沉井基础及其他深基础.ppt

沉井基础多用于水深较大的桥梁基础工程。本章简要介绍了沉井基础的构造、类型及其适用条件，讨论了沉井基础的受力特点、井壁摩阻力计算、考虑井壁土体抗力时的整体深基础(刚性桩)计算，以及沉井设计中的各种验算，初步讨论了沉井施工过程中的各种结构计算，井对沉井的各种施工技术及下沉过程中存在的问题进行了简要讨论。最后，简要介绍了工程中常用的地下连续墙。,9 沉井基础及其他深基础,9 沉井基础及其他深基础,9.1 概述9.2 沉井的施工9.3 沉井的设计与计算9.4 沉井基础算例 9.5 其他深基础简介,沉井的作用,沉井是一种利用人工或机械方法清除井内土石，井借助自重或添加压重等措施克服井壁摩阻力逐节下沉至设计标高，再浇筑混凝土封底并填塞井孔，成为建筑物的基础的井筒状构造物。,沉井基础,沉井的作用,沉井的特点是埋深较大，整体性强，稳定性好，具有较大的承载面积，能承受较大的垂直和水平荷载。此外，沉井既是基础，又是施工时的挡土和挡水围堰结构物，其施工工艺简便，技术稳妥可靠，无需特殊专业设备，并可做成补偿性基础，避免过大沉降，在深基础或地下结构中应用较为广泛。但沉井基础施工工期较长，对粉砂、细砂类土在井内抽水时易发生流砂现象，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，也将给施工带来一定的困难。,沉井的作用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、重型设备的承重的深基础。2、江河上的结构物 沉井的井筒不仅可以挡土，也可挡水，因此也使用于江河上的结构物。江墩或边墩采用沉井更多。例如，南京长江大桥的桥墩基础，即为筑岛沉井。,沉井的作用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。如上海宝钢发电厂的水泵房位于长江岸边，即采用大型沉井：平面尺寸为39.80m39.49m，深达16.2m。4、地下工程 包括地下厂房、地下仓库、地下油库、地下车道和车站等。例如，某地下热电厂，采用钢筋混凝土大型沉井作围壁，沉井直径达68m，深度28.5m，三节浇注，一次下沉成功。,沉井的作用5、邻近建筑物的深基础 在原有建筑物邻近，新建深基础工程基槽开挖时，将危及原有建筑物浅基础的稳定性。采用沉井，可防止原有浅基础的滑动。例如，清华大学扩建发电厂，新建发电机的平台基础，紧挨原发电厂厂房浅基础且埋深更大，设计要求施工采取措施，防止原厂房基础滑动，后采用沉井解决了这一问题。,沉井的作用6、房屋纠倾工作井 近年来，房屋纠倾，行之有效的冲土法或掏土法，需在房屋沉降小的一侧作一排工作井。工作井即用砖砌的小型沉井，工人在井内向房屋地基中冲土或掏土。这种工作沉井作为挡土护壁，保护工人的安全，又可作房屋地基土外流的临时储泥坑，效果良好。,适用条件 工程中，遇到下列情况时考虑采用沉井基础：（1）荷载较大，表层地基土的承载力小，在一定深度有较好持力层；（2）在河流中，虽土质较好，但冲刷大或有较大卵石，不便桩基施工；（3）岩层表面较平坦且覆盖层较薄但河水深，采用扩大基础施工围堰有困难。（4）在已有的浅基础邻近修建深埋的设备基础时，为避免基坑开挖对已有的基础产生影响等情况。,沉井基础的特点(1)埋深大；(2)整体性好；(3)承载力高；(4)对邻近建筑物影响小；(5)充分利用地下空间等特点；(6)施工时具有挡水或挡土等作用；但施工工期较长，沉井下沉遇障或遇流砂等都会给施工带来困难。,沉井的分类,(1)按施工方法分 根据不同的施工方法可将沉井分为一般沉井和浮运沉井。