1、5 5 沉井基础沉井基础 5-1 5-1 概述概述 5-2 5-2 沉井的施工沉井的施工 5-3 5-3 沉井的设计与计算沉井的设计与计算 5-4 5-4 沉井基础算例沉井基础算例 5-5 5-5 地下连续墙基础简介地下连续墙基础简介3.3.隔墙隔墙 作用：加强沉井刚度、缩小外壁计算跨度，同时又将沉井分成多个取土井，便于掌握挖土位置以控制下沉的方向 构造：内隔墙的间距一般不大于56m，厚度一般为0.51.0m。一般要求隔墙底高出刃脚底面0.51.0m。沉井基础的构造图图5-6 5-6 隔墙构造示意隔墙构造示意4.4.井孔井孔 位置：取土井的平面布置应与中轴线对称，以利于沉井均匀下沉 大小：由取
2、土方法而定，采用挖土斗取土时，应能使挖土斗自由升降，最小边长不宜小于2.5m 处理：以素混凝土、片石混凝土或砌片填充。沉井基础的构造5.凹槽作用：为了封底混凝土嵌入井壁，形成整体，使传至沉井壁上的力能更好地传递给封底混凝土底面。构造：凹槽深约0.150.25m，高约1.0m左右，其距刃脚底面一般在1.5m以上。沉井基础的构造6.6.封底封底:在刃脚踏面以上至凹槽处浇筑混凝土形成封底，以承受地基土和水的反力 当渗水率小于6mm/min时，排干水后用C15或C20普通混凝土浇筑；当井中的渗水率大于6mm/min时，宜采用导管法浇注C20级水下混凝土封底。厚度按其承载力条件计算确定，一般其顶面应高出
3、凹槽0.5m沉井基础的构造7.顶板作用以承托上部结构的全部荷载 以混凝土填心的沉井可用素混凝土顶板；空心或以其他松散料填心的沉井需用钢筋混凝土顶板，厚度一般为1.02.0m；排水下沉的沉井，其顶面在地面或水位以下时，应设挡土防水墙连接在井壁的顶部。沉井基础的构造浮式沉井：双壁钢壳直径直径21.421.4米米 净高净高13.613.6米米 5-2 沉井的施工沉井的施工1.1.清理场地清理场地(要求场地平整，有一定承载力要求场地平整，有一定承载力)（1 1）铺垫木）铺垫木（3 3）浇注混凝土、养生）浇注混凝土、养生（4 4）拆模及抽垫）拆模及抽垫（5 5）土内模制造沉井刃脚）土内模制造沉井刃脚（2
4、 2）立模板绑钢筋）立模板绑钢筋5-2 沉井的施工沉井的施工制造第一节沉井实例制造第一节沉井实例2.2.制造第一节沉井制造第一节沉井3.3.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、刃脚井孔模板、外侧模板、隔墙支撑及模板、刃脚面支撑及模板面支撑及模板 抽垫顺序抽垫顺序：内壁下、短边下、长边下对称同步。长边下是内壁下、短边下、长边下对称同步。长边下是隔隔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。垫木垫木5-2 沉井的施工5-2 5-2 沉井的施工沉井的施工除除 土土 下下 沉沉除除 土土 下下 沉沉 示示 意意5
5、.接高沉井接高沉井6.设置井顶防水围堰设置井顶防水围堰 7.基底检验和处理基底检验和处理 8.封底封底9.井孔填充和顶板浇筑井孔填充和顶板浇筑 5-2 沉井的施工5-2 沉井的施工沉井的施工5-2-2 5-2-2 水中沉井施工水中沉井施工5-2 沉井的施工沉井的施工2.2.浮运沉井浮运沉井5-2-4 5-2-4 沉井下沉过程中遇到的问题及处理沉井下沉过程中遇到的问题及处理 1.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，导致偏斜原因有多种；纠偏的方法有：除土、压重、顶部施加水平力有多种；纠偏的方法有：除土、压重、顶部施加水平力 2.难沉难沉即沉井下沉过慢或停
