《沉井基础》PPT课件.ppt

第四节第四节 沉井和重力式深水基础沉井和重力式深水基础施工施工 第四章 桥梁基础施工第四节 沉井和重力式深水基础施工 第四章 桥梁基础施工 沉井的应用己有很长的历史，它是由古老的掘井作业沉井的应用己有很长的历史，它是由古老的掘井作业发展而成的一种施工方法，用沉井法修筑的基础叫做沉井发展而成的一种施工方法，用沉井法修筑的基础叫做沉井基础，参见图基础，参见图5-1。沉井基础示意沉井基础示意a)沉井下沉沉井下沉;b)沉井基础沉井基础沉井的概念沉井的概念:是井筒状的结构物。它是以井内挖土，依靠自身重力是井筒状的结构物。它是以井内挖土，依靠自身重力克服井壁摩阻力后下沉到设计标高，然后经过混凝土封底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。并填塞井孔，使其成为桥梁墩台或其它结构物的基础。沉井的优点：沉井的优点：埋置深度可以很大，整体性强、稳定性好，有较大的埋置深度可以很大，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；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，又是施工时的挡土和挡土围堰结构物，沉井既是基础，又是施工时的挡土和挡土围堰结构物，施工工艺并不复杂。施工工艺并不复杂。沉井施工时对邻近建筑物尤其是软土中地下建筑物的沉井施工时对邻近建筑物尤其是软土中地下建筑物的基础影响小。基础影响小。第四节 沉井和重力式深水基础施工 第四章 桥梁基础施工沉井的缺点：沉井的缺点：施工期较长；施工期较长；对粉细砂类土在井内抽水易发生流砂现象，造成沉井倾对粉细砂类土在井内抽水易发生流砂现象，造成沉井倾斜；斜；沉井下沉过程中遇到的大孤石、树干或井底岩层表面倾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，均会给施工带来一定困难。斜过大，均会给施工带来一定困难。第四节 沉井和重力式深水基础施工 第四章 桥梁基础施工沉井沉井第四节 沉井和重力式深水基础施工 第四章 桥梁基础施工沉井沉井第四节 沉井和重力式深水基础施工 第四章 桥梁基础施工 根据经济合理、施工上可能的原则，一般在下列情况，根据经济合理、施工上可能的原则，一般在下列情况，可以采用沉井基础：可以采用沉井基础：1.上部荷载较大，而表层地基土的容许承载力不足，做上部荷载较大，而表层地基土的容许承载力不足，做扩大基础开挖工作量大，以及支撑困难，但在一定深度下有扩大基础开挖工作量大，以及支撑困难，但在一定深度下有好的持力层，采用沉井基础与其他深基础相比较，经济上较好的持力层，采用沉井基础与其他深基础相比较，经济上较为合理的；为合理的；2.在山区河流中，虽然土质较好，但冲刷大，或河中有在山区河流中，虽然土质较好，但冲刷大，或河中有较大卵石不便桩基础施工时；较大卵石不便桩基础施工时；3.岩层表面较平坦且覆盖层薄，但河水较深；采用扩大岩层表面较平坦且覆盖层薄，但河水较深；采用扩大基础施工围堰有困难时。基础施工围堰有困难时。