《基础工程课件（道路桥梁及交通工程专业）（三）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基础工程课件（道路桥梁及交通工程专业）（三）（180页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、基 础 工 程道路桥梁及交通工程专业第四章 沉井基础第一节 沉井的基本概念、 作用及适用条件一、沉井基础的概念 沉井是一个无底无盖的井筒状结构，施工时先将沉井预制 好就位，然后在井孔内不断除土，井体即可借自重克服外 壁与土的摩阻力而不断下沉至设计高程，故称为沉井。经 过混凝土封底并填塞井孔以后，便成为桥梁墩台或其他结 构物的基础。 沉井基础是深基础的一种形式。在桥梁工程中使用的沉井 平面尺寸较小而下沉深度则较大。沉井下沉到设计高程后 ，井内空腔一般用片石圬工和混凝土等材料填塞。 二、沉井基础的特点 沉井基础特点： (1)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
2、荷载 和水平荷载。 (2)下沉过程中，沉井作为坑壁围护结构，起挡土、挡水作 用。 (3)施工中不需要很复杂的机械设备，施工技术也较简单。 因此沉井在桥梁工程中得到较为广泛的应用。 沉井基础的缺点是： (1)施工期往往比较长。 (2)对饱和细砂、粉砂和亚砂土，井内抽水易发生严重的流 砂现象，致使沉井倾斜或挖土下沉无法继续进行。 (3)若土层中夹有孤石、树干等障碍物时，将使沉井下沉受 阻而很难克服。三、沉井基础的适用条件 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
3、较好的持力层，采用沉井基础 与其他基础相比较，经济上较为合理。 (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。第二节 沉井的类型一、按使用材料分类制作沉井的材料，可按下沉的深度、所受荷载的大小，结合就地取材的原则选定。沉 井按使用材料的不同可以分为如下类型： 1.混凝土沉井 混凝土的特点是抗压强度高，抗拉能力低，因此这种沉井宜做成圆形，并适用于下沉 深度不大(47m)的软土层，其井壁竖向接缝应设置接缝钢筋。 2.钢筋混凝土沉井 这种沉井的抗拉及抗压能力较好，下沉深度可以很大(达数十米
4、以上)，当下沉深度不很 大时，井壁上部用混凝土，下部(刃脚)用钢筋混凝土的沉井，在桥梁工程中得到较广泛 的应用。当沉井平面尺寸较大时，可做成薄壁结构，沉井外壁采用泥浆润滑套，壁后 压气等施工辅助措施就地下沉或浮运下沉。此外，钢筋混凝土沉井井壁隔墙可分段(块) 预制，工地拼接，做成装配式。 3.竹筋混凝土沉井 沉井在下沉过程中受力较大因而需配置钢筋，一旦完工后，它就不承受多大的拉力， 因此，在南方产竹地区，可以采用耐久性差但抗拉力好的竹筋代替部分钢筋，我国南 昌赣江大桥等曾用这种沉井。在沉井分节接头处及刃脚内仍用钢筋。 4.钢沉井 用钢材制造沉井，其强度高、重量较轻、易于拼装、宜于做浮运沉井，但
5、用钢量大， 国内较少采用。二、按平面形状分类沉井的平面形状，应与桥墩、桥台底部的形状相适应。公路桥梁中所采用的沉井，平 面形状多为圆端形和矩形，也有采用圆形的。根据井孔的布置方式，又可分为单孔、 双孔和多孔，如图5-3所示。 1.圆形沉井 当墩身是圆形或河流流向不定以及桥位与河流主流方向斜交较为厉害时，采用圆沉井 可减小阻水，冲刷现象。 圆形沉井中挖土较容易，没有影响机械抓土的死角部位，易使沉井较均匀地下沉； 此外，在侧压力作用下，圆形沉井井壁受力情况好，主要是受压； 在截面积和入土深度相同的条件下，与其他形状沉井比较，其周长最小，故下沉摩阻 力较小。但墩台底面形状多为圆端形或矩形，故圆沉井的
