1、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
2、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
3、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
4、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，
5、 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，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
6、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
7、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
8、 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 8.2.1 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
9、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
10、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 一一 般般 构构 造造 b)a)c)d) a) a) 柱形柱形; b) ; b) 阶梯形阶梯形; c) ; c) 阶梯形阶梯形;
11、d) ; d) 锥形锥形 一般：厚一般：厚0.81.5m，每节高，每节高5m，砼强度等级，砼强度等级C15。 例：湘江大桥例：湘江大桥(一桥一桥)8#墩，上节厚墩，上节厚2.6m，下节，下节3.0m， 22125m，下沉，下沉12.6m 图图8.4 8.4 沉井立面形状沉井立面形状 n 井壁井壁: :沉井主要部分，下沉过程起挡土、挡水及压重作沉井主要部分，下沉过程起挡土、挡水及压重作 用，为深基础的护壁和建筑物的基础。用，为深基础的护壁和建筑物的基础。 n 刃脚：刃脚：井壁下端井壁下端 楔状部分，利于切楔状部分，利于切 入土中加速下沉入土中加速下沉 0.5 m 0.5 m 45 一般底面一般底
12、面(踏面踏面)厚不厚不 大于大于15 cm，以型钢加强，以型钢加强， 高高1m以上，砼强度等级以上，砼强度等级 C20 图图8.5 8.5 刃脚构造示意刃脚构造示意 顶 盖 井 壁 隔 墙 凹 槽 刃 脚 封 底 井 孔 n 内隔墙：内隔墙：加强沉井整体刚度，施工时井孔作为取土井，加强沉井整体刚度，施工时井孔作为取土井， 以便在沉井下沉时掌握土位置控制下沉方向，防止或纠正沉以便在沉井下沉时掌握土位置控制下沉方向，防止或纠正沉 井倾斜或偏移。井倾斜或偏移。 内隔墙的间距一般内隔墙的间距一般 不大于不大于56m，厚度，厚度 一般为一般为0.51.0m 一般要求隔墙底高一般要求隔墙底高 出刃脚底面出
13、刃脚底面0.51.0m 图图8.6 8.6 隔墙构造示意隔墙构造示意 n 井孔：井孔：挖土排土的工作场所和通道挖土排土的工作场所和通道 位置：位置：取土井的平面布置应与中轴线对称，以利取土井的平面布置应与中轴线对称，以利 于沉井均匀下沉于沉井均匀下沉 大小：大小：由取土方法而定，采用挖土斗取土时，应由取土方法而定，采用挖土斗取土时，应 能使挖土斗自由升降，一般宽度能使挖土斗自由升降，一般宽度3m，对称布置，对称布置 21 n 凹槽：凹槽：使封底砼和井壁结合良好使封底砼和井壁结合良好 深约深约0.15-0.30m，高约，高约1.0m，距刃脚底面一般在，距刃脚底面一般在1.5m 以上以上 图图8.
