1、第4章 沉井基礎(chǔ)4.1 概 述( a )( b )( d )( c )沉井接高下沉抽墊挖土下沉封底制作第一節(jié)沉井4.1.1 沉井的基本概念一般沉井浮運(yùn)沉井 類型 一般沉井的施工過程（常用）一般沉井（1）整體剛度大，承載力較高，穩(wěn)定性好。（2）適用土質(zhì)范圍廣（如淤泥、砂土、黏土等）。（4）施工所引起的周圍土層變形小，對(duì)鄰近建筑物可近接施工。4.1.2 特 點(diǎn)（5）同時(shí)可擋土(擋土結(jié)構(gòu))和擋水（圍堰），簡(jiǎn)化了施工過程。 （1）可用于橋梁基礎(chǔ)、地下泵房、水池、油庫(kù)、礦用豎井、大型設(shè)備基礎(chǔ)及建筑物基礎(chǔ)。（6）施工工期較長(zhǎng)，技術(shù)要求較高，會(huì)遇到下沉困難、傾斜等問題。（3）埋置深度大。4.1.3 適用范圍

2、 （2）上部荷載大，良好持力層埋置較深；沖刷大，或有大卵石無法采用其他深基礎(chǔ)；河水較深，施工圍堰較困難。 沉井平面長(zhǎng)69m，寬51m，下沉深度為58m，相當(dāng)于9個(gè)半籃球場(chǎng)大的20層高樓埋進(jìn)地下。世界上最大的沉井江陰長(zhǎng)江公路大橋錨碇基礎(chǔ)國(guó)內(nèi)最大的水中沉井基礎(chǔ)（泰州長(zhǎng)江大橋）（58m44m）4.2 沉井基礎(chǔ)類型及構(gòu)造1. 按施工方法分類一般沉井：設(shè)計(jì)位置上制造，就地挖土下沉。水淺、流速小時(shí)采用。浮運(yùn)沉井：岸邊制造，浮運(yùn)到位下沉。水深、流速大、有通航要求時(shí)。2. 按材料分類混凝土沉井鋼筋混凝土沉井竹筋混凝土沉井鋼沉井(c)(b)(a)3. 按幾何形式圓形矩形圓端形單孔雙孔多孔4.2.1 分 類雙壁鋼

3、殼底節(jié)浮式沉井4. 按剖面形狀(c)(d)(b)(a)4.2.2 一般沉井的構(gòu)造柱形階梯形錐形柱形階梯形錐形0 .8 1 .5 m0.5m 0 .5 m角 鋼 4 5 0 .1 5 m井壁刃腳內(nèi)隔墻井孔凹槽射水管組封底頂板刃 腳4.2.3 浮運(yùn)沉井的構(gòu)造單 壁 鋼 殼鋼 氣 筒 底雙 壁 鋼 沉井 底 節(jié)鋼 氣 筒探 測(cè) 管豎 向 框 架內(nèi) 井 壁 板隔 板外 井 壁 板底 板豎 直 框 架外 井 壁 板井 孔內(nèi) 井 壁 板隔 板單 壁 鋼 殼鋼 氣 筒探 測(cè) 管水 平 圓 環(huán)外 壁 板豎 直 肋 骨 角 鋼圓 環(huán) 外 弦 桿圓 環(huán) 綴 角圓 環(huán) 內(nèi) 弦 桿內(nèi) 壁 板豎 直 肋 骨 角 鋼雙

4、壁 鋼 殼 細(xì) 部 結(jié) 構(gòu)帶鋼氣筒的浮運(yùn)沉井 雙壁浮運(yùn)沉井帶氣筒的浮運(yùn)沉井帶臨時(shí)性井底的浮運(yùn)沉井單 壁 鋼 殼鋼 氣 筒 底雙 壁 鋼 沉井 底 節(jié)鋼 氣 筒探 測(cè) 管豎 向 框 架內(nèi) 井 壁 板隔 板外 井 壁 板底 板豎 直 框 架外 井 壁 板井 孔內(nèi) 井 壁 板隔 板單 壁 鋼 殼鋼 氣 筒探 測(cè) 管水 平 圓 環(huán)外 壁 板豎 直 肋 骨 角 鋼圓 環(huán) 外 弦 桿圓 環(huán) 綴 角圓 環(huán) 內(nèi) 弦 桿內(nèi) 壁 板豎 直 肋 骨 角 鋼雙 壁 鋼 殼 細(xì) 部 結(jié) 構(gòu)4.3 沉井的施工（一般沉井）1. 平整場(chǎng)地刃 腳 下 木 墊 板橋中線 - 剖 面 - 剖 面枕 木2. 制作第一節(jié)沉井3. 拆模

