)Kc一般控制在1.051.25之间，淤泥中取小值，其他土中取大值井壁

38、总摩阻力Tf按各层土的摩阻力计算Tf=U(h0-2.5)f 或 Tf=f0pe土与井壁单位摩阻力f取加权平均值；沉井外壁与土的静摩阻力系数f0一般取0.30.5，pe为沉井外壁主动土压力浮力Fk的选用：排水下沉时，Fk=0；不排水下沉时，Fk=70%的总浮力以上计算中Gk和Fk均为标准值,2023/9/25,主讲：周生华,89,续前,正面阻力Ri按土的极限承载力计算Ri=FRj刃脚、隔墙和底梁下的支承面积F沉井底部地基土的极限承载力Rj沉井抗浮计算Kf=Gk/FkKf一般控制在1.01.05之间按相应阶段的沉井总重量标准值按相应阶段的最高水位计算的浮力标准值,2023/9/25,主讲：周生华,

39、90,沉井刃脚下垫层及承垫木的铺设和计算,刃脚下承垫木的计算承垫木的根数：n=Gk/A/ff地基土的容许承载力，A单根承垫木与垫层的接触面面积承垫木与踏面的接触面积：A0=Gk/RR木材横纹局部抗压强度承垫木的横截面面积：A1Gk/2/0 0木材允许受剪强度承垫木的铺设要点：水平仪抄平、平面均匀对称、中心重合。承垫木的距离一般0.51m,2023/9/25,主讲：周生华,91,续前,定位支点距离的确定：圆形四点对称矩形0.60.7L混凝土垫层厚度计算h1=(Gk/Rh-b)/2Rh砂垫层(或地基)容许承载力砂垫层的厚度计算h2=(Gk/fd-l)/2/tanfd地基容许承载力砂垫层扩散角,20

40、23/9/25,主讲：周生华,92,沉井的制作,刃脚支设沉井壁制作混凝土的浇筑沉井制作的允许偏差,2023/9/25,主讲：周生华,93,刃脚支设,垫架法：用于沉井较重、地基较差时半垫架法：用于沉井较重、地基较差时砖垫座：用于沉井较轻、土质较好时土底模：用于沉井较轻、土质较好时垫架铺设应对称，定位垫架与承垫木布置相同。垫架距离0.51.0m,2023/9/25,主讲：周生华,94,沉井壁制作,沉井制作方式在地面上直接制作：用于地下水位高在人工筑岛上制作：用于浅水中在基坑中制作：用于地下水位低，可减少下沉深度、摩阻力及作业高度，应用较多注意事项基坑宽度要求大于沉井23m设置排水沟、集水井高度大于

41、12m应分节制作隔墙可与井壁同时浇筑也可分开浇筑注意竖向钢筋的连接注意分节处的止水措施,2023/9/25,主讲：周生华,95,混凝土的浇筑,单节沉井一次浇筑一次下沉，一般高度在10m内应沿四周均匀对称混凝土达到25%强度后可拆侧模，达到70%以上强度时可拆刃脚斜面支撑和模板多节沉井多次浇筑一次下沉、多次浇筑多次下沉第一节混凝土达到70%以上强度，可浇筑第二节分节面必须凿毛、吹洗干净施工缝有：平缝、凹式或凸式缝、钢板止水缝接高高度一般不小于4m，接高模板不可支于地面下一节沉井顶端高于地面0.51m，停止下沉，开始接高,2023/9/25,主讲：周生华,96,沉井制作的允许偏差,断面尺寸长度：0

42、.5%且 100mm曲线部分的半径：0.5%且 50mm对角线的长度：1%井壁厚度：15mm井壁、隔墙垂直度：1%预埋件、预留孔位移：20mm,2023/9/25,主讲：周生华,97,沉井下沉,制作与下沉的顺序承垫木的拆除下沉方式的选择下沉挖土方式的选择测量控制与观测沉井施工质量标准,2023/9/25,主讲：周生华,98,制作与下沉的顺序,第一节达100%强度(小型沉井达70%)，其他达70%强度后方可下沉一次制作，一次下沉中小型沉井，高度不大，一般小于10m地基很好或加固后很好分节制作，一次下沉脚手架和模板可连续使用，下沉设备一次安装，可采用滑模地基要求高，高空作业困难，国内最大达30m高

43、分节制作，多次下沉地基要求低工序多，工期长接高时易倾斜和突沉,2023/9/25,主讲：周生华,99,承垫木的拆除,拆除时间大型沉井达100%强度小型沉井达70%强度拆除顺序圆形沉井：先抽一般承垫木，后抽定位承垫木矩形沉井：现抽隔墙下的垫木，然后分组对称抽除外墙短边下的定位垫木，再抽长边下一般垫木，最后抽除定位垫木拆除要求分区、分组、依次、对称、同步加强观测,2023/9/25,主讲：周生华,100,下沉方式的选择,排水下沉用于渗水量不大，稳定的粘性土，或渗水量虽大但排水容易的场合常用排水方式：明沟集水井排水，井点排水，井点与明沟排水相结合的方式不排水下沉用于流砂严重，渗水量大又不易排除，或排