14、7 8.7 凹槽构造示意凹槽构造示意 n 封底和盖板封底和盖板 封底厚由计算确定，顶面突出刃脚根部不小于封底厚由计算确定，顶面突出刃脚根部不小于0.5m， 并达凹槽上端，砼强度一般地基并达凹槽上端，砼强度一般地基C20，岩石地基，岩石地基C15。 盖板厚一般盖板厚一般1.52.0m，井孔充填砼时砼应，井孔充填砼时砼应C10。 顶盖厚度一般为顶盖厚度一般为1.52.0m。沉井顶部浇注钢筋砼顶盖，。沉井顶部浇注钢筋砼顶盖， 承托上部结构。承托上部结构。 顶盖 井壁 隔墙 凹槽 刃脚 封底 井孔 图图8.9 8.9 封底和盖板示意封底和盖板示意 n旱地沉井施工：旱地沉井施工：平整场地，制造第一节沉井
15、、拆平整场地，制造第一节沉井、拆 模及抽垫、挖土下沉、接高沉井、井顶围堰、地基模及抽垫、挖土下沉、接高沉井、井顶围堰、地基 检验和处理、封底、充填井孔、浇筑顶盖。检验和处理、封底、充填井孔、浇筑顶盖。 n水上筑岛：水上筑岛：水流速不大，水深水流速不大，水深34m时采用，砂时采用，砂 岛应高出施工最高水位岛应高出施工最高水位0.5m以上，在岛上浇筑沉井。以上，在岛上浇筑沉井。 n浮运沉井：浮运沉井：水深筑岛困难时采用，岸边制作，滑水深筑岛困难时采用，岸边制作，滑 入水中，井壁为空体可浮于水面，就位后灌注砼下入水中，井壁为空体可浮于水面，就位后灌注砼下 沉至河床。沉至河床。 铺垫木铺垫木 （枕木、
16、方木）（枕木、方木） 立模板绑钢筋立模板绑钢筋 注混凝土、养护注混凝土、养护 土内模制造沉井刃脚土内模制造沉井刃脚 n 清理场地清理场地 n 制造第一节沉井制造第一节沉井 图图8.11 8.11 制造第一节沉井实例制造第一节沉井实例 图图8.10 8.10 基坑砂垫层剖面图基坑砂垫层剖面图 首节沉井制作 首节沉井制作 第二节沉井的制作 沉井下沉中 沉井隔墙钢筋的绑扎 n 拆模及抽垫拆模及抽垫 拆模顺序：拆模顺序：井孔模板、外侧模板、隔墙支撑及模板、井孔模板、外侧模板、隔墙支撑及模板、 刃脚面支撑及模板刃脚面支撑及模板 抽垫顺序：抽垫顺序：内壁、短边及长边下对称同步。长边下隔内壁、短边及长边下对
17、称同步。长边下隔 1根撤根撤1根，最后以定位桩为中心由远而近对称撤除根，最后以定位桩为中心由远而近对称撤除 刃脚下木垫板（底模） -剖面 -剖面 枕木 桥中线 图图8.11 8.11 沉井垫木沉井垫木 （a a）圆形沉井垫木；（）圆形沉井垫木；（b b）矩形沉井垫木）矩形沉井垫木 n 取土下沉取土下沉 b ) a ) d ) c ) 图图8.12 8.12 除除 土土 下下 沉沉 示示 意意 n排水下沉排水下沉 当沉井穿过的土层较稳定，不会因排水而产生大当沉井穿过的土层较稳定，不会因排水而产生大 量流砂时，可采用排水下沉。量流砂时，可采用排水下沉。 图图8.12 8.12 排水下沉排水下沉 挖
18、土和取土方法挖土和取土方法 土质为砂土或软黏土时，用土质为砂土或软黏土时，用 水力机械施工水力机械施工 砂、卵石层或硬黏土层时，砂、卵石层或硬黏土层时， 采用抓主斗出土采用抓主斗出土 n不排水下沉不排水下沉 当上层不稳定、地下水涌水量很大，为防止因内当上层不稳定、地下水涌水量很大，为防止因内 排水而产生流砂等不利现象，需用不排水下沉。排水而产生流砂等不利现象，需用不排水下沉。 图图8.13 8.13 不排水下沉不排水下沉 挖土和取土方法挖土和取土方法 使用机械抓主斗，或用高压使用机械抓主斗，或用高压 水枪破土，然后用空气或吸水枪破土，然后用空气或吸 泥机将泥水排出。泥机将泥水排出。 n泥浆套下
