地下结构工程第八章-沉井基础.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,地 下 结 构 工 程,第,08,章,第,8,章 沉井基础,8.1,概述,8.1.1,沉井基础的特点及其应用范围,是以,沉井法施工的地下结构物和深基础,的一种型式。,先在,地表制作,成一个井筒状的结构物（沉井），然后在井壁的围护下通过从,井内,不断,挖土,，使沉井在自重作用下,逐渐下沉,，达到预定设计标高后，再进行,封底,，,构筑,内部结构。,广泛应用于,桥梁、烟囱、水塔,的基础；,水泵房、地下油库、水池竖井等深井构筑物和盾构或顶管的,工作井,。,技术上,比较稳妥可靠，挖土量少，对邻近建筑物的影响比较小，,沉井基础埋置较深,，稳定性好，能支承较大的荷载。,8.1.2,沉井的分类,（,1,）按,下沉环境,可分为陆地沉井（包括在浅水中先筑岛制作的沉井）和浮运沉井；,（,2,）按,沉井构造形式,可分为独立沉井和连续沉井；,（,3,）按,沉井平面形式,可分为圆形、椭圆形、正方形、矩形和多边形等；也可分为单孔和多孔沉井（见图,8-1,）；,（,4,）按,沉井制作材料,可分为混凝土、钢筋混凝土、钢、砖、石以及组合式沉井等。,沉井按平面形式分类,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,8.1.3,沉井的设计原则,结构,简单对称，,受力,合理，,施工,方便。,沉井的,长短边之比,越小越好，以保证下沉时的稳定性。,一般沉井应,分节制作,，每节高度不宜大于,5m,。,沉井底节高度,应满足拆除支承时沉井纵向抗弯要求之外，在松软土层中下沉的沉井，底节高度不宜大于,0.8,b,。,8.1.4,沉井的施工步骤,沉井施工步骤示意图,8.2,沉井构造,沉井组成：,刃脚、,井壁、,内隔墙、,取土井、,凹槽、,封底、,顶板,1,）沉井,刃脚,：,作用在于减少沉井下沉阻力,a,混凝土刃脚；,b,设角钢的刃脚；,c,尖刃脚,2,）,井壁,主要承担井外水土压力和自重的部分,设计时通常先假定井壁厚度再进行承载力验算；,井壁厚度,一般为,0.81.5m,；,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,3,）,内隔墙,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；,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,。,4,）,取土井,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。,5,）凹槽,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。,遇到意外,困难，还可在凹槽处浇筑钢筋混凝土盖板，将沉井改为沉箱。,尺寸：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。,6,）射水管组、探测管、气管和压浆管,射水管组,：压入高压水把井壁四周的土冲松，以减少摩擦力和端部阻力。,高压水水压一般不小于,0.6MPa,，每一水管的排水量不小于,200L/min,；,探测管：,探测刃脚和隔墙底面下的泥面标高，清基射水或破坏沉井正面土层以利下沉,；,气管：,空气幕下沉沉井,；,压浆管：,埋设压浆管,7,）封底,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，一般其顶面应高出凹槽,0.5m,。,8,）顶板,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。,8.3,沉井结构设计计算,8.3.1,下沉系数,计算,验算沉井自重是否能克服下沉时土的摩阻力，用下沉系数,k,表示：,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),2550,1225,1830,1520,1012,35,摩擦力分布,假定从地表到,5m,深度范围内，单位摩阻力按直线规律由零增加至最大值；,超过深度,5m,以后取常数值,8.3.2,沉井底节验算,刃脚下的支承位置 不断在变，三种情况：,1,）,在排水或无水情况,下下沉沉井,2,）对于,不排水下沉,的沉井,（,1,）假定底节沉井仅支承于长边的中点（,2,）假定底节沉井支承于短边的两端点,本讲要点,了解沉井构造；,掌握下沉系数,计算。,沉井底节验算,8.3.3,沉井,井壁,计算,沉井井壁应进行,竖直和水平两个方向,的内力计算。,1,）,竖直方向,在沉井的下沉过程中，当沉井被四周土体箝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,。,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,1.25,；同时并须验算钢筋的锚固长度。,井壁摩阻力,可假定沿沉井全高按倒三角形分布，即在刃脚底面处为零，在地面处为最大，此时最危险的截面在沉井入土深度的,1/2,处,沉井外侧直立时的井壁受拉计算图,按,公路桥涵地基与基础设计规范,，最大竖向拉力,Pl,max,为此时沉井全部重力,G,的,1/4,，即,实际工程中，,沉井被卡住,较为常见，也出现过被拉裂的沉井。,验算建议值,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,0.50,G,0.30,G,0.25,G,不排水下沉,0.40,G,0.25,G,0.20,G,泥浆套中下沉,0.30,G,0.25,G,0.20,G,2,）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。