《沉井基礎(chǔ)》PPT課件.ppt

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1、第五章 沉井基礎(chǔ),第一章 沉井的基本概念、作用及適用條件,一.工作原理,用磚、素砼或鋼筋砼制成的筒形結(jié)構(gòu)物，施工時(shí)從井筒內(nèi)挖土，使得沉井失去支承靠自重作用而下沉，不斷接高沉井，不斷挖土下沉，直至設(shè)計(jì)標(biāo)高，封底。,二.作用,1.施工中用作圍堰,抵抗土壓水壓,2.竣工后作為深基礎(chǔ),,三.特點(diǎn),1).承載力高，剛度大，整體性好,2)..既是基礎(chǔ)又是圍堰結(jié)構(gòu),3).對(duì)鄰近建筑物影響小，內(nèi)部空間可以利用,1.優(yōu)點(diǎn),2.缺點(diǎn),1).施工期較長(zhǎng),2).粉細(xì)砂中易發(fā)生流砂，造成沉井傾斜,3).下沉過程遇大孤石、樹干或井底巖石表面傾斜過大，施工困難,適用條件,上部荷載較大,表層地基土承載力不足,采用擴(kuò)大基礎(chǔ)不合

2、適時(shí); 山區(qū)河流中,雖然土質(zhì)較好,但沖刷大,或河中有較大卵石不便樁基礎(chǔ)施工時(shí); 巖層表面較平坦且覆蓋層薄,但河水較深,采用擴(kuò)大基礎(chǔ)施工圍堰有困難時(shí).,一.沉井的分類,第二節(jié) 沉井的類型和構(gòu)造,(一) 按施工方法分,一般沉井,浮運(yùn)沉井,(二) 按 形狀分,1. 按 平面形狀分,圓形沉井,矩形沉井,圓端形沉井,2. 按 立面形狀分(視土層性質(zhì)及下沉深度定),豎直式,傾斜式,臺(tái)階式,(三) 按 材料分,砼沉井,鋼筋砼沉井,竹筋砼沉井,鋼沉井,,二.沉井基礎(chǔ)的構(gòu)造,(一) 沉井輪廓尺寸,矩形沉井：長(zhǎng)邊/短邊3,襟邊寬度：0.2m且沉井全高/50； 浮運(yùn)沉井： 0.4m 頂面須設(shè)

3、圍堰時(shí)，應(yīng)據(jù)圍堰構(gòu)造加大,墩臺(tái)身邊緣盡可能支承于井壁或蓋板支承面上，對(duì)于空心沉井不允許墩臺(tái)身全部置于井孔位置上。,立面：頂面位于地面下0.2m或地下水位上0.5m. 高度較大時(shí)應(yīng)分節(jié)下沉， 3m每節(jié)高度5m 松軟土層中下沉?xí)r，底節(jié)高度0.8沉井寬度,方型或圓形井：長(zhǎng)邊接近短邊時(shí),平面: 墩臺(tái)底部尺寸+襟邊寬度,(二)沉井的一般構(gòu)造,1.井壁,作用：,施工中用作圍堰，承受土、水壓力,下沉?xí)r作為重量(靠自重克服井壁與土之間的摩阻力),施工完畢后，作為基礎(chǔ)或基礎(chǔ)的一部分承擔(dān)荷載,厚度：0.801.5m且0.4m 砼：C15,2.刃腳,作用：下沉?xí)r切土,砼：C20,受力最集中的部分,,3

4、.隔墻,作用：,加強(qiáng)沉井剛度,分隔井孔，各井孔內(nèi)分別挖土， 以控制沉降及糾傾,4.井孔,寬度：3m，對(duì)稱布置,(二)沉井的一般構(gòu)造,5.凹槽,作用：使封底砼與井壁更好地結(jié)合，封底砼底面的反力能更好地傳給井壁深度0.150.25m，高1m.,6.射水管,需射水下沉?xí)r，應(yīng)在孔壁預(yù)埋射水管。沿孔壁均勻布置，以便于控制水壓和水量來調(diào)整下沉方向.,7.封底及蓋板,封底砼 厚度： 1.5倍井孔最小邊長(zhǎng) 等級(jí)：巖石地基：C15， 一般地基：C20 蓋板 厚度：1.52.0m 孔內(nèi)填充砼： C10,(三) 浮運(yùn)沉井構(gòu)造,不帶氣筒,帶氣筒,1.不帶氣筒的浮運(yùn)沉井,水淺，流速不大，河床平緩，沖