5、及抽墊4. 挖土下沉5. 接高沉井6. 設(shè)置井頂防水圍堰7. 基底檢驗(yàn)和處理8. 沉井封底9. 井孔填充和頂板澆注4.3.1 施工過程墊木布置制作第一節(jié)沉井封 底沉井接高下沉抽墊挖土下沉挖 土下 沉4.4.1 沉井尺寸的確定（1） 橋墩截面沉井平面形狀及尺寸。（2）土層情況及荷載大小沉井埋深沉井高度。（3）水、土壓力及井壁摩擦力井壁厚度、井孔尺寸、內(nèi)墻厚度。（4）刃腳受力刃腳的形狀和尺寸。（5）水壓力及土反力封底混凝土厚度。4.4 沉井的設(shè)計(jì)與計(jì)算（6）確定頂板厚度。4.4.2 施工過程的設(shè)計(jì)與檢算（1）沉井的下沉能力驗(yàn)算（4）底節(jié)沉井驗(yàn)算（2）刃腳受力計(jì)算（3）井壁受力計(jì)算（5）混凝土封底及

6、頂板計(jì)算1沉井的下沉能力驗(yàn)算1.15 1.25GKR沉井自重（扣除浮力）下沉總阻力下沉系數(shù)下沉總阻力=側(cè)面總摩阻力+刃腳踏面的阻力（1）側(cè)面總阻力m(2.5)fERu hqmi iiqlql入土總深度平均摩阻力（2）刃腳踏面的阻力刃腳踏面的阻力=刃腳踏面面積地基承載力 減少井壁摩阻力的方法（1）高壓射水 （2）泥漿套（3）空氣幕 泥 漿 套壓 入 泥 漿泥漿套側(cè)阻力分布2. 刃腳受力計(jì)算豎 向向外撓曲向內(nèi)撓曲4144k10.11.00.05lhl4k44k20.10.05hhl1）豎向刃角受力水平方向撓曲 荷載分配系數(shù)看作固定于刃腳根部的懸臂梁。2）水平方向看作水平框架。刃腳斜面部分的高度支承

7、于隔墻間的井壁最大跨度支承于隔墻間的井壁最小跨度wae1TWEwae1V2VVRabgQMNU1.0mhk向外撓曲地基土反力水、土壓力（1）向外撓曲 最不利位置1）入土1m。2）選擇不同的下沉深度。 受力計(jì)算（取單位寬度）1）外側(cè)土、水壓力a. “土水分算”，土壓力按朗肯主動(dòng)土壓力計(jì)算（采用浮重度）。b. 乘以水平荷載分配系數(shù)進(jìn)行荷載分配。k23e we we we wpphypp合 力作用位置k()2e we wppWEh wae1TWEwae1V2VVRabgQMNU1.0mhk2）土的豎向反力v0RGT單位周長(zhǎng)沉井的自重單位寬度摩阻力1v22aVRab2v2bVRab2tanUV3）摩阻

8、力1kTq h10.5 TE摩阻力4）刃腳自重kk2agh井壁厚度5）計(jì)算并配置外壁受彎鋼筋。0E1Tq h00.5TE取小值1（2）向內(nèi)撓曲向內(nèi)撓曲1）下沉到設(shè)計(jì)深度且刃腳下的土被掏空時(shí)。2）受力計(jì)算參見向外撓曲時(shí)。（3）水平受力計(jì)算()qWE 1）下沉到設(shè)計(jì)深度且刃腳下的土被掏空時(shí)。2）沉井所受荷載為3）計(jì)算彎矩等內(nèi)力，根據(jù)彎矩配置水平鋼筋。3）計(jì)算并配置內(nèi)側(cè)豎向受彎鋼筋。3井壁受力計(jì)算地 面wea1m 1m 1m 1m 水平受力計(jì)算豎向拉應(yīng)力驗(yàn)算 沉井下部懸空，由井壁摩擦力支承，并由此因自重在井壁內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力。（1）豎向受拉計(jì)算由平衡條件，得拉力解得max/ 4SG（2）水平受力計(jì)算1）