第四节 沉井和重力式深水基础施工 第四章 桥梁基础施工一、沉井的类型和构造（一）沉井的分类 按沉井的施工方法分类按沉井的施工方法分类 一般沉井一般沉井 浮运沉井浮运沉井按沉井的建筑材料分类按沉井的建筑材料分类 混凝土沉井混凝土沉井 钢筋混凝土沉井钢筋混凝土沉井 竹筋混凝土沉井竹筋混凝土沉井第四节 沉井和重力式深水基础施工 第四章 桥梁基础施工 按沉井形状分类按沉井形状分类 圆形圆形圆端形圆端形矩形矩形沉井的平面形状沉井的平面形状沉井的立面形状沉井的立面形状 柱形柱形 阶梯形阶梯形锥形锥形 图图5-3 沉井的平面形状沉井的平面形状 a)单孔沉井；单孔沉井；b)双孔沉井；双孔沉井；c)多孔沉井多孔沉井第四节 沉井和重力式深水基础施工 第四章 桥梁基础施工沉井剖面图沉井剖面图a）直壁柱型；）直壁柱型；b）外壁单阶型；）外壁单阶型；c）外壁多阶型；）外壁多阶型；d）内壁多阶型）内壁多阶型第四节 沉井和重力式深水基础施工 第四章 桥梁基础施工二、沉井基础的构造(一)沉井的轮廓尺寸 沉井的平面形状：沉井的平面形状：决定于墩决定于墩(台台)底部的形状。对矩形或圆端形墩，可采底部的形状。对矩形或圆端形墩，可采用相应形状的沉井，当墩的长宽比较为接近时，可采用方用相应形状的沉井，当墩的长宽比较为接近时，可采用方形或圆形沉井。形或圆形沉井。沉井顶面尺寸为墩沉井顶面尺寸为墩(台台)身底部尺寸加襟边宽度。身底部尺寸加襟边宽度。沉井的入土深度：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等确根据上部结构、水文地质条件及各土层的承载力等确定。定。第四节 沉井和重力式深水基础施工 第四章 桥梁基础施工(二)沉井的一般构造 一般沉井构造上主要由一般沉井构造上主要由井壁、刃脚、隔墙、井孔、井壁、刃脚、隔墙、井孔、凹槽、射水管、封底和盖凹槽、射水管、封底和盖板板等组成。等组成。图图5-5 沉井构造图沉井构造图第四节 沉井和重力式深水基础施工 第四章 桥梁基础施工(三)浮运沉井的构造 1.不带气筒的浮运沉井不带气筒的浮运沉井 不带气筒的浮式沉井适应于水深较浅、流速不大、河不带气筒的浮式沉井适应于水深较浅、流速不大、河床较平、冲刷较小的自然条件。一般在岸边制造，通过滑床较平、冲刷较小的自然条件。一般在岸边制造，通过滑道拖拉下水，浮运到墩位，再接高下沉到河床。这种沉井道拖拉下水，浮运到墩位，再接高下沉到河床。这种沉井可用钢、木、钢筋混凝土、钢丝网及水泥等材料组合。可用钢、木、钢筋混凝土、钢丝网及水泥等材料组合。钢丝网水泥薄壁沉井钢丝网水泥薄壁沉井是由内、外壁组成的空心井壁沉是由内、外壁组成的空心井壁沉井，这是制造浮运沉井较好的方法，具有施工方便、节省井，这是制造浮运沉井较好的方法，具有施工方便、节省钢材等优点。沉井的内壁、外壁及横隔板都是钢筋钢丝网钢材等优点。沉井的内壁、外壁及横隔板都是钢筋钢丝网水泥制成。做法是将若干层钢丝网均匀地铺设在钢筋网的水泥制成。做法是将若干层钢丝网均匀地铺设在钢筋网的两侧，外面涂抹不低于两侧，外面涂抹不低于M5的水泥砂浆，使它充满钢筋网的水泥砂浆，使它充满钢筋网和钢丝网之间的间隙并形成厚和钢丝网之间的间隙并形成厚13mm的保护层。的保护层。第四节 沉井和重力式深水基础施工 第四章 桥梁基础施工2.带钢气筒的浮运沉井带钢气筒的浮运沉井 图图5-8 带钢气筒的浮运沉井带钢气筒的浮运沉井 带钢气筒的浮运带钢气筒的浮运沉井适用于水深流急沉井适用于水深流急的巨型沉井。