沉井基础及地下连续墙课件.pptx

1第一节第一节 概概 述述定义：定义：沉沉井井是是一一种种井井筒筒状状结结构构物物，是是依依靠靠在在井井内内挖挖士士，借借助助井井体体自自重重及及其其它它辅辅助助措措施施而而逐逐步步下下沉沉至至预预定定设设计计标标高高，最最终终形形成成的的建建筑筑物物基基础础的的一一种种深深基础型式。基础型式。第1页/共90页2江阴大桥北锚锭沉井江阴大桥北锚锭沉井沉沉井井平平面面长长69米米，宽宽51米米，下下沉沉深深度度为为58米米，体体积积20.4万万立立方方米米,列列世世界界最最大大沉沉井井。世世界界第第的的美美国国费费雷雷泽泽诺桥的沉井体积为诺桥的沉井体积为15万立方米万立方米第2页/共90页3大型钢壳沉井大型钢壳沉井第3页/共90页4过黄浦江倒虹管沉井过黄浦江倒虹管沉井第4页/共90页5宝山钢铁厂取水泵房工程宝山钢铁厂取水泵房工程第5页/共90页6特点特点 占占地地面面积积小小，不不需需要要板板桩桩围围护护，与与大大开开挖挖相相比比较较，挖挖土土量量少少，对对邻邻近近建建筑筑物物的的影影响响比比较较小小，操操作作简简便便，无无需需特特殊殊的的专专业业设设备备。近近年年来来，沉沉井井的的施施工工技技术术和和施工机械都有很大改进。施工机械都有很大改进。典型施工方法典型施工方法 触触变变泥泥浆浆润润滑滑套套法法；壁壁后后压压气气（空空气气幕幕）法法；钻钻吸排土沉井施工技术；中心岛式下沉吸排土沉井施工技术；中心岛式下沉第6页/共90页7缺点缺点(1)施工工期较长；施工工期较长；(2)施工技术要求高；施工技术要求高；(3)施施工工中中易易发发生生流流砂砂造造成成沉沉井井倾倾斜斜或或下下沉沉困困难难等。等。第7页/共90页8使用范围：使用范围：1上上部部荷荷载载较较大大，而而表表层层地地基基土土的的容容许许承承载载力力不不足足，扩扩大大基基础础开开挖挖工工作作量量大大，以以及及支支撑撑困困难难，但但在在一一定定深深度度下下有有好好的的持持力力层层，采采用用沉沉井井基基础础与与其其它它深基础相比较，经济上较为合理时；深基础相比较，经济上较为合理时；2在在山山区区河河流流中中，虽虽然然土土质质较较好好，但但冲冲刷刷大大或或河中有较大卵石不便桩基础施工时；河中有较大卵石不便桩基础施工时；3岩岩层层表表面面较较平平坦坦且且覆覆盖盖层层薄薄，但但河河水水较较深深；采用扩大基础施工围堰有困难时。采用扩大基础施工围堰有困难时。第8页/共90页9第二节第二节 沉井的类型和构造沉井的类型和构造 一、沉井分类一、沉井分类 按材料分类：按材料分类：混凝土、钢筋混凝土、钢、砖、石、木等混凝土、钢筋混凝土、钢、砖、石、木等按施工方法分类：按施工方法分类：一般沉井、浮运沉井一般沉井、浮运沉井第9页/共90页10按平面形状分类按平面形状分类 第10页/共90页11按竖向剖面形状分类按竖向剖面形状分类 第11页/共90页12二、沉井构造二、沉井构造刃脚刃脚井壁井壁内隔墙内隔墙取土井取土井凹槽凹槽射水管射水管封底封底顶顶(盖盖)板板 第12页/共90页131）井壁：）井壁：主要承担井外水土压力和自重的部分主要承担井外水土压力和自重的部分 设设计计时时通通常常先先假假定定井井壁壁厚厚度度再再进进行行承承载载力验算力验算；井井壁壁厚厚度度一一般为般为0.81.5m a a）、（）、（b b）竖直的；）竖直的；（c c）、（）、（d d）台阶形的；）台阶形的；（e e）锥形的；（）锥形的；（f f）倒锥形的）倒锥形的沉井外壁的形式沉井外壁的形式第13页/共90页142）刃脚：）刃脚：作用在于减少沉井下沉阻力作用在于减少沉井下沉阻力 a混凝土刃脚；混凝土刃脚；b设角钢的刃脚；设角钢的刃脚；c尖刃脚尖刃脚第14页/共90页153）隔墙）隔墙加加强强沉沉井井刚刚度度、缩缩小小外外壁壁计计算算跨跨度度，同同时时又又将将沉沉井井分分成成多多个个取取土土井井，便便于于掌掌握握挖挖土土位位置置以以控控制制下下沉沉的的方方向向；内内隔隔墙墙的的间间距距一一般般不不大大于于56m，厚厚度度一一般般为为0.51.0m。