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1、第六讲 沉井和沉箱基础和地下连续墙（深基础）6.1 天然地基上深基础的修筑方法概 述基础d施工难度（特别当d30m时）施工安全系数水中施工采用特殊处理方式（如围堰）需更多更强的支撑结构来挡土、挡水施工困难、造价上升新施工方式沉井基础、沉箱基础施工步骤制作井筒挖土下沉达到设计标高封底填充井孔修建桥墩4.2沉井的类型和构造概 念：沉井基础是一种井筒状的结构物，它是从井内挖土、依靠自身重力克服井壁摩阻力后下沉到设计标高，然后采用混凝土封底并填塞井孔，使其成为桥梁墩台或其他结构物的基础。沉井的工作原理江阴长江公路大桥 北锚碇采用大型深沉井基础，平面尺寸为69米51米，下沉58米，为世界第一大沉井(面积
2、近个半篮球场，高度相当于层楼) 南岸重力嵌岩锚 北岸锚锭沉井特 点（1）施工过程：沉井挡土、挡水、起临时围堰作用，按维护结构进行受力分析（2）运营阶段：深埋的实体基础，计入周围土体对它的弹性固着作用，受力不同，应分别进行验算。可见，沉井既是深基础的一种施工方法，又是基础的组成部分。优 点（1）刚度大、横向抗力较大、抗震性能可靠（2）机具简单、施工方便，可全面开工按下沉方法分（1）一般沉井（就地灌注下沉）（2）浮运沉井 水深流急（1015m）筑岛对通航有障碍时，浮运到位按材料分混凝土沉井、钢筋混凝土沉井、钢沉井及其他沉井构造沉井的结构通常由刃脚、井壁、隔墙、井孔、凹槽、射水管组、探测管组、封底混
3、凝土、顶盖等部分组成。1. 平面形状圆 形 受力性能好 充分发挥砼抗压强度 挖土方便、下沉均匀、易于控制方向 基底同面积矩形矩 形 制造方便，下沉方向不易控制 能充分利用地基承载力 长宽比较大时，容易受到较大的弯曲应力（可设置隔墙调节）园端形 优缺点介于上述两者之间，井壁产生弯曲应力2. 平面尺寸顶面尺寸：墩底尺寸底面尺寸：由地基容许承载力确定3. 沉井高度顶面标高：H顶低于最低水位或低于地面底面标高：H底由最小埋深（冲刷深度）及确定沉井高度：H=H顶-H底高沉井可分节制造 每节高不超过56m，底节一般为46m4. 井孔设置及大小设置目的：排土平面尺寸：挖土机具能顺利通过 位置：对称布置设置方
4、式：隔墙 单孔沉井、双孔沉井、多孔沉井5. 井壁 应具有足够的强度、重量外形： 竖直形：优点：与土接触紧密，易于控制方向；缺点：摩擦力大，不易下沉 台阶形 台阶宽1020cm，多设在沉井分节处 斜坡形 井壁做成100：150：1，有利下沉，易偏移6. 内壁（隔墙）作用：使得井壁受弯宽度、沉井刚度、应力均匀挖土，控制下沉方向，不致倾斜特点：厚：0.81.2m，底面高出刃脚踏面一般不小于0.5m；防止土搁住隔墙，影响下沉； h较大时，设梗肋于隔墙底部与刃脚连接处 排水下沉：隔墙底留1.01.2m2的过人通道 透气孔：隔墙上部、离顶面23m处宜设0.2m的连通管或2020cm的透水孔若干7. 射水管
5、组作 用： 利于高压水流冲松井壁周围的土，降低侧阻力、端阻力 调整水量、水压大小，调整下沉方向布置特点： 管口设在刃脚下端及井壁外侧 均匀分布于横向四周8. 探测管组作 用 探测刃脚及隔墙底面泥面标高 清基、射水或帮助破坏沉井正面土层，以利于下沉 沉井水下封底后，作为刃脚和隔墙下封底砼的质量检测孔适用条件：平面尺寸大、不排水下沉，较深预留方法：用200500mm的钢管在井壁上预制管道9. 凹槽作 用 使封底砼更好地与井壁联接（嵌入井壁，形成整体） 如将沉井改为沉箱，凹槽处可预制箱顶（浇注钢筋砼顶盖）井孔如用砼或圬工填实时，可不设凹槽10. 井壁围堰作 用 防止井顶以上的土（水）落入井内形 式
6、土、砖、木板桩、钢板桩11. 封底砼作 用：井中水无法抽干封底抽水厚度计算：抗浮起12. 顶盖受力和稳定条件决定是否充填？低于冻结线以下0.25m部分，必须充填。空心沉井或填砂、石时，钢筋砼顶盖（厚1.52.0m）6.3 一般沉井的制造与下沉场地准备工作陆地：平整场地水中：土岛 岛面标高施工期最高水位+0.5m 岛面积=沉井平面尺寸+护道宽2m（1）制作第一节沉井 铺垫层木立模、绑扎钢筋灌注砼（2）拆除模板和垫木模板拆除时间：侧面直立模板：设计强度25%刃脚斜面、隔墙底模：设计强度70%（3）拆除垫木顺序先内壁后外壁，先短边长边（4）挖土下沉排水下沉 抓土斗、人工挖土 注意：基坑涌水翻沙不排水
