1、 江阴长江公路大桥江阴长江公路大桥 国国 内内 北岸 南岸 北岸锚锭的沉井平面尺寸北岸锚锭的沉井平面尺寸 69m69m51m51m，埋深，埋深58m58m，国内，国内 平面尺寸最大的沉井基础平面尺寸最大的沉井基础 南京长江大桥的沉井下沉深度达54.87米 国外采用沉井基础的桥梁国外采用沉井基础的桥梁 按立面形状分按立面形状分 构造简单，挖土较均匀，井壁接构造简单，挖土较均匀，井壁接 长较简单，模板可重复使用长较简单，模板可重复使用 除底节外，其他各节井壁与除底节外，其他各节井壁与 土的摩擦力较小，但施工较土的摩擦力较小，但施工较 复杂，消耗模板多复杂，消耗模板多 混凝土沉井混凝土沉井 钢筋混凝
2、士沉井钢筋混凝士沉井 钢壳沉井钢壳沉井 （2)按沉井的建筑材科的分类按沉井的建筑材科的分类 3m (1)(1)旱地上沉井的施工旱地上沉井的施工 (2)(2)水中沉井的施工水中沉井的施工 井壁、刃脚、隔墙、凹槽、封底、盖板井壁、刃脚、隔墙、凹槽、封底、盖板 减少下沉阻力减少下沉阻力 ，宽，宽1010 20cm 20cm ，高约，高约1.5m1.5m，内侧，内侧 倾角不宜小于倾角不宜小于4545度，通常度，通常 4545 6060 厚约厚约0.5m-1.0m0.5m-1.0m，增加沉，增加沉 井刚度井刚度，多个施工井孔，多个施工井孔 ( (取土井取土井),),挖土均衡挖土均衡 刃脚：刃脚： 隔墙：
3、隔墙： 底板与井壁有更好联结，底板与井壁有更好联结， 底距刃脚踏面底距刃脚踏面2.5m2.5m，槽高约，槽高约 1.0m 1.0m ，凹入深度约，凹入深度约150150300mm 300mm 防止地下水渗入井内防止地下水渗入井内, , 钢筋混凝土钢筋混凝土 ，顶盖达设计，顶盖达设计 强度后方可砌筑墩、台及其它强度后方可砌筑墩、台及其它 结构结构 凹槽：凹槽： 封底：封底： 顶盖：顶盖： (1) (1)旱地上沉井的施工旱地上沉井的施工 (2)(2)水中沉井的施工水中沉井的施工 筑岛法筑岛法 浮运沉井施工浮运沉井施工 砂垫层 承垫木 第二节沉井 底节沉井 煤渣片石 素混凝土 钢筋混 凝土 2.2.
4、沉井的特点沉井的特点 (1)(1)优点：优点： 埋置深度大，整体性强、稳定性好，能承受埋置深度大，整体性强、稳定性好，能承受 较大荷载较大荷载 下沉过程中无需设置坑壁支撑或板桩围壁，下沉过程中无需设置坑壁支撑或板桩围壁， 简化了施工简化了施工 沉井施工时对邻近建筑物影响较小沉井施工时对邻近建筑物影响较小 (2)(2)缺点：缺点： (1)(1) (2)(2) 1.1.什么是沉井基础？什么是沉井基础？ 沉井是沉井是 状的结构物，它是以井内状的结构物，它是以井内_ 依靠依靠 克服井壁摩擦阻力下沉到克服井壁摩擦阻力下沉到 设计标高，然后经过设计标高，然后经过_，并浇筑，并浇筑 _，使其成为桥梁墩台或其
5、它结构物的基础。，使其成为桥梁墩台或其它结构物的基础。 井筒井筒挖土挖土 自身重力自身重力 混凝土封底混凝土封底 顶盖顶盖 A D E（） （ B D E ） (2)(2) 场地平整场地平整 6.6.沉井施工方法分类？旱地上沉井的施工程序？沉井施工方法分类？旱地上沉井的施工程序？ 井壁、刃脚、内隔墙、凹槽、封底、盖板井壁、刃脚、内隔墙、凹槽、封底、盖板 分为：旱地上沉井施工分为：旱地上沉井施工+ +水中沉井施工水中沉井施工 制造第一节沉井制造第一节沉井沉井接高沉井接高 拆模抽垫木拆模抽垫木挖土下沉挖土下沉地基检验和处理地基检验和处理 封底、浇筑顶盖封底、浇筑顶盖 沉井施工沉井施工 一、沉井的工
6、作原理 在深基础工程施工中，为了减少放坡大开挖的大量土方量， 并保证陡坡开挖边坡的稳定性，人们创造了沉井基础。这是 一种竖向的筒形结构物，通常用砖、素混凝土或钢筋混凝土 材料制成。 沉井施工过程：先在地面制作一个井筒形结构；然后从井筒 内挖土，使井筒失去支承靠自重作用而下沉，沉至设计高程 为止；最后封底，如图所示。沉井的井筒，在施工期间作为 支撑四周土体的护壁，竣工后即为永久性的深基础。 沉井的工作原理 二、沉井的用途 沉井在工程中应用较广泛，主要用做以下几种结构物。 (1)重型结构物基础：沉井常用于平面尺寸紧凑的重型结构 物，如烟囱、重型设备的基础，作为承重的深基础。 (2)江河上的结构物：