一般要求隔墙底高出刃脚底面一般要求隔墙底高出刃脚底面0.51.0m。第15页/共90页164）取土井（井孔）取土井（井孔）位位置置：取取土土井井的的平平面面布布置置应应与与中中轴轴线线对对称称，以以利利于沉井均匀下沉；于沉井均匀下沉；大大小小：由由取取土土方方法法而而定定，采采用用挖挖土土斗斗取取土土时时，应应能使挖土斗自由升降，最小边长不宜小于能使挖土斗自由升降，最小边长不宜小于3m。处理：处理：以素混凝土、片石混凝土或砌片填充。以素混凝土、片石混凝土或砌片填充。第16页/共90页175）凹槽）凹槽为为了了封封底底混混凝凝土土嵌嵌入入井井壁壁，形形成成整整体体，使使传传至至沉沉井壁上的力能更好地传递给封底混凝土底面。井壁上的力能更好地传递给封底混凝土底面。遇遇到到意意外外困困难难，还还可可在在凹凹槽槽处处浇浇筑筑钢钢筋筋混混凝凝土土盖盖板，将沉井改为沉箱。板，将沉井改为沉箱。尺尺寸寸：凹凹槽槽深深约约0.150.25m，高高约约1.0m左左右右，其距刃脚底面一般在其距刃脚底面一般在1.5m以上。以上。第17页/共90页18 6）射水管组、探测管、气管和压浆管）射水管组、探测管、气管和压浆管 射射水水管管组组：压压入入高高压压水水把把井井壁壁四四周周的的土土冲冲松松，以以减减少少摩摩擦擦力力和和端端部部阻阻力力。高高压压水水水水压压一一般般不不小小于于0.6MPa0.6MPa，每一水管的排水量不小于，每一水管的排水量不小于200L/min200L/min；探探测测管管：探探测测刃刃脚脚和和隔隔墙墙底底面面下下的的泥泥面面标标高高，清清基射水或破坏沉井正面土层以利下沉；基射水或破坏沉井正面土层以利下沉；气管：气管：空气幕下沉沉井空气幕下沉沉井 ；压浆管：压浆管：埋设压浆管埋设压浆管 第18页/共90页19探测管探测管第19页/共90页207）封底）封底渗渗水水率率小小于于6mm/min时时，排排干干水水后后用用C15或或C20普通混凝土浇筑；普通混凝土浇筑；当当井井中中的的渗渗水水率率大大于于6mm/min时时，宜宜采采用用导导管法浇注管法浇注C20级水下混凝土封底。级水下混凝土封底。厚厚度度按按其其承承载载力力条条件件计计算算确确定定，一一般般其其顶顶面面应高出凹槽应高出凹槽0.5m。第20页/共90页218）顶）顶(盖盖)板板以混凝土填心的沉井可用素混凝土顶板；以混凝土填心的沉井可用素混凝土顶板；空空心心或或以以其其他他松松散散料料填填心心的的沉沉井井需需用用钢钢筋筋混混凝土顶板，厚度一般为凝土顶板，厚度一般为1.02.0m；排排水水下下沉沉的的沉沉井井，其其顶顶面面在在地地面面或或水水位位以以下下时，应设挡土防水墙连接在井壁的顶部。时，应设挡土防水墙连接在井壁的顶部。第21页/共90页22（三）浮运沉井（三）浮运沉井材料：材料：多由钢筋混凝土、钢和木等材料组合而成。多由钢筋混凝土、钢和木等材料组合而成。适用条件：适用条件：水水深深流流缓缓、覆覆盖盖层层浅浅或或潮潮水水高高差差大大、地地质质复复杂杂的近海河流上的桥梁基础。的近海河流上的桥梁基础。分类：分类：不带气筒和带气筒两种不带气筒和带气筒两种第22页/共90页23不带气筒的浮运沉井不带气筒的浮运沉井第23页/共90页24带钢气筒的浮运沉井带钢气筒的浮运沉井第24页/共90页25（四）组合式沉井（四）组合式沉井组成：组成：上面沉井，下面桩基上面沉井，下面桩基适用条件：适用条件：采采用用低低桩桩承承台台而而围围水水挖挖基基浇浇筑筑承承台台有有困困难难，当当沉沉井井刃刃脚脚遇遇到到倾倾斜斜较较大大的的岩岩层层或或在在沉沉井井范范围围内内地基土软硬不均而水深较大时。地基土软硬不均而水深较大时。第25页/共90页26分类：分类：旱地施工沉井与水上施工沉井旱地施工沉井与水上施工沉井旱地沉井工序：旱地沉井工序：就地制造就地制造挖土下沉挖土下沉孔底清查孔底清查封底封底 充填井孔充填井孔以及浇注顶板。