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1、9.1 概述 9.2 沉井基本构造 9.3 沉井的施工 9.4 沉井的设计与计算,第9章 沉井工程,9.1 概述,9.1.1 沉井的基本概念,沉井是井筒状结构物，它是以井内挖土，依靠自身重量克服井壁摩阻力后下沉到设计标高，然后经过混凝土封底并填塞井孔，使其成为桥梁墩、台或其它结构物的基础。 沉井结构由刃脚、井壁、隔墙、井孔、凹槽、封底及顶板等组成。,图9-1 沉井下沉示意图 图9-2 沉井基础,9.1.2 沉井的特点,沉井基础的特点是埋置深度可以很大，整体性强、稳定性好，有较大的承载面积，能承受较大的垂直荷载和水平荷载；沉井既是基础，又是施工时的挡土和挡水围堰结构物，施工工艺并不复杂， 沉井的
2、缺点：施工期较长；对粉细砂类土在井内抽水易发生流沙现象,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，均会给施工带来一定困难。,沉井制作与下沉过程,9.1.3 沉井的应用与发展概况,1、沉井应用领域 （1）江河上的结构物：桥梁墩台基础、挡水坝； （2）取水构筑物：取水泵房、污水泵站； （3）重型结构物基础：烟囱、重型设备基础； （4）地下工程：地下厂房、仓储（油、气、水、煤）库房； 地下车道、地下车站及矿用竖井； （5）临近建筑物的深基础： （6）地下工作井：盾构或顶管工作井、房屋纠偏工作井等。,我国近些年沉井施工技术发展很快,接近了发达国家水平。沉井基础在已建的桥梁基
3、础工程得到了普遍应用。如南京长江大桥、武汉长江大桥、江阴长江大桥、湘江大桥等均采用了沉井基础设计方案。,煤矿沉井采用预制砌块拼装，触变泥浆套助沉，井壁厚度600mm，沉入深度超过100m。 上海黄浦江隧道两端长达数百米的引道工程采用了连续沉井法的施工；某些江河桥梁工程采用了钢丝网水泥薄壁浮运沉井等都获得了成功。,9.1.4 沉井的类型划分,单孔沉井：圆形、正方形、矩形等； 单排孔沉井：矩形、长圆形、组合形等； 多排孔沉井：由内隔墙分成若干个井孔。,1. 按沉井的平面形式分,双孔矩形沉井,柱形竖直式、台阶式（阶梯形）、锥形。,竖直式,多阶梯形,刃脚阶梯形,正锥形,2. 按沉井的竖向剖面形状分,浮
4、运沉井,筑岛现浇沉井,3. 按沉井施工方法分,就地制造下沉的沉井； 浮运沉井： 在深水地区，筑岛困难，或有碍通航，在岸边制作沉井 拖运到设计位置后整体下沉。 中心岛式下沉沉井。 气压沉箱。,4. 按沉井的建筑材料分,1）混凝土沉井。这种沉井多做成圆形，当井壁足够厚时，也可做成圆端形和矩形，适用于下沉深度不大（47m）的松软土层中。 2）钢筋混凝土沉井。抗压强度高，抗拉能力也较强，下沉深度可以很大（达数十米以上）。当下沉深度不很大时，井壁上部可用混凝土、下部（刃脚）用钢筋混凝土制造的沉井，在桥梁工程中得到较广泛的应用。 3）竹筋混凝土沉井。采用耐久性差但抗拉力好的竹筋代替部分钢筋，如南昌赣江大桥
