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第四章 沉井基础,第四章 沉井基础,4-1 概述 第四章 沉井基础,第一节 概 述,沉井的应用己有很长的历史，它是由古老的掘井作业发展而成的一种施工方法，用沉井法修筑的基础叫做沉井基础，参见图5-1。,图 5-1沉井基础示意a) 沉井下沉; b) 沉井基础,沉井的概念: 是井筒状的结构物。它是以井内挖土，依靠自身重力克服井壁摩阻力后下沉到设计标高，然后经过混凝土封底并填塞井孔，使其成为桥梁墩台或其它结构物的基础。 沉井的优点： 埋置深度可以很大，整体性强、稳定性好，有较大的承载面积，能承受较大的垂直荷载和水平荷载； 沉井既是基础，又是施工时的挡土和挡土围堰结构物，施工工艺并不复杂。 沉井施工时对邻近建筑物尤其是软土中地下建筑物的基础影响小。,4-1 概述 第四章 沉井基础,沉井的缺点： 施工期较长； 对粉细砂类土在井内抽水易发生流砂现象，造成沉井倾斜； 沉井下沉过程中遇到的大孤石、树干或井底岩层表面倾斜过大，均会给施工带来一定困难。,4-1 概述 第四章 沉井基础,沉井,4-1 概述 第四章 沉井基础,根据经济合理、施工上可能的原则，一般在下列情况，可以采用沉井基础： 1.上部荷载较大，而表层地基土的容许承载力不足，做扩大基础开挖工作量大，以及支撑困难，但在一定深度下有好的持力层，采用沉井基础与其他深基础相比较，经济上较为合理的； 2.在山区河流中，虽然土质较好，但冲刷大，或河中有较大卵石不便桩基础施工时； 3.岩层表面较平坦且覆盖层薄，但河水较深；采用扩大基础施工围堰有困难时。,4-1 概述 第四章 沉井基础,第二节 沉井的类型和构造,一、沉井的分类,按沉井的施工方法分类,一般沉井 浮运沉井,4-2 沉井的类型和构造 第四章 沉井基础,按沉井的建筑材料分类,混凝土沉井,钢筋混凝土沉井,竹筋混凝土沉井,按沉井形状分类,圆形圆端形矩形,沉井的平面形状,4-2 沉井的类型和构造 第四章 沉井基础,沉井的立面形状,柱形 阶梯形锥形,4-2 沉井的类型和构造 第四章 沉井基础,图5-3 沉井的平面形状 a) 单孔沉井；b) 双孔沉井；c) 多孔沉井,4-2 沉井的类型和构造 第四章 沉井基础,图 5-4 沉井剖面图a）直壁柱型； b）外壁单阶型； c）外壁多阶型； d）内壁多阶型,二、沉井基础的构造,(一)沉井的轮廓尺寸,沉井的平面形状： 决定于墩(台)底部的形状。对矩形或圆端形墩，可采用相应形状的沉井，当墩的长宽比较为接近时，可采用方形或圆形沉井。 沉井顶面尺寸为墩(台)身底部尺寸加襟边宽度。,4-2 沉井的类型和构造 第四章 沉井基础,沉井的入土深度： 根据上部结构、水文地质条件及各土层的承载力等确定。,(二) 沉井的一般构造,一般沉井构造上主要由井壁、刃脚、隔墙、井孔、凹槽、射水管、封底和盖板等组成。,4-2 沉井的类型和构造 第四章 沉井基础,图5-5 沉井构造图,第三节 沉井的施工,沉井基础施工一般可分为旱地施工、水中筑岛施工及浮运沉井施工三种。,4-3 沉井的施工 第四章 沉井基础,一、旱地上沉井的施工,桥梁墩台位于旱地时，沉井可就地制造、挖土下沉、封底、充填井孔以及浇筑顶板。,a)制作第一节沉井; b)抽垫木、挖土下沉; c)沉井接高下沉; d)封底图5-9 沉井施工顺序示意,1.整平场地,如天然地面土质较好，只需将地面杂物清掉整平地面，就可在其上制造沉井，如为了减小沉井的下沉深度也可在基础位置处挖一浅坑，在坑底制造沉井下沉，坑底应高出地下水位0.51.0m 。如土质松软，应整平夯实或换土夯实。在一般情况下，应在整平场地上铺上不小于0.5m厚的砂或砂砾层。,4-3 沉井的施工 第四章 沉井基础,2.制造第一节沉井,制造沉井前，应先在刃脚处对称铺满垫木（图5-10），以支承第一节沉井的重量，并按垫木定位立模板以绑扎钢筋。然后在刃脚位置处放上刃脚角钢，竖立内模（图5-11），绑扎钢筋，再立外模浇筑第一节沉井。,4-3 沉井的施工 第四章 沉井基础,图 5-10 垫木布置实例,图5-11 沉井刃脚立模1-内模；2-外模；3-立柱；4-角钢；5-垫木；6-砂垫层,3.拆模及抽垫,当沉井混凝土强度达设计强度70时可拆除模板，达设计强度后方可抽撤垫木。抽撤垫木应分区、依次、对称、同步地向沉井外抽出。