以及浇注顶板。第三节第三节 沉井的施工沉井的施工第26页/共90页27旱地沉井施工过程图旱地沉井施工过程图第27页/共90页28大型沉井下沉施工中大型沉井下沉施工中第28页/共90页29水上沉井工序：水上沉井工序：水深水深34m以内且流速不大时以内且流速不大时(筑岛法筑岛法)水水上上筑筑岛岛岛岛上上制制造造挖挖土土下下沉沉孔孔底底清清查查封封底底 充填井孔以及浇注顶板。充填井孔以及浇注顶板。水较深或流速较大时（水较深或流速较大时（浮运法浮运法）岸岸边边制制造造牵牵引引滑滑移移或或起起吊吊就就位位挖挖土土下下沉沉孔孔底清查底清查封底封底 充填井孔以及浇注顶板。充填井孔以及浇注顶板。第29页/共90页30水上沉井施工过程图水上沉井施工过程图水上筑岛下沉沉井水上筑岛下沉沉井浮运沉井下水浮运沉井下水第30页/共90页31深圳水库钢壳沉井施工深圳水库钢壳沉井施工第31页/共90页32施工中常见问题施工中常见问题1、突沉、突沉井壁侧摩阻力较小井壁侧摩阻力较小2、沉偏、沉偏土质不均匀或出现个别障碍物或施工质量问题土质不均匀或出现个别障碍物或施工质量问题3、难沉、难沉侧摩阻力过大或有障碍侧摩阻力过大或有障碍第32页/共90页33沉井纠编的方法沉井纠编的方法（1）当当沉沉井井向向某某侧侧倾倾斜斜时时，可可在在高高的的一一侧侧多多挖挖土，使沉井恢复水平，然后再均匀挖土。土，使沉井恢复水平，然后再均匀挖土。（2）当当矩矩形形沉沉井井长长边边产产生生偏偏差差时时，可可采采用用偏偏心心压重进行纠偏压重进行纠偏 第33页/共90页34偏心压重纠偏示意图偏心压重纠偏示意图 第34页/共90页35（3）小小沉沉井井或或矩矩形形沉沉井井短短边边方方向向产产生生偏偏差差时时，应应在在下下沉沉少少的的一一侧侧外外部部用用压压力力水水冲冲井井壁壁附附近近的的土土，并并加加偏偏心心压压重重；在在下下沉沉多多的的一一侧侧加加一一水水平平推推力力，以纠正倾斜以纠正倾斜第35页/共90页36（4）当当直直径径相相对对其其高高度度来来说说较较小小且且为为圆圆形形沉沉井井出出现现倾倾斜斜时时，应应在在下下沉沉多多的的方方向向挖挖土土，下下沉沉少少的的一一侧侧加加压压重重，并并用钢绳从横向给沉井一定拉力，以纠正沉井倾斜。用钢绳从横向给沉井一定拉力，以纠正沉井倾斜。（5）当采用触泥浆润滑套时，可采用导向木法纠偏。）当采用触泥浆润滑套时，可采用导向木法纠偏。（6）沉沉井井位位移移的的纠纠正正方方法法如如下下图图所所示示。当当沉沉井井中中心心线线与与设设计计中中心心线线不不重重合合，可可先先一一侧侧挖挖土土，使使沉沉井井倾倾斜斜，然然后后均均匀匀挖挖土土，使使沉沉井井沿沿倾倾斜斜方方向向下下沉沉到到沉沉井井底底面面中中心心线线接接近近设计中心线位置时，再纠正倾斜。设计中心线位置时，再纠正倾斜。第36页/共90页37沉井位移纠正方法示意图沉井位移纠正方法示意图 第37页/共90页38四、泥浆润滑套与壁后压气施工法四、泥浆润滑套与壁后压气施工法（一）泥浆润滑套（一）泥浆润滑套泥泥浆浆润润滑滑套套是是把把配配置置的的泥泥浆浆灌灌注注在在沉沉井井井井壁壁周周围围，形形成成井井壁壁与与泥泥浆浆接接触触。泥泥浆浆对对沉沉井井壁壁起起润润滑滑作作用用，它它与与井井壁壁间间摩摩阻阻力力仅仅35kPa大大大大降降低低了了井井壁壁摩摩阻阻力力(一一般般粘粘性性土土对对井井壁壁摩摩阻阻力力为为2550kPa)，因因而而有有提提高高沉沉井井下下沉沉的的施施工工效效率率，减减少少井井壁壁的的圬圬土土数数量量，加加大大了了沉沉井井的的下下沉沉深深度度，施施工工中中沉沉井井稳稳定定性性好好等等优优点。点。第38页/共90页39选选用用的的泥泥浆浆配配合合比比应应使使泥泥浆浆性性能能具具有有良良好好的的固固壁壁性、触变性和胶体稳定性。性、触变性和胶体稳定性。