6、适应性较差。2.矩形沉井矩形沉井对墩台底面形状的适应性较好，模板制作、安装都较简单。 但采用不排水下沉时，边角部位的土不易挖除，容易使沉井因挖土不 均匀而造成下沉倾斜的现象；与圆沉井比较，井壁受力条件较差，存 在较大的剪力与弯矩，故井壁跨度受到限制；矩形沉井有较大的阻水 特性，故在下沉过程中易使河床受到较大的局部冲刷。此外，在下沉 中侧壁摩阻力也较大。 3.圆端形沉井这种沉井能更好地与桥墩平面形状相适应，故用得较多。除模板制作 较复杂一些外，其优缺点介于前两种沉井之间，较接近于矩形沉井。 沉井的平面尺寸应根据墩台底面尺寸、地基土的承载力及施工要求确 定。沉井棱角处宜做成圆角或钝角，顶面襟边宽度
7、应根据沉井施工容 许偏差而定，不应小于沉井全高的1/50，且不应小于0.2m，浮式沉井 另加0.2m。沉井顶部需设置围堰时，其襟边宽度应满足安装墩台身模 板的需要。 对于平面尺寸较大的沉井，可在沉井中设隔墙，使沉井由单孔变成双 孔或多孔，井孔的最小尺寸应视取土机具而定，一般不宜小于2.5m。三、按沉井的立面形状分类按沉井的立面形状可分为竖直式、倾斜式及台阶式等。采用何种形式应视沉 井 通过土层性质和下沉深度而确定。 1.外壁竖直式沉井 竖直式沉井在下沉过程中对沉井周围的土体的扰动较小，可以减少沉井周围 土方的坍塌，当沉井周围有构造物时，这一点就很重要。另外这种沉井不易 倾斜，井壁接长较简单，模
8、板可重复使用。故当土质较为松软，沉井下沉深 度不大，可以采用这种形式。 2.倾斜式和台阶式沉井 倾斜式和台阶式沉井的井壁可以减少土与井壁的摩阻力，其缺点是施工较复 杂，消耗模板多，同时沉井下沉过程中容易发生倾斜。故在土质较密实，沉 井下沉深度大，要求在不增加沉井本身重力的情况下沉至设计高程，可采用 这类沉井。 倾斜式的沉井井壁坡度一般为1:201:50，台阶式井壁的台阶宽度约为100 200mm。四、按沉井的施工方法分类 按沉井的施工方法分为一般沉井和浮运沉井。 1.一般沉井 一般沉井指就地制造下沉的沉井，这种沉井是在 基础设计的位置上制造，然后挖土靠沉井自重下 沉。如基础位置在水中，需先在水
9、中筑岛，再在 岛上筑井下沉。 2.浮运沉井 在深水地区筑岛有困难或不经济，或有碍通航， 当河流流速不大时，可采用岸边浇筑浮运就位下 沉的方法，这类沉井称为浮运沉井或浮式沉井。 第二节 沉井基础的构造 一般沉井主要由井壁、刃脚、隔墙、井 孔、凹槽、射水管、封底和盖板等组成。 一、井壁 井壁是沉井的主体部分，在下沉过程中起到挡土、挡水作 用，并且利用本身重力克服井壁与土之间的摩阻力而使沉 井下沉，当施工完成后，它就成为基础的一部分而将上部 荷载传递到地基。因此井壁必须有足够的结构强度。 一般要根据施工时的受力条件，在井壁内配以竖向和水平 向的受力钢筋。如受力不大，经计算也容许用部分竹筋代 替钢筋。
10、水平钢筋不宜在井壁转角处有接头。浇筑沉井的 混凝土强度等级不应低于C20。 为了满足重量要求，井壁应有足够厚度，一般为0.8 1.5m，以便绑扎钢筋和浇筑混凝土，但钢筋混凝土薄壁浮 运沉井及钢模薄壁浮运沉井的壁厚不受此限制。 对于薄壁钢筋混凝土沉井应采取措施降低沉井下沉时的摩 阻力，井壁厚度，应认真计算确定。 二、刃脚 沉井井壁下端形如刀刃状的部分称为刃 脚。其作用是在沉井自重作用下易于切 土下沉，同时起支承沉井作用。它是应 力最集中的地方，必须有足够的强度， 不宜采用混凝土结构。 根据地质情况可采用尖刃脚或带踏面刃脚。刃脚底面(踏面)宽度一般为0.10.2m ，对软土地基可适当放宽。下沉深度
11、大，且土质较硬时，刃脚底面应以型钢(角 钢或槽钢)加强，以防刃脚损坏。刃脚内 侧斜面与水平面的夹角应大于45。刃脚 高度视井壁厚度、便于抽除垫木而定，一般在1.0m以上。由于刃脚在沉井下沉 过程中受力较集中，采用C25以上混凝土 制成。三、隔墙 当沉井的长宽尺寸较大时，应在沉井内设置隔墙 ，以加强沉井的刚度，使井壁的挠曲应力减小。 因其不承受土压力，厚度一般小于井壁。 在软土或淤泥质土中下沉时，沉井内隔墙底面比 刃脚底面至少应高出0.5m，避免沉井突然下沉或 下沉速度过快。但在硬土或砂土层中下沉时，为 防止隔墙底面受土的阻碍，隔墙底面高出刃脚踏 面1.01.5m。也可在刃脚与隔墙连接处设置埂肋
