桥梁基础工程-沉井

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1、第 4章 沉 井 基 础 4.1 概 述 (a) (b) (d)(c) 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

2、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

3、， 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 ） （ 58m44m） 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

4、 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 (c)(b)(a)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 (c) (d)(b)(a)4.2.2 一 般 沉 井 的 构 造柱 形阶 梯 形锥 形 柱 形 阶 梯 形 锥 形0.81.5m 0.5m0.5m角 钢 450.15m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 单

5、 壁 钢 壳钢 气 筒 底双 壁 钢 沉井 底 节 钢 气 筒探 测 管竖 向 框 架内 井 壁 板隔 板外 井 壁 板底 板竖 直 框 架外 井 壁 板井 孔内 井 壁 板 隔 板 单 壁 钢 壳钢 气 筒探 测 管水 平 圆 环 外 壁 板竖 直 肋 骨 角 钢圆 环 外 弦 杆圆 环 缀 角圆 环 内 弦 杆内 壁 板竖 直 肋 骨 角 钢双 壁 钢 壳 细 部 结 构 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 井单 壁 钢 壳钢 气 筒 底双 壁 钢 沉井 底 节 钢 气 筒探 测 管竖 向 框 架内

6、 井 壁 板隔 板外 井 壁 板底 板竖 直 框 架外 井 壁 板井 孔 内 井 壁 板隔 板 单 壁 钢 壳钢 气 筒探 测 管水 平 圆 环 外 壁 板竖 直 肋 骨 角 钢圆 环 外 弦 杆圆 环 缀 角圆 环 内 弦 杆内 壁 板竖 直 肋 骨 角 钢双 壁 钢 壳 细 部 结 构 4.3 沉 井 的 施 工 （ 一 般 沉 井 ）1. 平 整 场 地 刃 脚 下 木 垫 板桥中线 - 剖 面 - 剖 面枕 木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

7、 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

8、 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 1.151.25GK R 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 m( 2.5)f ER u h

9、q m i iiqlq l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 套压 入 泥 浆 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 414 4k 10.1 1.00.05lh l 4k4 4k 20.10.05hh l 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

10、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 w ae 1T W E w ae 1V 2VVRa b g QMN U 1.0m hk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 1m。2） 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

11、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 。 k 23 e w e we w e wp phy p p 合 力 作 用 位 置k( ) 2e w e wp pW E h w ae 1T W E w ae 1V 2VVRa b g QMN U 1.0m hk 2） 土 的 竖 向 反 力v 0R G T 单 位 周 长 沉 井 的 自 重 单 位 宽 度 摩 阻 力1 v22 aV Ra b 2 v2 bV Ra b 2 tanU V 3） 摩 阻 力 1 kT q h 1 0.5 T E摩 阻 力4） 刃 脚 自 重 k

12、 k2ag h 井 壁 厚 度5） 计 算 并 配 置 外 壁 受 弯 钢 筋 。 0 E 1T q h 0 0.5T E取 小 值 1（ 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( )q W E 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

13、 井 壁 受 力 计 算 地面 w ea 1m 1m 1m 1m 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 max /4S G（ 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 。2 2/ /xS Gx h Gx h 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

14、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 (a) (b) (c)b l l 0.150.700.15 l l l l0.50.5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

15、 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

16、 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 （ h2.5） 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 maxminH Moa xyy ydh 地 面 或 局部 冲 刷 线x0 )(tan)( 00 yyyyX y （ 1） 井 侧 土

17、的 抗 力 转 动 中 心沉 井 水 平 位 移 沉 井 转 角0( )x y y my 水 平 抗 力（ 2） 井 底 的 土 反 力max 0min 12N Q dCA 竖 向 荷 载 和 沉 井 自 重竖 向 地 基 系 数 maxminH Moa xyy ydh 地 面 或 局部 冲 刷 线x000 20 01 (3 2 )6h yH b dyb mh y h （ 1） 水 平 力2. 平 衡 方 程（ 2） 弯 矩 （ 对 井 底 中 心 ）0 0 00 2 2 20 0 0( )1 (6 8 3 )12h y h hHy M b y y dy Mb mh y y h h M 012

18、hM W dC井 底 反 力 产 生 的 弯 矩3. 转 角 和 转 动 中 心 位 置 40 012(2 3 )18Hh Mmb h WC d 30 00 20(4 3 ) 62 (3 2 )b mh M Hh HC dWy b mh M Hh 、 联 立 求解 后 ， 得 4. 井 身 弯 矩 )2(12 020 yymybHyMM y 计 算 宽 度 2. 沉 井 下 端 嵌 入 岩 石 h H 地 面 或 局部 冲 刷 线d 岩 石 xx 假 设 转 动 中 心 位 于 底 端 ， 则 转 动 中 心转 角 ( )x h y my 水 平 抗 力井 身 弯 矩令 y0=h， 由 前 述

19、 转 角 和 弯 矩计 算 公 式 得 到 40 012( )6M Hhb mh C dW 20 (2 )12y myM M y H b h y 3016P b m h H 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 ）max （ 2） 侧 面 水 平 抗 力 p a x x e e 按 朗 肯 土 压 理 论 计 算 桩 侧 土 压 力x p a p a( ) 2 ( )y K K c K K 以 y=h/3及 y=h处 为 验 算 截面 ， 则 有 1 2 p a p a3 ( ) 2 ( )3h h

20、 K K c K K h 1 2 p a p a( ) 2 ( )h K K c K K （ 3） 墩 台 顶 面 水 平 位 移 验 算 1 0 2 0k y k l 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

21、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 /kNm主 力 ： 双 孔 重 载 ， 低 水 位 16033 0 350主 力 附 加 力 ： 双 孔 重 载 ，低 水 位 16033 890 12563.9墩 底 设 计 荷 载