沉井基础课件.ppt

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1、地地 下下 结结 构构 工工 程程 沉井基础沉井基础第第8 8章章 沉井基础沉井基础n8.1 概述概述n8.1.1 沉井基础的特点及其应用范围沉井基础的特点及其应用范围n是以是以沉井法施工沉井法施工的的地下结构地下结构或或深基础深基础的一种型的一种型式。式。n先在先在地表制作地表制作成一个井筒状的结构物（沉井），成一个井筒状的结构物（沉井），然后在井壁的围护下通过从然后在井壁的围护下通过从井内井内不断不断挖土挖土，使，使沉井在自重作用下沉井在自重作用下逐渐下沉逐渐下沉，达到预定设计标，达到预定设计标高后，再进行高后，再进行封底封底，构筑构筑内部结构。内部结构。沉井基础概述沉井基础概述 沉井基础

2、概述沉井基础概述n广泛应用于广泛应用于桥梁、烟囱、水塔桥梁、烟囱、水塔的基础；的基础；n水泵房、地下油库、水池竖井等深井构水泵房、地下油库、水池竖井等深井构筑物和盾构或顶管的筑物和盾构或顶管的工作井工作井。n技术技术稳妥可靠，挖土量少，对邻近建筑稳妥可靠，挖土量少，对邻近建筑物的影响比较小，物的影响比较小，沉井基础埋置较深沉井基础埋置较深，稳定性好，能支承较大的荷载。稳定性好，能支承较大的荷载。沉井基础概述沉井基础概述 沉井的分类沉井的分类 沉井按平面形式分类沉井按平面形式分类na圆形单孔沉井；b正方形单孔沉井；c矩形单孔沉井；nd矩形双孔沉井；e椭圆形双孔沉井；f矩形多孔沉井 沉井的分类沉井

3、的分类8.1.3 8.1.3 沉井的设计原则沉井的设计原则n结构结构简单对称，简单对称，受力受力合理，合理，施工施工方便。方便。n沉井的沉井的长短边之比长短边之比越小越好，以保证下沉越小越好，以保证下沉时的稳定性。时的稳定性。n一般沉井应一般沉井应分节制作分节制作，每节高度不宜大于，每节高度不宜大于5m。n沉井底节高度沉井底节高度应满足拆除支承时沉井纵向应满足拆除支承时沉井纵向抗弯要求之外，在松软土层中下沉的沉井，抗弯要求之外，在松软土层中下沉的沉井，底节高度不宜大于底节高度不宜大于0.8b 。沉井的设计原则沉井的设计原则8.2 8.2 沉井构造沉井构造n沉井组成：沉井组成：n刃脚、刃脚、n井

4、壁、井壁、n内隔墙、内隔墙、n取土井、取土井、n凹槽、凹槽、n封底、封底、n顶板顶板 沉沉 井井 构构 造造1）沉井）沉井刃脚刃脚：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；b设角钢的刃脚；c尖刃脚 沉沉 井井 构构 造造3 3）内隔墙）内隔墙n加强沉井刚度加强沉井刚度、缩小外壁计算跨度，同时又、缩小外壁计算跨度，同时又将沉井分成多个取土井，便于掌握挖土位置将沉井分成多个取土井，便于掌握挖土位置以控制下沉的方向以控制下沉的方向；n内隔墙的间距一般不大于内隔墙的间距一般不大于56m，厚度一般，厚度一般为为0.51.0m。n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

5、0.51.0m。沉沉 井井 构构 造造5 5）凹槽）凹槽n为了为了封底混凝土嵌入井壁，形成整体封底混凝土嵌入井壁，形成整体，使，使传至沉井壁上的力能更好地传递给封底混传至沉井壁上的力能更好地传递给封底混凝土底面。凝土底面。n遇到意外遇到意外困难，还可在凹槽处浇筑钢筋混困难，还可在凹槽处浇筑钢筋混凝土盖板，将沉井改为沉箱。凝土盖板，将沉井改为沉箱。n尺寸：凹槽深约尺寸：凹槽深约0.150.25m，高约，高约1.0m左右，其距刃脚底面一般在左右，其距刃脚底面一般在1.5m以以上。上。沉沉 井井 构构 造造 6 6）射水管组、探测管、气管和压）射水管组、探测管、气管和压浆管浆管 n射水管组射水管组：