5、刷小,,鋼絲網(wǎng)水泥薄壁沉井：內(nèi)、外壁及橫隔板均用鋼絲網(wǎng)水泥制成。,帶臨時(shí)底板的浮運(yùn)沉井：底板設(shè)于刃腳底部，并保證其水密性及強(qiáng)度且便于拆除,施工流程：沉井浮運(yùn)就位后，接高沉井使其下沉至河床，向筒內(nèi) 注水至與筒外水位平齊，拆除臨時(shí)底板。,2.帶氣筒的浮運(yùn)沉井,水深流急,,雙壁鋼底節(jié),單壁鋼殼,鋼氣筒,提供浮式沉井接高時(shí)所需的浮力,控制沉井上浮、下沉及糾偏,防水結(jié)構(gòu)、接高時(shí)砼的模板,,(四) 組合式沉井,當(dāng)刃腳遇到傾斜較大巖層,或沉井范圍內(nèi)地基軟硬不均,且水深較大時(shí)采用. 組合沉井:上面是沉井,下面是樁基礎(chǔ)的混合式基礎(chǔ),一旱地上沉井的施工,1.整平場(chǎng)地,土質(zhì)較硬：清除雜物,土質(zhì)較軟：夯實(shí)或

6、鋪填砂墊層,2.制造第一節(jié)沉井,刃腳踏面處對(duì)稱鋪設(shè)墊土,放置刃腳角鋼,支模綁扎鋼筋，澆注第一節(jié)沉井砼,,,第三節(jié) 沉井施工,第三節(jié) 沉井施工,3.拆模及抽墊,待砼強(qiáng)度達(dá)到70%，拆模。達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，抽墊木。,抽墊木注意： (1)順序：先內(nèi)墻，后短邊，最后長(zhǎng)邊。 撤長(zhǎng)邊時(shí)，以定位墊木為中心，由遠(yuǎn)到近依次、對(duì)稱、同步地抽撤。 (2)撤完一根墊木后，應(yīng)立即回填砂土搗實(shí),4.挖土下沉,排水下沉：,不排水下沉：,土層性質(zhì)穩(wěn)定，不會(huì)產(chǎn)生流砂時(shí),人工或機(jī)械開挖(高壓水槍沖土為 泥),抓土斗或水力吸泥機(jī)水下出土,井內(nèi)水位高于井外水位12m,,吸泥機(jī)吸出井外,5.接高井筒,6.筑井頂圍堰,7.地基檢驗(yàn)

7、和處理,檢驗(yàn)地基土質(zhì)情況，場(chǎng)地是否平整，對(duì)地基進(jìn)行必要的處理， 保證井底地基盡量平整，浮土及軟土清除干凈，使封底砼、沉 井及地基緊密連接。,8.封底、充填井孔及澆筑頂蓋,二.水中沉井施工,1.筑島法,,材料：砂、礫石,圍堰筑島時(shí)，不考慮沉井重力對(duì)鋼板樁的側(cè)向壓力 的影響時(shí)圍堰距井壁外緣的最小距離：,2.浮運(yùn)法,1.筑島法,,三.沉進(jìn)井下沉過程中遇到問題及處理,1.沉井傾斜和偏移,原因：土質(zhì)松軟，沉井下沉不均；土層軟硬不勻；挖土不對(duì)稱；發(fā)生流砂； 遇到障礙物；挖除的土堆于一側(cè)；偏心受壓及沉井一側(cè)受到?jīng)_刷較大,處理措施：1)傾斜,高的一側(cè)集中挖土或高壓水射松土層,低的一側(cè)回填砂石,高的一側(cè)加

8、重物,頂面施加水平力,有意使沉井傾斜,均勻挖土使沉井沿傾斜方向下沉至底面中心與設(shè)計(jì)中心線重合,糾正傾斜,,,3)清除障礙物：,樹根或鋼材: 切除,大孤石 : 炸除,2)偏移：,三.沉進(jìn)井下沉過程中遇到問題及處理,2..沉井下沉困難,原因：,沉井自重偏輕，克服不了井壁摩阻力,刃腳遇大障礙物被頂住,處理措施：,增加沉井自重,減小井壁摩阻力,接高沉井，增加自重,頂部壓重物,降低井內(nèi)水位，減小沉井所受浮力,立面設(shè)計(jì)成階梯形、臺(tái)階形,井壁外高壓射水,安放炸藥，利用炮震使沉井下沉,采用空氣幕或泥漿套,四. 泥漿潤(rùn)滑油套與壁后壓氣施工法,1.泥漿潤(rùn)滑套,1)原理：井壁四周注入泥漿，利用泥漿的潤(rùn)滑作用降低井壁