一一般般采采用用的的泥泥浆浆配配合合比比（重重量量比比）为为粘粘土土35%45%，水水55%65%，另另加加分分散散剂剂碳碳酸酸钠钠0.4%0.6%，其其中中粘粘土土或或粉粉质质粘粘土土要要求求塑塑性性指指数数不不小小于于15，含砂率小于，含砂率小于6%。泥泥浆浆润润滑滑套套的的构构造造主主要要包包括括：射射口口挡挡板板，地地表表围围圈及压浆管。圈及压浆管。第39页/共90页40（二）壁后压气沉井法（二）壁后压气沉井法壁壁后后压压气气沉沉井井法法也也是是减减少少下下沉沉时时井井壁壁摩摩阻阻力力的的有有效效方方法法。它它是是通通过过对对沿沿井井壁壁内内周周围围预预埋埋的的气气管管中中喷喷射射高高压压气气流流，气气流流沿沿喷喷气气孔孔射射出出再再沿沿沉沉井井外外壁壁上上升升，形形成成一一圈圈压压气气层层（又又称称空空气气幕幕），使使井井壁壁周周围围土土松松动，减少井壁摩阻力，促使沉井顺利下沉。动，减少井壁摩阻力，促使沉井顺利下沉。第40页/共90页41施工气管布置施工气管布置施施工工时时压压气气管管分分层层分分布布设设置置，竖竖管管可可用用塑塑料料管管或或钢钢管管，水水平平环环管管则则采采用用直直径径25mm的的硬硬质质聚聚氯氯乙乙烯烯管管，沿沿井井壁壁外外缘缘埋埋设设。每每层层水水平平环环管管可可按按四四角角分分为为四四个个区区，以以便便分分别别压压气气调调整整沉沉井井倾倾斜斜。压压气气沉沉井井所所需的气压可取静水压力的需的气压可取静水压力的2.5倍。倍。第41页/共90页42比较比较与与泥泥浆浆润润滑滑套套相相比比，壁壁后后压压气气沉沉井井法法在在停停气气后后即即可可恢恢复复土土对对井井壁壁的的摩摩阻阻力力，下下沉沉量量易易于于控控制制，且且所所需需施施工工设设备备简简单单，可可以以水水下下施施工工，经经济济效效果果好好。现现认认为为在在一一般般条条件件下下较较泥泥浆浆润润滑滑套套更更为为方方便便，它它适适用用于细、粉砂类土的粘性土中。于细、粉砂类土的粘性土中。第42页/共90页43第四节第四节 沉井的设计与计算沉井的设计与计算一、沉井作为整体深基础的设计与计算一、沉井作为整体深基础的设计与计算 基本假设：基本假设：地地基基土土作作为为弹弹性性变变形形介介质质，水水平平向向地地基基系系数数随随深深度成正比例增加；度成正比例增加；不考虑基础与土之间的粘着力和摩阻力；不考虑基础与土之间的粘着力和摩阻力；沉井基础的刚度与土的刚度之比可认为是无限大。沉井基础的刚度与土的刚度之比可认为是无限大。第43页/共90页44HN（一）非岩石地基上沉井基础的计算（一）非岩石地基上沉井基础的计算 水水平平力力H距距离离基基底底的的作作用用高高度度：荷载简化荷载简化第44页/共90页45沉井在水平力沉井在水平力H作用下的响应作用下的响应沉沉井井将将围围绕绕位位于于地地面面下下Z0深深度度处处的的A点点转转动动角角，地地面面下下深深度度Z处处沉沉井井基基础础产产生生的的水水平平位位移移x和土的横向抗力和土的横向抗力zx：未未知知数数第45页/共90页46平衡方程平衡方程解得解得X=0M=0或或第46页/共90页47代入得代入得当当有有竖竖向向荷荷载载N N及及水水平平力力H H同同时时作作用用时时则则基底边缘处的压应力为基底边缘处的压应力为第47页/共90页48离地面或最大冲刷线以下离地面或最大冲刷线以下Z深度深度处基础截面上的弯矩处基础截面上的弯矩 第48页/共90页49（二）基底嵌入基岩内的计算方法（二）基底嵌入基岩内的计算方法 若若基基底底嵌嵌入入基基岩岩内内，在在水水平平力力和和竖竖直直偏偏心心荷荷载载作作用用下下，可可以以认认为为基基底底不不产产生生水水平平位位移移，则则基基础础的的旋旋转转中中心心A与与基基底底中中心心相相吻吻合合，即即Z0=h，为为一一已已知知值值。这这样样，在在基基底底嵌嵌入入处处便便存存在在一一水水平平阻阻力力P，由由于于P力力对对基基底底中中心心轴轴的的力力臂臂很很小小，一一般般可可忽忽略略P对对A点点的的力力距。