6、沉；原因；解决方法即沉井下沉过慢或停沉；原因；解决方法 3.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；主要原因是井壁侧阻较小地区；主要原因是井壁侧阻较小 4.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水头梯度大于临界值；防治措施要原因是土中动水压力的水头梯度大于临界值；防治措施有：采用井点降水及不排水除土，或向井内内回灌水有：采用井点降水及不排水除土，或向井内内回灌水5-2 沉井的施工沉井的施工纠偏纠偏5-2 沉井的施工沉井的施工5-3 沉井的设计与计算沉井的设计与计
7、算使用阶段（使用阶段（基础）：基础）：1.1.承载力验算承载力验算 竖向承载力验算竖向承载力验算 水平向承载力验算水平向承载力验算2.2.基础结构计算基础结构计算 井壁竖向受压井壁竖向受压 井壁横向受压井壁横向受压 封底受压弯剪封底受压弯剪 顶板受压弯剪顶板受压弯剪施工阶段施工阶段(支挡结构支挡结构):):自重下沉验算自重下沉验算 底节沉井挠曲验算底节沉井挠曲验算 刃脚受力计算刃脚受力计算 井壁受力计算井壁受力计算5-3-1 5-3-1 沉井作为整体深基础的计算沉井作为整体深基础的计算 F+G Rj+Rf Rj faA Rf U(h2.5)q h-2.5hqqqqq5m12341.竖向承载力验
8、算竖向承载力验算5-3 沉井的设计与计算沉井的设计与计算maxdd/2min1xOZZ1zxFVeFHlha)b)FHh2z1hh0Zd/20破坏模式破坏模式：基础侧面的土体屈服基础侧面的土体屈服步骤：步骤：首先要计算侧面的土体首先要计算侧面的土体所受的压力所受的压力验算土压力是否小于容验算土压力是否小于容许值许值2.2.水平向承载力验算水平向承载力验算5-3 沉井的设计与计算(1)(1)土体横向受力计算土体横向受力计算 非岩石地基非岩石地基 maxdd/2min1xOZZ1zxFVeFHlha)b)FHh2z1hh0Zd/20在水平力作用下，沉井将围绕位于在水平力作用下，沉井将围绕位于地面下
9、深度地面下深度z0处点处点A转动转动角角 深度z处沉井水平位移x x=(z0z)tan侧面：侧面：zx=xCz=Cz(z0z)tan 沉井受到的横向抗力zx5-3 沉井的设计与计算基底变形基底变形绕中心转动绕中心转动角角沉井底面受到的抗力：沉井底面受到的抗力：/2010tan2ddCC其中：Cz=mz C0=mhmaxdd/2min1xOZZ1zxFVeFHlha)b)FHh2z1hh0Zd/20沉井的受力平衡沉井的受力平衡HZX1H10000tan0hhXFbdzFbmz zzdzH1zx 1d00200hMF hb z dzW求解得到：求解得到：z0和和代入水平抗力和底面抗力的计算式代入水
10、平抗力和底面抗力的计算式 zx=xCz=Cz(z0z)tan/2010tan2ddCC得到土体的受力得到土体的受力5-3 沉井的设计与计算 底面抗力需满足底面抗力需满足：水平抗力须满足水平抗力须满足：max fah zxzx=EpEa zxAoZ0Zzxzxmaxdd/2mind/20(2)(2)验算验算5-3 沉井的设计与计算 底面抗力验算示意底面抗力验算示意抗力验算示意抗力验算示意5-3-2 5-3-2 沉井施工过程中的结构计算沉井施工过程中的结构计算1.1.沉井自重下沉验算沉井自重下沉验算 验算沉井自重是否能克服下沉时土的摩阻力验算沉井自重是否能克服下沉时土的摩阻力 ，用下沉系数，用下沉