其顺序为：先内壁下，再短边，再长边，最后定位垫木。长边下垫木隔一根抽一根，以固定垫木为中心，由远而近对称地抽，最后抽除固定垫木，并随抽随用砂土回填捣实，以免沉井开裂、移动或偏斜。,原则：分区、依次、对称、同步。,4-3 沉井的施工 第四章 沉井基础,4.挖土下沉,沉井下沉施工可分为排水下沉和不排水下沉。 排水下沉：当沉井穿过的土层较稳定，不会因排水而产生大量流砂时，可采用排水下沉。它适用于土层渗水量不大且排水时不会产生涌土或流砂的情况；人工挖土可使沉井均匀下沉和清除井下障碍物，但应保证施工安全。排水下沉时，有时也用机械除土。 不排水下沉：一般都采用机械除土，挖土工具可以是抓土斗或水力吸泥机，如土质较硬，水力吸泥机需配以水枪射水将土冲松。由于吸泥机是将水和土一起吸出井外，故需经常向井内加水维持井内水位高出井外水位12m，以免发生涌土或流砂现象。,4-3 沉井的施工 第四章 沉井基础,5.接高沉井,第一节沉井顶面下沉至距地面还剩1m2m时，应停止挖土，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，再拆模继续挖土下沉。,6.筑井顶围墙,如沉井顶面低于地面或水面，应在沉井上接筑围堰，围堰的平面尺寸略小于沉井，其下端与井顶上预埋锚杆相连。围堰是临时性的，待墩台身出水后可拆除。,4-3 沉井的施工 第四章 沉井基础,7.地基检验和处理,基底检验： 检验内容是地基土质是否和设计相符，是否平整，并对地基进行必要的处理。基底处理： 砂性土或粘性土地基，一般可在井底铺一层砾石或碎石至刃脚底面以上200mm。未风化岩石地基，应凿除风化岩层，若岩层倾斜，还应凿成阶梯形。要确保井底地基尽量平整，浮土、软土清除干净，以保证封底混凝土、沉井与地基结合紧密。,4-3 沉井的施工 第四章 沉井基础,8.封底、充填井孔及浇筑顶盖,地基经检验及处理合乎要求后，应立即进行封底。如封底是在不排水情况下进行，则可用导管法灌注水下混凝土(见钻孔灌注桩施工)，若灌注面积大，可用多根导管，以先周围后中间，先低后高的次序进行灌注。待混凝土达设计强度后，再抽干井孔中的水，填筑井内圬土。如井孔中不填料或仅填以砾石，则井顶面应浇筑钢筋混凝土顶盖，以支承墩台，然后砌筑墩身，墩身出土(或水面)后可拆除临时性的井顶围堰。,4-3 沉井的施工 第四章 沉井基础,四、沉井施工新方法简介,4-3 沉井的施工 第四章 沉井基础,20世纪90年代以来，在国外一些发达国家提出了压沉法SS(Space System Caisson)法SOCS(Super Open Caisson System)自动化沉井等施工方法。,五、沉井下沉过程中遇到的问题及处理,1.偏斜偏斜原因 ：土岛表面松软，河底土质软硬不匀；井壁与刃脚中线不重合 ；抽垫方法欠妥，回填不及时 ；除土不均匀对称 ；刃脚遇障碍物顶住而未及时发现；排土堆放不合理，或单侧受水流冲击淘空等导致沉井承受不 对称外力作用 。 发生倾斜的纠正方法：在沉井高的一侧集中挖土，在低的一侧回填砂石；在沉井高的一侧加重物或用高压射水冲松土层；在沉井顶面施加水平力扶正。,4-3 沉井的施工 第四章 沉井基础,2.沉井下沉困难 原因：开挖面深度不够，正面阻力大；偏斜，或刃脚下遇到障碍物、坚硬岩层和土层；井壁摩阻力大于沉井自重；井壁无减阻措施或泥浆套、空气幕等减阻构件遭到破坏。解决下沉困难的措施主要是增加压重和减少井壁摩阻力 ,增加压重的方法 ：提前接筑下节沉井；在井顶加压砂袋、钢轨等重物；不排水下沉时，可井内抽水。,4-3 沉井的施工 第四章 沉井基础,减小井壁摩阻力的方法：,4-3 沉井的施工 第四章 沉井基础,井壁内埋设高压射水管组，射水辅助下沉；利用泥浆套或空气幕辅助下沉；增大开挖范围和深度；必要时还可采用0.10.2kg炸药起爆助沉。,3.突沉 原因：井壁摩阻力较小，当刃脚下土被挖除时，沉井支承削弱；排水过多；挖土太深；出现塑流。 防止突沉的措施：控制均匀挖土，减小刃脚处挖土深度；在设计时可采用增大刃脚踏面宽度或增设底梁的措施提高刃脚阻力。,4-3 沉井的施工 第四章 沉井基础,4.流砂 原因：土中动水压力的水头梯度大于临界值。 防止流砂的措施 ：排水下沉时发生流砂，可采取向井内灌水；不排水除土下沉时，减小水头梯度；采用井点，或深井和深井泵降水。,4-3 沉井的施工 第四章 沉井基础,