距。第49页/共90页50水平力水平力H作用下的响应作用下的响应地地面面下下z深深度度处处产产生生的的水水平平位位移移X和和土土的的横横向向抗抗力力zx分别为：分别为：X=（h-z）tgzx=m zx=mz（h-z）tg 基底边缘处的竖向应力为基底边缘处的竖向应力为未未知知数数第50页/共90页51平衡方程平衡方程MA=0 解得：解得：基底边缘应力：基底边缘应力：嵌入处水平阻力嵌入处水平阻力：z处弯矩：处弯矩：第51页/共90页52（三）墩台顶面的水平位移（三）墩台顶面的水平位移 基基础础在在水水平平力力和和力力矩矩作作用用下下,墩墩台台顶顶面面会会产产生生水水平平位位移移，它它由由地地面面处处的的水水平平位位移移Z0tg，地地面面到到墩墩台台顶顶范范围围h2范范围围内内墩墩台台身身弹弹性性挠挠曲曲变变形形引引起起的的墩墩台台顶顶水平位移水平位移0三部分组成。三部分组成。岩基上的墩台顶面水平位移岩基上的墩台顶面水平位移 第52页/共90页53（四）验算（四）验算 1基底应力验算：基底应力验算：maxh 2横向抗力验算：横向抗力验算：zxPp-Pa 第53页/共90页54 最大的横向抗力大致在最大的横向抗力大致在h/3和和h处处 墩台顶面水平位移验算墩台顶面水平位移验算 第54页/共90页55二、沉井施工过程中的结构强度计算二、沉井施工过程中的结构强度计算（一）沉井自重下沉验算（一）沉井自重下沉验算为为了了使使沉沉井井能能在在自自重重下下顺顺利利下下沉沉，沉沉井井重重力力（不不排排水水下下沉沉者者应应扣扣除除浮浮力力）应应大大于于土土对对井井壁壁的摩阻力，将两者之比称为下沉系数，的摩阻力，将两者之比称为下沉系数，要求要求 第55页/共90页56调整措施调整措施加大井壁厚度或调整取土井尺寸；加大井壁厚度或调整取土井尺寸；如如为为不不排排水水下下沉沉者者，则则下下沉沉到到一一定定深深度度后后可可采采用用排水下沉；排水下沉；增加附加荷载或射水助沉；增加附加荷载或射水助沉；采用泥浆润滑套或壁后压气法等措施。采用泥浆润滑套或壁后压气法等措施。第56页/共90页57（二）第一节（底节）沉井的竖向挠曲验算（二）第一节（底节）沉井的竖向挠曲验算 1排排水水挖挖土土下下沉沉（支支承承点位置易于控制）点位置易于控制）首首节节沉沉井井支支承承点点的的布布置置原原则则：使使支支点点与与跨跨中中弯弯矩大致相等。矩大致相等。2不不排排水水挖挖土土下下沉沉（支支承点位置不易控制）承点位置不易控制）根根据据可可能能出出现现的的最最不不利情况进行验算。利情况进行验算。第57页/共90页58（三）沉井刃脚受力计算（三）沉井刃脚受力计算沉沉井井刃刃脚脚相相当当于于是是三三面面固固定定，一一面面自自由由的的双双向向板板，为为简简化化计计算算一一方方面面可可看看作作固固着着在在刃刃脚脚根根部部处处的的悬悬臂臂梁梁，梁梁长长等等于于井井壁壁刃刃脚脚斜斜面面部部分分的的高高度度；另另一一方方面面，刃刃脚脚又又可可看看作作为为一一个个封封闭闭的的水水平平框框架架。因因此此，作作用用在在刃刃脚脚侧侧面面上上的的水水平平外外力力将将由由悬悬臂臂梁梁和和框框架架来来共共同同承承担担，也也即即部部分分水水平平外外力力是是垂垂直直向向传传至至刃刃脚脚根根部部，余下部分由框架承担。余下部分由框架承担。第58页/共90页59刃脚水平力的分配刃脚水平力的分配刃脚悬臂作用的分配系数为刃脚悬臂作用的分配系数为刃脚框架作用的分配系数为刃脚框架作用的分配系数为 支承于隔墙间的井壁支承于隔墙间的井壁最大计算跨度最大计算跨度刃脚斜面部分的高度刃脚斜面部分的高度支承于隔墙间的井壁支承于隔墙间的井壁最小计算跨度；最小计算跨度；第59页/共90页601刃脚竖向受力分析刃脚竖向受力分析 刃刃脚脚根根部部可可以以认认为为与与井井壁壁嵌嵌固固，刃刃脚脚高高度度作作为为悬悬臂臂长度，并可根据以下两种不利情况分别计算：长度，并可根据以下两种不利情况分别计算：（1）当当沉沉井井下下沉沉途途中中，刃刃脚脚内内侧侧已已切切入入土土中中深深约约1m，这时刃脚处于向外挠曲的不利情况，这时刃脚处于向外挠曲的不利情况;（2）当当沉沉井井已已沉沉到到设设计计标标高高，刃刃脚脚下下的的土土已已被被掏空，这时刃脚处于向内挠曲的不利情况。