11、系数k k表示表示 ：/1.15 1.25fkG RfiiiRhu f沉井井壁与土体之间的摩阻力f（kPa）土的种类土的种类粘性土粘性土砂性土砂性土砂卵砂卵石石砂砾石砂砾石软土软土泥浆套泥浆套f(kPa)25501225183015201012355-3 5-3 沉井的设计与计算沉井的设计与计算2.2.底节沉井竖向挠曲验算底节沉井竖向挠曲验算(1)(1)排水除土下沉排水除土下沉(图图a)a)：通过控制除土位置，使沉井处于通过控制除土位置，使沉井处于有利状态有利状态a)c)b)lb0.7l0.15l0.15l0.5l0.5l状态：上一节的混凝土未凝固状态：上一节的混凝土未凝固刃脚下的支承位置是验
12、算的关键刃脚下的支承位置是验算的关键未凝固底节土体支撑土体支撑5-3 5-3 沉井的设计与计算沉井的设计与计算(2)(2)不排水除土下沉不排水除土下沉(图图b b、c)c)：不可控不可控 不能控制支撑位置，取最不利位置：底节沉井仅不能控制支撑位置，取最不利位置：底节沉井仅 支承于长支承于长边的中点边的中点,底节沉井支承于短边的两端点底节沉井支承于短边的两端点 a)c)b)lb0.7l0.15l0.15l0.5l0.5la)c)b)lb0.7l0.15l0.15l0.5l0.5l5-3 5-3 沉井的设计与计算沉井的设计与计算3.3.沉井刃脚受力计算沉井刃脚受力计算 可能的破坏的时机：可能的破坏
13、的时机：刃脚向外挠曲折断刃脚向外挠曲折断 刃脚切入土中刃脚切入土中1.0m1.0m，刚接筑，刚接筑完完上节沉井，尚未下沉上节沉井，尚未下沉 刃脚向内挠曲折断刃脚向内挠曲折断 沉井已经下沉至设计标高，沉井已经下沉至设计标高，刃刃脚下土体已经挖空，尚未浇筑脚下土体已经挖空，尚未浇筑封底混凝土封底混凝土验算过程：验算过程：计算刃脚受力计算刃脚受力 水平力按悬臂和框架分配水平力按悬臂和框架分配 验算刃脚悬臂作用验算刃脚悬臂作用 验算框架受力验算框架受力框架支撑刃脚悬臂支撑5-3 沉井的设计与计算沉井刃脚受力示意沉井刃脚受力示意 作用在刃脚侧面上的水平外力将由悬臂梁和框架作用在刃脚侧面上的水平外力将由悬
14、臂梁和框架来共同承担。来共同承担。分配系数公式如下分配系数公式如下:悬臂作用悬臂作用 :框架作用框架作用 :在水、土压力作用下在水平面内发生弯曲变形在水、土压力作用下在水平面内发生弯曲变形。105.00141441 LhL424405.0Lhh 5-3 5-3 沉井的设计与计算沉井的设计与计算（1 1）刃脚向外挠曲的受力）刃脚向外挠曲的受力受力情况受力情况 顶面沉井重力顶面沉井重力 外侧水平土、水压力外侧水平土、水压力 外侧土体向上摩阻力外侧土体向上摩阻力 内侧斜面土反力内侧斜面土反力 底面土抗力底面土抗力 刃脚自重刃脚自重Ge+wkhe w33aTxepw22gz=1.0mbRHRv1Rv2
15、v5-3 5-3 沉井的设计与计算沉井的设计与计算刃脚向外挠曲受力示意刃脚向外挠曲受力示意外侧水平土、水压力合力pe+w：沿井壁的水平方向取一个单位宽度，计算作用在刃脚上的沿井壁的水平方向取一个单位宽度，计算作用在刃脚上的土压力和水压力。土压力和水压力。EEET5.0tg刃脚外侧的摩阻力 作用在井壁单位宽度上的摩阻力作用在井壁单位宽度上的摩阻力T T，取其最小值取其最小值 kTqhkeewehwpwpp232322332322323ywpwppwpheeweek+=+其作用点位置（离刃脚根部距离）5-3 5-3 沉井的设计与计算沉井的设计与计算刃脚下土的竖向反力Rv、RH TGRv联立方程式即