7、沉井的井筒不仅可以挡土，也可挡水， 因此也适用于江河上的结构物。 (3)取水结构物：当地面下不深处有含水的卵石层，常用沉 井作为取水的水泵站。有时沉井装好抽水滤管井封底后，利用 井简内的空间，作为水泵房。 (4)地下工程：地下工程包括地下厂房、地下仓库、地下油 库、地下车道和车站以及矿用竖井、地下水池等。 (5)邻近建筑物的深基础：在原有建筑物附近，进行深基坑 开挖时，将危及原有建筑物浅基础的稳定性，采用沉井，则可 防原有浅基础地滑动。 三、沉井的结构 沉井的结构，包括：沉井 是由刃脚、井筒、内隔墙 等组成的呈圆形或矩形的 筒状结构。刃脚、井筒、 内隔墙、底梁、封底与顶 盖等部分，如下图所示。
8、 沉井的结构 (1)刃脚与踏面：刃脚位于 沉井的最下端，形如刀刃， 在沉井下沉过程中起切土 下沉的作用。刃脚并非真 正的尖刃，其最底部为一 水平面，称为踏面，踏面 的宽度通常不小于150mm， 当土质坚硬时，刃脚踏面 用钢板或角钢加以保护。 刃脚内侧的倾斜面的水平 倾角通常为40o60o。 (2)井筒：沉井的井筒为沉 井的主体。在沉井下沉过 程中，井筒是挡土的护壁， 应有足够的强度，承受四 周的土压力和水压力。同 时井筒又需要有足够的自 重，以克服井筒外壁与土 的摩擦阻力和刃脚踏面底 部土的阻力，使沉井能在 自重作用下徐徐下沉。另 一方面，井筒内部的空间， 要容纳挖土工人或挖土机 械在井内工作
9、，以及潜水 员排除障碍的需要，因此， 井筒内径不宜小于0.9m。 (3)内隔墙和底梁：大型沉 井为了增加其整体刚度，在 沉井内部设置内隔墙，可减 小受弯时的净跨度，以增加 沉井的刚度。同时，内隔墙 把整个沉井分成若干井孔， 各井孔分别挖土，便于控制 沉降和纠倾处理。有时在内 隔墙下部设底梁，或单独做 底梁。内隔墙与底梁的底面 高程，应高于刃脚踏面 0.51.0m，以免妨碍沉井刃 脚切土下沉。 (4)封底与沉井底板：当沉 井下沉至设计标高后，需 用混凝土封底，以阻止地 下水和地基土进入井筒。 为使封底的现浇混凝土底 板与井筒联结牢固，在刃 脚上方井筒的内壁预先设 置一圈凹槽。 (5)顶盖：当沉井
10、作为水 泵站等地下结构的空心沉 井时，在沉井顶部需做钢 筋混凝土顶盖。必要时， 在水泵站等空心沉井顶面 建造一间房屋为工作室。 四、沉井的施工 1、准备工作 (1)平整场地：沉井施 工场地要仔细平整， 平整范围要大于沉井 外侧13m； (2)放线定位：沉井的 平面位置应仔细测量， 把沉井的中轴线和外 围轮廓线放好，定位 要准确，并经验收合， 格才能正式施工，如 下图所示。 沉井的放线定位 (1)承垫木方法：承垫木方法为传统方法。在经过平整、放线定 位的场地上铺一层砂垫层，厚0.5m左右。在砂垫层上，于沉井 刃脚部位，对称，成对地安置适当的承垫木。再在各垫木之间 填实砂土，然后按照设计的尺寸立模
11、板、扎钢筋、浇筑第一节 沉井。如图(a)所示。 (2)无垫木方法：在均匀土层上，可采用无垫木方法。浇筑一 层与沉井井壁等厚的混凝土，代替承垫木和砂垫层。浇筑的混 凝土为圆环状，位于沉井刃脚的下方。其目的在于保证沉井制 作过程与沉井下沉开始时，处于竖直方向。如图(b)所示。 2、沉井制作 通常沉井在原位制作，可采用三种不同的方法。 (3)土模法：如地基为均匀的粘性土，呈可塑或硬塑状态，则可 采用土模法制作沉井。在定位放线的刃脚部位，按照设汁的尺 寸，仔细开挖粘性土基槽。利用地基粘性土作为天然模板，以 砂垫层、承垫木及人工制作刃脚木模。因而，这种方法可节省 时间和费用。如图(c)所示。 沉井的制作
12、方法 应当注意：浇筑沉井混凝土时，要对称和均匀地 进行，以防止沉井发生倾斜。当沉井采取分节制 作时，第一节混凝土达到设计强度70后，方可 浇筑其上节沉井的混凝土。沉井制作的总高度， 不宜超过沉井的短边或直径的尺度，并不应超过 12m。 3、沉井下沉 (1)材料强度要求：待沉井第一节的混凝土或砌筑的砂浆达到 设计强度以后，且其余各节混凝土或砂浆达到设计强度的70 后，方可下沉 (2)抽出承垫木的要求：沉井刃脚下的承垫木不能由一人顺次 抽出，而必须由多人对称地、同步地抽出承垫木。在每次抽出 承垫木以后，应立即用砂填实其空位应严格防止由于抽承垫 木不当，造成沉井倾斜。 (3)沉井下沉方法：通常沉井在
13、天然地面下沉。如在水面下沉， 还需预先填筑砂岛或搭支架下沉。沉井在地面下沉的方法可分 为下列几种 人工挖土法：当场地无地下水，或地下水水量不大的小型沉 井，可用人工挖土法。挖土应分层、均匀、对称地进行，使沉 井均匀竖直下沉，避免发生倾斜通常不应从沉井刃脚踏面下 直接挖土，否则会造成局部沉井悬空。如土质较软，应先开挖 沉井锅底中间部位，沿沉井刃脚周围保留土堤，使沉井挤土下 沉。 排水下沉法：先用高压水枪，把沉井底部的泥土冲散(水枪 的水压力通常为2.53.OMPa)并稀释成泥浆，然后用水力吸泥 机吸出井外。这种方法适用于地层土质稳定、不会产生流砂的 情况。 不排水下沉法：不排水下沉法要求将沉井内