19、沉法泥浆套下沉法 泥浆套下沉法是在井壁与土层之间设一层触泥浆套下沉法是在井壁与土层之间设一层触 变泥浆，靠泥浆的润滑作用大大减少土对井的阻变泥浆，靠泥浆的润滑作用大大减少土对井的阻 力，使沉井又快又稳地下沉。力，使沉井又快又稳地下沉。 第一节沉井顶面下沉至距地面还剩第一节沉井顶面下沉至距地面还剩1m1m2m2m时，应时，应 停止挖土，接筑第二节沉井。停止挖土，接筑第二节沉井。 接筑前应使第一节沉井位置正直，凿毛顶面，然接筑前应使第一节沉井位置正直，凿毛顶面，然 后立模浇筑混凝土。后立模浇筑混凝土。 待混凝土强度达设计要求后，再拆模继续挖土下待混凝土强度达设计要求后，再拆模继续挖土下 沉。沉。
20、每次浇注的最大高度不宜超过每次浇注的最大高度不宜超过5m5m。 对称、均匀地浇注，以防倾斜。对称、均匀地浇注，以防倾斜。 达到设计标高后，停止挖土，准备封底达到设计标高后，停止挖土，准备封底 优先考虑干封，其成本低，施工快，易保证质量优先考虑干封，其成本低，施工快，易保证质量 封底一般采用素混凝土封底一般采用素混凝土 要确保封底质量，封底要预留集水井要确保封底质量，封底要预留集水井 集水井用于当封底混凝土未达到设计强度时连续集水井用于当封底混凝土未达到设计强度时连续 抽水，待封底达到强度要求后将其封死抽水，待封底达到强度要求后将其封死 水下封底应特别注意保证混凝土浇注质量，厚度水下封底应特别注
21、意保证混凝土浇注质量，厚度 应按施工中最不利情况由素砼强度及沉井抗浮要求应按施工中最不利情况由素砼强度及沉井抗浮要求 计算确定。计算确定。 n 浮运沉井浮运沉井 水深筑岛困难时采用，岸边制作，滑入水中，水深筑岛困难时采用，岸边制作，滑入水中， 井壁为空体浮于水面，就位后灌注砼下沉至河床。井壁为空体浮于水面，就位后灌注砼下沉至河床。 图图8.13 8.13 浮运沉井施工示意图浮运沉井施工示意图 n 浮式沉井：浮式沉井：双壁钢壳双壁钢壳 直径直径21.421.4米米 净高净高13.613.6米米 n偏斜偏斜：沉井偏斜大多发生在下沉不深时，导致偏斜原因沉井偏斜大多发生在下沉不深时，导致偏斜原因 有多
22、种；有多种；纠偏方法纠偏方法有：除土、压重、顶部施加水平力有：除土、压重、顶部施加水平力 n难沉难沉：即沉井下沉过慢或停沉；原因（侧阻过大、踏面即沉井下沉过慢或停沉；原因（侧阻过大、踏面 过大、孤石树根等）；过大、孤石树根等）；解决方法解决方法（射水、加重井壁、减小（射水、加重井壁、减小 踏面、小型爆破）踏面、小型爆破） n突沉突沉：沉井产生较大的倾斜或超沉，突沉常发生于软土沉井产生较大的倾斜或超沉，突沉常发生于软土 地区；地区；主要原因主要原因是井壁侧阻较小是井壁侧阻较小 n流砂流砂：在粉、细砂层中下沉沉井，易出现流砂现象；主在粉、细砂层中下沉沉井，易出现流砂现象；主 要原因是土中动水压力的
23、水头梯度大于临界值；要原因是土中动水压力的水头梯度大于临界值；防治措施防治措施 有：采用井点降水及不排水除土，或向井内回灌水有：采用井点降水及不排水除土，或向井内回灌水 沉井偏斜 n 主要内容：主要内容： 沉井尺寸的确定沉井尺寸的确定 沉井作为天然地基上基础的计算沉井作为天然地基上基础的计算 沉井自重的验算沉井自重的验算 第一节井壁在自重作用下应力验算第一节井壁在自重作用下应力验算 刃脚验算刃脚验算 沉井井壁计算沉井井壁计算 沉井封底混凝土的计算沉井封底混凝土的计算 沉井抗浮验算沉井抗浮验算 沉井高度沉井高度 沉井底面标高，主要根据上部荷载、水文地质沉井底面标高，主要根据上部荷载、水文地质 条