6、压入高压水把井壁四周的土：压入高压水把井壁四周的土冲松，以减少摩擦力和端部阻力。冲松，以减少摩擦力和端部阻力。n高压水水压一般不小于高压水水压一般不小于0.6MPa，每一水，每一水管的排水量不小于管的排水量不小于200L/min；n探测管：探测管：探测刃脚和隔墙底面下的泥面标高探测刃脚和隔墙底面下的泥面标高；200-500mm的钢管；的钢管；n气管：气管：空气幕下沉沉井空气幕下沉沉井；n压浆管：压浆管：埋设压浆管埋设压浆管(减小阻力，压水泥浆润滑减小阻力，压水泥浆润滑)沉沉 井井 构构 造造8）顶板）顶板n以混凝土以混凝土填心填心的沉井可用素混凝土顶板；的沉井可用素混凝土顶板；n空心空心或以其

7、他松散料填心的沉井需用钢筋混或以其他松散料填心的沉井需用钢筋混凝土顶板，厚度一般为凝土顶板，厚度一般为1.02.0m；n排水下沉的沉井排水下沉的沉井，其顶面在地面或水位以下，其顶面在地面或水位以下时，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。沉沉 井井 构构 造造8.3 沉井结构设计计算沉井结构设计计算n8.3.1 下沉系数下沉系数计算计算n验算沉井自重是否能克服下沉时土的摩验算沉井自重是否能克服下沉时土的摩阻力阻力，用下沉系数，用下沉系数k表示表示：表表8-1 沉井井壁与土体之间的摩阻力沉井井壁与土体之间的摩阻力f（kPa）土的种土的种类类粘性土粘性土砂性土砂性土砂

8、卵砂卵石石砂砂砾砾石石软软土土泥泥浆浆套套f(kPa)2550122518301520101235 沉井结构设计计算沉井结构设计计算摩阻力分布摩阻力分布 n假定从地表到假定从地表到5m深深度范围内，单位摩阻度范围内，单位摩阻力按直线规律由零增力按直线规律由零增加至最大值；加至最大值；n超过深度超过深度5m以后取以后取常数值常数值 沉井结构设计计算沉井结构设计计算8.3.2 沉井底节验算沉井底节验算n刃脚下的支承位置刃脚下的支承位置 不断在变，三种情况：不断在变，三种情况：n1）在排水或无水情在排水或无水情况况下下沉沉井下下沉沉井 沉井结构设计计算沉井结构设计计算2）对于）对于不排水下沉不排水下

9、沉的沉井的沉井 n（1）假定底）假定底节沉井仅支承节沉井仅支承于长边的中点于长边的中点（2）假定底）假定底节沉井支承于节沉井支承于短边的两端点短边的两端点 沉井结构设计计算沉井结构设计计算8.3.3 沉井沉井井壁井壁计算计算n沉井井壁应进行沉井井壁应进行竖直竖直和和水平两个方向水平两个方向的的内力计算。内力计算。n1）竖直方向竖直方向n在沉井的下沉过程中，当沉井被四周土在沉井的下沉过程中，当沉井被四周土体箝固着而刃脚下的土已被掏空时，应体箝固着而刃脚下的土已被掏空时，应验算井壁接缝处的验算井壁接缝处的竖向拉应力竖向拉应力。沉井结构设计计算沉井结构设计计算n接缝处：接缝处：混凝土不承受拉应力而由

10、接缝处混凝土不承受拉应力而由接缝处的钢筋承受，的钢筋承受，此时钢筋的抗拉安全系数可此时钢筋的抗拉安全系数可采用采用1.25；同时并须验算钢筋的锚固长度。；同时并须验算钢筋的锚固长度。n井壁摩阻力井壁摩阻力可假定沿沉井全高按倒三角形可假定沿沉井全高按倒三角形分布，即在刃脚底面处为零，在地面处为分布，即在刃脚底面处为零，在地面处为最大，此时最危险的截面在沉井入土深度最大，此时最危险的截面在沉井入土深度的的1/2处处 沉井结构设计计算沉井结构设计计算沉井外侧直立时的井壁受拉计算图沉井外侧直立时的井壁受拉计算图 沉井结构设计计算沉井结构设计计算n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

11、小配筋率沉井竖向拉力计算及其最小配筋率沉井施工沉井施工状状态态沉井沉井结结构或受其影响建筑物的安全构或受其影响建筑物的安全等等级级与拉力与拉力计计算取算取值值纵纵向向钢钢筋最小筋最小构造配筋率构造配筋率一一级级二二级级三三级级钢钢筋混凝土最筋混凝土最小配筋率不宜小配筋率不宜于少于少0.1%；少；少筋混凝土不宜筋混凝土不宜少于少于0.05%排水下沉排水下沉0.50G0.30G0.25G不排水下不排水下沉沉0.40G0.25G0.20G泥泥浆浆套中套中下沉下沉0.30G0.25G0.20G 沉井结构设计计算沉井结构设计计算2）水平方向）水平方向n根据排水或不排水的情况，沉井井壁在水根据排水或不排水

