1、第三章 橋梁樁基礎,第一節(jié) 概述 一、橋梁的組成及概念,基礎的分類： 淺基礎：剛性擴大基礎 (材料: 磚石,素混凝土,鋼筋混凝土) 深基礎：樁、沉井(鋼筋混凝土) 淺基礎和深基礎的區(qū)別: 淺基礎:埋深h小于或等于5m, 施工簡單,可以明挖,計算時不考慮土抗力. 深基礎:埋深h5m,施工較復雜, 計算時,要考慮周圍土抗力. 埋置深度h對于有沖刷的河流，是從最大沖刷線至基礎底面的距 離； 對于無沖刷河流，是從河底或地面至基礎底面的距離。 地基的分類：人工地基需要經(jīng)過人工加固或處理的地基； 天然地基可直接放置基礎的地基。 橋梁樁基礎的概念：組成：承臺+基樁 作用：將上部結構傳來的力傳入地基中。,二、

2、樁的適用條件,1. 荷載較大，地基上部土層軟弱，適宜的持力層較深。 2、河床沖刷大，采用淺基礎施工困難或不夠安全。 3、結構對不均勻沉降敏感時。 4、施工水位過高，避免水下施工。 5、地震區(qū)。,第二節(jié) 樁基的類型和構造,一、按受力條件分： 1.摩擦樁和柱樁： 摩擦樁：樁穿過并支撐于各可壓縮土層中，主要依靠樁側(cè)摩阻力支承荷載。 柱樁：樁穿過土層，支撐在巖石等非壓縮土層中，主要依靠樁底支承力荷載，忽略樁側(cè)摩阻力。 2. 豎直樁和斜樁; 豎直樁：常用于承受垂直力。 斜樁：為了承受較大水平力，一般用于拱橋橋臺。 3. 高承臺樁：臺底位于地面（或沖刷線）以上，圬工少，施工方便。 低承臺樁：臺底位于地面（

3、或沖刷線）以下，圬工多，穩(wěn)定性好。,二、按施工方法分：鉆孔灌注樁 打入樁 靜力壓樁 沉管灌注樁 爆擴樁 管柱樁,三、樁基礎的構造 鋼筋組成和作用。 摩擦樁：分段配筋； 柱樁：全長均勻配筋。 樁與承臺連接時，應成喇叭形，并放置鋼筋網(wǎng)在頂端。,第三節(jié) 鉆孔灌注樁的施工,施工特點：簡單、方便。 適用于：各種砂性土、粘性土、碎卵石 類土、巖層。 慎用：在有淤泥，可能有流砂或有承壓水的土質(zhì)地點。,施工順序： 1. 準備場地：三通一平 淺水施工：筑島圍堰 深水施工：搭支架、搭便橋，安裝水中平臺、用浮船。 2. 埋護筒： 種類：木、鋼、混凝土 作用：1）固定樁位，做鉆孔導向； 2）保護孔口，防止坍塌； 3）

4、隔離地面水，保持水頭差。,埋護筒要求： 1）平面位置應埋設正確； 2）筒頂標高應高出地下水位和施工最高水位1.52.0m。 3）筒底應低于施工最低水位0.10.3m 4) 護筒四周應夯填密實的粘土，埋在穩(wěn)定土層中。 3.制備泥漿： 作用： 1）產(chǎn)生較大的懸浮液壓力，防止塌孔； 2）在孔壁表面形成膠泥層，有護壁作用； 3）泥漿比重大，具有浮渣作用，利于鉆渣的排出。,4. 安裝鉆機或鉆架。 5.鉆孔： 方法：1）旋轉(zhuǎn)鉆2）沖擊鉆 3）沖抓鉆,注意事項： 1）保持水頭差 2）注意速度 3）一氣呵成 4）加強檢查,6. 清孔：目的：除去孔底鉆渣、泥漿， 保證質(zhì)量。 方法：1）換漿清孔 2）掏渣清孔 3