9、摩阻力,2)材料要求：配比 ：粘土：水：碳酸鈉=0.350.45：0.550.65：0.0040.006,，含砂率<6%,粘土：,3)構(gòu)造,射口擋板,防止泥漿直沖土壁及土壁局部坍落堵塞射漿口,,地表圍圈,保護(hù)泥漿,,壓漿管：內(nèi)管(壁厚)、外管(壁薄),4)至設(shè)計(jì)標(biāo)高，用水泥砂漿置換泥漿以增大井壁摩阻力，防止沉井下沉,2.壁后壓氣沉井法,原理：通過向井壁四周預(yù)埋的氣管噴射高壓氣流，在井壁外側(cè)形成一圈空氣幕，使井壁周圍土體松動(dòng)，減小井壁摩阻力，使沉井下沉,壓氣時(shí)氣壓取該處靜水壓力的2.5倍,,,施工中大型沉井,江陰公路大橋北錨沉井:沉井平面長(zhǎng)69米，寬51米，下沉深度為58米，體積20.4萬立方米

10、,列世界最大沉井,第三節(jié) 沉井的設(shè)計(jì)與計(jì)算,沉井是深基礎(chǔ)的一種類型，沉井在施工完畢后，由于它本身就是結(jié)構(gòu)物的基礎(chǔ)，就應(yīng)按基礎(chǔ)的要求進(jìn)行各項(xiàng)驗(yàn)算；但在施工過程中，沉井是擋土、擋水的結(jié)構(gòu)物，因而還要對(duì)沉井本身進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算。 一、沉井作為整體深基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 沉井作為整體深基礎(chǔ)設(shè)計(jì)主要是根據(jù)上部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、荷載大小以及水文、地質(zhì)情況，結(jié)合沉井的構(gòu)造要求及施工方法，擬定出沉井的平面尺寸，埋置深度，然后進(jìn)行沉井基礎(chǔ)的計(jì)算。 沉井基礎(chǔ)的計(jì)算，根據(jù)它的埋置深度可用兩種不同的計(jì)算方法。,一、沉井作為整體深基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與計(jì)算,沉井埋置深度較淺:可以不考慮基礎(chǔ)側(cè)面土的橫向抗力影響，而按淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算規(guī)定，分

11、別驗(yàn)算地基強(qiáng)度、沉井基礎(chǔ)的穩(wěn)定性和沉降； 沉井埋置深度較大:考慮基礎(chǔ)側(cè)面土體彈性抗力的影響。 假定沉井基礎(chǔ)在橫向外力作用下只能發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)而無撓曲變形。因此，可按剛性樁計(jì)算內(nèi)力和土抗力，即相當(dāng)于“m”法中h2.5的情況。,一、沉井作為整體深基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與計(jì)算,計(jì)算假定: 1. 地基土為彈性介質(zhì),水平向地基系數(shù)隨深度成正比增加; 2. 不考慮基礎(chǔ)與土之間的粘結(jié)力和摩阻力; 3.沉井基礎(chǔ)剛度與土體剛度之比為無窮大. 沉井基礎(chǔ)在橫向外力作用下只能發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)而無撓曲變形。因此，可按剛性樁計(jì)算內(nèi)力和土抗力，即相當(dāng)于“m”法中h2.5的情況。,（一）非巖石地基上沉井基礎(chǔ)的計(jì)算,沉井基礎(chǔ)受到水平力H及偏心豎向力N

12、作用。將水平力H及偏心豎向力N引起的力矩等效轉(zhuǎn)換成水平力H距離基底的作用高度:,,,,,,,,,（一）非巖石地基上沉井基礎(chǔ)的計(jì)算,水平力H作用下沉井將圍繞位于地面下z0深度處的A點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)一角，地面下深度z處沉井基礎(chǔ)產(chǎn)生的水平位移x和土的橫向抗力zx分別為： x = (z0z)tg zx = xCz = mz(z0z)tg 式中 z0轉(zhuǎn)動(dòng)中心A離地面的距離 zx隨深度呈拋物線變化,,（一）非巖石地基上沉井基礎(chǔ)的計(jì)算,基礎(chǔ)底面處的壓應(yīng)力，考慮到該水平面上的豎向地基系數(shù)C0不變，故壓應(yīng)力圖形與基礎(chǔ)豎向位移圖相似。 x = (z0z)tg zx = xCz = mz(z0