12、的情况，沉井井壁在水压力和土压力等水平荷载作用下，应作为压力和土压力等水平荷载作用下，应作为水平框架验算其水平方向的挠曲。水平框架验算其水平方向的挠曲。n（1）验算）验算刃脚根部以上，其高度等于该处刃脚根部以上，其高度等于该处井壁厚度井壁厚度t的一段井壁的一段井壁，依此设置该段的水，依此设置该段的水平钢筋。平钢筋。沉井结构设计计算沉井结构设计计算n（2）其余各段井壁其余各段井壁的计算，可按井壁断面的计算，可按井壁断面的变化的变化,取每一段中控制设计的井壁（位于取每一段中控制设计的井壁（位于每每一段最下端的单位高度一段最下端的单位高度）进行计算。）进行计算。n上部井段按照上部井段按照作用在水平框

13、架上的均布荷载作用在水平框架上的均布荷载q=W+E。然后用同样的计算方法，求得水。然后用同样的计算方法，求得水平框架的最大弯矩平框架的最大弯矩M、轴向压力、轴向压力N、剪力、剪力Q，并据此设计水平钢筋。，并据此设计水平钢筋。沉井结构设计计算沉井结构设计计算8.3.4 沉井刃脚验算沉井刃脚验算n沉井刃脚部分可分别沉井刃脚部分可分别作为悬臂作为悬臂或或水平框架水平框架验验算其竖向及水平向的弯曲强度。算其竖向及水平向的弯曲强度。沉井结构设计计算沉井结构设计计算1）按悬臂梁计算刃脚竖直方）按悬臂梁计算刃脚竖直方向的挠曲强度向的挠曲强度n此时，此时，刃脚根部可以认刃脚根部可以认为与井壁嵌固为与井壁嵌固，

14、刃脚高刃脚高度作为悬臂长度度作为悬臂长度，并可，并可根据以下两种不利情况根据以下两种不利情况分别计算：分别计算：n（1）当沉井下沉途中，）当沉井下沉途中，刃脚内侧已切入土中深刃脚内侧已切入土中深约约1m;沉井结构设计计算沉井结构设计计算n沿井壁的水平方向取一个单位宽度，计算沿井壁的水平方向取一个单位宽度，计算作用在刃脚上的土压力作用在刃脚上的土压力E和水压力和水压力W。n作用在井壁单位宽度上的摩阻力作用在井壁单位宽度上的摩阻力T，取其取其最小值最小值 沉井结构设计计算沉井结构设计计算n刃脚下单位宽度上刃脚下单位宽度上土的垂直反力土的垂直反力 沉井结构设计计算沉井结构设计计算R Rv v的作用点

15、的作用点 联立方程式即可求得联立方程式即可求得V1和和V2。沉井结构设计计算沉井结构设计计算作用在刃脚斜面上的水平反作用在刃脚斜面上的水平反力力U可按下式计算：可按下式计算：nU的作用点在距刃脚底面的作用点在距刃脚底面1/3高处。高处。沉井结构设计计算沉井结构设计计算刃脚重力刃脚重力g按下式计算：按下式计算：n求得作用在求得作用在刃脚上的所有外力的大小、方向和刃脚上的所有外力的大小、方向和作用点之后，作用点之后，即可求算刃脚根部处截面上每单位即可求算刃脚根部处截面上每单位周长内（井壁）的轴向压力周长内（井壁）的轴向压力N、水平剪力、水平剪力Q及对及对截面重心轴的弯矩截面重心轴的弯矩M。并据此计

16、算在刃脚。并据此计算在刃脚内侧的内侧的钢筋（竖直）数量钢筋（竖直）数量。沉井结构设计计算沉井结构设计计算（2）当沉井已沉到设计标高，刃脚当沉井已沉到设计标高，刃脚下的土已被掏空，这时刃脚处于向内下的土已被掏空，这时刃脚处于向内挠曲的不利情况挠曲的不利情况n计算刃脚外侧的土压力和水压计算刃脚外侧的土压力和水压力。力。n由于刃脚下的土已被掏空，故刃由于刃脚下的土已被掏空，故刃脚下的脚下的垂直反力垂直反力Rv和刃脚斜面水和刃脚斜面水平反力平反力U等于零等于零 n作用在井壁外侧的摩阻力作用在井壁外侧的摩阻力T n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n计算在刃脚外侧的钢筋（竖直）计算在刃脚