5、沉井。但在沉井分节接头处及刃脚内仍用钢筋。 4）钢丝网水泥沉井。可作成30mm厚的双壁空心浮运沉井,具有施工方便、节省钢材等优点,适用于深水基础。 5）钢沉井。用钢材制造沉井井壁外壳，井壁内挖土，填充混凝土。此种沉井强度高，刚度大，重量较轻，易于拼装，常用于做浮运沉井。,9.2 沉井的基本构造,钢筋混凝土沉井结构示意图,钢筋混凝土沉井主要由刃脚、井壁、隔墙与底梁、凹槽、封底与底板、顶盖、井孔、射水管或探测管等组成。,9.2.1 井壁,1）井壁作用：下沉挡土、挡水及克服摩擦阻力的作用。施工完毕后，做为基础或基础一部分，或矿山竖井及其它构筑物外壁。 2）制做要求：C20C25，壁厚0.41.5m，
6、每节高度68m，井壁内预埋各种管路。 3）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。射水压力600kPa。射水管口径1012mm，每管的排水量不小于0.2m3/min,9.2.2 刃脚,1）刃脚作用：减少沉井下沉阻力，切土下沉，封闭与阻止壁外流砂或泥浆涌入井筒内的作用。 2）制做要求：砼C20以上，踏面宽度100200mm，底面加强，刃脚斜面倾角为450以上（双斜面），其高度为1m左右。,a混凝土刃脚； b设角钢的刃脚； c尖刃脚,9.2.3 内隔墙,内隔墙作用是加强沉井在下沉过程中的整体刚度，减少井壁受力计算跨度，减少挠曲应力，分成多个井孔有利于控制沉井下沉方
7、向和纠偏作业。 内隔墙间距56m，厚度0.51.2m，底面高出刃脚踏面0.5m以上。为防止发生突沉，可将内隔墙设计成与刃脚踏面平齐，但应留过人工作孔。内隔墙采用C20以上混凝土。,以上混凝土。,9.2.4 上、下横梁与框架,在沉井内设置过多隔墙时，往往会对沉井的使用和下沉带来较大的影响，故此可用上、下横梁与井壁所组成的框架来代替隔墙，起到内隔墙的相同作用。并便于井内施工人员的行走，提高挖土下沉的工作效率。 对于一些大型沉井，因使用要求不能设置内隔墙时，可在沉井底部增设底梁，以利于控制沉井的突沉发生，并加强刃脚底部的刚度。,9.2.5 凹槽与凸榫,a）普通凹槽 b）凸榫凹槽 c）沉箱用凹槽 d）
8、不设凹槽,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。 凹槽深度0.150.25m，高1.0m，凹槽底面距刃角踏面1.5m以上。,9.2.6 井孔,井孔是挖土排土工作场所和通道。井孔的尺寸应满足沉井的施工要求，其宽度（或直径）不宜小于3m。井孔布置应对称于沉井中心轴。 采用水力喷射和空气吸泥机等挖土作业时，可适当加大井孔尺寸。,9.2.7 封底和顶盖,沉箱作业室,遇到意外困难，可在凹槽处浇筑钢筋混凝土底板，将沉井改为沉箱。,a)制作第一节沉井；b）抽垫木、挖土下沉；c）沉井接高下沉；d)封底 1-井壁；2-凹槽；3-刃脚；4-承垫木；5
9、-素混凝土封底,沉井施工顺序图,9.3 沉井的施工,筑岛 造井,下沉及接高,挖土下沉,封底,基坑开挖铺砂垫层和承垫木沉井制作抽取承垫木挖土下沉（分节制作与下沉）至设计标高、封底回填浇筑其它部分结构和封顶。,9.3 沉井的施工,9.3.1 制造第一节沉井,沉井的分节高度和下沉方案：,场地土层软弱时，在刃脚踏面处对称地铺满一层垫木（200200mm方木），以加大支承面积，使垫木下产生的压应力不大于100kPa。 垫木布置：考虑抽除垫木方便（可用素混凝土垫层代替垫术），并长、短相间布置，且与刃角踏面垂直，垫木下部可铺一层夯实的砂土。,铺设垫木之后，在刃脚位置处放上刃脚角钢、竖立内模、绑扎钢筋、立外模