14、的水位始终保 持高于井外水位12m，采用机械抓斗，水下出土。当地层土质 不稳定、地下水涌水量较大时可用此法，以防止井内排水产生 流砂。在大型多孔沉井挖土下沉时，要求各孔同步挖土，各井 孔中的土面高差不应超过lm，以利于沉井均匀下沉。 (4)测量监控：为了保证沉井均匀下沉，测量监控十分重要。尤 其对于平面尺寸大或深度大的沉井更为关键。通常，大中型沉井 要求每班至少测量2次若发现沉井倾斜，应立刻通报，并迅速 采取相应措施，及时进行纠倾。 (5)沉井封底：当沉井下沉至设计标高时，应进行沉降观测若 8h内沉井的下沉量不大于l0mm，方可进行封底。沉井封底方法分 为两种； 干封法：干封法适合于沉井底部无
15、地下水的情况下浇筑底板 混凝土，这种方法成本低、工期短、质量好。这是最常用的封底 方法，具体做法如下所述。当沉井底部土层全部挖至设计标高后， 清除虚土，并在底部挖一个深坑钩0.51.0m，作为集水井；用水 泵在集水井中抽水，使地下水面下降至沉井底面以下；将集水井 以外的全部底板一次浇筑混凝土，可以掺入早强剂，使底板混凝 土尽快达到设计强度；最后快速封堵集水井。 沉井封底方法 五、沉井纠偏与处理 沉井倾斜 沉井倾斜是沉 井下沉过程中经常发生 的问题，需注意防止并 及时纠正。沉井倾斜应 以预防为主，加强测量 监控，发现倾斜及时通 报并迅速采取措施，如 在下沉较小的一侧，加 紧挖土(图示)，在沉井顶
16、 部加荷载等。 沉井倾斜后纠倾 有时在沉井井内挖土后不下沉，甚至将刃脚 底掏空还不下沉。遇到这类情况，应先调查 分析其原因，再采取相应的措施。如因沉井 外壁摩擦阻力太大，可采用在井筒外挖土、 冲水或灌膨润土泥浆等方法，以减去其摩擦 阻力。 沉井基础沉井基础 一级建造师一级建造师 市政（陈明市政（陈明+曹明铭曹明铭+肖国祥肖国祥+申玉辰）课件申玉辰）课件 建筑（王树京建筑（王树京+李佳升李佳升+李立军李立军+王英）课件王英）课件 机电（董美英机电（董美英+唐琼唐琼+魏匡魏匡+李学斌）课件李学斌）课件 法规（陈印法规（陈印+王竹梅王竹梅+武劲松武劲松+蔡恒）课件蔡恒）课件 经济（梅世强经济（梅世强
17、+达江达江+刘戈刘戈+关涛关涛+徐蓉）课件徐蓉）课件 管理（朱俊文管理（朱俊文+成丽芹成丽芹+丰景春）课件丰景春）课件 关注微信公众号关注微信公众号 课件免费下载课件免费下载 沉井平面长69米，宽51米，下沉深度为58米，体积20.4万立方米,列世界最大沉井。 (列世界第的美国费雷泽诺桥费雷泽诺桥的沉井体积为15万立方米) 9.1 概述概述 一、认识沉井一、认识沉井 江阴长江公路大桥北锚沉井江阴长江公路大桥北锚沉井 1.工程工程 应用应用 应用范应用范 围围 桥墩、锚碇、矿用竖井、地下泵房、水池、油库、地下设 备基础、盾构隧道、顶管的工作井和接收井等。 依靠自身重力克服井壁摩阻力后下沉到设计标
18、高，然后 经过混凝土封底并填塞孔，最后成为结构物基础的井筒状 结构。 2. 沉井的定义沉井的定义 3. 沉井基础的特点沉井基础的特点 (1)(1)埋置深度大，整体性强、稳定性好，承载面积大，承载力高埋置深度大，整体性强、稳定性好，承载面积大，承载力高( (垂直垂直 与水平与水平) )； (2)(2)既可作基础，又可作施工时的挡土和挡水围堰结构物；既可作基础，又可作施工时的挡土和挡水围堰结构物； (3)(3)施工时对邻近建筑物影响较小；施工时对邻近建筑物影响较小； (4)(4)内部空间可进一步利用。内部空间可进一步利用。 4. 沉井的缺点沉井的缺点 (1)施工工期较长； (2)施工技术要求高；
19、(3)施工中易发生流砂造成沉井倾斜或下沉困难等。 二、沉井的构造二、沉井的构造 1. 沉井的截面形式沉井的截面形式 平 面 形 状有：圆形、矩形、圆端形等 井孔的布置方式有：单孔、双孔、多孔。 井壁井壁 厚度厚度0.41.2m；承受水土压力。承受水土压力。 刃脚刃脚 宽度宽度1020cm ，高度约高度约1.5m（湿封底）（湿封底） 或或0.6m（干封底），内侧倾角（干封底），内侧倾角45 60 ； 冲切硬土，减小端部阻力。冲切硬土，减小端部阻力。 内隔墙内隔墙 厚度约厚度约0.5m，底面高出井壁刃脚踏面，底面高出井壁刃脚踏面0.5 1m，增加沉井刚度、改善井壁受力条件、增加沉井刚度、改善井壁受
