第六讲沉井和沉箱基础.docx

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第六讲沉井和沉箱基础

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d>30m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（面积近９个半篮球场，高度相当于２２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（10~15m）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、钢沉井和其他

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、封底混凝土、顶盖等部分组成。

1.平面形状

圆形①受力性能好充分发挥砼抗压强度

②挖土方便、下沉均匀、易于控制方向

③基底

>同面积矩形

矩形①制造方便，下沉方向不易控制

②能充分利用地基承载力

②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）和

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5~6m，底节一般为4~6m

4.井孔设置和大小

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：

①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

②台阶形台阶宽10~20cm，多设在沉井分节处

③斜坡形井壁做成100：

1~50：

1，有利下沉，易偏移

6.内壁（隔墙）

作用：

①使得井壁受弯宽度↓、沉井刚度↑、应力↓

②均匀挖土，控制下沉方向，不致倾斜

特点：

①厚：

0.8~1.2m，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；

②h较大时，设梗肋于隔墙底部与刃脚连接处

③排水下沉：

隔墙底留1.0×1.2m2的过人通道

④透气孔：

隔墙上部、离顶面2~3m处宜设0.2m的连通管或20×20cm的透水孔若干

7.射水管组

作用：

①利于高压水流冲松井壁周围的土，降低侧阻力、端阻力

②调整水量、水压大小，调整下沉方向

布置特点：

①管口设在刃脚下端和井壁外侧

②均匀分布于横向四周

8.探测管组

作用①探测刃脚和隔墙底面泥面标高

②清基、射水或帮助破坏沉井正面土层，以利于下沉

③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

200~500mm的钢管在井壁上预制管道

9.凹槽

作用①使封底砼更好地与井壁联接（嵌入井壁，形成整体）

②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1.5~2.0m）

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0.5~1.0m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。

下沉中遇到的问题和措施

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：

①确保沉井下沉时泥浆套的正确宽度

②防止表层土的塌落

③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①岸边制作，沿铺设滑道下水

②船坞内制作利用潮汐下水

③借助钢浮筒等浮运，绳索牵引就位或导向船吊放就位

④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≤35m

6.7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、吊放和水下混凝土浇注→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

钢筋笼和设置的定位器

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

接头箱拔升千斤顶和拔接头箱

注浆管安装

混凝土浇筑

开挖后