掏空，这时刃脚处于向内挠曲的不利情况。第60页/共90页61（1）刃脚向外挠曲）刃脚向外挠曲1）作作用用在在刃刃脚脚外外侧侧单单位位宽宽度度上上的的土土压压力力及及水水压压力的合力为力的合力为作用在刃作用在刃脚根部处脚根部处的土压力的土压力及水压力及水压力强度之和强度之和 刃脚底面刃脚底面处的土压处的土压力及水压力及水压力强度之力强度之和。和。刃脚刃脚高度高度 第61页/共90页62合力的作用点（离刃脚根部的距离）为合力的作用点（离刃脚根部的距离）为 地面下深度地面下深度hi处刃脚承受的土压力处刃脚承受的土压力ei 水压力：水压力：wi=whwi 第62页/共90页63作用在刃脚外侧单位宽度上的摩阻力作用在刃脚外侧单位宽度上的摩阻力Ti 式中：式中：土与井壁间单位面积上的摩阻力；土与井壁间单位面积上的摩阻力；hk 刃脚高度；刃脚高度；E刃脚外侧总的主动土压力刃脚外侧总的主动土压力。Ti=min第63页/共90页643）刃脚下抵抗力的计算）刃脚下抵抗力的计算 单位宽度竖向反力单位宽度竖向反力R 作用点作用点12水平力水平力HH第64页/共90页654）刃脚（单位宽度）自重）刃脚（单位宽度）自重g为为 式中：式中：井壁厚度；井壁厚度；k 钢钢筋筋混混土土刃刃脚脚的的容容重重，不不排排水水施施工工时时应扣除浮力。应扣除浮力。刃脚自重量刃脚自重量g的作用点至刃脚根部中心轴的距离为的作用点至刃脚根部中心轴的距离为 第65页/共90页66求求出出以以上上各各力力的的数数值值、方方向向及及作作用用点点后后，再再算算出出各各力力对对刃刃脚脚根根部部中中心心轴轴的的变变矩矩总总和和值值M0，竖竖向向力力N0及及剪力剪力Q，其算式为，其算式为 M0=MR+MH+Me+w+MT+Mg N0=R+T1+g Q=pe+w+H根根据据M0、N0及及Q值值计计算算出出刃刃脚脚内内侧侧所所需需的的竖竖向向钢钢筋筋用用量量。一一般般刃刃脚脚钢钢筋筋截截面面积积不不宜宜少少于于刃刃脚脚根根部部截截面面积积的的0.1%。刃刃脚脚的的竖竖直直钢钢筋筋应应伸伸入入根根部部以以上上0.5L1（L1为支承于隔墙间的井壁最大计算跨度）。为支承于隔墙间的井壁最大计算跨度）。第66页/共90页67（2）当沉井已沉到设计标高，刃脚下的土已被掏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，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。计算刃脚外侧的土压力和水压力。由由于于刃刃脚脚下下的的土土已已被被掏掏空空，故故刃刃脚脚下下的的垂垂直直反反力力Rv和和刃刃脚脚斜斜面面水水平平反反力力U等于零等于零 作用在井壁外侧的摩阻力作用在井壁外侧的摩阻力T 刃脚计算时重力刃脚计算时重力g与前面相同与前面相同计计算算在在刃刃脚脚外外侧侧的的钢钢筋筋（竖竖直直）数量数量 第67页/共90页682刃脚水平钢筋计算刃脚水平钢筋计算刃刃脚脚水水平平向向受受力力最最不不利利的的情情况况是是沉沉井井已已下下沉沉至至设设计计标标高高，刃刃脚脚下下的的土土已已挖挖空空，尚尚未未浇浇筑筑封封底底混混凝凝土土的的时时候候，由由于于刃刃脚脚有有悬悬臂臂作作用用及及水水平平闭闭合合框框架架的的作作用用，故故当当刃刃脚脚作作为为悬悬臂臂考考虑虑时时，刃刃脚脚所所受受水水平平力力乘乘以以a，而而作作用用于于框框架架的的水水平平力力应应乘乘以以分分配配系系数数式式后后，其其值值作作为为水水平平框框架架上上的的外外力力，由由此此求求出出框框架架的的弯弯矩矩及轴向力值。