20、力条件、 挖土均衡，便于纠偏。挖土均衡，便于纠偏。 井孔井孔 宽度（直径）不宜小于宽度（直径）不宜小于3m，挖土、排土场挖土、排土场 所和通道。所和通道。 井壁凹槽井壁凹槽 槽高约槽高约1.0m，深度，深度0.150.25m，增加封底增加封底 混凝土、底版与井壁连接。混凝土、底版与井壁连接。 预埋射水管预埋射水管 下沉困难时减阻。下沉困难时减阻。 封底（底板）封底（底板） 沉井下沉到设计标高，经检验和坑底清理沉井下沉到设计标高，经检验和坑底清理 后浇注的混凝土底版。分为干封和湿封后浇注的混凝土底版。分为干封和湿封 （水下浇灌混凝土）两种。（水下浇灌混凝土）两种。 2. 沉井的构造沉井的构造 3
21、. 设计计算的主要构件设计计算的主要构件 a）直壁式 b）台级式 当不能设置内隔墙而沉井又较大时，常常在沉当不能设置内隔墙而沉井又较大时，常常在沉 井底部增设底梁或因沉井过高，常常在沉井不同井底部增设底梁或因沉井过高，常常在沉井不同 高度处设置纵横梁构成高度处设置纵横梁构成框架结构框架结构。 分旱地施工沉井分旱地施工沉井 与与水上施工沉井水上施工沉井 两种情况两种情况 旱地沉井工序：旱地沉井工序： 就地制造就地制造挖土下沉挖土下沉孔底清查孔底清查封底封底 充填井孔以及充填井孔以及 浇注顶板。浇注顶板。 水上沉井工序：水上沉井工序： 水深水深 3m 4m以内且流速不大时以内且流速不大时 水上筑岛
22、水上筑岛岛上制造岛上制造挖土下沉挖土下沉孔底清查孔底清查封底封底 充填充填 井孔以及浇注顶板。井孔以及浇注顶板。 水较深或流速较大时水较深或流速较大时 岸边制造岸边制造牵引滑移或起吊就位牵引滑移或起吊就位挖土下沉挖土下沉孔底清查孔底清查 封底封底 充填井孔以及浇注顶板。充填井孔以及浇注顶板。 地面制作 节省开挖量竣工后基地 深 基 础 封底 施工期护壁 挖土下沉 沉井基础沉井基础 沉井基础沉井基础 盖板 井壁 凹槽 刃脚 封底 隔墙 停 挖 加 紧 挖 开 挖 灌 膨 润 土 泥 浆 沉井基础沉井基础 井井 壁壁 沉井基础沉井基础 刃刃 脚脚 沉井基础沉井基础 凹槽 凹槽 沉井基础沉井基础 隔
23、墙 隔墙 沉井基础沉井基础 封底和顶盖板封底和顶盖板 沉井基础沉井基础 9.39.3 沉井的设计与计算沉井的设计与计算 沉井是深基础的一种类型，沉井在施工完毕后，由沉井是深基础的一种类型，沉井在施工完毕后，由 于它本身就是结构物的基础，就应按基础的要求进行于它本身就是结构物的基础，就应按基础的要求进行 各项验算；但在施工过程中，各项验算；但在施工过程中，沉井是挡土、挡水的结构沉井是挡土、挡水的结构 物物，因而还要对沉井本身进行，因而还要对沉井本身进行结构设计和计算结构设计和计算 。 沉井作为整体深基础设计主要是根据上部结构特点、 荷载大小以及水文、地质情况，结合沉井的构造要求及 施工方法，拟定
24、出沉井的平面尺寸，埋置深度，然后进 行沉井基础的计算。 沉井基础的计算，根据它的埋置深度可用两种不同的 计算方法。 一、沉井作为整体深基础的设计与计算一、沉井作为整体深基础的设计与计算 当沉井埋置深度在最大冲刷线以下较浅仅数米时，这当沉井埋置深度在最大冲刷线以下较浅仅数米时，这 时可以不考虑基础侧面土的横向抗力影响，而按浅基础设时可以不考虑基础侧面土的横向抗力影响，而按浅基础设 计计算规定，分别验算计计算规定，分别验算 地基强度、沉井基础的稳地基强度、沉井基础的稳 定性和沉降，定性和沉降，使它符合容许值的要求；使它符合容许值的要求； 当沉井基础埋置深度较大时，由于埋置在土体内较当沉井基础埋置深
25、度较大时，由于埋置在土体内较 深，不可忽略沉井周围土体对沉井的约束作用，因此在验深，不可忽略沉井周围土体对沉井的约束作用，因此在验 算地基应力、变形及稳定性时，需要考虑算地基应力、变形及稳定性时，需要考虑 基础侧面土体基础侧面土体 弹性抗力的影响。弹性抗力的影响。 假定沉井基础在横向外力作用下只能发生转动而无挠假定沉井基础在横向外力作用下只能发生转动而无挠 曲变形。因此，可按刚性桩计算内力和土抗力，即曲变形。因此，可按刚性桩计算内力和土抗力，即相当于相当于 “m” 法法中中 h 2.5 的情况。的情况。 下面具体讨论这种计算方法。下面具体讨论这种计算方法。 （一）非岩石地基上沉井基础的计算（一