一般沉井指直接在基础设计的位置上制造，然后挖土，依靠井壁自重下沉。若基础位于水中，则先人工筑岛，再在岛上筑井下沉。浮运沉井指先在岸边预制，再浮运就位下沉的沉井。通常在深水地区(如水深大于10m)，或水流流速大，有通航要求，人工筑岛困难或不经济时采用。,沉井的分类,(2)按井壁材料分根据不同的井壁材料可将沉井分为混凝土沉井、钢筋混凝土沉井、竹筋混凝土沉井和钢沉井。混凝土沉井因抗压强度高，抗拉强度低，多做成圆形，且仅适用于下沉深度不大(47m)的松软土层。钢筋混凝土沉井抗压抗拉强度高，下沉深度大，可做成重型或薄壁就地制造下沉的沉井，也可做成薄壁浮运沉井及钢丝网水泥沉井等，在工程中应用最广。,沉井的分类,(2)按井壁材料分根据不同的井壁材料可将沉井分为混凝土沉井、钢筋混凝土沉井、竹筋混凝土沉井和钢沉井。沉井主要在下沉阶段过程中承受拉力，因此在盛产竹材的南方，也可采用耐久性差而抗拉力好的竹筋代替部分钢筋，做成竹筋混凝土沉井。钢沉井由钢材制作，强度高、质量轻、易于拼装、适于制造空心浮运沉井，但用钢量大，国内应用较少。此外，根据工程条件也可选用木沉井和砌石圬工沉井等。,沉井的分类,(3)按平面形状分 根据沉井的平面形状可分为圆形、矩形和圆端形三种基本类型，按井孔的布置方式，又可分为单孔、双孔及多孔沉井。圆形沉井在下沉过程中易于控制方向，若采用抓泥斗挖土，可比其他沉井更能保证其刃脚均匀地支承在土层上；在侧压力作用下，井壁仅受轴向应力作用，即使侧压力分布不均匀，弯曲应力也不大，能充分利用混凝土抗压强度大的特点，多用于斜交桥或水流方向不定的桥墩基础。,沉井的分类,(3)按平面形状分 根据沉井的平面形状可分为圆形、矩形和圆端形三种基本类型，按井孔的布置方式，又可分为单孔、双孔及多孔沉井。矩形沉井制造方便，受力有利，能充分利用地基承载力。沉井四角一般为圆角，以减少井壁摩阻力和除土清孔的困难。在侧压力作用下，井壁受较大的挠曲力矩；且流水中阻水系数较大，冲刷较严重。圆端形沉井控制下沉、受力条件、阻水冲刷均较矩形者有利，但施工较为复杂。对平面尺寸较大的沉井，可在沉井中设隔墙，构成双孔或多孔沉井，以改善井壁受力条件及均匀取土下沉。,沉井的分类,(4)按剖面形状分 根据沉井的剖面形状可分为柱形、阶梯形和锥形沉井。柱形沉井井壁受力较均衡，下沉过程中不易发生倾斜，接长简单，模板可重复利用，但井壁侧阻力较大，若土体密实、下沉深度较大时，易下部悬空，造成井壁拉裂。一般多用于人土不深或土质较松软的情况。阶梯形沉井和锥形沉井井壁侧阻力较小，抵抗侧压力性能较合理，但施工较复杂，模板消耗多，沉井下沉过程中易发生倾斜，多用于土质较密实、沉井下沉深度大、自重较小的情况。通常锥形沉井井壁坡度为120140，阶梯形井壁的台阶宽为100200mm。,井壁厚度0.41.2m；承受水土压力。刃脚宽度1020cm，高度约1.5m（湿封底）或0.6m（干封底），内侧倾角4560；冲切硬土，减小端部阻力。内隔墙厚度约0.5m，底面高出井壁刃脚踏面0.51m，增加沉井刚度、改善井壁受力条件、挖土均衡，便于纠偏。井孔宽度（直径）不宜小于3m，挖土、排土场所和通道。井壁凹槽槽高约1.0m，深度0.150.25m，增加封底混凝土、底版与井壁连接。预埋射水管下沉困难时减阻。封底（底板）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（水下浇灌混凝土）两种。,二、沉井基础的基本构造,设计计算的主要构件,a）直壁式 b）台级式,刃脚,井壁,井壁是沉井基础的主体部分，它需挡水、挡土，并承受多种荷载的作用，而且还需要有一定的重量以便下沉。