10-沉井讲稿2

§8.1沉井的类型与构造§8.2沉井施工工艺§8.3沉井下沉中的问题§8.4工程实例第八章沉井法施工一、沉井施工工法定义将位于地下一定深度的建筑物或建筑物基础，先在地面以上制作，形成一个井状结构，然后在井内不断挖土，借助井体自重而逐步下沉，下沉到预定设计标高后进行封底，最后完成井内地下结构的施工工艺过程。§8.1沉井的类型与构造§8.1沉井的类型与构造广泛应用于：1、桥梁墩台基础（如南京长江大桥基础墩台、江阴长江大桥锚碇基础、日本明石海峡大桥主塔基础）2、盾构或顶管的工作井3、大型设备基础，地下仓（油）库等§8.1沉井的类型与构造二、沉井的分类1、按平面形状分类1）圆形沉井2）方形、矩形沉井在制作与使用上优于圆形沉井，但断面内会产生较大弯矩。3）椭圆形、端圆形沉井对水流阻力较小，多用于桥梁墩台基础及取水泵站。§8.1沉井的类型与构造二、沉井的分类1、按竖向剖面分类竖直形当土质松软，摩擦力不大，下沉深度不深时，可以采用。优点：周围土层能较好的约束井壁，接长井筒也简单。缺点：若下沉速度过大，侧壁的拉力增大，上部被土体夹住，下部悬空，容易拉裂井壁。§8.1沉井的类型与构造二、沉井的分类1、按竖向剖面分类内阶梯型形当土质松软，下沉深度较深时，可以采用。优点：考虑到水压力随深度的不断增加，井壁在不同高程受力差异较大，可减少沉井的截面积。缺点：容易对周围土体产生较大的扰动，影响周围的建筑物。§8.1沉井的类型与构造二、沉井的分类1、按竖向剖面分类外阶梯型形当土质密实，且下沉深度较深时，采用。优点：减小井壁的摩擦，减小自重，防止在土质疏松区下沉过快。还可以避免对周围土体的扰动。台阶宽度10～20cm最下面台阶高度为（1/4~1/3）H或者1.2~2.2m处。§8.1沉井的类型与构造•沉井的构造包括：井壁，刃脚，内隔墙，封底及顶盖（1）井壁是沉井主要组成部分，其厚度主要取决于沉井大小、下沉深度及地层力学指标。井壁厚度一般可取0.4-1.2m.应具有足够的强度和刚度，钢筋混凝土井应力。壁一般配置竖向和横向钢筋，以承受弯曲。§8.1沉井的类型与构造（2）刃脚：主要功能是减少下沉阻力。刃脚的长度也是很重要的，当土质坚硬时，刃脚长度可以小些；当土质松软时，刃脚应较长，沉井越重，刃脚插入土中越深，有时可达2-3m，如果刃脚高度不足，就会给沉井封底工作带来困难。（3）内隔墙的主要作用增加沉井在下沉过程中的刚度，减少井壁受力计算跨度；可将沉井分成多个取土孔，使挖土下沉均衡进行。井孔：沉井内设置了纵横墙或纵横框架形成的格子称作井孔，井孔的尺寸应满足工艺要求，一般不宜小于3m。§8.1沉井的类型与构造（3）封底及顶盖当沉井下沉到设计标高，经过技术检验并对井底清理整平后，即可封底，以防止地下水渗入井内。为了使封底混凝土和底板与井壁间有更好的联结，以传递地基反力，常于刃脚上方井壁内侧预留凹槽。§8.1沉井的类型与构造凹槽高1m，距离刃脚面应为2.5m以上。§8.1沉井的类型与构造采用双壁钢围堰沉井§8.1沉井的类型与构造江阴长江大桥北锚碇§8.2沉井施工工艺基础处理沉井制作沉井下沉沉井封底地下结构施工陆地沉井施工沉井制作浮运、就位沉井水中下沉沉井土中下沉沉井封底地下结构施工水中沉井施工§8.2沉井施工工艺•基础处理方案一：不开挖基坑制作沉井方案二：开挖基坑制作沉井（净高不允许）方案三：人工筑岛制作沉井（在浅水地段，H＜5m)场地平整夯实铺0.5-1.0m砂垫层铺承垫木场地平整夯实铺0.5-1.0m砂垫层铺承垫木开挖基坑场地平整夯实铺0.5-1.0m砂垫层铺承垫木人工筑岛1)承垫木拆除①抽除刃脚下的垫木分区、分组、依次、对称、同步进行。