24、件及各土层的承载力等确定。条件及各土层的承载力等确定。 沉井作为基础，其顶面应埋入地面沉井作为基础，其顶面应埋入地面0.2m或地下或地下 水位以上水位以上0.5m。 沉井尺寸的确定沉井尺寸的确定 n 沉井尺寸的确定沉井尺寸的确定 沉井平面形状和尺寸沉井平面形状和尺寸 沉井平面形状应根据上部建筑物的平面形状决定。沉井平面形状应根据上部建筑物的平面形状决定。 为取土方便，取土井宽度为取土方便，取土井宽度 2.5m，沿沉井中心线布置，沿沉井中心线布置 为防止下沉过程中少许偏斜对建筑物影响，要求留襟为防止下沉过程中少许偏斜对建筑物影响，要求留襟 边，其宽度边，其宽度 下沉总深度的下沉总深度的2%，且不
25、得小于，且不得小于20cm。 上部建筑底部长宽尺寸为上部建筑底部长宽尺寸为A0、B0，沉井下下沉高度为，沉井下下沉高度为 h0，沉井顶，沉井顶面尺寸为面尺寸为 A=A0+2（0.020.04) h0或或A0+20cm B=B0+2（0.020.04) h0或或B0+20cm 井壁厚度一般为井壁厚度一般为0.71.5m，内隔墙厚度为，内隔墙厚度为0.5m左右左右 沉井尺寸的确定沉井尺寸的确定 地基强度：地基强度：沉井作为深基础时，一般要求下沉沉井作为深基础时，一般要求下沉 至坚实土层或岩层上，且地基强度须满足：至坚实土层或岩层上，且地基强度须满足： F作用于沉井顶面处荷载作用于沉井顶面处荷载 G
26、沉井自重沉井自重 Rf井侧总摩阻力井侧总摩阻力 Rj沉井底部地基土的总反力沉井底部地基土的总反力 Rj = fa A ( fa为基底土承载力特征值为基底土承载力特征值) F + G Rj + Rf n 沉井作为天然地基基础计算沉井作为天然地基基础计算 式中：式中： 础 井侧总摩阻力井侧总摩阻力Rf：可假定井侧总摩阻力可假定井侧总摩阻力R Rf f沿深度成沿深度成 梯形分布，距地面梯形分布，距地面5m5m范围内按三角形分布，范围内按三角形分布，5m5m以下为以下为 常数，故总摩阻力为常数，故总摩阻力为 f2h2 f1h1 f4h4 f3h3 Rt h0 H G F fa h-2.5m h 5m
27、Rj Rf U (h2.5 ) q U沉井周长沉井周长 q单位面积摩阻力单位面积摩阻力 加权平均值。加权平均值。 图图8.15 8.15 井壁摩阻力分布假设井壁摩阻力分布假设 确定沉井的外形尺寸和壁厚时，应保证沉井在各种施工确定沉井的外形尺寸和壁厚时，应保证沉井在各种施工 阶段能克服四壁摩阻力阶段能克服四壁摩阻力Rf而顺利下沉，即而顺利下沉，即 G各种施工阶段沉井的自重；各种施工阶段沉井的自重； Rf沉井井壁土的摩阻力。沉井井壁土的摩阻力。 为保证沉井在施工时能顺利下沉到设计标高，需要验算为保证沉井在施工时能顺利下沉到设计标高，需要验算 沉井自重是否满足下沉要求，用下沉系数沉井自重是否满足下沉
28、要求，用下沉系数K表示表示 1.15 1.25 f G K R 在抽出垫木及挖土可能有不均匀等不利条件下，第一节在抽出垫木及挖土可能有不均匀等不利条件下，第一节 井壁在自重作用下应按单支点、简支梁等验算井壁强度。井壁在自重作用下应按单支点、简支梁等验算井壁强度。 开始下沉开始下沉 不排水取土下沉不排水取土下沉 圆形沉井圆形沉井 按支撑在相互垂直直径的四个点验算，不排水下沉时，按支撑在相互垂直直径的四个点验算，不排水下沉时， 可能遇到障碍物，按直径两端支点下沉可能遇到障碍物，按直径两端支点下沉 考虑下两种最不利情况：考虑下两种最不利情况： 刃脚外挠：刃脚外挠：刃脚内侧入土刃脚内侧入土1m1m，
29、并刚接筑完上节沉井，井顶露并刚接筑完上节沉井，井顶露 出地面或水平面约一节沉井高出地面或水平面约一节沉井高 度时处于最不利位置。此时因度时处于最不利位置。此时因 自重作用，产生向外挠曲。自重作用，产生向外挠曲。 刃脚内挠：刃脚内挠：沉井下沉至接近沉井下沉至接近 设计标高，刃脚下土已掏空，设计标高，刃脚下土已掏空， 沉井自重全部由外侧摩阻力承沉井自重全部由外侧摩阻力承 担。此时在外侧水、土压力作担。此时在外侧水、土压力作 用下，使刃脚产生向内挠曲。用下，使刃脚产生向内挠曲。 1m h/2h/2 V2 R EA W T Q 1m g V1 M N W g EA T M N MC A M MB 计算