10、、最后浇灌第一节沉井混凝土。,圆形沉井垫木的铺设,沉井刃脚立模,1-内模；2-外模；立柱；4-角钢；5-垫木；6-砂垫层,9.3.2 沉井的下沉工艺,1. 拆模及抽垫,沉井混凝土达到设计强度70% 时拆除模板，当达到设计强度100%时，可以抽除垫木。,2. 挖土下沉第一节沉井,沉井下沉施工可分为排水下沉和不排水下沉。当沉井穿过的土层较稳定，不会因排水而产生大量流砂时，可采用排水下沉。,（1）排水下沉。采用人力、抓斗、高压射水等除土；用离心泵、潜水泵、井点降水等方式排除井内泥水。,（2）不排水下沉。采用抓斗、回转钻进、螺旋钻进、钻斗、水力或空气吸泥机等机械除土。 土质较硬，水力吸泥机需配以水枪射
11、水将土冲松。由于吸泥机是将水和土一起吸出井外，需向井内加水维持井内水位高出井外水位12m，以免发生管涌或流砂现象。,3. 接高沉井,4筑井顶围堰,如沉井顶面低于地面或水面，应在沉井上接筑围堰，围堰下端与井顶预埋锚杆相连。围堰是临时性的，待墩身出水后可拆除。,5地基检验和处理,9.3.3 沉井的封底,地基经检验及处理合乎要求后，应立即进行封底。 常用封底方法：干封法、水下导管灌注法 、压浆法等三种。,压浆法工艺,施工工艺流程：铺设基底水泥袋；插入注浆管；填碎石料；注浆。,压浆法技术：,9.3.4 沉井下沉过程中遇到的问题及处理,1. 沉井发生倾斜和偏移,偏斜原因：土岛表面松软，使沉井下沉不均，河
12、底土质软硬不匀；挖土不对称；井内发生流砂，沉井突然下沉，刃脚遇到障碍物顶住而未及时发现；井内挖除的土堆压在沉井外一侧，沉井受压偏移或水流将沉井一侧土冲空等。,纠正方法： 在沉井高的一侧集中挖土，在低的一侧回填砂石。 在沉井高的一侧加重物或用高压射水冲松土层。 在沉井顶面施加水平力扶正。,2. 突沉问题,3抗浮问题,沉井封底之后，未填塞井筒或在施加荷载之前，如果地下水位过高，易发生沉井的浮起问题。在封底混凝土下方设置减压降水井起抗浮作用。,4. 沉井下沉困难,9.3.5 泥浆润滑套与壁后压气沉井施工法,1. 泥浆润滑套,泥浆润滑套地表围圈,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
13、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。,泥浆对沉井壁起润滑作用，它与井壁间摩阻力为35kPa，大大降低了井壁摩阻力（而粘性土对井壁摩阻力为2550kPa），提高施工效率。,泥浆润滑套由围圈、射口挡板及压浆管组成。,泥浆润滑套射口挡板与内管法压浆管,外管法压浆管构造,2. 壁后压气沉井,9.3.6 水域沉井的施工要点,1.筑岛法,水流速不大，水深在34m以内。,水上筑岛下沉沉井,2. 浮运沉井施工,浮运沉井下水示意图,水深大于10m，可用浮运法施工。,沉井在岸边做成，在岸边铺成滑道，用绳索引到设计部位。,本次课小结:,9.1 概述,9.1.1 沉井的基本概念 9.1.2 沉井的特点 9.1.3 沉井的应用与发展概况 9.1.4 沉井的类型划分,9.2 沉井的基本构造,1、井壁 ； 2、 刃脚 ； 3、 内隔墙 4、 上、下横梁与框架； 5、 凹槽与凸榫 6、 井孔 ； 7、 封底和顶盖,9.3 沉井的施工,9.3.1 制造第一节沉井 9.3.2 沉井的下沉工艺 9.3.3 沉井的封底 9.3.4 沉井下沉过程中遇到的问题及处理 9.3.5 泥浆润滑套与壁后压气沉井施工法,