②抽出一把垫木后，立即用砂、卵石将空隙填实；③抽垫木时，注意下沉应均匀；§8.2沉井施工工艺2）排水下沉①人工降水②挖土A采用挖土机，从中间向四周对称均匀挖土，在刃脚处采用人工挖土；B在沉井开始下沉5m和将要下沉至设计标高时，周边挖土深度应小于30cm，以便发生倾斜。§8.2沉井施工工艺3）不排水下沉A当沉井穿越较厚的砂性土或粉砂层且含水量很大时，为防止流砂，常采用不排水下沉，应保持井内水位高于井外水位1-2m.B常采用抓斗，水力吸泥机或水力冲射空气吸泥机等在水下挖土。水力机械冲土设备包括：吸泥器（水力吸泥机或空气吸泥机）、吸泥管、扬泥管、和高压水管、离心式高压清水泵和空气压缩机等。§8.2沉井施工工艺§8.2沉井施工工艺4)辅助下沉法(1)射水下沉法；（2）触变泥浆护壁；（3）空气幕下沉；§8.2沉井施工工艺四沉井封底沉井封底时的稳定标准：≤20mm/d1、排水封底2、不排水封底导管法浇封底混凝土养护10d后抽水排水封底§8.3沉井下沉中的问题一、沉井不沉或下沉极慢1.施工中各阶段下沉系数计算式中：G---沉井自重；B---下沉过程中地下水的浮力，排水下沉时为零，不排水下沉时取总浮力的70%；Tf---井壁与土体间的总摩阻力；R---下沉时正面下地基的反力。RTBGcfK)(§8.3沉井下沉中的问题2.井壁总摩阻力Tf的计算式中：U---沉井外壁周长；h0---沉井入土深度；f---土与井壁单位面积的摩阻力，当有多个土层时，取加权系数。fhuTf5.20§8.3沉井下沉中的问题3.正面地基土的反力计算式中：F---刃脚、隔墙、底梁下的支承面积；Rj---沉井底部地基土的极限承载力。当沉井下沉时，若刃脚踏面、隔墙及地梁下的土可以挖空时，不计正面地基土反力；当沉井下沉时，若只有刃脚踏面下土不允许挖空时，则不考虑刃脚踏面地基土反力。jRFR§8.3沉井下沉中的问题4.沉井不下沉时的处理措施1）增加沉井重量，如接高沉井或在顶部加配重；2）减少刃脚正面阻力，如用水枪冲刃脚下土层；3）不排水下沉时由井内排水以减少浮力（但不得出现流砂）；4）采用助沉法。§8.3沉井下沉中的问题二、流砂产生1.发生流砂条件：2.防流砂途径1）减少水头梯度，即减少井内外的水头差或增加动水流径，如改排水下沉为不排水下沉；沉井外面降水；2）设置防渗水帷幕，如用旋喷桩或搅拌桩加固。rirGwd§8.3沉井下沉中的问题三、沉井突沉1、定义：沉井在下沉施工过程中，在短时间内发生较大下沉的过程。2、突沉原因：锅底太深，边侧支承刃脚的土体突然坍塌，沉井失去支承。§8.3沉井下沉中的问题3.突沉影响1）易导致沉井倾斜，难以纠偏；2）导致井内土体隆起，造成事故。4.突沉防止1）控制挖土，锅底不可挖得太深；2）合理设置一定数量的下框架梁以分担一部分土反力；3）适当加大下沉系数，以避免中间“卡井”。§8.3沉井下沉中的问题四、沉井下沉产生偏差(倾斜）1、产生偏差的原因1）客观因素：土质不均匀或存在障碍物2）主观因素：施工工艺不合理，操作不规范；①基础处理阶段，砂垫层部俊；②下沉阶段：抽承垫木不对称或砂石回填不密实；接高时灌注混凝土下料不对称；井内挖土没有分层对称开挖；发生流砂现象；发生突沉现象。§8.3沉井下沉中的问题2.偏差的纠正1）掏土纠偏；2）偏心压重纠偏；3）组合纠偏。§8.4工程实例江阴长江大桥，主跨1385m的钢悬索桥，其中北锚碇采用重力式锚碇方案锚碇51.0m×69.0m，外壁厚2.0m,沉井深58.0m,第一节为钢壳沉井，其余十节为混凝土沉井，分十一次制作，四次下沉。场地工程地质条件主要施工工序：①场地测量②放线③地基处理④钢壳沉井制作⑤混凝土沉井下沉⑥排水下沉⑦不排水下沉⑧封底回填助沉设备