30、土压力和水压力计算土压力和水压力 总的土压力总的土压力 0.5() aaak Eh 土压力作用点到刃脚底面的土压力作用点到刃脚底面的 距离为距离为 2 3 aak E aa h h 计算水压力计算水压力 www z 总水压力总水压力 2 3 wwk W ww h h 0.5() wwk Wh 水压力作用点到刃脚底面的水压力作用点到刃脚底面的 距离为距离为 计算井壁侧的摩擦力计算井壁侧的摩擦力 按以下两个公式取较小值按以下两个公式取较小值 0.5 a TE TqA 计算刃脚下土的反力计算刃脚下土的反力R Rj j j RGT R Rj j作用点计算法作用点计算法 12j RVV 1 2 2Va
31、Vb 2 tan()UV 假定假定U U为三角形分布，则为三角形分布，则 作用点在距离刃脚底面作用点在距离刃脚底面1/31/3 高度处高度处 计算刃脚自重计算刃脚自重 2 ck a gh 刃脚外侧的摩擦力刃脚外侧的摩擦力 计算作用在刃脚外侧的摩擦力的方法与计算井壁计算作用在刃脚外侧的摩擦力的方法与计算井壁 侧面摩擦力侧面摩擦力T T的方法相同，取较大值，目的为使刃的方法相同，取较大值，目的为使刃 脚弯矩为最大脚弯矩为最大 作用于刃脚上的水平外力的分配作用于刃脚上的水平外力的分配 4 1 44 1 0.1 1.0 0.05 b k l c hl 4 2 44 2 0.1 1.0 0.05 f k
32、 l c hl 沉井刃脚一方面看做固着在刃脚根部的悬臂梁，又可看沉井刃脚一方面看做固着在刃脚根部的悬臂梁，又可看 做一个封闭的水平框架做一个封闭的水平框架 悬臂作用悬臂作用 框架作用框架作用 刃脚内侧竖直钢筋的确定刃脚内侧竖直钢筋的确定 求得刃脚上所有外力的求得刃脚上所有外力的 大小、方向和作用点后，即大小、方向和作用点后，即 可求算作用在刃脚根部截面可求算作用在刃脚根部截面 上单位周长的轴向力上单位周长的轴向力F F、水、水 平剪力平剪力V V以及对刃脚根部截以及对刃脚根部截 面中心面中心O O点的力矩点的力矩M M。 根据根据F F、V V、M M计算刃脚计算刃脚 内侧所需的数值钢筋。内侧
33、所需的数值钢筋。 钢筋面积不小于根部总钢筋面积不小于根部总 截面面积的截面面积的0.1%0.1%，布置钢筋，布置钢筋 时应深入悬臂根部以上时应深入悬臂根部以上0.50.5l1 1 计算刃脚外壁的土压力和水压力。计算刃脚外壁的土压力和水压力。 土压力和第一种情况相同。水压力土压力和第一种情况相同。水压力 的计算，不排水下沉，井壁外侧水的计算，不排水下沉，井壁外侧水 压力按压力按100%100%计算，井内水压力按计算，井内水压力按 50%50%计算，也可按施工中的水头差计算，也可按施工中的水头差 计算；排水下沉时，在不透水土中，计算；排水下沉时，在不透水土中， 按静水压力的按静水压力的60%60%
34、计算计算 因刃脚下的土已掏空，故因刃脚下的土已掏空，故R Rj j=0=0，U=0U=0 刃脚上的侧面摩擦力与第一种情况相同，取较小值刃脚上的侧面摩擦力与第一种情况相同，取较小值 刃脚自重计算、外侧竖向钢筋的计算和布置，同第一刃脚自重计算、外侧竖向钢筋的计算和布置，同第一 种情况种情况 矩形沉井矩形沉井 视为封闭的水平框架计算视为封闭的水平框架计算 刃脚处于第二种不利情况下，刃脚受到最大水平剪力。刃脚处于第二种不利情况下，刃脚受到最大水平剪力。 作用在刃脚上的外力与计算刃脚向内挠曲时一样，由作用在刃脚上的外力与计算刃脚向内挠曲时一样，由 于水平钢筋只分担作用在水平框架上的的荷载，采用于水平钢筋