16、可求得RV1和RV2 Ge+wkhe w33aTxepw22gz=1.0mbRHRv1Rv2v122VVaRRab22VVbRRabRH=RV2tan()12vvvRRR刃脚重力g2kktagh5-3 5-3 沉井的设计与计算沉井的设计与计算 验算求得作用在刃脚上的所有外力的大小、方向和求得作用在刃脚上的所有外力的大小、方向和作用点之后，即可求算刃脚根部处截面上每单位周作用点之后，即可求算刃脚根部处截面上每单位周长内（井壁）的轴向压力长内（井壁）的轴向压力N N、水平剪力、水平剪力Q Q及对截面重及对截面重心轴的弯矩心轴的弯矩M M。并据此计算在刃脚内侧的钢筋（竖。并据此计算在刃脚内侧的钢筋（
17、竖直）数量。直）数量。M0=MR+MH+Me+w+MT+Mg N0=R+T+g Q=pe+w+H5-3 5-3 沉井的设计与计算沉井的设计与计算(2)(2)刃脚水平受力计算刃脚水平受力计算 需要考虑的受力有：需要考虑的受力有：由于刃脚下的土已被掏空，故刃脚下由于刃脚下的土已被掏空，故刃脚下的垂直反力的垂直反力R Rv v和刃脚斜面水平反力和刃脚斜面水平反力U U等于零等于零 作用在井壁外侧的摩阻力作用在井壁外侧的摩阻力T T 刃脚计算时重力刃脚计算时重力g g与前面相同与前面相同 计算在刃脚外侧的钢筋（竖直）数量计算在刃脚外侧的钢筋（竖直）数量 计算所得各水平外力同样应考虑分配系数。再由外力计
18、算出对刃脚根部中心轴的弯矩、竖向力及剪力，以此求得刃脚外壁钢筋用量。5-3 5-3 沉井的设计与计算沉井的设计与计算刃脚内挠受力分析刃脚内挠受力分析4.4.沉井井壁计算沉井井壁计算分竖直和水平两个方向计算分竖直和水平两个方向计算（1 1）竖直方向）竖直方向 下沉过程中，当沉井被四周土体嵌固着而刃脚下的土已被掏下沉过程中，当沉井被四周土体嵌固着而刃脚下的土已被掏空时，应验算井壁接缝处的竖向拉应力。空时，应验算井壁接缝处的竖向拉应力。接缝处：混凝土不承受拉应力而由接缝处的钢筋承受，此时接缝处：混凝土不承受拉应力而由接缝处的钢筋承受，此时钢筋的抗拉安全系数可采用钢筋的抗拉安全系数可采用1.251.2
19、5；同时并须验算钢筋的锚固；同时并须验算钢筋的锚固长度。长度。5-3 5-3 沉井的设计与计算沉井的设计与计算井壁摩阻力可假定沿沉井壁摩阻力可假定沿沉井全高按倒三角形分布，井全高按倒三角形分布，即在刃脚底面处为零，即在刃脚底面处为零，在地面处为最大，此时在地面处为最大，此时最危险的截面在沉井入最危险的截面在沉井入土深度的土深度的1/21/2处处沉井外侧直立时的井壁受拉计算图沉井外侧直立时的井壁受拉计算图 按按公路桥涵地基与基础设计规范公路桥涵地基与基础设计规范，最大竖向拉力，最大竖向拉力Smax为为此时沉井全部重力此时沉井全部重力G的的1/4，即，即 实际工程中，实际工程中，沉井被卡住现象沉井
20、被卡住现象较为常见，也出现过被拉裂的较为常见，也出现过被拉裂的沉井沉井。max/4SG5-3 5-3 沉井的设计与计算沉井的设计与计算井壁竖向拉应力验算井壁竖向拉应力验算（2 2）水平方向）水平方向 根据排水或不排水的情况，沉井井壁在水压力和土压力根据排水或不排水的情况，沉井井壁在水压力和土压力等水平荷载作用下，应作为水平框架验算其水平方向的等水平荷载作用下，应作为水平框架验算其水平方向的挠曲。挠曲。验算刃脚根部以上，其高度等于该处井壁厚度验算刃脚根部以上，其高度等于该处井壁厚度t t的一段井的一段井壁，依此设置该段的水平钢筋。壁，依此设置该段的水平钢筋。其余各段井壁其余各段井壁的计算，可按井
