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第五章沉井基础及地下连续墙第五章沉井基础及地下连续墙5-1概述第五章沉井基础及地下连续墙第一节概述沉井的应用己有很长的历史，它是由古老的掘井作业发展而成的一种施工方法，用沉井法修筑的基础叫做沉井基础，参见图5-1。图5-1沉井基础示意a)沉井下沉;b)沉井基础沉井的概念:是井筒状的结构物。它是以井内挖土，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。沉井的优点：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土围堰结构物，施工工艺并不复杂。沉井施工时对邻近建筑物尤其是软土中地下建筑物的基础影响小。5-1概述第五章沉井基础及地下连续墙沉井的缺点：施工期较长；对粉细砂类土在井内抽水易发生流砂现象，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。5-1概述第五章沉井基础及地下连续墙沉井5-1概述第五章沉井基础及地下连续墙根据经济合理、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，但在一定深度下有好的持力层，采用沉井基础与其他深基础相比较，经济上较2.在山区河流中，虽然土质较好，但冲刷大，或河中有3.岩层表面较平坦且覆盖层薄，但河水较深；采用扩大5-1概述第五章沉井基础及地下连续墙第二节沉井的类型和构造一、沉井的分类按沉井的施工方法分类一般沉井浮运沉井5-2沉井的类型和构造第五章沉井基础及地下连续墙按沉井的建筑材料分类混凝土沉井钢筋混凝土沉井竹筋混凝土沉井圆形圆端形矩形沉井的平面形状5-2沉井的类型和构造第五章沉井基础及地下连续墙沉井的立面形状柱形阶梯形锥形5-2沉井的类型和构造第五章沉井基础及地下连续墙图5-3沉井的平面形状a)单孔沉井；b)双孔沉井；c)多孔沉井5-2沉井的类型和构造第五章沉井基础及地下连续墙图5-4沉井剖面图a）直壁柱型；b）外壁单阶型；c）外壁多阶型；d）内壁多阶型二、沉井基础的构造(一)沉井的轮廓尺寸沉井的平面形状：决定于墩(台)底部的形状。对矩形或圆端形墩，可采用相应形状的沉井，当墩的长宽比较为接近时，可采用方形或圆形沉井。沉井顶面尺寸为墩(台)身底部尺寸加襟边宽度。5-2沉井的类型和构造第五章沉井基础及地下连续墙沉井的入土深度：根据上部结构、水文地质条件及各土层的承载力等确定。(二)沉井的一般构造一般沉井构造上主要由井壁、刃脚、隔墙、井孔、凹槽、射水管、封底和盖板等组成。5-2沉井的类型和构造第五章沉井基础及地下连续墙图5-5沉井构造图(三)浮运沉井的构造1.不带气筒的浮运沉井不带气筒的浮式沉井适应于水深较浅、流速不大、河床较平、冲刷较小的自然条件。一般在岸边制造，通过滑道拖拉下水，浮运到墩位，再接高下沉到河床。这种沉井可用钢、木、钢筋混凝土、钢丝网及水泥等材料组合。钢丝网水泥薄壁沉井是由内、外壁组成的空心井壁沉井，这是制造浮运沉井较好的方法，具有施工方便、节省钢材等优点。沉井的内壁、外壁及横隔板都是钢筋钢丝网水泥制成。做法是将若干层钢丝网均匀地铺设在钢筋网的两侧，外面涂抹不低于M5的水泥砂浆，使它充满钢筋网和钢丝网之间的间隙并形成厚1～3mm的保护层。5-2沉井的类型和构造第五章沉井基础及地下连续墙2.带钢气筒的浮运沉井5-2沉井的类型和构造第五章沉井基础及地下连续墙图5-8带钢气筒的浮运沉井带钢气筒的浮运沉井适用于水深流急的巨型沉井。它主要由双壁的沉井底节、单壁钢壳、钢气筒等组成。(四)组合式沉井定义：当采用低桩承台而围水挖基浇筑承台有困难时；当沉井刃脚遇到倾斜较大的岩层或在沉井范围内地基土软硬不均而水深较大时可采用上面是沉井下面是桩基的混合式基础，或称组合式沉井。施工时按设计尺寸做成沉井，下沉到预定标高后，进行浇筑封底混凝土和承台，在井内其上预留孔位钻孔灌注成桩。