35、只分担作用在水平框架上的的荷载，采用 分配系数分配系数cf 作用在水平框架上的均布荷载作用在水平框架上的均布荷载p p等于作用在刃脚上的等于作用在刃脚上的 水平外力乘以系数水平外力乘以系数cf 圆形沉井圆形沉井 同一标高上的土压力，理论上应是同一标高上的土压力，理论上应是 均匀的，但实际上由于倾斜、土质均匀的，但实际上由于倾斜、土质 不均匀等原因，会引起土压力不均不均匀等原因，会引起土压力不均 匀分布。匀分布。 为计算方便，采用调整土的内摩擦为计算方便，采用调整土的内摩擦 角值来解决。角值来解决。 井壁上互成井壁上互成9090的两点处的径向土的两点处的径向土 压力位压力位p pA A和和p p
36、B B，计算计算pA的内摩擦角采的内摩擦角采 用用-（2.55），计算），计算pB的内摩擦角的内摩擦角 采用采用 +（2.55） 1 (1)sin B A A p pp p 2 2 0.785() 0.149() 0.500() 0.137() AABA ABA BABA BBA Npppr Mppr Npppr Mppr 作用在作用在A A、B B截面上的内力为截面上的内力为 圆形沉井刃脚的环向拉力计算圆形沉井刃脚的环向拉力计算 沉井下沉途中，由于刃脚内侧的土反力的作用，使圆沉井下沉途中，由于刃脚内侧的土反力的作用，使圆 形沉井的刃脚产生环向拉力形沉井的刃脚产生环向拉力N N，其值为，其值为
37、 m NUr 井壁水平外力沿深度变化，井壁水平内力应分井壁水平外力沿深度变化，井壁水平内力应分 段计算，计算水平内力时，最不利位置是沉井下沉段计算，计算水平内力时，最不利位置是沉井下沉 到设计标高，且刃脚挖空时，把井壁看做框架，计到设计标高，且刃脚挖空时，把井壁看做框架，计 算各分段的内力及水平钢筋算各分段的内力及水平钢筋 位于刃脚根部以上高度等于井壁厚度的一段井壁位于刃脚根部以上高度等于井壁厚度的一段井壁 施工阶段的水平荷载有：自身的水平荷载，刃脚传施工阶段的水平荷载有：自身的水平荷载，刃脚传 递的水平剪力，其值等于作用在悬臂梁上的水平外递的水平剪力，其值等于作用在悬臂梁上的水平外 力乘以分
38、配系数力乘以分配系数c cb b 作用在此段井壁上的均布荷载为：作用在此段井壁上的均布荷载为： pEWV 其余各段其余各段 按断面变化为准，将井壁分为数段，取每一段中控按断面变化为准，将井壁分为数段，取每一段中控 制设计的井壁进行计算。作用在框架的水平荷载为制设计的井壁进行计算。作用在框架的水平荷载为 pEW 井壁受拉的最不利情况为沉井达到设计标高井壁受拉的最不利情况为沉井达到设计标高 此时，上部井壁被土夹住，刃脚下的土已挖空，此时，上部井壁被土夹住，刃脚下的土已挖空， 沉井好像挂在土中，在井壁内将出现较大的拉力，沉井好像挂在土中，在井壁内将出现较大的拉力， 使井壁有拉断的危险。使井壁有拉断的
39、危险。 作用在井壁的侧面摩阻力，按沉井可能被夹住的作用在井壁的侧面摩阻力，按沉井可能被夹住的 不利位置，此时假设井壁摩阻力沿深度成倒三角形不利位置，此时假设井壁摩阻力沿深度成倒三角形 分布分布 等截面井壁等截面井壁 根据自重和倒三角形分布的摩阻力相等，推得根据自重和倒三角形分布的摩阻力相等，推得x x处处 的井壁摩阻力的井壁摩阻力 x x处的拉力为处的拉力为 0 2 2 x G x q Uh 0 2 (1) x G xx S hh 对上式求导，求得最大拉力位置为对上式求导，求得最大拉力位置为 x/2x/2，最大拉力为，最大拉力为G G0 0/4/4 非等截面井壁非等截面井壁 沉井上部侧摩阻力为