它主要的巨型沉井。它主要由由双壁的沉井底节、双壁的沉井底节、单壁钢壳、钢气筒等单壁钢壳、钢气筒等组成。组成。第四节 沉井和重力式深水基础施工 第四章 桥梁基础施工三、沉井的施工 沉井基础施工一般可分为沉井基础施工一般可分为旱地施工、水中筑岛施工及浮旱地施工、水中筑岛施工及浮运沉井运沉井施工三种。施工三种。（一）旱地上沉井的施工 桥梁墩台位于旱地时，沉井可就地制造、挖土下沉、封桥梁墩台位于旱地时，沉井可就地制造、挖土下沉、封底、充填井孔以及浇筑顶板。底、充填井孔以及浇筑顶板。a)制作第一节沉井制作第一节沉井;b)抽垫木、挖土下沉抽垫木、挖土下沉;c)沉井接高下沉沉井接高下沉;d)封底封底沉井施工顺序示意沉井施工顺序示意第四节 沉井和重力式深水基础施工 第四章 桥梁基础施工1.1.整平场地整平场地 如天然地面土质较好，只需将地面杂物清掉整平地面，如天然地面土质较好，只需将地面杂物清掉整平地面，就可在其上制造沉井，如为了减小沉井的下沉深度也可在就可在其上制造沉井，如为了减小沉井的下沉深度也可在基础位置处挖一浅坑，在坑底制造沉井下沉，坑底应高出基础位置处挖一浅坑，在坑底制造沉井下沉，坑底应高出地下水位地下水位0.51.0m 。如土质松软，应整平夯实或换土夯实。如土质松软，应整平夯实或换土夯实。在一般情况下，应在整平场地上铺上不小于在一般情况下，应在整平场地上铺上不小于0.5m厚的砂或厚的砂或砂砾层。砂砾层。第四节 沉井和重力式深水基础施工 第四章 桥梁基础施工2.制造第一节沉井制造第一节沉井 制制造造沉沉井井前前，应应先先在在刃刃脚脚处处对对称称铺铺满满垫垫木木（图图5-10），以以支支承承第第一一节节沉沉井井的的重重量量，并并按按垫垫木木定定位位立立模模板板以以绑绑扎扎钢钢筋筋。然然后后在在刃刃脚脚位位置置处处放放上上刃刃脚脚角角钢钢，竖竖立立内内模模（图图5-11），绑绑扎扎钢钢筋，再立外模浇筑第一节沉井。筋，再立外模浇筑第一节沉井。垫木布置实例垫木布置实例沉井刃脚立模沉井刃脚立模1-内模；内模；2-外模；外模；3-立柱；立柱；4-角钢；角钢；5-垫木；垫木；6-砂垫层砂垫层第四节 沉井和重力式深水基础施工 第四章 桥梁基础施工3.拆模及抽垫拆模及抽垫 当沉井混凝土强度达设计强度当沉井混凝土强度达设计强度70时可拆除模板，达设时可拆除模板，达设计强度后方可抽撤垫木。抽撤垫木应分区、依次、对称、同计强度后方可抽撤垫木。抽撤垫木应分区、依次、对称、同步地向沉井外抽出。其顺序为：先内壁下，再短边，再长边，步地向沉井外抽出。其顺序为：先内壁下，再短边，再长边，最后定位垫木。长边下垫木隔一根抽一根，以固定垫木为中最后定位垫木。长边下垫木隔一根抽一根，以固定垫木为中心，由远而近对称地抽，最后抽除固定垫木，并随抽随用砂心，由远而近对称地抽，最后抽除固定垫木，并随抽随用砂土回填捣实，以免沉井开裂、移动或偏斜。土回填捣实，以免沉井开裂、移动或偏斜。原则：原则：分区、依次、对称、同步。分区、依次、对称、同步。第四节 沉井和重力式深水基础施工 第四章 桥梁基础施工4.挖土下沉挖土下沉 沉井下沉施工可分为沉井下沉施工可分为排水下沉和不排水下沉排水下沉和不排水下沉。