44、水会影响周边环境的场合常用方式：用抓斗在水中取土；用水力冲射器冲刷土，用空气吸泥机(或水力吸泥机)吸泥；用钻吸排土沉井工法，效率高，劳动强度低，安全可靠。,2023/9/25,主讲：周生华,101,下沉挖土方式的选择,排水下沉挖土方法人工或风动工具；井内用小型挖土机，地面用抓斗对普通土层、砂夹卵石或硬土层、岩层采用不同的方法挖土注意保持平面位置和垂直度开始下沉和将要下沉至底时，开挖深度要减小下沉至设计标高20cm时停止挖土，靠自重下沉不排水下沉挖土方法抓斗挖土，水力吸泥机或水力冲射空气吸泥机会形成锅底外壁内设射水管,2023/9/25,主讲：周生华,102,续前,辅助下沉措施射水下沉法：不适宜

45、用于粘性土中触变泥浆护壁下沉法：减少外壁摩阻力抽水下沉法：减少浮力井外挖土下沉法压重下沉法炮震下沉法：同一沉井、同一地层不宜多于4次,2023/9/25,主讲：周生华,103,测量控制与观测,平面位置控制：采用纵横十字中心控制线标高控制：采用水准基点垂直度控制：采用吊线锤观测频率：每班至少两次，观测数据必须及时提交相关单位，以及时调整施工措施和进行纠偏等,2023/9/25,主讲：周生华,104,沉井施工质量标准,沉井必须进行中间验收，并做好验收记录制作尺寸和允许偏差要求沉井下沉结束时的偏差：刃脚平均标高与设计标高的偏差 100mm水平位移1%H；当H10m时，水平位移100mm矩形沉井刃脚底

46、面四角中的任何两角的高差该两角水平距离的1%，且300mm下沉总深度H=下沉前刃脚底面标高-下沉结束后刃脚底面标高,2023/9/25,主讲：周生华,105,沉井封底,沉井下沉至设计标高，8h内累计下沉量10mm或沉降率在允许范围内，即可进行封底。排水封底新老混凝土面冲刷打毛，清理基底(锅底)，设排水措施达50%强度后，可施工底板不排水封底井底浮泥清除干净，新老混凝土面冲刷干净，铺碎石垫层采用导管法灌注注意导管的作用半径注意导管位置高低要求预先计算混凝土需要量,2023/9/25,主讲：周生华,106,沉井施工中的问题与处理对策,问题：沉井倾斜原因、对策问题：沉井偏移原因、对策问题：沉井下沉过

47、快原因、对策问题：沉井下沉极慢或停沉原因、对策问题：发生流砂原因、对策问题：沉井下沉遇障碍物原因、对策问题：沉井下沉到设计深度，遇倾斜岩层，造成封底困难原因、对策问题：沉井下沉遇硬质土层原因、对策问题：沉井超沉或欠沉原因、对策,2023/9/25,主讲：周生华,107,沉井倾斜(对策),加强下沉过程中的观测和资料分析，发现倾斜及时纠正对称、均匀抽取承垫木、及时用砂或砂砾回填在刃脚高的一侧加强取土，低的一侧少挖或不挖土，待正位后再均匀分层取土在刃脚较低的一侧适当回填砂石或石块，延缓下沉速度不排水下沉，在靠近刃脚低的一侧适当回填砂石；在井外射水或开挖、增加偏心压载以及施加水平外力,2023/9/2

48、5,主讲：周生华,108,沉井偏移(对策),控制沉井不再向偏移方向倾斜有意使沉井向偏位的相反方向倾斜，当几次倾斜纠正后，即可恢复到正确位置或有意使沉井向偏位的一方倾斜，然后沿倾斜方向下沉，直至刃脚处中心线与设计中线位置相吻合或接近时，再将倾斜纠正加强测量的检查复核工作,2023/9/25,主讲：周生华,109,沉井下沉过快,2023/9/25,主讲：周生华,110,沉井下沉极慢或停沉,2023/9/25,主讲：周生华,111,发生流砂(对策),采用排水法下沉，水头宜控制在1.52m；或采用不排水法下沉沉井，保证井内水位高于井外水位，以避免涌入流砂挖土避免在刃脚下掏挖，以防流砂大量涌入，中间挖土

49、也不宜挖成“锅底”形穿越流砂层应快速，最好加荷，使沉井刃脚切入土层采用井点降低地下水位，防止井内流淤，井点则可设置在井外或井内,2023/9/25,主讲：周生华,112,沉井下沉遇障碍物,2023/9/25,主讲：周生华,113,遇倾斜岩层，造成封底困难,2023/9/25,主讲：周生华,114,沉井下沉遇硬质土层,2023/9/25,主讲：周生华,115,沉井超沉或欠沉(对策),当沉井下沉至设计标高以上1.52m的终沉阶段时，应加强下沉观测，待8h的累计沉降量不大于8mm时，沉井趋于稳定，方可进行封底加强测量工作，对测量标志应加固校核，测量数据须准确无误,2023/9/25,主讲：周生华,1

50、16,沉井施工机具,双瓣抓土斗四瓣抓土斗空气吸泥机压缩空气管,2023/9/25,主讲：周生华,117,四、沉井施工引起土体移动的分析与计算,沉井施工引起土体位移的因素沉井四周土的破坏棱体范围临界挖深的计算井底抗隆起安全系数的计算井底流砂引起土体移动的分析井底承压水引起土体移动的分析,2023/9/25,主讲：周生华,118,沉井施工引起土体位移的因素,井内卸载使土体的平衡状态改变外阶梯沉井的空隙纠偏对土体的扰动流砂承压水地基承载力不够,2023/9/25,主讲：周生华,119,习题,P93第一题P93第二题P93第三题P93第六题P93第九题P93第十二题P93第十五题,2023/9/25,