40、沉井上部侧摩阻力为 123 0.5 m q hUGGG 井壁井壁x x处的拉应力为处的拉应力为 123 2() m GGG q hU 任意高度上的摩阻力为任意高度上的摩阻力为 xm x qq h 1 2 xxx SGUq x 在施工抽水时，封底砼承受基底水和土的向上反在施工抽水时，封底砼承受基底水和土的向上反 力，此时若砼的龄期不足，应考虑砼的强度折减力，此时若砼的龄期不足，应考虑砼的强度折减 沉井井孔用砼填实时，封底砼应承受基础设计的沉井井孔用砼填实时，封底砼应承受基础设计的 最大基底反力，并可计入孔内其他填充物作用在封最大基底反力，并可计入孔内其他填充物作用在封 底砼的重量底砼的重量 抗浮
41、稳定系数抗浮稳定系数:当沉井下沉到设计标高，砼封底并做好钢筋当沉井下沉到设计标高，砼封底并做好钢筋 砼顶板、抽除井内积水后，而内部结构及设备尚未安装，井砼顶板、抽除井内积水后，而内部结构及设备尚未安装，井 外地下水位达最高时，应考虑沉井的抗浮稳定，即要求外地下水位达最高时，应考虑沉井的抗浮稳定，即要求K2： 05.1 2 P RG K t G沉井结构的自重；沉井结构的自重； P水对沉井的浮力，等于地下水位以下沉井排开同体积的水重水对沉井的浮力，等于地下水位以下沉井排开同体积的水重 目前沉井土压力计算多采用朗肯（目前沉井土压力计算多采用朗肯（RankineRankine）及库伦（）及库伦（ Co
42、ulombCoulomb）土压力理论。）土压力理论。 由于沉井结构的刚度较大，井筒的截面尺寸一般不很由于沉井结构的刚度较大，井筒的截面尺寸一般不很 大，通常处于空间受力状态，故用平面问题进行土压力大，通常处于空间受力状态，故用平面问题进行土压力 的计算不尽合理。的计算不尽合理。 当深度较大时，误差更明显当深度较大时，误差更明显 虽有一些考虑空间问题因素的沉井土压力计算方法，虽有一些考虑空间问题因素的沉井土压力计算方法， 但较复杂，不宜使用但较复杂，不宜使用 传统的土压力理论计算土压力，考虑沉偏时沉井周围传统的土压力理论计算土压力，考虑沉偏时沉井周围 土压力分布时，现行的方法是对圆形沉井，采用调
43、整土土压力分布时，现行的方法是对圆形沉井，采用调整土 内摩擦角法，矩形沉井按均布考虑。内摩擦角法，矩形沉井按均布考虑。 实际沉偏时，沉井在偏斜方向两端点处的土压力状态实际沉偏时，沉井在偏斜方向两端点处的土压力状态 及量值不同，且与沉井的平面尺寸，深度及纠偏方法等及量值不同，且与沉井的平面尺寸，深度及纠偏方法等 有关。有关。 调整内摩擦角的做法本身随意性很大，且其依据是否调整内摩擦角的做法本身随意性很大，且其依据是否 充分，到底能否放映上述因素，尚不清楚。充分，到底能否放映上述因素，尚不清楚。 鉴于沉井土压力机理尚缺乏研究，传统土压力理鉴于沉井土压力机理尚缺乏研究，传统土压力理 论计算很粗略，与
44、实际出入很大论计算很粗略，与实际出入很大 为简化计算，可近似的将水和土视为水土混合重为简化计算，可近似的将水和土视为水土混合重 液，按重液静压力施加于沉井井壁，即重液法液，按重液静压力施加于沉井井壁，即重液法 重液法简单易行，具有一定使用价值，在国内外重液法简单易行，具有一定使用价值，在国内外 均有应用均有应用 沉井底面尺寸较大，进行足尺试验测定沉井底面沉井底面尺寸较大，进行足尺试验测定沉井底面 土层承载力是十分困难甚至是不可能的土层承载力是十分困难甚至是不可能的 估算沉井竖向承载力值时，需确定沉井底面土层估算沉井竖向承载力值时，需确定沉井底面土层 承载力特征值承载力特征值 通常按浅基础作用下
45、的地基承载力做深、宽度修通常按浅基础作用下的地基承载力做深、宽度修 正后用于计算正后用于计算 实际上由于深井深度大，沉井底面处土层的承载实际上由于深井深度大，沉井底面处土层的承载 力属于深基础承载力课题力属于深基础承载力课题 按墩的受力情况分类按墩的受力情况分类 墩基础主要承受上部结构传递来的竖向压力及水平墩基础主要承受上部结构传递来的竖向压力及水平 力，较少用于抗拔情况力，较少用于抗拔情况 按传递上部荷载的方式，分为按传递上部荷载的方式，分为摩擦墩摩擦墩与与端承墩端承墩两类两类 墩以承受水平荷载为主时，称墩以承受水平荷载为主时，称水平受力墩水平受力墩 图图8.28 墩按受力情况分类墩按受力情