常用的厚度为0.51.5m；混凝土的强度等级不低于C15。,井 壁,沉井基础,刃脚的作用是沉井在自重的作用下易于切土下沉。其底面（踏面）宽度一般为0.10.2m,刃脚处采用钢筋混凝土制作，混凝土强度等级宜在C20及上。,刃 脚,沉井基础,凹槽设置于沉井下部接近刃脚处，其作用是使封底混凝土嵌入井壁而形成一个整体，以便封底混凝土底面的反力能更好的传给井壁。凹槽槽深约0.150.2m，高约1.0m。,凹槽,沉井基础,隔墙是为减小井壁的跨距，加强沉井的刚度，同时便于掌握挖土、控制沉井下沉和纠偏设置的。隔墙厚度一般小于井壁，且高于刃脚 0.5m，以免防碍沉井下沉，有时还在隔墙下端设置人孔，以便工作人员在井孔中活动。,隔墙,沉井基础,当沉井下沉深度大，穿过的土质又较好，估计下沉会产生困难时，可在井壁中预埋射水管组。射水管应均匀布置，以利于控制水压和水量来调整下沉方向。一般不小于600kPa。如使用触变泥浆润滑套施工方法时，应有预埋的压射泥浆管路。,射水管,井孔中不填料或仅填以砂砾，须在沉井的顶面浇筑钢筋混凝土顶盖板，以支承墩（台）及上部结构的全部荷载。封底是在沉井下沉达到设计高程并经清理后以混凝土浇筑的，其强度等级一般不低于C15，（岩石地基可用C15,一般地基用C20），厚度应从刃脚下0.5m处到凹槽的上端。板的构造要求及计算按承受均布的双向板来考虑。,封底和顶盖板,沉井基础,二、沉井基础的基本构造,浮运沉井：不带气筒和带气筒。组合式沉井：沉井-桩基组合式,9 沉井基础及其他深基础,9.1 概述9.2 沉井的施工9.3 沉井的设计与计算9.4 沉井基础算例 9.5 其他深基础简介,9.2 沉井的施工,分旱地施工沉井 与水上施工沉井 两种情况,旱地沉井工序：就地制造挖土下沉孔底清查封底 充填井孔以及浇注顶板。,水上沉井工序：水深 3m 4m以内且流速不大时水上筑岛岛上制造挖土下沉孔底清查封底 充填井孔以及浇注顶板。水较深或流速较大时岸边制造牵引滑移或起吊就位挖土下沉孔底清查封底 充填井孔以及浇注顶板。,旱地沉井施工过程图,大型沉井下沉施工中,水上沉井施工过程图,浮运沉井施工,承垫木法：在平整定位的场地上铺一层砂垫层，在其上，于沉井刃脚部位，对称、成对地安置 承垫木，在各垫木之间填实砂土，再立模板、扎钢筋、浇注第一节沉井。,沉井制作方法 承垫木法、无垫木法、土模法,无垫木法：在均匀土层上，浇注第一层与沉井井壁等厚的混凝土，代替承垫木和砂垫层。,土模法：在定位放线的刃脚部位，按照设计的尺寸，仔细开挖黏性土基槽，利用地基黏性土作为天然模板，以代替砂垫层、承垫木等。此法可节省时间和费用。,干封法：适用于底部无水情况，成本低、工期短、质量好，常用方法。当底部土挖至设计标高后，清除虚土，挖一个深坑，作为集水井；用水泵在集水井中抽水，使地下水面下降到沉井底面以下；将集水井以外的全部底板一次浇注混凝土，最后快速封堵集水井。,沉井封底方法 干封法、水下封底法,水下封底法：如抽水时产生流砂，无法采用干封法时，可用此法。沉井开挖下沉到设计标高后，将井底浮土清除干净；安装水下浇注混凝土的钢导管，进行水下混凝土浇注。,深圳水库钢壳沉井施工,沉井基础,沉井下沉过程中可能遇到的问题及处理方法 沉井在下沉过程中可能出现的问题主要有两类:(1)下沉不均匀发生倾斜和位置偏移；(2)下沉困难。发生偏斜的原因大致有这几种：(1)土质软硬不均匀;(2)挖土不对称;(3)刃脚处有障碍物未予清除;(4)一侧出现流砂而未得到控制等。