基础工程学基础工程学 (30).pdf

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1、基础工程学4 深基础4.7 沉井工程简介及构造要求一、沉井的基本概念、作用及适用条件 沉井的概念:是井筒状的结构物(图1)。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并填塞井孔，使其成为桥梁墩台或其它结构物的基础(图2)。图1 沉井下沉示意图图2 沉井基础沉井的优缺点 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，施工工艺并不复杂，因此在桥梁工程中得到较广泛的应用。同时，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，也常用作为矿用竖井、地下油库等。沉井

2、的缺点：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，均会给施工带来一定困难。沉井的适用条件根据经济合理、施工上可能的原则，一般在下列情况，可以采用沉井基础：1.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。2.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。3.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。二、沉井的类型和构造沉井的分类 按沉井的施工方法分类

3、一般沉井：指就地制造下沉的沉井，这种沉井是在基础设计的位置上制造，然后挖土靠沉井自重下沉。如基础位置在水中，需先在水中筑岛，再在岛上筑井下沉。浮运沉井：在深水地区筑岛有困难或不经济，或有碍通航当河流流速不大时，可采用岸边浇筑浮运就位下沉的方法，这类沉井称为浮运沉井或浮式沉井。沉井的分类按沉井的形状分类按沉井的平面形状常用的有圆形、圆端形和矩形等。沉井平面形式a)单孔沉井；b)双孔沉井；c)多孔沉井根据井孔的布置方式，又有单孔、双孔及多孔的分别。沉井的分类 圆形沉井：沉井在下沉过程中易控制方向；使用抓泥斗挖土，要比其他类型的沉井，更能保证其刃脚均匀地支承在土层上；在侧压力作用下，井壁只受轴向力(

4、侧压力均布时)，或稍受挠曲(侧压力非均布时)；承受水平土压力和水压力性能良好。沉井的分类矩形沉井：具有制造简单，基础受力有利的优点，常能配合墩台(或其他结构物)底部平面形状。四角一般做成圆角，可有效改善转角处的受力条件，减缓应力集中现象，以降低井壁摩阻力和避免取土清孔的困难。矩形沉井在侧压力作用下，井壁受较大的挠曲力矩；在流水中阻水系数较大，冲刷较严重。沉井的分类 圆端形沉井：控制下沉、受力条件、阻水冲刷均较矩形者有利，但沉井制造较复杂。对平面尺寸较大的沉井，可在沉井中设置隔墙，使沉井由单孔变成双孔或多孔。沉井的分类按沉井的形状分类 按沉井的立面形状主要有竖直式、倾斜式及台阶式等。采用形式应视

5、沉井需要通过的土层性质和下沉深度而定。沉井的分类上述各类沉井的适用条件：外壁竖直形式的沉井，它在下沉过程中不易倾斜，井壁接长较简单，模板可重复使用。故当土质较松软，沉井下沉深度不大，可以采用这种形式。沉井的分类上述各类沉井的适用条件：倾斜式及台阶式井壁可以减少土与井壁的摩阻力，其缺点是施工较复杂，消耗模板多，同时沉井下沉过程中容易发生倾斜。故在土质较密实，沉井下沉深度大，要求在不太增加沉井本身重量的情况下沉至设计标高，可采用这类沉井。沉井的分类上述各类沉井的适用条件：台阶式井壁的台阶宽度约为100200mm。倾斜式的沉井井壁坡度一般为1/201/50，外壁倾斜式沉井同样可以减少下沉时井壁外侧土

6、的阻力，但这类沉井具有下沉不稳定，制造困难等缺点，故较少使用。一般沉井的构造一般沉井构造上主要由井壁、刃脚、隔墙、井孔、凹槽、射水管、封底和盖板等组成。一般沉井的构造井壁是沉井的主要部分。它在沉井下沉过程中起挡土、挡水及利用本身重量克服土与井壁之间的摩阻力的作用。当沉井施工完毕后，它就成为基础或基础的一部分而将上部荷载传递给地基。因此，井壁必须具有足够的强度和一定的厚度。根据井壁在施工中的受力情况，可以在井壁内配置竖向及水平向钢筋，以增加井壁强度。井壁厚度按下沉需要的自重，本身强度以及便于取土和清基等因素而定，一般为0.801.50m，为便于绑扎钢筋及浇筑混凝土，其厚度不宜小于0.4m。钢筋混

7、凝土薄壁沉井可不受此限制。井壁的混凝土强度等级不低于C15。井壁一般沉井的构造井壁下端形如楔状的部分称为刃脚。其作用是在沉井自重作用下易于切土下沉。刃脚底面(踏面)宽度一般为0.10.2m，对软土可适当放宽。下沉深度大，且土质较硬，刃脚底面应以型钢(角钢或槽钢)加强(图5-7)，以防刃脚损坏。刃脚内侧斜面与水平面的夹角一般为4560。刃脚高度视井壁厚度、便于抽除垫木而定，一般当沉井湿封底时，取1.5m左右；干封底时，取0.6m左右。由于刃脚在沉井下沉过程中受力较集中，故刃脚宜采用C20以上的钢筋混凝土制成。刃脚一般沉井的构造沉井平面尺寸较大，也即井壁跨径较大时，应在沉井内设置隔墙，以加强沉井的