这种混合式沉井既有围水挡土作用，又作为钻孔桩的护筒，还作为桩基的承台5-2沉井的类型和构造第五章沉井基础及地下连续墙第三节沉井的施工沉井基础施工一般可分为旱地施工、水中筑岛施工及浮运沉井施工三种。5-3沉井的施工第五章沉井基础及地下连续墙一、旱地上沉井的施工桥梁墩台位于旱地时，沉井可就地制造、挖土下沉、封底、充填井孔以及浇筑顶板。a)制作第一节沉井;b)抽垫木、挖土下沉;c)沉井接高下沉;d)封底图5-9沉井施工顺序示意1.整平场地如天然地面土质较好，只需将地面杂物清掉整平地面，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浅坑，在坑底制造沉井下沉，坑底应高出地下水位0.5～1.0m。如土质松软，应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。5-3沉井的施工第五章沉井基础及地下连续墙2.制造第一节沉井制造沉井前，应先在刃脚处对称铺满垫木（图5-10），以支承第一节沉井的重量，并按垫木定位立模板以绑扎钢筋。然后在刃脚位置处放上刃脚角钢，竖立内模（图5-11），绑扎钢筋，再立外模浇筑第一节沉井。5-3沉井的施工第五章沉井基础及地下连续墙图5-10垫木布置实例图5-11沉井刃脚立模1-内模；2-外模；3-立柱；4-角钢；5-垫木；6-砂垫层3.拆模及抽垫当沉井混凝土强度达设计强度70％时可拆除模板，达设计强度后方可抽撤垫木。抽撤垫木应分区、依次、对称、同步地向沉井外抽出。其顺序为：先内壁下，再短边，再长边，最后定位垫木。长边下垫木隔一根抽一根，以固定垫木为中心，由远而近对称地抽，最后抽除固定垫木，并随抽随用砂原则：分区、依次、对称、同步。5-3沉井的施工第五章沉井基础及地下连续墙4.挖土下沉沉井下沉施工可分为排水下沉和不排水下沉。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。它适用于土层渗水量不大且排水时不会产生涌土或流砂的情况；人工挖土可使沉井均匀下沉和清除井下障碍物，但应保证施工安全。排水下沉时，有时也用机械除土。不排水下沉：一般都采用机械除土，挖土工具可以是抓土斗或水力吸泥机，如土质较硬，水力吸泥机需配以水枪射水将土冲松。由于吸泥机是将水和土一起吸出井外，故需经常向井内加水维持井内水位高出井外水位1～2m，以免发生涌土或流砂现象。5-3沉井的施工第五章沉井基础及地下连续墙5.接高沉井第一节沉井顶面下沉至距地面还剩1m～2m时，应停止挖土，接筑第二节沉井。接筑前应使第一节沉井位置正直，凿毛顶面，然后立模浇筑混凝土。待混凝土强度达设计要求后，再拆模继续挖土下沉。6.筑井顶围墙如沉井顶面低于地面或水面，应在沉井上接筑围堰，围堰的平面尺寸略小于沉井，其下端与井顶上预埋锚杆相连。围堰是临时性的，待墩台身出水后可拆除。5-3沉井的施工第五章沉井基础及地下连续墙7.地基检验和处理基底检验：检验内容是地基土质是否和设计相符，是否平整，并对地基进行必要的处理。基底处理：砂性土或粘性土地基，一般可在井底铺一层砾石或碎石至刃脚底面以上200mm。未风化岩石地基，应凿除风化岩层，若岩层倾斜，还应凿成阶梯形。要确保井底地基尽量平整，浮土、软土清除干净，以保证封底混凝土、沉井与地基结合紧密。5-3沉井的施工第五章沉井基础及地下连续墙8.封底、充填井孔及浇筑顶盖地基经检验及处理合乎要求后，应立即进行封底。如封底是在不排水情况下进行，则可用导管法灌注水下混凝土(见钻孔灌注桩施工)，若灌注面积大，可用多根导管，以先周围后中间，先低后高的次序进行灌注。待混凝土达设计强度后，再抽干井孔中的水，填筑井内圬土。如井孔中不填料或仅填以砾石，则井顶面应浇筑钢筋混凝土顶盖，以支承墩台，然后砌筑墩身，墩身出土(或水面)后可拆除临时性的井顶围堰。