5、) 抽漿清孔 7. 下鋼筋籠,8.灌注水下混凝土,采用直升導管法： 關鍵：導管不能到底部； 澆注前放置隔水栓； 及時上提，防止斷樁。 第一斗混凝土的用量； 第一次灌注11.5m深。,對混凝土要求： 1）應有必要的流動性，坍落度1820cm； 2）混凝土攪拌均勻，防止離析； 3）一氣呵成，防止中斷； 4）保證導管埋入混凝土一定深度。 第九步：樁頭處理,*鉆孔灌注樁常見事故及處理,1.坍孔 2.漏漿 3.卡鉆或掉鉆頭 4. 浮籠 5.斷樁,第四節(jié) 單樁承載力,一、單樁軸向荷載傳遞機理和特點： 豎向承載力=樁側(cè)摩阻力+樁底處土的支承力 1）對于摩擦樁： 在豎向荷載作用下，摩阻力先出現(xiàn)，逐步增大，直至

6、達到極限，而后樁底反力開始出現(xiàn)，并達到最大。 2）對于柱樁，樁底承載力發(fā)揮充分，摩阻力很小。,3)粘性土打入樁：摩阻力沿入土深度呈拋物線型分配，力約等于中等強度粘土在不排水時抗剪強度。 4）砂性土打入樁： 入土深度在（1020)d內(nèi)，摩阻力直線增長； 入土深度超過（1020)d，摩阻力近乎均勻或逐漸減少。,5）鉆孔灌注樁：側(cè)向壓力在施工中解除現(xiàn)象，摩阻力分布均勻。 6）長期荷載作用下，樁身總摩阻會減小，而樁端總阻力增加。 7）相同土層中，長樁發(fā)揮的摩阻力大于短樁。,二、軸向荷載下樁的破壞模式,1）樁身的縱向撓曲破壞（巖石地基）； 2）樁端土發(fā)生整體剪切破壞（穿過軟弱土層、支承在強度較高的硬土層

7、上的摩擦樁）； 3）刺入式破壞（入土深度大的樁）。,三、單樁軸向容許承載力的確定,（一）靜載試驗法 （二）橋梁規(guī)范法： 假定：1.樁承載力=側(cè)摩阻力+樁尖支承力 2.灌注樁側(cè)摩阻力、樁底力均勻分布,鉆孔灌注樁：,U-樁身周長，按成孔直徑計算，旋轉(zhuǎn)鉆，按鉆頭直徑增大3050cm。,Ap-樁底截面積。,h-樁底埋置深度。,四、樁的負摩阻力問題,1948年由太沙基首先提出： 負摩阻力的產(chǎn)生：樁周土的沉降量大于樁沉降量。 產(chǎn)生高度：中性點到地面 中性點的位置：通過計算確定，估計值為h1=0.77h20.80h2,產(chǎn)生原因： 1）可壓縮軟粘土層、新填土在自重作用下固結。 2）大面積地面荷載使樁周土被壓密

8、。 3）地下水位下降引起。 4）橋頭高填土及路堤荷載 5）濕陷性黃土地基，由于地基浸水而沉。,負摩阻力強度：f=1/2*qu qu為軟弱土層的無側(cè)限抗壓強度。 或f=rhktg 則極限摩阻力：Nf=f*Anf 其中，Anf為負摩阻區(qū)樁身表面積； *考慮樁的負摩阻力，樁的容許承載力公式要發(fā)生變化。 后果：1）樁基下沉量增加； 2）基礎不均勻沉降。 措施：樁身涂瀝青、油漆，可減少負摩阻力。,五、單樁橫向容許承載力的確定,一、樁在橫向荷載作用下的工作性能,第二節(jié) 橋梁樁基內(nèi)力和位移的計算,一、基本概念 1土的彈性抗力：樁在各種荷載的作用下，會發(fā)生位移和轉(zhuǎn)角，其中，水平位移及轉(zhuǎn)角會擠壓樁側(cè)土體，樁側(cè)土

9、必然對樁產(chǎn)生一橫向土抗力，稱為土的彈性抗力。,式中： 橫向土抗力（KN/m2）； C地基系數(shù)（KN/m3）； Xz深度z處樁的橫向位移（m）。 對C的確定方法（圖-1）：a）“m”法 b）“K”法 c）“C值”法 d）“C”法,上述四種方法均假定地基符合文克爾彈性地基。目前，公橋基規(guī)廣泛采用“m”法。即C=mz ， 其中，m地基土比例系數(shù)，可查規(guī)范中相關表格。,2單樁、單排樁與多排樁 1）單樁、單排樁：是指在與水平外力H作用面相垂直的平面上，由單根或多根樁組成的。如圖-2中a），b）。 若作用承臺底面中心的荷載為N、H、M，各單根樁頂承受的力：（如圖-3） N在承臺橫橋向無偏心，可均攤，即：