46、况分类 摩擦墩摩擦墩端承墩端承墩水平受力墩水平受力墩 按墩体形状分类（轴向截面、墩底）按墩体形状分类（轴向截面、墩底） 墩轴向截面形状墩轴向截面形状 柱形墩柱形墩：截面尺寸及形状不随深度变化、形状简单、施：截面尺寸及形状不随深度变化、形状简单、施 工方便、设计计算较简单工方便、设计计算较简单 锥形墩锥形墩：截面形状随深度不变而尺寸随深度线性变化、：截面形状随深度不变而尺寸随深度线性变化、 受力状态较好、成孔施工较复杂受力状态较好、成孔施工较复杂 齿形墩齿形墩：沿墩身设置倒置的台阶，故可加大墩的侧壁摩：沿墩身设置倒置的台阶，故可加大墩的侧壁摩 阻力，适用于墩侧面有较厚黏性土层的情况。阻力，适用于
47、墩侧面有较厚黏性土层的情况。 图图8.29 墩按竖向断面形式分类墩按竖向断面形式分类 柱形墩柱形墩锥形墩锥形墩齿形墩齿形墩 按墩体形状分类按墩体形状分类（竖向截面形状、墩底） 墩底形状墩底形状（取决于墩底基岩的承载能力及墩底荷载水平） 直底墩直底墩：用于墩底为坚硬土层或岩层：用于墩底为坚硬土层或岩层 扩底墩扩底墩：为使墩承担更大的荷载：为使墩承担更大的荷载 嵌底墩嵌底墩：当墩底支撑于岩层上，为使墩底牢固，防止水：当墩底支撑于岩层上，为使墩底牢固，防止水 平荷载导致墩底滑动而将墩端部嵌入岩层平荷载导致墩底滑动而将墩端部嵌入岩层 图图8.30 墩按墩底形状分类墩按墩底形状分类 直底墩直底墩扩底墩扩
48、底墩嵌底墩嵌底墩 按施工方法分类按施工方法分类 成孔方法成孔方法：钻孔、冲孔、挖孔：钻孔、冲孔、挖孔 孔壁支护孔壁支护：无护壁墩、有护壁墩：无护壁墩、有护壁墩 无护壁墩：成孔过程及成孔后，孔壁无需保护而直接浇 注砼，适应于上部土层较好不宜坍塌的情况 有护壁墩：在施工过程中加以支撑，防止土体坍塌或地 下水流入孔内，有钢筒、木板、砖石或砂土等 图图8.31 墩按有无护壁分类墩按有无护壁分类 无护壁墩无护壁墩有护壁墩有护壁墩 按钢材布置情况分类（钢作为加劲材料）按钢材布置情况分类（钢作为加劲材料） 钢筋混凝土墩钢筋混凝土墩：配筋与一般灌注桩的配筋类似：配筋与一般灌注桩的配筋类似 钢套筒墩钢套筒墩 钢
49、核墩钢核墩 图图8.31 墩按有无护壁分类墩按有无护壁分类 钢筋砼墩钢筋砼墩钢套筒墩钢套筒墩 采用成品钢管或型钢，钢材用量大，主采用成品钢管或型钢，钢材用量大，主 要适用于墩身受力很大的情况要适用于墩身受力很大的情况 钢核墩钢核墩 有很高的承载力，单墩质量要求高有很高的承载力，单墩质量要求高 在较密实的砂层、卵石地基中，打桩困难，做墩基在较密实的砂层、卵石地基中，打桩困难，做墩基 易于施工易于施工 与沉井、沉箱相比，墩基施工只需轻型机具，在适与沉井、沉箱相比，墩基施工只需轻型机具，在适 当的地基与环境条件下，常有较大的经济优势。噪音当的地基与环境条件下，常有较大的经济优势。噪音 小，但成孔施工
50、中可能引起流砂小，但成孔施工中可能引起流砂 有较大的竖向和水平承载力，还有较大的抗拔能力有较大的竖向和水平承载力，还有较大的抗拔能力 墩身断面尺寸较大，便于检查墩底持力层与墩侧土墩身断面尺寸较大，便于检查墩底持力层与墩侧土 质情况质情况 墩载荷试验方法墩载荷试验方法 经验公式方法经验公式方法 理论公式方法理论公式方法 墩身材料强度方法墩身材料强度方法 墩载荷试验方法（最常用、最可靠）墩载荷试验方法（最常用、最可靠） 安全系数法安全系数法 根据竖向荷载根据竖向荷载Q Q与与s s的关系曲线特征，先确定墩的的关系曲线特征，先确定墩的 极限承载力极限承载力Q Qu u，然后除以安全系数，然后除以安全