26、）非岩石地基上沉井基础的计算 沉井基础受到水平力H及偏心竖向力N作用。将水平力 H及偏心竖向力N引起的力矩等效转换成水 平力H距离基底的作用： 先讨论沉井在水平力H作用下的情况，水平力的作用下 ，沉井将围绕位于地面下 z0 深度处的 A点转动一 角，地 面下深度 z处沉井基础产生的水平位移x和土的横向抗力 zx分别为： x = (z0z) tg zx = x Cz = mz(z0z) tg 式中 z0 转动中心A离地面的距离； H M H HlNe 土的横向抗力 沿深度为二次 抛物线变化。 基础底面处的压应力，考虑到该水平面上的竖向地基 系数C0不变，故压应力图形与基础竖向位移图相似。 式中
27、: C0不得小于10m0，d为基底宽度或直径。 X0 M0 tg d CC d 2 010 2 在上述三个公式中，有两个未知数 z0和 ，要求解其 值，可建立两个平衡方程式，即 0)( 0 011 0 hh zx dZZZZmtgbHdzbH 0 2 1 0 1 WZdzbHh d h zx 式中：W为基底的截面模量。 求得z0、（tan），进而求得 当有竖向荷载N及水平力H同时作用时，则基底边缘 处的压应力为： 式中: A0基础底面积。 离地面或最大冲刷线以下 z 深度处基础截面上的弯矩 A dH d 3 2 A Hd A N3 0 max min )( 6 0 zzz Ah H zx )2
28、( 2 )( 0 3 1 zz hA zHb zhHM Z 可以认为基底不产生水平位移，则基础的旋转中心A 与基底中心相吻合，即z0h。地面下z深度处产生的 水平位移x和土的横向抗力zx分别为 x=(hz)tg zxmzx mz(hz)tg 基底边缘处的竖向应力为： （二）基底嵌入基岩内的沉井（二）基底嵌入基岩内的沉井 上述公式中只有一个未知数，故只需建立一个弯 矩平衡方程便可解出值 。 tg mhd tg d C d 22 0 2 由弯矩平衡方程MA0便可解出值 ，进一步求得： 式中： 基底边缘处的应力为： 再根据X0，可求出嵌入处未知的水平阻力 P D Hd A N 2 0 max min
29、 1 6 2 1 0 1 D hb HHdZbP h zx )2 ( 12 )( 3 1 Zh Dh HZb ZhHMZ 12 6 3 1 Wdhb D Dh H ZZh zx )( D Hd d 22 （三）验算（三）验算 基底计算最大压应力不应超过沉井底面处地基土的设 计承载力h。即: max h 1. 基底应力验算 横向计算z x值应小于沉井周围土的极限抗力值。 极限抗力值计算方法： 当基础在外力作用下产生位移时，在深度z处基础一 侧产生主动土压力强度pa，而被挤压一侧土就受到被动 土压力强度pP，故其极限抗力，以土压力表达为 z x pp-pa 2. 横向抗力验算 由朗金土压力理论可知
30、 式中: 为土的容重， 和c分别为内摩擦角和粘聚力。 桥梁结构中，根据试验知道出现最大的横向抗力 大致在 z=h/3和z=h处，即 式中: 相应于z=h/3深度处的土横向抗力； 相应于z=h深度处的土横向抗力； h基础的埋置深度； )( cos 4 cztg zx ctg h x h 3cos 4 21 3 chtg hx cos 4 21 3/hx hx 基础在水平力和力矩作用下，墩台顶面会产生 水平位移。 由地面处的水平位移z0 tg ，地面到墩台顶范围h2内 的水平位移h2 tg ，在h2范围内墩台身弹性挠曲变形引起 的墩台顶水平位移0，三部分组成。 =(z0+h2) tg+ 0 1取决
31、于上部结构形式的系数，一般1=1， 对于拱桥1=0.7； 2考虑恒载对基础底面重心所产生的弯矩 Mg 在总弯矩M中所占百分比的系数，即 M M g 8 .01 2 3. 墩台顶面水平位移验算 现行桥梁规范中规定：墩台顶面的水平位移应 符合下列要求： 式中：L相邻跨中最小跨的跨度(m)， 当跨度L 25m时，L按25m计算。 考虑到转角一般均很小，可令tg=。如果沉井基 底嵌入基岩内，z0h。 )(5 . 0cmL 在确定沉井主体尺寸后，即可算出沉井自重，验算在沉 井施工下沉时，保证在自重作用下克服井壁摩阻力Rf而顺 利下沉，亦即下沉系数K1应为： 式中:G 沉井在各种施工阶段时的总自重，kN；
