桥梁基础工程-沉井.ppt

第4章 沉井基础4.1 概 述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4.2.2 一般沉井的构造柱形阶梯形锥形柱形阶梯形锥形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4.3 沉井的施工（一般沉井）1. 平整场地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封 底沉井接高下沉抽垫挖土下沉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 泥浆套侧阻力分布2. 刃脚受力计算竖 向向外挠曲向内挠曲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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1m2）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合 力作用位置2）土的竖向反力单位周长沉井的自重单位宽度摩阻力3）摩阻力摩阻力4）刃脚自重井壁厚度5）计算并配置外壁受弯钢筋取小值（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（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（1）井侧土的抗力转动中心沉井水平位移沉井转角水平抗力（2）井底的土反力竖向荷载和沉井自重竖向地基系数（1）水平力2. 平衡方程（2）弯 矩（对井底中心）井底反力产生的弯矩3. 转角和转动中心位置①、②联立求解后，得4. 井身弯矩①②计算宽度2. 沉井下端嵌入岩石 假设转动中心位于底端，则转动中心转角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》）（2）侧面水平抗力按朗肯土压理论计算桩侧土压力以y=h/3及y=h处为验算截面，则有（3）墩台顶面水平位移验算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4-3 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。