排水下沉：排水下沉：当沉井穿过的土层较稳定，不会因排水而当沉井穿过的土层较稳定，不会因排水而产生大量流砂时，可采用排水下沉。它适用于土层渗水量产生大量流砂时，可采用排水下沉。它适用于土层渗水量不大且排水时不会产生涌土或流砂的情况；人工挖土可使不大且排水时不会产生涌土或流砂的情况；人工挖土可使沉井均匀下沉和清除井下障碍物，但应保证施工安全。排沉井均匀下沉和清除井下障碍物，但应保证施工安全。排水下沉时，有时也用机械除土。水下沉时，有时也用机械除土。不排水下沉：不排水下沉：一般都采用机械除土，挖土工具可以是一般都采用机械除土，挖土工具可以是抓土斗或水力吸泥机，如土质较硬，水力吸泥机需配以水抓土斗或水力吸泥机，如土质较硬，水力吸泥机需配以水枪射水将土冲松。由于吸泥机是将水和土一起吸出井外，枪射水将土冲松。由于吸泥机是将水和土一起吸出井外，故需经常向井内加水维持井内水位高出井外水位故需经常向井内加水维持井内水位高出井外水位12m，以免发生涌土或流砂现象。以免发生涌土或流砂现象。第四节 沉井和重力式深水基础施工 第四章 桥梁基础施工5.接高沉井接高沉井 第一节沉井顶面下沉至距地面还剩第一节沉井顶面下沉至距地面还剩1m2m时，应停止时，应停止挖土，接筑第二节沉井。接筑前应使第一节沉井位置正直，挖土，接筑第二节沉井。接筑前应使第一节沉井位置正直，凿毛顶面，然后立模浇筑混凝土。待混凝土强度达设计要求凿毛顶面，然后立模浇筑混凝土。待混凝土强度达设计要求后，再拆模继续挖土下沉。后，再拆模继续挖土下沉。6.筑井顶围墙筑井顶围墙 如沉井顶面低于地面或水面，应在沉井上接筑围堰，如沉井顶面低于地面或水面，应在沉井上接筑围堰，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。围堰是临时性的，待墩台身出水后可拆除。连。围堰是临时性的，待墩台身出水后可拆除。第四节 沉井和重力式深水基础施工 第四章 桥梁基础施工7.地基检验和处理地基检验和处理 基底检验：基底检验：检验内容是地基土质是否和设计相符，是否平整，并检验内容是地基土质是否和设计相符，是否平整，并对地基进行必要的处理。对地基进行必要的处理。基底处理：基底处理：砂性土或粘性土地基，一般可在井底铺一层砾石或碎砂性土或粘性土地基，一般可在井底铺一层砾石或碎石至刃脚底面以上石至刃脚底面以上200mm。未风化岩石地基，应凿除风化。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。要确保井底地基尽岩层，若岩层倾斜，还应凿成阶梯形。要确保井底地基尽量平整，浮土、软土清除干净，以保证封底混凝土、沉井量平整，浮土、软土清除干净，以保证封底混凝土、沉井与地基结合紧密。与地基结合紧密。第四节 沉井和重力式深水基础施工 第四章 桥梁基础施工8.封底、充填井孔及浇筑顶盖封底、充填井孔及浇筑顶盖 地基经检验及处理合乎要求后，应立即进行封底。如封地基经检验及处理合乎要求后，应立即进行封底。如封底是在不排水情况下进行，则可用导管法灌注水下混凝土底是在不排水情况下进行，则可用导管法灌注水下混凝土(见见钻孔灌注桩施工钻孔灌注桩施工)，若灌注面积大，可用多根导管，以先周围，若灌注面积大，可用多根导管，以先周围后中间，先低后高的次序进行灌注。