再计算框架所需的水平钢筋用量。及轴向力值。再计算框架所需的水平钢筋用量。第68页/共90页69（四）井壁受力计算（四）井壁受力计算1井壁竖向拉应力验算井壁竖向拉应力验算井井在在下下沉沉过过程程中中，刃刃脚脚下下的的土土已已被被挖挖空空，但但沉沉井井上上部部被被摩摩擦擦力力较较大大的的土土体体夹夹住住（这这一一般般在在下下部部土土层层比比上上部部土土层层软软的的情情况况下下出出现现），这这时时下下部部沉沉井井呈呈悬悬挂挂状状态态，井井壁壁就就有有在在自自重重作作用用下下被被拉拉断断的的可可能能，因因而应验算井壁的竖向拉应力。而应验算井壁的竖向拉应力。假假定定沿沿沉沉井井高高度度成成倒倒三三角角形形分分布布。在在地地面面处处摩摩阻阻力最大，而刃脚底面处为零。力最大，而刃脚底面处为零。第69页/共90页70沉井自重为沉井自重为G；h为沉井的入土深度；为沉井的入土深度；U为井壁的周长；为井壁的周长；为地面处井壁摩阻力；为地面处井壁摩阻力；x为距刃脚底为距刃脚底x处的摩阻力处的摩阻力 第70页/共90页71验算建议值验算建议值 表表8-2 沉井竖向拉力计算及其最小配筋率沉井竖向拉力计算及其最小配筋率沉沉井井施施工工状状态态沉沉井井结结构构或或受受其其影影响响建建筑筑物物的的安安全全等等级级与与拉力计算取值拉力计算取值纵纵向向钢钢筋筋最最小小构构造配筋率造配筋率一级一级二级二级三级三级钢钢筋筋混混凝凝土土最最小小配配筋筋率率不不宜宜于于少少0.1%；少少筋筋混混凝凝土土 不不 宜宜 少少 于于0.05%排水下沉排水下沉0.50G0.30G0.25G不排水下沉不排水下沉0.40G0.25G0.20G泥泥浆浆套套中中下下沉沉0.30G0.25G0.20G第71页/共90页722 井壁横向受力计算井壁横向受力计算 根根据据排排水水或或不不排排水水的的情情况况，沉沉井井井井壁壁在在水水压压力力和和土土压压力力等等水水平平荷荷载载作作用用下下，应应作作为为水水平平框框架架验验算算其其水平方向的挠曲。水平方向的挠曲。（1）验验算算刃刃脚脚根根部部以以上上，其其高高度度等等于于该该处处井井壁壁厚度厚度t的一段井壁的一段井壁，依此设置该段的水平钢筋。，依此设置该段的水平钢筋。第72页/共90页73计算简图计算简图Q Q由刃脚传来的剪力，其值等于由刃脚传来的剪力，其值等于求算刃脚竖直外力时分配于悬臂梁上求算刃脚竖直外力时分配于悬臂梁上的水平力（的水平力（kN/mkN/m）。）。第73页/共90页74（2）其其余余各各段段井井壁壁的的计计算算，可可按按井井壁壁断断面面的的变变化化,取取每每一一段段中中控控制制设设计计的的井井壁壁（位位于于每每一一段段最最下下端的单位高度端的单位高度）进行计算。）进行计算。上上部部井井段段按按照照作作用用在在水水平平框框架架上上的的均均布布荷荷载载q=W+E。然然后后用用同同样样的的计计算算方方法法，求求得得水水平平框框架架的的最最大大弯弯矩矩M、轴轴向向压压力力N、剪剪力力Q，并并据据此此设设计计水平钢筋。水平钢筋。第74页/共90页75（五）混凝土封底及顶盖的计算（五）混凝土封底及顶盖的计算1封底混凝土计算封底混凝土计算封封底底混混凝凝土土在在基基底底反反力力作作用用下下，将将其其当当作作支支承承于刃脚斜面及隔墙上的于刃脚斜面及隔墙上的周边支承板周边支承板考虑；考虑；支支承承情情况况（简简支支或或嵌嵌固固）和和计计算算强强度度在在设设计计中中应视具体情况而定。应视具体情况而定。