32、 B 下沉过程中地下水的总浮力，kN； Rf 井壁总摩阻力，kN； 沉井是一种预制构件，在施工过程中受到各种外力的 作用，沉井结构强度必须满足各阶段最不利受 力情况的要求，沉井结构在施工过程中应主要 进行下列验算。 f R BG K 1 二、沉井的结构设计二、沉井的结构设计 （一）下沉系数（一）下沉系数 K1、下沉稳定系数、下沉稳定系数 K1和抗浮安全系数和抗浮安全系数 K2 在下沉过程中，构成K1的分子和分母不断变化 ，因此不仅要确定最终状态下，而且应跟踪整个下沉过程 中K1值的变化规律。如：沉井在软弱土层中接高时有突沉 可能，应根据施工情况进行下沉稳定验算： 式中： 下沉稳定系数，一般取0
33、.80.9。 R1 刃脚踏面及斜面下土的支承力，kN； R2 隔墙和底梁下土的支承力，kN。 1 K 21 1 RRR BG K f K1 下沉系数，一般为1.051.25。对位于淤泥质土层 中沉井宜取小值；位于其它土层的沉井可取较大值。 当沉井沉到设计标高，在进行封底并抽除井内积水后， 而内部结构及设备尚未安装，井外按各个时期出现 的最高地下水位验算沉井的抗浮稳定： 式中：K2 抗浮安全系数，一般取1.051.1。 在不计井壁摩阻力时，可取1.05。 2 B RG K f B 封底后沉井所受的总浮力，kN； （二）刃脚计（二）刃脚计 算算 沉井刃脚相当于是三面固定，一面自由的双向板。 简化计
34、算： 1.可看作固着在刃脚根部处的悬臂梁，梁长等于井壁刃 脚斜面部分的高度； 2.刃脚又可看作为一个封闭的水平框架。 因此：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，也即部分水平外力是垂直向传至刃脚 根部，余下部分由框架承担。 （三）井壁计算（三）井壁计算 1. 竖向挠曲计算（沉井抽承垫木时计算） 2. 沉井均布竖向拉力计算（井壁竖直钢筋验算） 3. 沉井井壁水平应力计算（井壁水平钢筋计算） （四）封底混凝土的厚度计算（四）封底混凝土的厚度计算 沉井底板可按均布荷载作用下的铰支承板设计， 在计算该均布荷载时，不计沉井均布摩阻力。 地地 下下 结结 构构 工工 程程 a圆形单孔沉井
35、；b正方形单孔沉井；c矩形单孔沉井； d矩形双孔沉井；e椭圆形双孔沉井；f矩形多孔沉井 沉井施工步骤示意图 a混凝土刃脚；b设角钢的刃脚；c尖刃脚 a）、（b）竖直的；（c）、（d）台阶形的； （e）锥形的；（f）倒锥形的 图8-5 沉井外壁的形式 25. 115. 1/ R Gk iiiR fuh 表8-1 沉井井壁与土体之间的摩阻力f（kPa） 土的种类 粘性土砂性土 砂卵 石 砂砾石软土泥浆套 f(kPa)2550122518301520101235 4/ max GP l 表8-2 沉井竖向拉力计算及其最小配筋率 沉井施工 状态 沉井结构或受其影响建筑物的安全 等级与拉力计算取值 纵向
36、钢筋最小 构造配筋率 一级二级三级 钢筋混凝土最 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 泥浆套中 下沉 0.30G0.25G0.20G QEWq t WW W 2 t EE E 2 Q由刃脚传来的剪力，其值等于求 算刃脚竖直外力时分配于悬臂梁上的水平力（kN/m）。 w hW w hW 3 2t WW WW 3 2t EE EE EEET5 . 0tg AT TGRv 21 VVRv b a b a V V2 2 1 2 1 h at b 联立方程式即可求得V1和V2。 )(tg 2
37、VU 2 at hg h 2 1 16 1 qLM 2 1 2 NqL 1 2 1 qLQ 1 05. 0 01 4 1 4 4 1 Lh L 4 2 4 4 05. 0Lh h （a）下有足够厚粘土层； （b）待底板达到足够强度后方停止降水 沉井可干封底的情况 ww HAcUhhA h 2 22 max 2 . 0) 65 1 3( 16 )3( 16 pr prpr M 2 qLaM xx 2 qLaM yy u t m t h bf FM h 5 . 3 u h 05. 1/BGK f ) 2 45(tg HL 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 重要性系数 建筑物安
