沉井基礎(chǔ) 地下結(jié)構(gòu)工程

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1、地地 下下 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 工工 程程第08章第8章 沉井基礎(chǔ)n8.1 概述n8.1.1 沉井基礎(chǔ)的特點(diǎn)及其應(yīng)用范圍n是以沉井法施工的地下結(jié)構(gòu)物和深基礎(chǔ)的一種型式。 n先在地表制作成一個(gè)井筒狀的結(jié)構(gòu)物（沉井），然后在井壁的圍護(hù)下通過從井內(nèi)不斷挖土，使沉井在自重作用下逐漸下沉，達(dá)到預(yù)定設(shè)計(jì)標(biāo)高后，再進(jìn)行封底，構(gòu)筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)。n廣泛應(yīng)用于橋梁、煙囪、水塔的基礎(chǔ)；n水泵房、地下油庫、水池豎井等深井構(gòu)筑物和盾構(gòu)或頂管的工作井 。n技術(shù)上比較穩(wěn)妥可靠，挖土量少，對(duì)鄰近建筑物的影響比較小，沉井基礎(chǔ)埋置較深，穩(wěn)定性好，能支承較大的荷載。 8.1.2 沉井的分類n（1）按下沉環(huán)境可分為陸地沉井（包括在淺水中先筑島制

2、作的沉井）和浮運(yùn)沉井；n（2）按沉井構(gòu)造形式可分為獨(dú)立沉井和連續(xù)沉井 ；n （3）按沉井平面形式可分為圓形、橢圓形、正方形、矩形和多邊形等；也可分為單孔和多孔沉井（見圖8-1）；n（4）按沉井制作材料可分為混凝土、鋼筋混凝土、鋼、磚、石以及組合式沉井等。 沉井按平面形式分類na圓形單孔沉井；b正方形單孔沉井；c矩形單孔沉井；nd矩形雙孔沉井；e橢圓形雙孔沉井；f矩形多孔沉井8.1.3 沉井的設(shè)計(jì)原則n結(jié)構(gòu)簡單對(duì)稱，受力合理，施工方便。 n沉井的長短邊之比越小越好，以保證下沉?xí)r的穩(wěn)定性。n一般沉井應(yīng)分節(jié)制作，每節(jié)高度不宜大于5m。n沉井底節(jié)高度應(yīng)滿足拆除支承時(shí)沉井縱向抗彎要求之外，在松軟土層中下

3、沉的沉井，底節(jié)高度不宜大于0.8b 。8.1.4 沉井的施工步驟 沉井施工步驟示意圖 8.2 沉井構(gòu)造n沉井組成：n刃腳、n井壁、n內(nèi)隔墻、n取土井、n凹槽、n封底、n頂板 1）沉井刃腳：作用在于減少沉井下沉阻力 a混凝土刃腳；b設(shè)角鋼的刃腳；c尖刃腳2）井壁主要承擔(dān)井外水土壓力和自重的部分 n設(shè)計(jì)時(shí)通常先假定井壁厚度再進(jìn)行承載力驗(yàn)算 ；n井壁厚度n一般為0.81.5m；n na）、（b）豎直的；（c）、（d）臺(tái)階形的；n（e）錐形的；（f）倒錐形的n圖8-5 沉井外壁的形式3）內(nèi)隔墻n加強(qiáng)沉井剛度、縮小外壁計(jì)算跨度，同時(shí)又將沉井分成多個(gè)取土井，便于掌握挖土位置以控制下沉的方向 ；n內(nèi)隔墻的間

4、距一般不大于56m，厚度一般為0.51.0m。 n一般要求隔墻底高出刃腳底面0.51.0m。 4）取土井n位置：取土井的平面布置應(yīng)與中軸線對(duì)稱，以利于沉井均勻下沉； n大小：由取土方法而定，采用挖土斗取土?xí)r，應(yīng)能使挖土斗自由升降，最小邊長不宜小于2.5m。 n處理：以素混凝土、片石混凝土或砌片填充。 5）凹槽n為了封底混凝土嵌入井壁，形成整體，使傳至沉井壁上的力能更好地傳遞給封底混凝土底面。 n遇到意外困難，還可在凹槽處澆筑鋼筋混凝土蓋板，將沉井改為沉箱。n尺寸：凹槽深約0.150.25m，高約1.0m左右，其距刃腳底面一般在1.5m以上。 6）射水管組、探測管、氣管和壓漿管 n射水管組：壓入