第75页/共90页761）规定）规定 封封底底混混凝凝土土应应承承受受基基底底水水和和土土的的向向上上反反力力，此时混凝土的龄期不足，此时混凝土的龄期不足，应降低容许应力应降低容许应力；混凝土填实时，计入井孔内填充物的重力；混凝土填实时，计入井孔内填充物的重力；封底混凝土的厚度，一般不宜小于封底混凝土的厚度，一般不宜小于1.5D；第76页/共90页772）干封底及有关计算）干封底及有关计算n（a）下有足够厚粘土层；）下有足够厚粘土层；n（b）待底板达到足够强度后方停止降水）待底板达到足够强度后方停止降水n沉井可干封底的情况沉井可干封底的情况第77页/共90页78（1）沉井刃脚停留在不透水粘土层中；）沉井刃脚停留在不透水粘土层中；不透水粘土层的厚度不透水粘土层的厚度：A沉井底部面积（沉井底部面积（m2）；）；土的有效重度（即浮重度）（土的有效重度（即浮重度）（kN/m3）；）；h刃脚下面不透水粘土层厚度（刃脚下面不透水粘土层厚度（m）；）；c粘土的粘聚力（粘土的粘聚力（kPa）；）；U沉井刃脚踏面内壁周长（沉井刃脚踏面内壁周长（m）；）；第78页/共90页79（2）在在沉沉井井内内设设吸吸水水鼓鼓并并有有良良好好滤滤层层的的情情况况下下降降水水，一一直直降降到到钢钢筋筋混混凝凝土土底底板板足足够够承承担担地地下下水水回回升升后后的的水水土土压压力力，方方可可拆拆除除并并封封闭闭降降水水管管，在在这这种种情情况况下下，可可采采用用干封底干封底。第79页/共90页803）水下封底混凝土的厚度计算）水下封底混凝土的厚度计算第80页/共90页81封底要求：封底要求：（1）按按最最不不利利情情况况混混凝凝土土厚厚度度：即即在在沉沉井井封封底底后后，将将井井内内水水排排干干，在在钢钢筋筋混混凝凝土土底底板板尚尚未未施施工前工前。（2）水水下下封封底底混混凝凝土土最最好好不不让让其其中中出出现现拉拉应应力力。分分配配线线相相交交于于素素混混凝凝土土封封底底上上，可可以以认认为为不不承受拉应力。承受拉应力。中央锅底挖深可形成中央锅底挖深可形成倒拱倒拱。第81页/共90页82若出现拉应力，计算方法：若出现拉应力，计算方法：注意计算跨度注意计算跨度周周边边简简支支支支承承的的圆圆板板在在承承受受均均匀匀荷荷载载时时，可可计计算板中心的最大弯矩值：算板中心的最大弯矩值：周周边边简简支支支支承承的的双双向向板板在在承承受受均均布布荷荷载载时时，计计算跨中弯矩算跨中弯矩Mx和和My：第82页/共90页83简支支承双向板计算简图简支支承双向板计算简图第83页/共90页84求出弯矩值后，封底混凝土的厚度求出弯矩值后，封底混凝土的厚度 考考虑虑封封底底混混凝凝土土因因与与井井底底泥泥土土掺掺混混需需要要增增加加的的厚厚度度，宜宜取取0.30.5m；若若基基底底采采取取铺铺块块石石或或碎石灌浆抹平处理后再封底，碎石灌浆抹平处理后再封底，可不考虑此增加值。可不考虑此增加值。第84页/共90页85封底混凝土剪应力计算封底混凝土剪应力计算 应应加加大大封封底底混混凝凝土土的的抗剪面积抗剪面积。如如在在井井壁壁和和隔隔墙墙内内设置凹槽等。设置凹槽等。第85页/共90页862钢筋混凝土盖板的计算钢筋混凝土盖板的计算 预先拟定盖板厚度，而后进行配筋计算；预先拟定盖板厚度，而后进行配筋计算；如如墩墩身身全全部部位位于于井井孔孔内内，应应验验算算盖盖板板剪剪应力和井壁支承压力；应力和井壁支承压力；如墩身较大，只需进行进壁压应力验算。如墩身较大，只需进行进壁压应力验算。第86页/共90页87三、浮运沉井的计算要点三、浮运沉井的计算要点（一）浮运沉井稳定性验算（一）浮运沉井稳定性验算计算浮心位置计算浮心位置 重心位置的计算重心位置的计算 定倾半径的计算定倾半径的计算 稳定必要条件稳定必要条件（二）浮运沉井露出水面最小高度的验算（二）浮运沉井露出水面最小高度的验算 第87页/共90页88内容小结内容小结桩基础不便施工桩基础不便施工沉井基础沉井基础基本概念、适用条件基本概念、适用条件沉井沉井类型构造类型构造沉井分类及特点沉井分类及特点沉井沉井施工施工施工顺序和特点施工顺序和特点 沉井设计与计算沉井设计与计算作为整体深基础的计算作为整体深基础的计算 施工过程中的结构强度计算施工过程中的结构强度计算 浮运沉井的计算浮运沉井的计算 第88页/共90页89本本章章结结束束第89页/共90页90感谢您的观看。感谢您的观看。第90页/共90页