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第8章 沉井基础 8.1 概述 8.1.1 沉井基础的特点及其应用范围 是以沉井法施工的地下结构物和深基础的一种型式。 先在地表制作成一个井筒状的结构物(沉井),然后在井壁的围护下通过从井内不断挖土,使沉井在自重作用下逐渐下沉,达到预定设计标高后,再进行封底,构筑内部结构。 广泛应用于桥梁、烟囱、水塔的基础; 水泵房、地下油库、水池竖井等深井构筑物和盾构或顶管的工作井 。 技术上比较稳妥可靠,挖土量少,对邻近建筑物的影响比较小,沉井基础埋置较深,稳定性好,能支承较大的荷载。 8.1.2 沉井的分类 (1)按下沉环境可分为陆地沉井(包括在浅水中先筑岛制作的沉井)和浮运沉井; (2)按沉井构造形式可分为独立沉井和连续沉井 ; (3)按沉井平面形式可分为圆形、椭圆形、正方形、矩形和多边形等;也可分为单孔和多孔沉井(见图8-1); (4)按沉井制作材料可分为混凝土、钢筋混凝土、钢、砖、石以及组合式沉井等。 沉井按平面形式分类 8.1.3 沉井的设计原则 结构简单对称,受力合理,施工方便。 沉井的长短边之比越小越好,以保证下沉时的稳定性。 一般沉井应分节制作,每节高度不宜大于5m。 沉井底节高度应满足拆除支承时沉井纵向抗弯要求之外,在松软土层中下沉的沉井,底节高度不宜大于0.8b 。 8.1.4 沉井的施工步骤 8.2 沉井构造 沉井组成: 刃脚、 井壁、 内隔墙、 取土井、 凹槽、 封底、 顶板 1)沉井刃脚:作用在于减少沉井下沉阻力 2)井壁主要承担井外水土压力和自重的部分 设计时通常先假定井壁厚度再进行承载力验算 ; 井壁厚度 一般为0.8~1.5m; 3)内隔墙 加强沉井刚度、缩小外壁计算跨度,同时又将沉井分成多个取土井,便于掌握挖土位置以控制下沉的方向 ; 内隔墙的间距一般不大于5~6m,厚度一般为0.5~1.0m。 一般要求隔墙底高出刃脚底面0.5~1.0m。 4)取土井 位置:取土井的平面布置应与中轴线对称,以利于沉井均匀下沉; 大小:由取土方法而定,采用挖土斗取土时,应能使挖土斗自由升降,最小边长不宜小于2.5m。 处理:以素混凝土、片石混凝土或砌片填充。 5)凹槽 为了封底混凝土嵌入井壁,形成整体,使传至沉井壁上的力能更好地传递给封底混凝土底面。 遇到意外困难,还可在凹槽处浇筑钢筋混凝土盖板,将沉井改为沉箱。 尺寸:凹槽深约0.15~0.25m,高约1.0m左右,其距刃脚底面一般在1.5m以上。 6)射水管组、探测管、气管和压浆管 射水管组:压入高压水把井壁四周的土冲松,以减少摩擦力和端部阻力。 高压水水压一般不小于0.6MPa,每一水管的排水量不小于200L/min; 探测管:探测刃脚和隔墙底面下的泥面标高,清基射水或破坏沉井正面土层以利下沉; 气管:空气幕下沉沉井 ; 压浆管:埋设压浆管 7)封底 渗水率小于6mm/min时,排干水后用C15或C20普通混凝土浇筑; 当井中的渗水率大于6mm/min时,宜采用导管法浇注C20级水下混凝土封底。 厚度按其承载力条件计算确定,一般其顶面应高出凹槽0.5m。 8)顶板 以混凝土填心的沉井可用素混凝土顶板; 空心或以其他松散料填心的沉井需用钢筋混凝土顶板,厚度一般为1.0~2.0m ; 排水下沉的沉井,其顶面在地面或水位以下时,应设挡土防水墙连接在井壁的顶部。 8.3 沉井结构设计计算 8.3.1 下沉系数计算 验算沉井自重是否能克服下沉时土的摩阻力 ,用下沉系数k表示 : 摩擦力分布 假定从地表到5m深度范围内,单位摩阻力按直线规律由零增加至最大值; 超过深度5m以后取常数值 8.3.2 沉井底节验算 刃脚下的支承位置 不断在变,三种情况: 1)在排水或无水情况下下沉沉井 2)对于不排水下沉的沉井 (1)假定底节沉井仅支承于长边的中点(2)假定底节沉井支承于短边的两端点 本讲要点 了解沉井构造; 掌握下沉系数计算。 沉井底节验算 8.3.3 沉井井壁计算 沉井井壁应进行竖直和水平两个方向的内力计算。 1)竖直方向 在沉井的下沉过程中,当沉井被四周土体箝固着而刃脚下的土已被掏空时,应验算井壁接缝处的竖向拉应力。 接缝处:混凝土不承受拉应力而由接缝处的钢筋承受,此时钢筋的抗拉安全系数可采用1.25;同时并须验算钢筋的锚固长度。 井壁摩阻力可假定沿沉井全高按倒三角形分布,即在刃脚底面处为零,在地面处为最大,此时最危险的截面在沉井入土深度的1/2处 沉井外侧直立时的井壁受拉计算图 按《公路桥涵地基与基础设计规范》,最大竖向拉力Plmax为此时沉井全部重力G的1/4,即 实际工程中,沉井被卡住较为常见,也出现过被拉裂的沉井 。 验算建议值 2)水平方向 根据排水或不排水的情况,沉井
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