5、高壓水把井壁四周的土沖松，以減少摩擦力和端部阻力。n高壓水水壓一般不小于0.6MPa，每一水管的排水量不小于200L/min； n探測管：探測刃腳和隔墻底面下的泥面標(biāo)高，清基射水或破壞沉井正面土層以利下沉； n氣管：空氣幕下沉沉井 ；n壓漿管：埋設(shè)壓漿管 7）封底n滲水率小于6mm/min時(shí)，排干水后用C15或C20普通混凝土澆筑；n當(dāng)井中的滲水率大于6mm/min時(shí)，宜采用導(dǎo)管法澆注C20級(jí)水下混凝土封底。n厚度按其承載力條件計(jì)算確定，一般其頂面應(yīng)高出凹槽0.5m。 8）頂板n以混凝土填心的沉井可用素混凝土頂板；n空心或以其他松散料填心的沉井需用鋼筋混凝土頂板，厚度一般為1.02.0m ；n

6、排水下沉的沉井，其頂面在地面或水位以下時(shí)，應(yīng)設(shè)擋土防水墻連接在井壁的頂部。 8.3 沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算n8.3.1 下沉系數(shù)計(jì)算n驗(yàn)算沉井自重是否能克服下沉?xí)r土的摩阻力 ，用下沉系數(shù)k表示 ：25. 115. 1/RGkiiiRfuh表8-1 沉井井壁與土體之間的摩阻力f（kPa）土的種類粘性土砂性土砂卵石砂礫石軟土泥漿套f(kPa)2550122518301520101235摩擦力分布 n假定從地表到5m深度范圍內(nèi)，單位摩阻力按直線規(guī)律由零增加至最大值；n超過深度5m以后取常數(shù)值 8.3.2 沉井底節(jié)驗(yàn)算n刃腳下的支承位置 不斷在變，三種情況：n1）在排水或無水情況下下沉沉井 2）對(duì)于不排水下

7、沉的沉井 n（1）假定底節(jié)沉井僅支承于長邊的中點(diǎn)（2）假定底節(jié)沉井支承于短邊的兩端點(diǎn) 本講要點(diǎn)n了解沉井構(gòu)造；n掌握下沉系數(shù)計(jì)算。n沉井底節(jié)驗(yàn)算8.3.3 沉井井壁計(jì)算n沉井井壁應(yīng)進(jìn)行豎直和水平兩個(gè)方向的內(nèi)力計(jì)算。n1）豎直方向n在沉井的下沉過程中，當(dāng)沉井被四周土體箝固著而刃腳下的土已被掏空時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算井壁接縫處的豎向拉應(yīng)力。 n接縫處：混凝土不承受拉應(yīng)力而由接縫處的鋼筋承受，此時(shí)鋼筋的抗拉安全系數(shù)可采用1.25；同時(shí)并須驗(yàn)算鋼筋的錨固長度。n井壁摩阻力可假定沿沉井全高按倒三角形分布，即在刃腳底面處為零，在地面處為最大，此時(shí)最危險(xiǎn)的截面在沉井入土深度的1/2處 沉井外側(cè)直立時(shí)的井壁受拉計(jì)算圖n按

8、公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范，最大豎向拉力Plmax為此時(shí)沉井全部重力G的1/4，即n實(shí)際工程中，沉井被卡住較為常見，也出現(xiàn)過被拉裂的沉井 。4/maxGPln驗(yàn)算建議值 表8-2 沉井豎向拉力計(jì)算及其最小配筋率沉井施工狀態(tài)沉井結(jié)構(gòu)或受其影響建筑物的安全等級(jí)與拉力計(jì)算取值縱向鋼筋最小構(gòu)造配筋率一級(jí)二級(jí)三級(jí)鋼筋混凝土最小配筋率不宜于少0.1%；少筋混凝土不宜少于0.05%排水下沉0.50G0.30G0.25G不排水下沉0.40G0.25G0.20G泥漿套中下沉0.30G0.25G0.20G2）水平方向n根據(jù)排水或不排水的情況，沉井井壁在水壓力和土壓力等水平荷載作用下，應(yīng)作為水平框架驗(yàn)算其水平方向的