,（,1,）验算,刃脚根部以上，其高度等于该处井壁厚度,t,的一段井壁,，依此设置该段的水平钢筋。,计算简图,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,）。,（,2,）,其余各段井壁,的计算，可按井壁断面的变化,取每一段中控制设计的井壁（位于,每一段最下端的单位高度,）进行计算。,上部井段按照,作用在水平框架上的均布荷载,q=W,+,E,。然后用同样的计算方法，求得水平框架的最大弯矩,M,、轴向压力,N,、剪力,Q,，并据此设计水平钢筋。,8.3.4,沉井刃脚验算,沉井刃脚部分可分别,作为悬臂或水平框架,验算其竖向及水平向的弯曲强度。,1,）按悬臂梁计算刃脚竖直方向的挠曲强度,此时，,刃脚根部可以认为与井壁嵌固,，,刃脚高度作为悬臂长度,，并可根据以下两种不利情况分别计算：,（,1,）当沉井下沉途中，,刃脚内侧已切入土中深约,1m,;,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,E,和水压力,W,。,作用在井壁单位宽度上的摩阻力,T,，,取其最小值,刃脚下单位宽度上土的垂直反力,刃脚斜面上的土反力,联立方程式即可求得,V,1,和,V,2,。,作用在刃脚斜面上的水平反力,U,可按下式计算：,U,的作用点在距刃脚底面,1/3,高处。,刃脚重力,g,按下式计算：,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长内（井壁）的轴向压力,N,、水平剪力,Q,及对截面重心轴的弯矩,M,。并据此计算在刃脚,内侧的钢筋（竖直）数量,。,（,2,）,当沉井已沉到设计标高，刃脚下的土已被掏空，这时刃脚处于向内挠曲的不利情况，,计算刃脚外侧的土压力和水压力。,由于刃脚下的土已被掏空，故刃脚下的,垂直反力,R,v,和刃脚斜面水平反力,U,等于零,作用在井壁外侧的摩阻力,T,刃脚计算时重力,g,与前面相同,计算在刃脚外侧的钢筋（竖直）数量,2,）按封闭的水平框架计算刃脚水平方向的挠曲强度,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。,分配系数公式如,:,悬臂作用,:,框架作用,:,本讲要点,掌握,:,沉井,井壁,计算,沉井,刃脚,验算,8.3.5,沉井封底计算,封底混凝土在基底反力作用下，将其当作支承于刃脚斜面及隔墙上的,周边支承板,考虑；,支承情况,（简支或嵌固）和,计算强度,在设计中应视具体情况而定。,1,）规定,（,1,）封底混凝土应承受,基底水和土,的向上反力，此时混凝土的龄期不足，,应降低容许应力；,（,2,）混凝土填实时，计入井孔内填充物的重力；,（,3,）封底混凝土的厚度，一般不宜小于,1.5,D,；,2,）干封底及有关计算,（,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,（,1,）沉井刃脚停留在不透水粘土层中；,不透水粘土层的厚度：,A,沉井底部面积（,m2,）；,土的有效重度（即浮重度）（,kN/m3,）；,刃脚下面不透水粘土层厚度（,m,）；,c,粘土的粘聚力（,kPa,）；,U,沉井刃脚踏面内壁周长（,m,）,；,（,2,）,在沉井内设吸水鼓,并有良好滤层的情况下降水，一直降到,钢筋混凝土底板,足够承担地下水回升后的水土压力，方可拆除并封闭降水管，在这种情况下，,可采用干封底,。,3,）水下封底混凝土的厚度计算,封底要求是：,（,1,）按,最不利情况,混凝土厚度：即在沉井封底后，将井内水排干，在钢筋混凝土底板尚未施工前。,（,2,）水下封底混凝土最好,不,让其中,出现拉应力,。分配线相交于素混凝土封底上，可以认为不承受拉应力。,中央锅底挖深可形成,倒拱,。,若出现拉应力，计算方法：,注意计算跨度；,周边简支支承的圆板在承受均匀荷载时，可计算板中心的最大弯矩值：,周边,简支支承,的双向板在承受均布荷载时，计算跨中弯矩,M,x,和,M,y,：,简支支承双向板计算简图,求出弯矩值后，封底混凝土的厚度,考虑封底混凝土因与井底泥土掺混需要,增加的厚度,，宜取,0.30.5m,；若基底采取铺块石或碎石灌浆抹平处理后再封底，,可不考虑此增加值。,封底混凝土剪应力计算,应加大封底混凝土的,抗剪面积,。,如在井壁和隔墙内设置凹槽等。,8.3.6,沉井底板计算,1,）底板荷载计算,A,：,沉井结构的最大自重除以沉井外围,底面积的商，不计井壁侧面摩阻力,。,B,：假定水压力全部由钢筋混凝土底板承受。,土反力和水压力中,数值较大者,2,）沉井底板内力计算,内力可按单跨或多跨板计算,;,边界支承条件,根据具体情况决定,;,8.3.7,沉井抗浮稳定验算,可能出现的最高地下水位进行验算,一般的沉井,依靠自重获得抗浮稳定,。,在不计井壁摩阻力的情况下，抗浮稳定验算公式为：,8.3.8,沉井下沉对周围环境的影响,1,）影响范围的确定,采用土坡稳定计算方法乘以重要性系数,影响范围内建筑物安全等级的重要性系数,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,2.5,2.0,1.8,2,）减少沉井对周围土体破坏的措施,（,1,）增大沉井的下沉系数,;,使沉井刃脚插入土中,0.5-3.0m,，以阻止土体从井外向井向涌入。,（,2,）在粉细砂土层中下沉沉井时,;,事先压浆固结,;,使粉细砂土固结后,（,3,）如沉井外流砂等固结困难时，也可采用不排水下沉沉井,;,（,4,）及时进行回填,（,5,）沉井等地下工程施工前应作好充分准备，施工速度要快；,（,6,）沉井下沉影响范围内的重要建筑物应采取桩基或地下连续墙等加固措施，防止土体破坏向建筑物方向延伸。,本讲要点,掌握,:,沉井封底验算,掌握沉井底板计算方法；,了解沉井下沉影响及处理措施。,谢谢！,