17、外侧的钢筋（竖直）数量数量 沉井结构设计计算沉井结构设计计算2）按封闭的水平框架计算刃）按封闭的水平框架计算刃脚水平方向的挠曲强度脚水平方向的挠曲强度 沉井结构设计计算沉井结构设计计算n作用在刃脚侧面上的水平外力将由悬臂作用在刃脚侧面上的水平外力将由悬臂梁和框架来共同承担。梁和框架来共同承担。n分配系数公式如分配系数公式如:n悬臂作用悬臂作用:n框架作用框架作用:沉井结构设计计算沉井结构设计计算8.3.5 沉井封底计算沉井封底计算n封底混凝土在基底反力作用下，将其当封底混凝土在基底反力作用下，将其当作支承于刃脚斜面及隔墙上的作支承于刃脚斜面及隔墙上的周边支承周边支承板板考虑；考虑；n支承情况支

18、承情况（简支简支或嵌固或嵌固,大多数情况下按大多数情况下按简支考虑，简支考虑，偏保守偏保守）和）和计算强度计算强度在设计在设计中应视具体情况而定。中应视具体情况而定。沉井结构设计计算沉井结构设计计算1）规定）规定（构造要求）（构造要求）n（1）封底混凝土应承受）封底混凝土应承受基底水和土基底水和土的向的向上反力，上反力，往往没有达到混凝土强度往往没有达到混凝土强度。原因：。原因：a)水下浇筑水下浇筑 b)混凝土的龄期不足，混凝土的龄期不足，应降应降低容许应力；低容许应力；n（2）混凝土填实时，计入井）混凝土填实时，计入井孔内填充物孔内填充物的重力的重力（有利）；（有利）；n（3）封底混凝土的厚

19、度封底混凝土的厚度，一般不宜小于，一般不宜小于1.5D（D为井孔直径或短边边长）；为井孔直径或短边边长）；沉井结构设计计算沉井结构设计计算2）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沉井干封底的两种情况沉井干封底的两种情况 沉井结构设计计算沉井结构设计计算（1）沉井刃脚停留在不透水）沉井刃脚停留在不透水粘土层中粘土层中 n不透水粘土层的厚度不透水粘土层的厚度：nA沉井底部面积（沉井底部面积（m2）；）；n 土的有效重度（即浮重度）（土的有效重度（即浮重度）（kN/m3）；）；n 刃脚下

20、面不透水粘土层厚度（刃脚下面不透水粘土层厚度（m）；）；n c粘土的粘聚力（粘土的粘聚力（kPa）；）；n U沉井刃脚踏面内壁周长（沉井刃脚踏面内壁周长（m）；沉井结构设计计算沉井结构设计计算n（2）在沉井内设吸水鼓在沉井内设吸水鼓并有良好滤层的并有良好滤层的情况下降水，一直降到情况下降水，一直降到钢筋混凝土底板钢筋混凝土底板足足够承担地下水回升后的水土压力，方可拆够承担地下水回升后的水土压力，方可拆除并封闭降水管，在这种情况下，除并封闭降水管，在这种情况下，可采用可采用干封底干封底。沉井结构设计计算沉井结构设计计算水下封底水下封底的要求的要求：n（1）按）按最不利情况最不利情况计算混凝计算混

21、凝土厚度土厚度：即在沉井封底后，：即在沉井封底后，将井内水排干，在钢筋混凝土将井内水排干，在钢筋混凝土底板尚未施工前底板尚未施工前。n（2）水下封底混凝土最好）水下封底混凝土最好不不让其中让其中出现拉应力出现拉应力。分配线相。分配线相交于素混凝土封底上，可以认交于素混凝土封底上，可以认为不承受拉应力。为不承受拉应力。n中央锅底挖深可形成中央锅底挖深可形成倒拱倒拱。沉井结构设计计算沉井结构设计计算3）水下封底混凝土的厚度计算）水下封底混凝土的厚度计算 沉井结构设计计算沉井结构设计计算若出现拉应力，计算方法：若出现拉应力，计算方法：n注意计算跨度；注意计算跨度；n周边简支支承的圆板在承受均匀荷载周