9、撓曲。n（1）驗(yàn)算刃腳根部以上，其高度等于該處井壁厚度t的一段井壁，依此設(shè)置該段的水平鋼筋。 計(jì)算簡圖QEWqtWWW2 tEEE2 Q由刃腳傳來的剪力，其值等于求算刃腳豎直外力時(shí)分配于懸臂梁上的水平力（kN/m）。whWwhW 32tWWWW 32tEEEE n（2）其余各段井壁的計(jì)算，可按井壁斷面的變化,取每一段中控制設(shè)計(jì)的井壁（位于每一段最下端的單位高度）進(jìn)行計(jì)算。 n上部井段按照作用在水平框架上的均布荷載q=W+E。然后用同樣的計(jì)算方法，求得水平框架的最大彎矩M、軸向壓力N、剪力Q，并據(jù)此設(shè)計(jì)水平鋼筋。8.3.4 沉井刃腳驗(yàn)算n沉井刃腳部分可分別作為懸臂或水平框架驗(yàn)算其豎向及水平向的彎

10、曲強(qiáng)度。1）按懸臂梁計(jì)算刃腳豎直方向的撓曲強(qiáng)度n此時(shí)，刃腳根部可以認(rèn)為與井壁嵌固，刃腳高度作為懸臂長度，并可根據(jù)以下兩種不利情況分別計(jì)算：n（1）當(dāng)沉井下沉途中，刃腳內(nèi)側(cè)已切入土中深約1m; n沿井壁的水平方向取一個(gè)單位寬度，計(jì)算作用在刃腳上的土壓力E和水壓力W。n作用在井壁單位寬度上的摩阻力T，取其最小值 EEET5 . 0tgATn刃腳下單位寬度上土的垂直反力 TGRv刃腳斜面上的土反力 21VVRvbabaVV22121hatb聯(lián)立方程式即可求得V1和V2。 作用在刃腳斜面上的水平反力U可按下式計(jì)算：nU的作用點(diǎn)在距刃腳底面1/3高處。)(tg2VU刃腳重力g按下式計(jì)算：n求得作用在刃腳

11、上的所有外力的大小、方向和作用點(diǎn)之后，即可求算刃腳根部處截面上每單位周長內(nèi)（井壁）的軸向壓力N、水平剪力Q及對(duì)截面重心軸的彎矩M。并據(jù)此計(jì)算在刃腳內(nèi)側(cè)的鋼筋（豎直）數(shù)量。 2athgh（2）當(dāng)沉井已沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高，刃腳下的土已被掏空，這時(shí)刃腳處于向內(nèi)撓曲的不利情況，n計(jì)算刃腳外側(cè)的土壓力和水壓力。n由于刃腳下的土已被掏空，故刃腳下的垂直反力Rv和刃腳斜面水平反力U等于零 n作用在井壁外側(cè)的摩阻力T n刃腳計(jì)算時(shí)重力g與前面相同n計(jì)算在刃腳外側(cè)的鋼筋（豎直）數(shù)量 2）按封閉的水平框架計(jì)算刃腳水平方向的撓曲強(qiáng)度21161qLM 212NqL121qLQ n作用在刃腳側(cè)面上的水平外力將由懸臂梁和框架來

12、共同承擔(dān)。 n分配系數(shù)公式如:n懸臂作用 :n框架作用 :105. 00141441 LhL424405. 0Lhh 本講要點(diǎn)n掌握:n沉井井壁計(jì)算n沉井刃腳驗(yàn)算8.3.5 沉井封底計(jì)算n封底混凝土在基底反力作用下，將其當(dāng)作支承于刃腳斜面及隔墻上的周邊支承板考慮；n支承情況（簡支或嵌固）和計(jì)算強(qiáng)度在設(shè)計(jì)中應(yīng)視具體情況而定。1）規(guī)定 n（1）封底混凝土應(yīng)承受基底水和土的向上反力，此時(shí)混凝土的齡期不足，應(yīng)降低容許應(yīng)力；n（2）混凝土填實(shí)時(shí)，計(jì)入井孔內(nèi)填充物的重力； n（3）封底混凝土的厚度，一般不宜小于1.5D； 2）干封底及有關(guān)計(jì)算n（a）下有足夠厚粘土層；n（b）待底板達(dá)到足夠強(qiáng)度后方停止降水