8、刚度，使井壁的挠曲应力减小，其厚度一般小于井壁。隔墙底面应高出刃脚底面0.5m以上，避免隔墙下的土顶住沉井而妨碍下沉。也可在刃脚与隔墙联结处设置埂肋加强刃脚与隔墙的连结。如为人工挖土，在隔墙下端应设置过人孔，便于工作人员井孔间往来。隔墙一般沉井的构造 井孔井孔是挖土排土的工作场所和通道。井孔尺寸应满足施工要求，宽度(直径)不宜小于3m。井孔布置应对称于沉井中心轴，便于对称挖土使沉井均匀下沉。一般沉井的构造凹槽设在井孔下端近刃脚处，其作用是使封底混凝土与井壁有交好的接合，封底混凝土底面的反力更好的传给井壁(如井孔全部填实的实心沉井也可不设凹槽)。凹槽深度约0.150.25m，高约1.0m。凹槽一

9、般沉井的构造 射水管当沉井下沉深度大，穿过的土质又较好，估计下沉会产生困难时，可在井壁中预埋射水管组。射水管应均匀布置，以利于控制水压和水量来调整下沉方向。一般水压不小于600kPa。如使用泥浆润滑套施工方法时，应有预埋的压射泥浆管路。一般沉井的构造沉井沉至设计标高进行清基后，便浇筑封底混凝土。混凝土达到设计强度后，可从井孔中抽干水井填满混凝土或其它圬工材料。如井孔中不填料或仅填以砂砾则须在沉井顶面筑钢筋混凝土盖板。封底混凝土底面承受地基土和水的反力，这就要求封底混凝土有一定的厚度(可由应力验算决定)，其厚度根据经验也可取不小于井孔最小边长的1.5倍。封底混凝土顶面应高出刃脚根部不小于0.5m

10、，并浇灌到凹槽上端。封底混凝土标号对岩石地基用C15；一般地基用C20。盖板厚度一般为1.52.0m。井孔中充填的混凝土，其强度等级不应低于C10。封底和盖板沉井基础的施工 旱地施工：平整场地，制造第一节沉井、拆模及抽垫、挖土下沉、接高沉井、井顶围堰、地基检验和处理、封底、充填井孔、浇筑顶盖。沉井基础施工分类 水中筑岛施工：水流速不打，水深34m时采用，沙岛应高出施工最高水位0.5m以上，在岛上浇筑沉井。浮运沉井施工：水深筑岛困难时采用，岸边制作，滑入水中，井壁为空体可漂浮于水面，就位后灌注混凝土下沉至河床。旱地上沉井基础的施工1.整平场地桥梁墩台位于旱地时，沉井可就地制造、挖土下沉、封底、充

11、填井孔以及浇筑顶板。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0.51.0m。旱地上沉井基础的施工2.制造第一节沉井由于沉井自重较大，刃脚踏面尺寸较小，应力集中，场地土往往承受不了这样大的压力。所以在整平的场地上应在刃脚踏面位置处对称地铺满一层垫木，沉井重量在垫木下产生的压应力不大于100kPa。垫木的布置应考虑抽除垫木方便，在刃脚位置处放上刃脚角钢，竖立内模，绑扎钢筋，立外模，最后进行第一节沉井混凝土灌注。旱地上沉井基础的施工3.拆模及抽垫沉井混凝土达到设计强度的70%时可拆除模

12、板，强度达设计强度后才能抽撤垫木。抽撤垫木应按一定的顺序进行，以免引起沉井开裂、移动或倾斜。其顺序是：先撤除内隔墙下的垫木，再撤沉井井壁短边下的垫木，最后撤长边下的垫木。拆长边下的垫木时，以定位垫木(即最后抽撤的垫木)为中心，对称地由远到近拆除，最后的拆除定位垫木。注意在抽垫木过程中，每抽除一根垫木，应立即采用砂回填并捣实，防止沉井失稳。旱地上沉井基础的施工4.挖土下沉 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。土的挖除可采用人工挖土或机械除土，排水下沉常用人工挖土，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；人工挖土可使沉井均匀下沉和清除井下障碍物，但应

13、采取措施，确实保证施工安全，排水下沉时，有时也用机械除土。排水下沉 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12m，以免发生涌土或流砂现象。不排水下沉旱地上沉井基础的施工5.地基检验和处理沉井沉至设计标高后，应进行基底检验。检验内容是地基土质是否和设计相符，是否平整，并对地基进行必要的处理。如果是排水下沉的沉井，可以直接进行检查，不排水下沉的沉井由潜水工进行检查或钻取土样鉴定。地基为砂土或粘性土，可在其上铺一层砾石或碎石至刃脚地面以上200mm。地基为风化岩石，应将风化岩层凿掉，岩层倾斜时，应凿成阶梯形。若岩层与刃脚间局部有不大的孔洞，由潜水工清除软层并用水泥砂浆封堵，待砂浆有一定强度后再抽水清基础。不排水情况下，可由潜水工清基或用水枪及吸泥机清基。总之，要保证井底地基尽量平整，浮土及软土清除干净，以保证封底混凝土、沉井及地基紧密连接。本讲内容结束欢迎同学们提问交流！