9、下沉到設(shè)計(jì)深度且刃腳下的土被掏空時(shí)。22/xSGx hGxh據(jù)此沿井壁縱向配置抗拉鋼筋。2）取各節(jié)最下面的1m以土、水壓力計(jì)算內(nèi)力。底節(jié)還應(yīng)計(jì)入 刃腳傳來的水平剪力作為荷載。3）按水平框架計(jì)算彎矩等內(nèi)力。4）按彎矩配置水平受彎鋼筋。4沉井底節(jié)計(jì)算(a)(b)(c)bll0.150.700.15llll0.50.5排水挖土下沉(最有利)不排水挖土下沉（最不利）（1）井壁豎向拉裂計(jì)算1）排水挖土下沉、不排水挖土下沉?xí)r按不同的支承方式計(jì)算。2）拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，或加大底節(jié)沉井高度，或配筋。（2）內(nèi)隔墻豎向拉裂計(jì)算（內(nèi)隔墻跨度較大時(shí)）5混凝土封底及頂板計(jì)算抗彎抗剪（1）封底混凝土計(jì)算計(jì)算內(nèi)容

10、計(jì)算荷載空心沉井：通車后產(chǎn)生的最大地基反力。實(shí)心沉井：沉井自重產(chǎn)生的地基反力及水壓力。（2）頂蓋計(jì)算計(jì)算跨中最大彎矩并驗(yàn)算抗壓強(qiáng)度。1）墩身底面支承于井壁和隔墻時(shí)2）墩身底面位于井孔內(nèi)時(shí) 除進(jìn)行1）外，還有計(jì)算墩臺(tái)邊緣處頂蓋截面的彎矩和剪力。4.4.3 使用條件下的沉井基礎(chǔ)檢算 （1）沉井埋深較小時(shí)可按淺基礎(chǔ)計(jì)算，偏于安全。 （2）埋深較大時(shí)按剛性深基礎(chǔ)（h2.5）計(jì)算，需考慮側(cè)面土體的橫向抗力。1. 沉井底持力層為土層或風(fēng)化巖石maxminHMoaxyyydh地面或局部沖刷線x0)(tan)(00yyyyXy（1）井側(cè)土的抗力轉(zhuǎn)動(dòng)中心沉井水平位移沉井轉(zhuǎn)角0()xyymy水平抗力（2）井底的土

11、反力max0min12NQdCA 豎向荷載和沉井自重豎向地基系數(shù)maxminHMoaxyyydh地面或局部沖刷線x0002001(32 )6hyHbdyb mhyh（1）水平力2. 平衡方程（2）彎 矩（對(duì)井底中心）0000222000()1(683)12hyhhHyMbyy dyMb mhyy hhM012hMWdC井底反力產(chǎn)生的彎矩3. 轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)動(dòng)中心位置40012(23)18HhMmb hWC d300020(43)62(32)b mhMHhHC dWyb mhMHh、聯(lián)立求解后，得4. 井身彎矩)2(12020yymybHyMMy計(jì)算寬度2. 沉井下端嵌入巖石hH地面或局部沖刷線d巖石

12、xx 假設(shè)轉(zhuǎn)動(dòng)中心位于底端，則轉(zhuǎn)動(dòng)中心轉(zhuǎn)角()xhymy水平抗力井身彎矩令y0=h，由前述轉(zhuǎn)角和彎矩計(jì)算公式得到40012()6MHhb mhC dW20(2)12ymyMMy Hbhy3016Pb m hH由水平方向平衡方程得到井底水平反力3. 驗(yàn) 算（1）基底壓應(yīng)力（鐵路橋基規(guī)范）max （2）側(cè)面水平抗力paxxee按朗肯土壓理論計(jì)算樁側(cè)土壓力xpapa()2 ()y KKcKK以y=h/3及y=h處為驗(yàn)算截面，則有12papa3()2 ()3hhKKcKK h12papa()2 ()hKKcKK （3）墩臺(tái)頂面水平位移驗(yàn)算1020k yk l沉井轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的水平位移墩身?yè)锨a(chǎn)生的水平位移被動(dòng)、主動(dòng)土壓力 例4-3 一單線鐵路橋梁位于平坡直線地段，其中某墩為圓端形，墩底截面寬3.5m，長(zhǎng)6.8m，墩底標(biāo)高為-0.3m，擬采用沉井基礎(chǔ)，沉井底標(biāo)高為-16.30m，沉井自重14000.8kN，若計(jì)浮力作用，沉井自重為7910kN。該橋墩墩址處河床標(biāo)高0.00m，最低水位0.40m，施工水位1