13、n沉井可干封底的情況（1）沉井刃腳停留在不透水粘土層中； n不透水粘土層的厚度 ：nA沉井底部面積（m2）；n 土的有效重度（即浮重度）（kN/m3）；n 刃腳下面不透水粘土層厚度（m）；n c粘土的粘聚力（kPa）；n U沉井刃腳踏面內(nèi)壁周長（m）；wwHAcUhhAhn（2）在沉井內(nèi)設(shè)吸水鼓并有良好濾層的情況下降水，一直降到鋼筋混凝土底板足夠承擔(dān)地下水回升后的水土壓力，方可拆除并封閉降水管，在這種情況下，可采用干封底。3）水下封底混凝土的厚度計(jì)算封底要求是： n（1）按最不利情況混凝土厚度 ：即在沉井封底后，將井內(nèi)水排干，在鋼筋混凝土底板尚未施工前 。n（2）水下封底混凝土最好不讓其中出現(xiàn)

14、拉應(yīng)力。分配線相交于素混凝土封底上，可以認(rèn)為不承受拉應(yīng)力。n中央鍋底挖深可形成倒拱。 若出現(xiàn)拉應(yīng)力，計(jì)算方法：n注意計(jì)算跨度；n周邊簡支支承的圓板在承受均勻荷載時(shí)，可計(jì)算板中心的最大彎矩值：n周邊簡支支承的雙向板在承受均布荷載時(shí)，計(jì)算跨中彎矩Mx和My：222max2 . 0)6513(16)3(16prprprM2qLaMxx 2qLaMyy 簡支支承雙向板計(jì)算簡圖n求出彎矩值后，封底混凝土的厚度n 考慮封底混凝土因與井底泥土摻混需要增加的厚度，宜取0.30.5m；若基底采取鋪塊石或碎石灌漿抹平處理后再封底，可不考慮此增加值。 utmthbfFMh5 . 3uh封底混凝土剪應(yīng)力計(jì)算 n應(yīng)加大

15、封底混凝土的抗剪面積。n如在井壁和隔墻內(nèi)設(shè)置凹槽等。8.3.6 沉井底板計(jì)算n1）底板荷載計(jì)算nA：沉井結(jié)構(gòu)的最大自重除以沉井外圍n底面積的商，不計(jì)井壁側(cè)面摩阻力。 nB：假定水壓力全部由鋼筋混凝土底板承受。 n土反力和水壓力中數(shù)值較大者 2）沉井底板內(nèi)力計(jì)算n內(nèi)力可按單跨或多跨板計(jì)算 ;n邊界支承條件 ,根據(jù)具體情況決定 ;8.3.7 沉井抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算n可能出現(xiàn)的最高地下水位進(jìn)行驗(yàn)算 ,一般的沉井依靠自重獲得抗浮穩(wěn)定。n在不計(jì)井壁摩阻力的情況下，抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算公式為：05. 1/BGKf8.3.8 沉井下沉對(duì)周圍環(huán)境的影響n 1）影響范圍的確定n采用土坡穩(wěn)定計(jì)算方法乘以重要性系數(shù) n 影響范圍

16、內(nèi)建筑物安全等級(jí)的重要性系數(shù) )245(tgHL表8-4 沉井下沉影響范圍內(nèi)建筑物安全等級(jí)的重要性系數(shù)重要性系數(shù)建筑物安全等級(jí)一級(jí)二級(jí)三級(jí)2.52.01.8 2）減少沉井對(duì)周圍土體破壞的措施 n（1）增大沉井的下沉系數(shù);n使沉井刃腳插入土中0.5-3.0m，以阻止土體從井外向井向涌入。n（2）在粉細(xì)砂土層中下沉沉井時(shí);n事先壓漿固結(jié) ;使粉細(xì)砂土固結(jié)后n （3）如沉井外流砂等固結(jié)困難時(shí)，也可采用不排水下沉沉井 ;n（4）及時(shí)進(jìn)行回填 n（5）沉井等地下工程施工前應(yīng)作好充分準(zhǔn)備，施工速度要快 ；n（6）沉井下沉影響范圍內(nèi)的重要建筑物應(yīng)采取樁基或地下連續(xù)墻等加固措施，防止土體破壞向建筑物方向延伸。本講要點(diǎn)n掌握:沉井封底驗(yàn)算n掌握沉井底板計(jì)算方法；n了解沉井下沉影響及處理措施。