13、z)tg 上述三個(gè)公式中，有兩個(gè)未知數(shù)z0和，要求解其值，可建立兩個(gè)平衡方程式,（一）非巖石地基上沉井基礎(chǔ)的計(jì)算,W為基底的截面模量;聯(lián)立求解可得z0、（tan），進(jìn)而求得,平衡方程:,（一）非巖石地基上沉井基礎(chǔ)的計(jì)算,基底邊緣處的壓應(yīng)力為 式中A0基礎(chǔ)底面積。 離地面或最大沖刷線以下z深度處基礎(chǔ)截面上的彎矩,（二）基底嵌入基巖內(nèi)的沉井,認(rèn)為基底不產(chǎn)生水平位移，則基礎(chǔ)的旋轉(zhuǎn)中心A與基底中心相吻合，即z0h。地面下z深度處產(chǎn)生的水平位移x和土的橫向抗力zx分別為 x=(hz)tg zxmzx mz(hz)tg 基底邊緣處的豎向應(yīng)力為,（二）基底嵌入基巖內(nèi)的沉井,由彎矩平衡方程MA0便

14、可解出值，并進(jìn)一步求得,基底邊緣處的應(yīng)力,由X0，得到嵌入處未知的水平阻力P 地面以下z深度處截面上彎矩,（三）驗(yàn)算,1. 基底應(yīng)力驗(yàn)算 2. 橫向抗力驗(yàn)算 極限抗力值計(jì)算方法: 基礎(chǔ)在外力作用下產(chǎn)生位移時(shí)，在深度z處基礎(chǔ)一側(cè)產(chǎn)生主動(dòng)土壓力強(qiáng)度pa，而被擠壓一側(cè)土就受到被動(dòng)土壓力強(qiáng)度pP，其極限抗力用土壓力表達(dá)為,,（三）驗(yàn)算,3. 墩臺(tái)頂面水平位移驗(yàn)算 考慮到轉(zhuǎn)角一般均很小，可令tg=。如果沉井基底嵌入基巖內(nèi)，z0h。,橋梁規(guī)范：墩臺(tái)頂面的水平位移應(yīng)滿足：,L為相鄰跨中最小跨的跨度,,二、沉井施工過程結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算,（一）自重下沉驗(yàn)算 驗(yàn)算在沉井施工下沉?xí)r，保證在自重作用下克服井壁摩阻力而順

15、利下沉，下沉系數(shù)K滿足 （二）第一節(jié)沉井豎向撓曲驗(yàn)算 將井壁看作承受自重的梁計(jì)算豎向撓曲應(yīng)力. 若撓曲應(yīng)力超過材料強(qiáng)度, 應(yīng)增加第一節(jié)高度(相當(dāng)于增加截面高度),或井壁內(nèi)配置橫向撓曲受力筋.,二、沉井施工過程結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算,（三）刃腳計(jì)算 計(jì)算模式: 沉井刃腳相當(dāng)于三面固定，一面自由的雙向板; 簡(jiǎn)化處理: 1) 刃腳可看作固著在井壁根部處的懸臂梁，梁長(zhǎng)等于井壁刃腳斜面部分的高度； 2)刃腳又可看作為一個(gè)封閉的水平框架。 作用在刃腳側(cè)面上的水平外力將由懸臂梁和框架來共同承擔(dān).,二、沉井施工過程結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算,（四）井壁計(jì)算 。 1. 豎向撓曲計(jì)算（沉井抽承墊木時(shí)計(jì)算） 2. 沉井均布豎向拉力計(jì)算（井壁豎直鋼筋驗(yàn)算） 3. 沉井井壁水平應(yīng)力計(jì)算（井壁水平鋼筋計(jì)算） （五）封底混凝土的厚度計(jì)算 沉井底板可按均布荷載作用下的鉸支承板設(shè)計(jì)，在計(jì)算該均布荷載時(shí)，不計(jì)沉井均布摩阻力。,