7、下沉 空气吸泥机、水力吸泥机、水力吸石筒、抓土斗（5）接筑沉井和井顶围堰前一节沉井顶面距离地面只有0.51.0m时，接筑下一节沉井；当沉井沉至接近基底标高时，若井顶低于土面或水面，则需要接筑一临时性的井顶围堰。下沉中遇到的问题及措施倾 斜 刃脚高的一侧偏挖土或偏压重：施加水平力（排水下沉时还可在刃脚低的一侧回填砂石）偏 移 先偏挖土使之倾斜，再均匀挖土至井底中心接近设计中心时，再纠倾斜遇障碍物 人工排除、爆破排除土与井壁间F过大 顶部压重，减小f：辅助射水、空气幕、泥浆套地基鉴定与处理与设计是否相符：直接取样（潜水员）、钻孔取样封底、填充井孔和砌筑顶盖水下浇注砼 砼养护达到设计要求抽水根据需要
8、充填若不充填或仅充填以砂石砌筑钢筋砼顶盖砌筑墩台身6.4 用泥浆套盒空气幕下沉沉井一般沉井挖土，靠自重Q作用下沉阻力包括摩阻力和端阻力要下沉，就要克服摩阻力力F，当下沉较深时，如果较F大，为方便下沉，采用下述方法：用泥浆润滑套下沉沉井 用触变性较大的泥浆在沉井外侧形成一个具有润滑作用的泥浆套，沉井下沉中受机械扰动成为流动的溶胶，从而达到减小井壁摩擦力、确保沉井顺利下滑的目的。压浆管：预埋在井壁内泥浆射口挡板泥浆地表围堰 埋设在地表附近沉井外围保护泥浆套的围堰作用： 确保沉井下沉时泥浆套的正确宽度 防止表层土的塌落 储存泥浆用空气幕下沉沉井气流竖直管环形管气龛井壁内预埋若干管道，沿水平方向，钻出
9、若干小孔，孔口朝井壁外侧，管道内通入高压空气，高压空气从小孔口喷出，沿沉井外壁上升，在沉井四周便形成一层空气帷幕。空气帷幕是一个不断向上流动的气流层，使土颗粒不断向上翻动液化，降低F，促使沉井顺利下沉。6.5 浮运沉井使用条件 水深较大，如超过10m时，则筑岛不经济、施工困难，可改用此法。施工方法 岸边制作，沿铺设滑道下水 船坞内制作利用潮汐下水 借助钢浮筒等浮运，绳索牵引就位或导向船吊放就位 井孔内灌水、接筑井壁，使沉井下沉6.6 沉箱基础概 念：沉箱是将沉井底节作为一个有顶盖的施工作业工作室，然后再顶盖上装设特制的井管和气阀，工人在工作室内挖土，使沉箱在自重作用下沉入土中的基础类型。主要优
10、点（1）下沉过程中可以处理障碍物（2）可以直接鉴定和处理地基，不用水下浇注砼，质量可靠主要缺点（1）高压工作环境，效率低（2）一般水下35m6.7 地下连续墙概 念：是利用专用的挖槽设备，沿深基础或地下结构的周边，采用泥浆护壁的方法，在土中开挖一条具有一定宽度、长度和深度的深槽，然后安放钢筋笼，浇注混凝土，形成一个单元的墙段。各单元墙之间以各种特制的接头互相联接，逐步形成一道就地灌注的连续的地下钢筋混凝土墙。主要优点（1）能适应各种地质条件（除岩溶区和高水头砂砾层）；（2）噪音低，振动小，对环境影响小；（3）在建筑物、构筑物密集地区可以施工，对邻近的结构和地下设施没有什么影响。国外在距离已有建
11、筑物基础几cm处就可进行地下连续墙施工。这是由于地下连续墙的刚度比一般的支护结构刚度大得多，能承受较大的侧向压力，在基坑开挖时，由于其变形小，因而周围地面的沉降少，不会或较少危害邻近的建筑物或构筑物。（4）可在各种复杂条件下进行施工。如已经塌落的美国110层的世界贸易中心大厦的地基，为哈得逊河河岸，地下埋有码头、垃圾等，且地下水位较高，采用地下连续墙对此工程来说是一种适宜的支护结构。（5）既可作为基坑的临时支护结构，又可地下主体结构的一部分，节省造价；（6）全机械化，工效高；（7）适用范围广，支护，主体结构，承重墙，防渗结构，防震结构。（8）可用于“逆筑法”施工。将地下连续墙方法与“逆筑法”结
12、合，就形成一种深基础和多层地下室施工的有效方法，地下部分可以自上而下施工，这方面我国已有较成熟的经验。主要缺点（1）弃土和废泥浆难处理，特别在城市中；（2）土层特殊时，容易出现不规则超挖或槽壁坍塌；（3）造价较高，故一般作围护结构的同时，也作为永久性的承重结构；（4）施工设备昂贵，技术复杂，质量要求高。与桩基、沉井结构等相比所具有的特点（1）荷载承受特性：内外均收摩阻作用，和地基接触面积较小，故为一种以摩阻力为主的摩擦型基础。（2）刚度比沉井、桩基都大，在水平力作用下的位移和转角都较小。施工过程修筑导墙泥浆护壁挖掘深槽钢筋笼加工、吊放及水下混凝土浇注混凝土初凝后拔出接头管逐段施工以上海环球金融中心地下连续墙施工为例说明环球金融中心工程效果图导墙开挖、模板、钢筋施工导墙对撑加固成槽机成槽机取土泥浆制备工厂刷壁器钢筋笼及设置的定位器履带吊移动钢筋笼钢筋笼双机抬吊钢筋笼下放地下墙接头箱接头箱拔升千斤顶及拔接头箱注浆管安装混凝土浇筑开挖后
第六讲 沉井和沉箱基础
