桥梁基础工程-沉井.

第4章沉井基础4.1概述(a)(b)(d)(c)沉井接高下沉抽垫挖土下沉封底制作第一节沉井4.1.1沉井的基本概念一般沉井浮运沉井•类型•一般沉井的施工过程（常用）一般沉井（1）整体刚度大，承载力较高，稳定性好。（2）适用土质范围广（如淤泥、砂土、黏土等）。（4）施工所引起的周围土层变形小，对邻近建筑物可近接施工。4.1.2特点（5）同时可挡土(挡土结构)和挡水（围堰），简化了施工过程。（1）可用于桥梁基础、地下泵房、水池、油库、矿用竖井、大型设备基础及建筑物基础。（6）施工工期较长，技术要求较高，会遇到下沉困难、倾斜等问题。（3）埋置深度大。4.1.3适用范围（2）上部荷载大，良好持力层埋置较深；冲刷大，或有大卵石无法采用其他深基础；河水较深，施工围堰较困难。沉井平面长69m，宽51m，下沉深度为58m，相当于9个半篮球场大的20层高楼埋进地下。世界上最大的沉井——江阴长江公路大桥锚碇基础国内最大的水中沉井基础（泰州长江大桥）（58m44m）4.2沉井基础类型及构造1.按施工方法分类一般沉井：设计位置上制造，就地挖土下沉。水浅、流速小时采用。浮运沉井：岸边制造，浮运到位下沉。水深、流速大、有通航要求时。2.按材料分类混凝土沉井钢筋混凝土沉井竹筋混凝土沉井钢沉井(c)(b)(a)3.按几何形式圆形矩形圆端形单孔双孔多孔4.2.1分类双壁钢壳底节浮式沉井4.按剖面形状(c)(d)(b)(a)4.2.2一般沉井的构造柱形阶梯形锥形柱形阶梯形锥形0.8~1.5m0.5m0.5m角钢45°≤0.15m井壁刃脚内隔墙井孔凹槽射水管组封底顶板刃脚4.2.3浮运沉井的构造单壁钢壳钢气筒底双壁钢沉井底节钢气筒探测管竖向框架内井壁板隔板外井壁板底板竖直框架外井壁板井孔内井壁板隔板单壁钢壳钢气筒探测管水平圆环外壁板竖直肋骨角钢圆环外弦杆圆环缀角圆环内弦杆内壁板竖直肋骨角钢双壁钢壳细部结构带钢气筒的浮运沉井双壁浮运沉井带气筒的浮运沉井带临时性井底的浮运沉井单壁钢壳钢气筒底双壁钢沉井底节钢气筒探测管竖向框架内井壁板隔板外井壁板底板竖直框架外井壁板井孔内井壁板隔板单壁钢壳钢气筒探测管水平圆环外壁板竖直肋骨角钢圆环外弦杆圆环缀角圆环内弦杆内壁板竖直肋骨角钢双壁钢壳细部结构4.3沉井的施工（一般沉井）1.平整场地刃脚下木垫板桥中线Ⅰ-Ⅰ剖面Ⅱ-Ⅱ剖面枕木2.制作第一节沉井3.拆模及抽垫4.挖土下沉5.接高沉井6.设置井顶防水围堰7.基底检验和处理8.沉井封底9.井孔填充和顶板浇注4.3.1施工过程垫木布置制作第一节沉井(a)(b)(d)(c)封底(a)(b)(d)(c)沉井接高下沉(a)(b)(d)(c)抽垫挖土下沉(a)(b)(d)(c)挖土下沉4.4.1沉井尺寸的确定（1）桥墩截面沉井平面形状及尺寸。（2）土层情况及荷载大小沉井埋深沉井高度。（3）水、土压力及井壁摩擦力井壁厚度、井孔尺寸、内墙厚度。（4）刃脚受力刃脚的形状和尺寸。（5）水压力及土反力封底混凝土厚度。4.4沉井的设计与计算（6）确定顶板厚度。4.4.2施工过程的设计与检算（1）沉井的下沉能力验算（4）底节沉井验算（2）刃脚受力计算（3）井壁受力计算（5）混凝土封底及顶板计算1．沉井的下沉能力验算1.15~1.25GKR沉井自重（扣除浮力）下沉总阻力下沉系数下沉总阻力=侧面总摩阻力+刃脚踏面的阻力（1）侧面总阻力m(2.5)fERuhqmiiiqlql入土总深度平均摩阻力（2）刃脚踏面的阻力刃脚踏面的阻力=刃脚踏面面积×地基承载力•减少井壁摩阻力的方法（1）高压射水（2）泥浆套（3）空气幕泥浆套压入泥浆泥浆套qm5mhE-5mhE侧阻力分布2.刃脚受力计算竖向向外挠曲向内挠曲4144k10.11.00.05lhl4k44k20.10.05hhl1）竖向刃角受力水平方向挠曲•荷载分配系数看作固定于刃脚根部的悬臂梁。2）水平方向看作水平框架。刃脚斜面部分的高度支承于隔墙间的井壁最大跨度支承于隔墙间的井壁最小跨度'wae'1T''WEwae1V2VVRabgQMNU1.0mhk向外挠曲地基土反力水、土压力（1）向外挠曲•最不利位置1）入土1m。2）选择不同的下沉深度。•受力计算（取单位宽度）1）外侧土、水压力a.“土水分算”，土压力按朗肯主动土压力计算（采用浮重度）。b.乘以水平荷载分配系数进行荷载分配。'k'23ewewewewpphypp合力作用位置k()2ewewppWEh'wae'1T''WEwae1V2VVRabgQMNU1.0mhk2）土的竖向反力v0RGT单位周长沉井的自重单位宽度摩阻力1v22aVRab2v2bVRab2tanUV3）摩阻力1kTqh10.5'TE摩阻力4）刃脚自重kk2agh井壁厚度5）计算并配置外壁受弯钢筋。0E1Tqh00.5TE取小值1（2）向内挠曲向内挠曲1）下沉到设计深度且刃脚下的土被掏空时。2）受力计算参见向外挠曲时。