38、全等级一级二级三级 2.52.01.8 地地 下下 结结 构构 工工 程程 a圆形单孔沉井；b正方形单孔沉井；c矩形单孔沉井； d矩形双孔沉井；e椭圆形双孔沉井；f矩形多孔沉井 沉井施工步骤示意图 a混凝土刃脚；b设角钢的刃脚；c尖刃脚 a）、（b）竖直的；（c）、（d）台阶形的； （e）锥形的；（f）倒锥形的 图8-5 沉井外壁的形式 25. 115. 1/ R Gk iiiR fuh 表8-1 沉井井壁与土体之间的摩阻力f（kPa） 土的种类 粘性土砂性土 砂卵 石 砂砾石软土泥浆套 f(kPa)2550122518301520101235 4/ max GP l 表8-2 沉井竖向拉力计
39、算及其最小配筋率 沉井施工 状态 沉井结构或受其影响建筑物的安全 等级与拉力计算取值 纵向钢筋最小 构造配筋率 一级二级三级 钢筋混凝土最 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 泥浆套中 下沉 0.30G0.25G0.20G QEWq t WW W 2 t EE E 2 Q由刃脚传来的剪力，其值等于求 算刃脚竖直外力时分配于悬臂梁上的水平力（kN/m）。 w hW w hW 3 2t WW WW 3 2t EE EE EEET5 . 0tg AT TGRv 21 VVRv b a b
40、a V V2 2 1 2 1 h at b 联立方程式即可求得V1和V2。 )(tg 2 VU 2 at hg h 2 1 16 1 qLM 2 1 2 NqL 1 2 1 qLQ 1 05. 0 01 4 1 4 4 1 Lh L 4 2 4 4 05. 0Lh h （a）下有足够厚粘土层； （b）待底板达到足够强度后方停止降水 沉井可干封底的情况 ww HAcUhhA h 2 22 max 2 . 0) 65 1 3( 16 )3( 16 pr prpr M 2 qLaM xx 2 qLaM yy u t m t h bf FM h 5 . 3 u h 05. 1/BGK f ) 2 45
41、(tg HL 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 重要性系数 建筑物安全等级一级二级三级 2.52.01.8 第八章第八章 沉井与墩基础沉井与墩基础 一级建造师一级建造师 市政（陈明市政（陈明+曹明铭曹明铭+肖国祥肖国祥+申玉辰）课件申玉辰）课件 建筑（王树京建筑（王树京+李佳升李佳升+李立军李立军+王英）课件王英）课件 机电（董美英机电（董美英+唐琼唐琼+魏匡魏匡+李学斌）课件李学斌）课件 法规（陈印法规（陈印+王竹梅王竹梅+武劲松武劲松+蔡恒）课件蔡恒）课件 经济（梅世强经济（梅世强+达江达江+刘戈刘戈+关涛关涛+徐蓉）课件徐蓉）课件 管理（朱俊文管理（朱俊文+成丽芹成
42、丽芹+丰景春）课件丰景春）课件 关注微信公众号关注微信公众号 课件免费下载课件免费下载 内容提要内容提要 概述概述 沉井的类型与基本构造沉井的类型与基本构造 沉井的施工沉井的施工 沉井的设计与计算沉井的设计与计算 对沉井设计理论的讨论对沉井设计理论的讨论 墩基础的类型与特点墩基础的类型与特点 墩基础的承载力与变形墩基础的承载力与变形 墩基础设计要点墩基础设计要点 墩基础施工要点墩基础施工要点 墩基工程质量检测墩基工程质量检测 8.1 8.1 概述概述 n 沉井沉井 以现场浇注、挖土下沉方式设入地基中的深基础以现场浇注、挖土下沉方式设入地基中的深基础 n墩基础墩基础 在地基中钻孔或钻井灌注混凝土
43、而形成的短粗型深基在地基中钻孔或钻井灌注混凝土而形成的短粗型深基 础础 n沉井沉井 断面尺寸大、承载力很高，多做为大、重型结构物的基础断面尺寸大、承载力很高，多做为大、重型结构物的基础 在桥梁、水闸、港工等工程中应用广泛在桥梁、水闸、港工等工程中应用广泛 施工方便，对临近建筑物影响小，内部空间可利用施工方便，对临近建筑物影响小，内部空间可利用 是工业地基尤其是软土中地下建筑物的主要地基类型之一是工业地基尤其是软土中地下建筑物的主要地基类型之一 n墩基础墩基础 是一类短而粗的深基础是一类短而粗的深基础 外形和工作方法同桩相似，与桩的定义界限不明显外形和工作方法同桩相似，与桩的定义界限不明显 断面
44、尺寸较大，墩身较短，体积巨大，一般不采用打入、断面尺寸较大，墩身较短，体积巨大，一般不采用打入、 压入方法，只能采用灌注、砌筑方法压入方法，只能采用灌注、砌筑方法 在桥梁和建筑工程中广泛应用，尤其是在高层建筑及重型在桥梁和建筑工程中广泛应用，尤其是在高层建筑及重型 构筑物设计中，单墩支持单柱的方案越来越多构筑物设计中，单墩支持单柱的方案越来越多 断面尺寸：断面尺寸：0.82.0m，可达到，可达到6m；深度：；深度：620m，长径，长径 比不大于比不大于30 n墩基础墩基础 支撑在较硬的土层或岩层上，墩的底部可做成扩底墩支撑在较硬的土层或岩层上，墩的底部可做成扩底墩 水平承载能力和抗拔能力比单桩