5-3沉井的施工第五章沉井基础及地下连续墙5-3沉井的施工第五章沉井基础及地下连续墙沉井施工过程动画演示15-3沉井的施工第五章沉井基础及地下连续墙沉井施工过程动画演示2二、水中沉井的施工（一）筑岛法当水深小于3m，流速≤1.5m/s时，可采用砂或砾石在水中筑岛(图5-12a），周围用草袋围护；若水深或流速加大，可采用围堤防护筑岛[图5-12b）]；当水深较大（通常15m）或流速较大时，宜采用钢板桩围堰筑岛(图5-12c）。5-3沉井的施工第五章沉井基础及地下连续墙图5-12水中筑岛下沉沉井a)无围堰防护土岛;b)有围堰防护土岛;c)围堰筑岛2.浮运沉井施工水深较大，如超过10m时，筑岛法很不经济，且施工也困难，可改用浮运法施工。沉井在岸边做成，利用在岸边铺成的滑道滑入水中，然后用绳索引到设计墩位。5-3沉井的施工第五章沉井基础及地下连续墙（二）浮运沉井施工图5-13浮运沉井下水示意三、泥浆润滑套与壁后压气沉井施工法（一）泥浆润滑套泥浆润滑套是借助泥浆泵和输送管道将特制的泥浆压入沉井外壁与土层之间，在沉井外围形成有一定厚度的泥浆层。主要利用泥浆的润滑减阻，降低沉井下沉中的摩擦阻力。图5-14射口挡板与压浆管构造a)射口挡板;b)外管法压浆管构造5-3沉井的施工第五章沉井基础及地下连续墙（二）壁后压气沉井法它是通过对沿井壁内周围预埋的气管中喷射高压气流，气流沿喷气孔射出，再沿沉井外壁上升，形成一圈压气层(又称空气幕)，使井壁周围土松动，减少井壁摩阻力，促使沉井顺利下沉。5-3沉井的施工第五章沉井基础及地下连续墙与泥浆润滑套相比的优点：壁后压气沉井法在停气后即可恢复土对井壁的摩阻力，下沉量易于控制，且所需施工设备简单，可以水下施工，经济效果好。在一般条件下较泥浆润滑套更为方便，它适用于细、粉砂类土和粘性土中。但设计方法和施工措施尚待积累更多的资料。四、沉井施工新方法简介5-3沉井的施工第五章沉井基础及地下连续墙20世纪90年代以来，在国外一些发达国家提出了压沉法SS(SpaceSystemCaisson)法SOCS(SuperOpenCaissonSystem)自动化沉井等施工方法。五、沉井下沉过程中遇到的问题及处理1.偏斜偏斜原因：土岛表面松软，河底土质软硬不匀；井壁与刃脚中线不重合；抽垫方法欠妥，回填不及时；除土不均匀对称；刃脚遇障碍物顶住而未及时发现；排土堆放不合理，或单侧受水流冲击淘空等导致沉井承受不对称外力作用。发生倾斜的纠正方法：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；5-3沉井的施工第五章沉井基础及地下连续墙2.沉井下沉困难原因：开挖面深度不够，正面阻力大；偏斜，或刃脚下遇到障碍物、坚硬岩层和土层；井壁摩阻力大于沉井自重；井壁无减阻措施或泥浆套、空气幕等减阻构件遭到破坏。解决下沉困难的措施主要是增加压重和减少井壁摩阻力,增加压重的方法：提前接筑下节沉井；在井顶加压砂袋、钢轨等重物；不排水下沉时，可井内抽水。5-3沉井的施工第五章沉井基础及地下连续墙减小井壁摩阻力的方法：5-3沉井的施工第五章沉井基础及地下连续墙井壁内埋设高压射水管组，射水辅助下沉；利用泥浆套或空气幕辅助下沉；增大开挖范围和深度；必要时还可采用0.10.2kg炸药起爆助沉。3.突沉原因：井壁摩阻力较小，当刃脚下土被挖除时，沉井支承削弱；排水过多；挖土太深；出现塑流。防止突沉的措施：控制均匀挖土，减小刃脚处挖土深度；在设计时可采用增大刃脚踏面宽度或增设底梁的措施提高刃脚阻力。5-3沉井的施工第五章沉井基础及地下连续墙4.流砂原因：土中动水压力的水头梯度大于临界值。防止流砂的措施：排水下沉时发生流砂，可采取向井内灌水；不排水除土下沉时，减小水头梯度；采用井点，或深井和深井泵降水。5-3沉井的施工第五章沉井基础及地下连续墙第四节沉井的设计与计算沉井的设计与计算内容：包括沉井作为整体深基础计算和施工过程中沉井结构强度计算。5-4沉井的设计与计算第五章沉井基础及地下连续墙沉井设计与计算前，必须掌握如下有关资料：上部或下部结构尺寸要求和设计荷载；水文和地质资料拟采用的施工方法。一、沉井作