（3）水平受力计算()qWE1）下沉到设计深度且刃脚下的土被掏空时。2）沉井所受荷载为3）计算弯矩等内力，根据弯矩配置水平钢筋。3）计算并配置内侧竖向受弯钢筋。3．井壁受力计算地面wea1m1m1m1m水平受力计算竖向拉应力验算沉井下部悬空，由井壁摩擦力支承，并由此因自重在井壁内产生拉应力。（1）竖向受拉计算由平衡条件，得拉力解得max/4SG（2）水平受力计算1）下沉到设计深度且刃脚下的土被掏空时。22//xSGxhGxh据此沿井壁纵向配置抗拉钢筋。2）取各节最下面的1m以土、水压力计算内力。底节还应计入刃脚传来的水平剪力作为荷载。3）按水平框架计算弯矩等内力。4）按弯矩配置水平受弯钢筋。4．沉井底节计算(a)(b)(c)bll0.150.700.15llll0.50.5排水挖土下沉(最有利)不排水挖土下沉（最不利）（1）井壁竖向拉裂计算1）排水挖土下沉、不排水挖土下沉时按不同的支承方式计算。2）拉应力超过混凝土抗拉强度时，或加大底节沉井高度，或配筋。（2）内隔墙竖向拉裂计算（内隔墙跨度较大时）5．混凝土封底及顶板计算抗弯抗剪（1）封底混凝土计算计算内容计算荷载空心沉井：通车后产生的最大地基反力。实心沉井：沉井自重产生的地基反力及水压力。（2）顶盖计算计算跨中最大弯矩并验算抗压强度。1）墩身底面支承于井壁和隔墙时2）墩身底面位于井孔内时除进行1）外，还有计算墩台边缘处顶盖截面的弯矩和剪力。4.4.3使用条件下的沉井基础检算（1）沉井埋深较小时可按浅基础计算，偏于安全。（2）埋深较大时按刚性深基础（h2.5）计算，需考虑侧面土体的横向抗力。1.沉井底持力层为土层或风化岩石σσmaxσminHMoaxyyydhω地面或局部冲刷线x0)(tan)(00yyyyXy（1）井侧土的抗力转动中心沉井水平位移沉井转角0()xyymy水平抗力（2）井底的土反力max0min12NQdCA竖向荷载和沉井自重竖向地基系数σσmaxσminHMoaxyyydhω地面或局部冲刷线x0002001(32)6hyHbdybmhyh（1）水平力2.平衡方程（2）弯矩（对井底中心）0000222000()1(683)12hyhhHyMbyydyMbmhyyhhM012hMWdC井底反力产生的弯矩3.转角和转动中心位置40012(23)18HhMmbhWCd300020(43)62(32)bmhMHhHCdWybmhMHh①、②联立求解后，得4.井身弯矩)2(12020yymybHyMMy①②计算宽度2.沉井下端嵌入岩石hH地面或局部冲刷线d岩石xx假设转动中心位于底端，则转动中心转角()xhymy水平抗力井身弯矩令y0=h，由前述转角和弯矩计算公式得到40012()6MHhbmhCdW20(2)12ymyMMyHbhy3016PbmhH由水平方向平衡方程得到井底水平反力3.验算（1）基底压应力（《铁路桥基规范》）max[]（2）侧面水平抗力pa[]xxee按朗肯土压理论计算桩侧土压力xpapa()2()yKKcKK以y=h/3及y=h处为验算截面，则有12papa3()2()3hhKKcKKh12papa()2()hKKcKK（3）墩台顶面水平位移验算1020kykl沉井转动产生的水平位移墩身挠曲产生的水平位移被动、主动土压力•例4-31.9岛面1.4施工水位0.4最低水位0.0河床－1.0一般冲刷线井顶围堰HNM粉砂φ＝26oγ＝19kN/m3q=12kPam=5000kPa/m2-4.0局部冲刷线黏砂土γ＝20kN/m3φ＝26oq＝14kPam=20000kPa/m2粗砂夹卵石(密）γ＝21kN/m3φ＝35oq＝17kPam=50000kPa/m2mo=50000kPa/m2-14.0宽4.9长8.24.010.0γ=20kN/m3砂夹卵石φ＝30oq＝15kPa-0.30-16.30单位：m0.51.40.35.05.06.0第一节沉井第二节沉井第三节沉井一单线铁路桥梁位于平坡直线地段，其中某墩为圆端形，墩底截面宽3.5m，长6.8m，墩底标高为-0.3m，拟采用沉井基础，沉井底标高为-16.30m，沉井自重14000.8kN，若计浮力作用，沉井自重为7910kN。该桥墩墩址处河床标高0.00m，最低水位0.40m，施工水位1.40m，一般冲刷线标高-1.0m，局部冲刷线标高为-4.00m。墩址处土层资料如图4-25所示。沉井拟用筑岛施工，筑岛用土的物性资料示于图上。墩底荷载如下表（其余荷载组合检算从略）。试进行该沉井基础使用条件下的检算。荷载类型（纵向）竖向力N/kN水平力H/kN力矩M/kNm主力：双孔重载，低水位160330350主力＋附加力：双孔重载，低水位1603389012563.9墩底设计荷载-0.3沉井顶XYσh粗砂夹卵石-14.0黏砂土y0-4.0局部冲刷线NM1HOωy10.03.7σY2.3-16.3N0h