12、 加强刃脚与隔墙的连接。如为人工挖土，在隔墙 下端应设置过人孔，便于工作人员在井孔间往 来。四、井孔 井孔是挖土排土的工作场所和通道。井孔 尺寸应满足施工要求，最小尺寸应视取土 机具而定，宽度(直径)一般不宜小于2.5m。 井孔布置应对称于沉井中心轴，便于对称 挖土使沉井均匀下沉。五、凹槽 凹槽设在井孔下端近刃脚处，其作用是使 封底混凝土与井壁有较好的接合，封底混 凝土底面的反力更好地传给井壁(如井孔全 部填实的实心沉井也可不设凹槽)。凹槽深 度约0.150.25m，高约1.0m。六、射水管 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，
13、以利于控制 水压和水量来调整下沉方向。一般水压不 小于600kPa。七、封底和盖板 沉井沉至设计高程进行清基后，便浇筑封底混凝 土。混凝土达到设计强度后，可从井孔中抽干水 并填满混凝土或其他圬工材料。如井孔中不填料 或仅填以砂砾则须在沉井顶面筑钢筋混凝土盖 板。 封底混凝土底面承受地基土和水的反力，这就要求封底混凝土有一定的厚度(可由应力验算决定)， 其厚度根据经验也可取不小于井孔最小边长的1.5 倍。封底混凝土顶面应高出刃脚根部不小于0.5m ，并浇灌到凹槽上端。封底混凝土强度等级对岩石地基不低于C20，非岩石地基用C25。盖板厚度 一般为1.52.0m。井孔中充填的混凝土，其强度 等级不应
14、低于C15号。 第三节 沉井的施工 与墩台基础所在地点的地质和水文条件有 关。 一、旱地上沉井的施工 二、水中沉井的施工 三、沉井下沉过程中遇到的问题及处理 四、泥浆润滑套与壁后压气沉井施工法第四节 沉井基础的施工 沉井的施工方法与墩台基础所在地点的地 质和水文情况有关。在水中修筑沉井时， 应对河流汛期、通航、河床冲刷调查研究 ，并制订施工计划。尽量利用枯水季节进 行施工。如施工须经过汛期时，应采取相 应的措施，以确保安全。 沉井基础施工一般可分为旱地施工、水中 筑岛施工和浮运沉井施工三种情况。 一、旱地上沉井基础的施工 若桥梁墩台位于旱地上，沉井可就地制造并下 沉。其施工工序为：定位放样、整
15、平场地；浇筑 底节沉井；拆模及抽垫；挖土下沉；接高沉井； 筑井顶围堰；地基检验与处理；封底、填充井孔 及浇筑顶盖。(一)定位放祥、整平场地 旱地沉井施工时，应首先根据设计图纸进行定位 放样，即在地面上定出沉井的纵横两方向的中心 轴线，基坑的轮廓线以及水准标点等，作为施工 的依据。 如天然地面土质较好，只需将地面杂物清除，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基坑，在坑底 制造沉井。基坑的平面尺寸应比沉井平面尺寸大 一些，以确保垫木在必要时能向外抽出，同时还 应考虑支模、搭设脚手架和排水等各项工作的需要。基坑底应高出地下水面0.51.0m。如土质松 软，应
16、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， 目的是为了便于整平、支模及抽出垫木。(二)浇筑底节沉井由于沉井自重较大，刃脚踏面尺寸较小，应力 集中，场地土往往承受不了这样大的压力，所 以应在刃脚踏面位置处对称铺满一层垫木以加 大支承面积，其数量可按沉井重量在垫木下产 生的压应力不大于100kPa计算。垫木在平面布 置上应均匀对称，每根垫木长度中心应与刃脚 踏面中线相重合，以便把沉井重量较均匀的传 到砂垫层上。垫木可单根或几根编组铺设，但 组与组之间最少应留出2030cm的间隙，以 便工具能伸入间隙把垫木抽出。为了便于抽出 垫木，还需设置一定数量的定位垫木。确定定 位垫木位置时，以沉井井壁在抽出垫木时产生 的正、负弯矩的大小接近相等为原则。 垫木铺设完后，在刃脚位置处放上刃脚角钢， 竖立内模，绑扎钢筋，立外模，最后浇灌第一 节沉井混凝土