21、壁断面的变化的计算，可按井壁断面的变化,取每一段中取每一段中控制设计的井壁（位于控制设计的井壁（位于每一段最下端的单位高度每一段最下端的单位高度）进行）进行计算。计算。上部井段按照上部井段按照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q=Wq=W+E E。然后。然后用同样的计算方法，求得水平框架的最大弯矩用同样的计算方法，求得水平框架的最大弯矩M M、轴向压、轴向压力力N N、剪力、剪力Q Q，并据此设计水平钢筋。，并据此设计水平钢筋。5-3 5-3 沉井的设计与计算沉井的设计与计算QEWqtWWW2 tEEE2 Q Q由刃脚传来的剪力，其值等于求算刃脚竖直外力时分配由刃脚传来的剪力
22、，其值等于求算刃脚竖直外力时分配于悬臂梁上的水平力（于悬臂梁上的水平力（kN/mkN/m）。whWwhW 32tWWWW 32tEEEE 5-3 5-3 沉井的设计与计算沉井的设计与计算计算简图计算简图5 5.沉井封底及顶板计算（1 1）封底）封底 受力：底面基底反力受力：底面基底反力 支承：支承于刃脚斜面及隔墙上的周边支承板支承：支承于刃脚斜面及隔墙上的周边支承板 计算内容：弯、剪计算内容：弯、剪（2 2）顶板）顶板 受力：墩台荷载受力：墩台荷载 支承：井壁简支双向板支承：井壁简支双向板 计算内容：顶板弯、剪应力、井壁支承压力计算内容：顶板弯、剪应力、井壁支承压力5-3 5-3 沉井的设计与
23、计算沉井的设计与计算5-5 5-5 地下连续墙深基础简介地下连续墙深基础简介 地下连续墙是在泥浆护壁条件下，使用专门地下连续墙是在泥浆护壁条件下，使用专门的成槽机械，在地面开挖一条狭长的深槽，的成槽机械，在地面开挖一条狭长的深槽，然后在槽内安放钢筋笼，浇注混凝土，逐步然后在槽内安放钢筋笼，浇注混凝土，逐步形成一道连续的地下钢筋混凝土连续墙。形成一道连续的地下钢筋混凝土连续墙。用途：用途：作为基坑开挖时防渗、截水、挡土、作为基坑开挖时防渗、截水、挡土、抗滑、防爆和对邻近建筑物基础的支护以及抗滑、防爆和对邻近建筑物基础的支护以及直接成为承受上部结构荷载的基础的一部分。直接成为承受上部结构荷载的基础
24、的一部分。优点：优点：1 1）无需放坡，土方量小；）无需放坡，土方量小；2 2）全盘机械化施工，工效高，速度快，施工期短）全盘机械化施工，工效高，速度快，施工期短3 3）混凝土浇筑无须支模和养护，这方面成本低；）混凝土浇筑无须支模和养护，这方面成本低；4 4）可在沉井作业、板桩支护难以实施的环境中进行）可在沉井作业、板桩支护难以实施的环境中进行无噪音、无振动施工；无噪音、无振动施工；5 5）可穿过各种土层进入岩层，无须采取降低地下水）可穿过各种土层进入岩层，无须采取降低地下水的措施，因此可在密集建筑群中施工；尤其是用的措施，因此可在密集建筑群中施工；尤其是用于二层以上地下室的建筑物，可配合于二层以上地下室的建筑物，可配合“逆作法逆作法”施工，而更显出其独特的作用施工，而更显出其独特的作用5-5 5-5 地下连续墙深基础简介地下连续墙深基础简介5-5 5-5 地下连续墙简介地下连续墙简介 修筑导墙修筑导墙 制备泥浆制备泥浆 成槽成槽 槽段的连接槽段的连接48 结束语结束语