待混凝土达设计强度后，后中间，先低后高的次序进行灌注。待混凝土达设计强度后，再抽干井孔中的水，填筑井内圬土。如井孔中不填料或仅填再抽干井孔中的水，填筑井内圬土。如井孔中不填料或仅填以砾石，则井顶面应浇筑钢筋混凝土顶盖，以支承墩台，然以砾石，则井顶面应浇筑钢筋混凝土顶盖，以支承墩台，然后砌筑墩身，墩身出土后砌筑墩身，墩身出土(或水面或水面)后可拆除临时性的井顶围堰。后可拆除临时性的井顶围堰。第四节 沉井和重力式深水基础施工 第四章 桥梁基础施工（二）水中沉井的施工 1.1.筑岛法筑岛法 当水深小于当水深小于3m，流速，流速1.5m/s时，可采用砂或砾石在水中时，可采用砂或砾石在水中筑岛筑岛(图图5-12 a），周围用草袋围护；若水深或流速加大，可），周围用草袋围护；若水深或流速加大，可采用围堤防护筑岛采用围堤防护筑岛 图图5-12b）；当水深较大（通常；当水深较大（通常15m）或流速较大时，宜采用钢板桩围堰筑岛或流速较大时，宜采用钢板桩围堰筑岛(图图5-12c）。）。水中筑岛下沉沉井水中筑岛下沉沉井a)无围堰防护土岛无围堰防护土岛;b)有围堰防护土岛有围堰防护土岛;c)围堰筑岛围堰筑岛第四节 沉井和重力式深水基础施工 第四章 桥梁基础施工 水深较大，如超过水深较大，如超过10m时，筑岛法很不经济，且施工也困时，筑岛法很不经济，且施工也困难，可改用浮运法施工。沉井在岸边做成，利用在岸边铺成难，可改用浮运法施工。沉井在岸边做成，利用在岸边铺成的滑道滑入水中，然后用绳索引到设计墩位。的滑道滑入水中，然后用绳索引到设计墩位。2.2.浮运沉井施工浮运沉井施工浮运沉井下水示意浮运沉井下水示意第四节 沉井和重力式深水基础施工 第四章 桥梁基础施工（三）泥浆润滑套与壁后压气沉井施工法 1.1.泥浆润滑套泥浆润滑套 泥浆润滑套是借助泥浆泵和输送管道将特制的泥浆压入泥浆润滑套是借助泥浆泵和输送管道将特制的泥浆压入沉井外壁与土层之间，在沉井外围形成有一定厚度的泥浆层。沉井外壁与土层之间，在沉井外围形成有一定厚度的泥浆层。主要利用泥浆的润滑减阻，降低沉井下沉中的摩擦阻力。主要利用泥浆的润滑减阻，降低沉井下沉中的摩擦阻力。射口挡板与压浆管构造射口挡板与压浆管构造a)射口挡板射口挡板;b)外管法压浆管构造外管法压浆管构造第四节 沉井和重力式深水基础施工 第四章 桥梁基础施工2.2.壁后压气沉井法壁后压气沉井法 它是通过对沿井壁内周围预埋的气管中喷射高压气流，它是通过对沿井壁内周围预埋的气管中喷射高压气流，气流沿喷气孔射出，再沿沉井外壁上升，形成一圈压气层气流沿喷气孔射出，再沿沉井外壁上升，形成一圈压气层(又又称空气幕称空气幕)，使井壁周围土松动，减少井壁摩阻力，促使沉井，使井壁周围土松动，减少井壁摩阻力，促使沉井顺利下沉。顺利下沉。与泥浆润滑套相比的优点：与泥浆润滑套相比的优点：壁后压气沉井法在停气后即可恢复土对井壁的摩阻力，壁后压气沉井法在停气后即可恢复土对井壁的摩阻力，下沉量易于控制，且所需施工设备简单，可以水下施工，经下沉量易于控制，且所需施工设备简单，可以水下施工，经济效果好。济效果好。在一般条件下较泥浆润滑套更为方便，它适用于细、粉在一般条件下较泥浆润滑套更为方便，它适用于细、粉砂类土和粘性土中。但设计方法和施工措施尚待积累更多的砂类土和粘性土中。