22、边简支支承的圆板在承受均匀荷载时，可计算板中心的最大弯矩值：时，可计算板中心的最大弯矩值：n周边周边简支支承简支支承的双向板在承受均布荷的双向板在承受均布荷载时，计算跨中弯矩载时，计算跨中弯矩Mx和和My：沉井结构设计计算沉井结构设计计算简支支承双向板计算简图简支支承双向板计算简图 沉井结构设计计算沉井结构设计计算n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n 考虑封底混凝土因与井底泥土掺混需要考虑封底混凝土因与井底泥土掺混需要增加增加的厚度的厚度，宜取，宜取0.30.5m0.30.5m；若基底采取铺块石或碎石灌；若基底采取铺块石或碎石灌浆抹平处理后再封底，浆抹平处理后再封底

23、，可不考虑此增加值。可不考虑此增加值。沉井结构设计计算沉井结构设计计算封底混凝土剪应力计算封底混凝土剪应力计算 n应加大封底混凝土的应加大封底混凝土的抗剪面积抗剪面积。n如在井壁和隔墙内设如在井壁和隔墙内设置凹槽等。置凹槽等。沉井结构设计计算沉井结构设计计算8.3.6 沉井底板计算沉井底板计算n1）底板荷载计算）底板荷载计算nA：沉井结构的最大自重除以沉井外围沉井结构的最大自重除以沉井外围n底面积的商，不计井壁侧面摩阻力底面积的商，不计井壁侧面摩阻力。nB：假定水压力全部由钢筋混凝土底板承受。：假定水压力全部由钢筋混凝土底板承受。n土反力和水压力中土反力和水压力中数值较大者数值较大者 沉井结构

24、设计计算沉井结构设计计算2）沉井底板内力计算）沉井底板内力计算n内力可按单跨或多跨板计算内力可按单跨或多跨板计算;n边界支承条件边界支承条件,根据具体情况决定根据具体情况决定;沉井结构设计计算沉井结构设计计算8.3.7 沉井抗浮稳定验算沉井抗浮稳定验算n可能出现的最高地下水位进行验算可能出现的最高地下水位进行验算,一般一般的沉井的沉井依靠自重获得抗浮稳定依靠自重获得抗浮稳定。n在不计井壁摩阻力的情况下，抗浮稳定在不计井壁摩阻力的情况下，抗浮稳定验算公式为：验算公式为：沉井结构设计计算沉井结构设计计算8.3.8 沉井下沉对周围环境的影响沉井下沉对周围环境的影响n 1）影响范围的确定）影响范围的确

25、定n采用土坡稳定计算方法乘以重要性系数采用土坡稳定计算方法乘以重要性系数 n 影响范围内建筑物安全等级的重影响范围内建筑物安全等级的重要性系数要性系数 沉井结构设计计算沉井结构设计计算表表8-4 沉井下沉影响范围内建筑物安全等级的重要性系数沉井下沉影响范围内建筑物安全等级的重要性系数重要性系数建筑物安全等建筑物安全等级级一一级级二二级级三三级级2.52.01.8 沉井结构设计计算沉井结构设计计算 2）减少沉井对周围土体破坏的措施）减少沉井对周围土体破坏的措施 n（1 1）增大沉井的下沉系数）增大沉井的下沉系数;n使沉井刃脚插入土中使沉井刃脚插入土中0.5-3.0m0.5-3.0m，以阻止土体从

26、，以阻止土体从井外向井向涌入。井外向井向涌入。n（2 2）在粉细砂土层中下沉沉井时）在粉细砂土层中下沉沉井时;n事先压浆固结事先压浆固结 ;使粉细砂土固结后使粉细砂土固结后n （3 3）如沉井外流砂等固结困难时，也可采用）如沉井外流砂等固结困难时，也可采用不排水下沉沉井不排水下沉沉井 ;沉井结构设计计算沉井结构设计计算n（4 4）及时进行回填）及时进行回填 n（5 5）沉井等地下工程施工前应作好充分）沉井等地下工程施工前应作好充分准备，施工速度要快准备，施工速度要快 ；n（6 6）沉井下沉影响范围内的重要建筑物）沉井下沉影响范围内的重要建筑物应采取桩基或地下连续墙等加固措施，应采取桩基或地下连续墙等加固措施，防止土体破坏向建筑物方向延伸。防止土体破坏向建筑物方向延伸。沉井结构设计计算沉井结构设计计算本章要点本章要点n了解沉井构造；了解沉井构造；n下沉系数下沉系数计算。计算。n沉井底节验算沉井底节验算n沉井沉井井壁井壁计算计算n沉井沉井刃脚刃脚验算验算n沉井封底验算沉井封底验算n掌握沉井底板计算方法；掌握沉井底板计算方法；n了解沉井下沉影响及处理措施了解沉井下沉影响及处理措施。