45、好水平承载能力和抗拔能力比单桩好 用墩基础代替群桩基础，可避免复杂的设计施工方法，用墩基础代替群桩基础，可避免复杂的设计施工方法， 节省占地面积，取得明显的经济效益节省占地面积，取得明显的经济效益 在港口码头、公路及铁路桥梁、海洋钻井平台、堤坝与在港口码头、公路及铁路桥梁、海洋钻井平台、堤坝与 岸坡及高层建筑中应用广泛岸坡及高层建筑中应用广泛 体型大、承载能力高，使得墩常以单独或小组方法工作，体型大、承载能力高，使得墩常以单独或小组方法工作， 并承担较大的风险，故设计、施工、监测的要求高并承担较大的风险，故设计、施工、监测的要求高 n墩基础与桩基础的区别墩基础与桩基础的区别 桩是细长的地下结构
46、，墩的断面尺寸较大，长细比较小桩是细长的地下结构，墩的断面尺寸较大，长细比较小 墩不能以打入或压入法施工墩不能以打入或压入法施工 墩往往单独承担荷载，且承载力比桩高得多墩往往单独承担荷载，且承载力比桩高得多 墩的荷载分担与传递机理与桩有所不同墩的荷载分担与传递机理与桩有所不同 n墩基础与沉井基础的区别墩基础与沉井基础的区别 沉井自身结构不同于实心的墩沉井自身结构不同于实心的墩 沉井的外形轮廓尺寸比墩大很多沉井的外形轮廓尺寸比墩大很多 沉井的承载能力比墩高沉井的承载能力比墩高 施工方法不同施工方法不同 n 沉井：沉井：带刃脚的井筒状构造物，带刃脚的井筒状构造物， 用人工或机械方法清除井内土石，用
47、人工或机械方法清除井内土石， 主要借自重克服井壁与土层摩阻，主要借自重克服井壁与土层摩阻， 逐节下沉至基底设计标高的基础。逐节下沉至基底设计标高的基础。 a)b) 8.2 8.2 沉井的类型及基本构造沉井的类型及基本构造 沉井 特点特点 下基深，下基深，hmax=220m，适用于深水，整体性强，适用于深水，整体性强， 稳定性好，承载力大稳定性好，承载力大 造价高，施工期长，不排水施工时难于克服刃脚下造价高，施工期长，不排水施工时难于克服刃脚下 孤石、沉船、树干等障碍物，易发生流砂现象孤石、沉船、树干等障碍物，易发生流砂现象 适用条件适用条件 上部荷载较大上部荷载较大 在山区河流中冲刷大在山区河
48、流中冲刷大 河水较深，采用扩大基础施工围堰有困难河水较深，采用扩大基础施工围堰有困难 n 按沉井横截面形状分类按沉井横截面形状分类 单孔沉井、单排孔沉井、多排孔沉井单孔沉井、单排孔沉井、多排孔沉井 n按沉井竖直截面形状分类按沉井竖直截面形状分类 柱形沉井、阶梯形沉井、锥形沉井柱形沉井、阶梯形沉井、锥形沉井 n下沉方式下沉方式 就地制造下沉沉井就地制造下沉沉井( (一般沉井一般沉井) )、浮运沉井、浮运沉井 n制作材料制作材料 砼沉井，钢筋砼沉井，竹筋沉井砼沉井，钢筋砼沉井，竹筋沉井(南昌赣江大桥、白南昌赣江大桥、白 沙沱长江大桥沙沱长江大桥)，钢，钢, ,砖石砖石, ,木木 8.2.1 8.2
49、.1 沉井的类型沉井的类型 n 按沉井的横截面形状分类按沉井的横截面形状分类 单孔沉井单孔沉井: : 圆形、正方形及矩形。圆形、正方形及矩形。力求简单对称，利力求简单对称，利 于受力，便于施工于受力，便于施工 单排孔沉井：单排孔沉井：有两个或两个以上的井孔，各孔以内隔有两个或两个以上的井孔，各孔以内隔 墙分开并在同一方向排布，矩形、长圆形及组合形状墙分开并在同一方向排布，矩形、长圆形及组合形状 多排孔沉井：多排孔沉井：沉井内部设置数道纵横交叉的内隔墙沉井内部设置数道纵横交叉的内隔墙 图图8.2 8.2 沉井的平面形式沉井的平面形式 n 按沉井竖直截面形状分类按沉井竖直截面形状分类 柱形沉井：柱
50、形沉井：下沉过程不易倾斜、井壁接长简单，模板反下沉过程不易倾斜、井壁接长简单，模板反 复利用复利用 阶梯形沉井阶梯形沉井: 下沉阻力小，刃脚处的台阶高度一般为下沉阻力小，刃脚处的台阶高度一般为 12m，阶梯宽度为，阶梯宽度为1020cm 锥形沉井：锥形沉井：带斜坡，坡比一般为带斜坡，坡比一般为1/201/50，下沉阻力小，下沉阻力小， 下沉不稳，制作较困难下沉不稳，制作较困难 图图8.3 8.3 沉井的竖向剖面图沉井的竖向剖面图 柱形柱形阶梯形阶梯形 锥形锥形 n 沉井组成沉井组成 井壁井壁 刃脚刃脚 内隔墙内隔墙 井孔井孔 凹槽凹槽 封底封底 盖板盖板 图图8.4 8.4 沉沉 井井 的的