但设计方法和施工措施尚待积累更多的资料。资料。第四节 沉井和重力式深水基础施工 第四章 桥梁基础施工四、沉井下沉过程中遇到的问题及处理 1.偏斜偏斜偏斜原因偏斜原因 ：土岛表面松软，河底土质软硬不匀；土岛表面松软，河底土质软硬不匀；井壁与刃脚中线不重合井壁与刃脚中线不重合 ；抽垫方法欠妥，回填不及时抽垫方法欠妥，回填不及时 ；除土不均匀对称除土不均匀对称 ；刃脚遇障碍物顶住而未及时发现；刃脚遇障碍物顶住而未及时发现；排土堆放不合理，或单侧受水流冲击淘空等导致沉井承受不排土堆放不合理，或单侧受水流冲击淘空等导致沉井承受不 对称外力作用对称外力作用 。发生倾斜的纠正方法：发生倾斜的纠正方法：在沉井高的一侧集中挖土，在低的一侧回填砂石；在沉井高的一侧集中挖土，在低的一侧回填砂石；在沉井高的一侧加重物或用高压射水冲松土层；在沉井高的一侧加重物或用高压射水冲松土层；在沉井顶面施加水平力扶正。在沉井顶面施加水平力扶正。第四节 沉井和重力式深水基础施工 第四章 桥梁基础施工2.沉井下沉困难沉井下沉困难 原因：原因：开挖面深度不够，正面阻力大；开挖面深度不够，正面阻力大；偏斜，或刃脚下遇到障碍物、坚硬岩层和土层；偏斜，或刃脚下遇到障碍物、坚硬岩层和土层；井壁摩阻力大于沉井自重；井壁摩阻力大于沉井自重；井壁无减阻措施或泥浆套、空气幕等减阻构件遭到破坏。井壁无减阻措施或泥浆套、空气幕等减阻构件遭到破坏。解决下沉困难的措施主要是增加压重和减少井壁摩阻力解决下沉困难的措施主要是增加压重和减少井壁摩阻力 ,增加压重的方法增加压重的方法 ：提前接筑下节沉井；提前接筑下节沉井；在井顶加压砂袋、钢轨等重物；在井顶加压砂袋、钢轨等重物；不排水下沉时，可井内抽水。不排水下沉时，可井内抽水。第四节 沉井和重力式深水基础施工 第四章 桥梁基础施工减小井壁摩阻力的方法：减小井壁摩阻力的方法：井壁内埋设高压射水管组，射水辅助下沉；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；利用泥浆套或空气幕辅助下沉；增大开挖范围和深度；增大开挖范围和深度；必要时还可采用必要时还可采用0.1 0.2kg炸药起爆助沉。炸药起爆助沉。第四节 沉井和重力式深水基础施工 第四章 桥梁基础施工3.突沉突沉 原因：原因：井井壁壁摩摩阻阻力力较较小小，当当刃刃脚脚下下土土被被挖挖除除时时，沉沉井井支支承承削削弱；弱；排水过多；排水过多；挖土太深；挖土太深；出现塑流。出现塑流。防止突沉的措施：防止突沉的措施：控制均匀挖土，减小刃脚处挖土深度；控制均匀挖土，减小刃脚处挖土深度；在在设设计计时时可可采采用用增增大大刃刃脚脚踏踏面面宽宽度度或或增增设设底底梁梁的的措措施施提高刃脚阻力。提高刃脚阻力。第四节 沉井和重力式深水基础施工 第四章 桥梁基础施工4.流砂流砂 原因：原因：土中动水压力的水头梯度大于临界值。土中动水压力的水头梯度大于临界值。防止流砂的措施防止流砂的措施 ：排水下沉时发生流砂，可采取向井内灌水；排水下沉时发生流砂，可采取向井内灌水；不排水除土下沉时，减小水头梯度；不排水除土下沉时，减小水头梯度；采用井点，或深井和深井泵降水。采用井点，或深井和深井泵降水。第四节 沉井和重力式深水基础施工 第四章 桥梁基础施工