,沉井基础,沉井基础,纠偏的方法是：(1)在沉井下沉多的一侧回填砂石，以阻止继续下沉，在高的一侧集中挖土；(2)在高的一侧配加重物，以加速该侧下沉；如有必要，还可在沉井顶部施加水平力来帮助纠偏；(3)如遇中心位置偏移，则应先人为造成沉井倾斜，再均匀取土，使之倾斜下沉，直到沉井中心线到达设计位置后，再行纠偏扶正。,克服下沉困难主要可以从两方面着手：(1)增加沉井重量：提前浇筑上一节沉井；在沉井顶部加压；在保证不发生流砂的前提下，抽取井内的水，以减小浮力。（2)减小井壁的摩阻力：尽力将井壁外侧制作光滑平整；将井壁设计成台阶式；设置管道，利用高压空气或水的喷射能量来减小摩擦；从管道中喷出触变泥浆，形成泥浆套。,沉井基础的典型施工方法：,触变泥浆润滑套法壁后压气（空气幕）法钻吸排土沉井施工技术中心岛式下沉,泥浆润滑套,泥浆润滑套是把配置的泥浆灌注在沉井井壁周围，形成井壁与泥浆接触。选用的泥浆配合比应使泥浆性能具有良好的固壁性、触变性和胶体稳定性。这种泥浆对沉井壁起润滑作用，它与井壁间摩阻力仅35kPa大大降低了井壁摩阻力（一般粘性土对井壁摩阻力为2550kPa），因而有提高沉井下沉的施工效率，减少井壁的圬土数量，加大了沉井的下沉深度，施工中沉井稳定性好等优点。沉井下沉过程中要勤补浆，勤观测，发现倾斜、漏浆等问题要及时纠正。当沉井沉到设计标高时，若基底为一般土质，因井壁摩阻力较小，会形成边清基边下沉的现象，为此，应压入水泥砂浆换置泥浆，以增大井壁的摩阻力。,壁后压气沉井法,壁后压气沉井法也是减少下沉时井壁摩阻力的有效方法。它是通过对沿井壁内周围预埋的气管中喷射高压气流，气流沿喷气孔射出再沿沉井外壁上升，形成一圈压气层（又称空气幕），使井壁周围土松动，减少井壁摩阻力，促使沉井顺利下沉。与泥浆润滑套相比，壁后压气沉井法在停气后即可恢复土对井壁的摩阻力，下沉量易于控制，且所需施工设备简单，可以水下施工，经济效果好。现认为在一般条件下较泥浆润滑套更为方便，它适用于细、粉砂类土的粘性土中。,世界第一大沉井,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,(面积近个半篮球场，高度相当于层楼)。列世界最大沉井。(列世界第的美国费雷泽诺桥的沉井体积为15万立方米),江阴长江公路大桥北锚沉井,世界第一大沉井,南岸重力嵌岩锚,北岸,南岸,北岸锚锭的沉井的平面尺寸达69m51m，埋深58m，是世界上平面尺寸最大的沉井基础。,大型钢壳沉井,过黄浦江倒虹管沉井,宝山钢铁厂取水泵房工程,9 沉井基础及其他深基础,9.1 概述9.2 沉井的施工9.3 沉井的设计与计算（自学）9.4 沉井基础算例（自学）9.5 其他深基础简介,深基础种类很多，除桩基、沉井基础外，墩基、地下连续墙和沉箱等都属于深基础，其主要特点是需采用特殊的施工方法，解决基坑开挖、排水等问题，减小对邻近建筑物的影响。,9.5 其他深基础简介,概念 地下连续墙是近期发展起来的一种新型深基础形式。要点为：修筑导墙，用机械在导墙内分段竖直挖槽，采用泥浆护壁，就地吊放钢筋笼，水下浇注混凝土，一段段连接成一地下钢筋混凝土连续墙，成为永久性深基础工程。,特点 施工期间不需降水，不需挡土护坡，不需立模板与支撑，把施工护坡与永久性工程融为一体。因此，此基础形式可避免开挖大量的土方量，缩短工期，降低造价。尤其在城市密集建筑群中修建深基础时，为防止对邻近建筑物安全稳定的影响，此法更显示出其优越性。,用途 地下连续墙已广泛应用于水库大坝地基防渗、竖井开挖、工业厂房设备基础、城市地下铁道、高层建筑深基础、船坞、船闸、码头、地下油罐等各类永久性工程。,施工过程：利用专用的挖槽机械在泥浆护壁下开挖一定长度（一个单元槽段）挖至设计深度并清除沉渣插入接头管吊入钢筋笼导管浇注混凝土待混凝土初凝后拔出接头管逐段施工。,