10、N在承臺橫橋向有偏心e，偏心彎矩Mx=Ne，則每根樁豎向力可按偏心受壓構件計算：,3計算寬度 是指樁在水平外力的作用下，樁側(cè)土受到影響的寬度并不等于樁的直徑，而是大于樁徑。即為樁在實際工作條件下的計算寬度b1。 b1=KfK0Kb（或d）,2）多排樁：是指水平外力H作用平面上（即行車方向），由一根以上的樁組成。如圖-2中c）。各根樁的受力需采用結構力學方法9見后面）。,b（或d）與外力H作用方向相垂直平面上樁的寬度（或直徑）； Kf形狀換算系數(shù)。（可查表）。 K0受力換算系數(shù)。 K樁間相互影響系數(shù)。,4剛性樁與彈性樁 剛性樁：樁的入土深度 ； 其中， 為變形系數(shù)， 彈性樁：樁的入土深度 。,二

11、、“m”法彈性單排樁內(nèi)力和位移的計算 （一）基本假定：樁側(cè)土為彈性地基土，應力與位移呈正比；忽略樁土間的粘著力和摩阻力；彈性樁。 （二）計算公式： 當樁的支承條件及入土深度符合一定要求，可得地面以下任意深度處的內(nèi)力和位移：,若已知樁頂與地面平齊，地面處水平力Q0，彎矩M0，則,1對于 的摩擦樁、 的柱承樁： （3-1） （3-2） （3-3） （3-4）,2對于 的 嵌巖樁： （3-5） （3-6） （3-7） （3-8） 上式中的 及 為無量綱系數(shù)，均為 和 的函數(shù)，規(guī)范已將其制成表格供查用。,三、最大彎矩位置的確定 1可通過繪制各深度Z處的彎矩M曲線圖，從圖中求得。 2可通過解析法求得最大

12、值。最大彎矩處，剪力為0。可通過QZ公式反求Z值。,四、樁頂位移的計算公式 樁位于地面或最大沖刷線以上l0，樁頂自由，作用外力Q及M，則樁頂?shù)奈灰瓢ǎ旱孛嫣幩轿灰苮0，地面處轉(zhuǎn)角0所引起的樁頂位移0 l0，樁露出地面段作為懸臂梁由Q和M引起的樁頂水平位移XQ，XM，即,其中, M0=Q l0+M，Q0=Q，,當樁柱露出地面部分為變截面（如右圖4），上部截面抗彎剛度為E1I1，（直徑為d1，高度為h1），下部截面抗彎剛度為EI，（直徑為d，高度為h2），設n=E1I1/EI，則：,五、單樁或單排樁的計算步驟： 1計算各樁頂承受的荷載Pi、Qi、Mi； 2確定樁在最大沖刷線下的入土深度：一般可

13、根據(jù)持力層位置，荷載大小，施工條件等初步確定，通過驗算再予以修改；在地基土較單一，樁底端位置不宜根據(jù)土質(zhì)判斷時，可根據(jù)單樁容許承載力公式計算樁長； 單樁容許承載力公式，若設樁埋入最大沖刷線以下深度為h，一般沖刷線以下深度為h3， 為一根樁受到的全部垂直荷載（包含最大沖刷線以下樁重的一半），（KN），則，,3驗算單樁軸向承載力； 4確定樁的計算寬度b1； 5計算樁的變形系數(shù)a值； 6計算地面處樁截面的作用力Q0，M0，并驗算樁在地面或最大沖刷線的橫向位移x0不大于6mm，然后求算樁身各截面的內(nèi)力，進行樁身配筋，樁身截面強度和穩(wěn)定性驗算；,7計算樁頂位移和墩臺頂位移，并進行驗算；要求：小于或等于

14、cm。對于多層土，首先假定持力層，初步得到樁長h，然后代入上式，驗算樁的承載力是否大于荷載，然后，再進行調(diào)整，使得樁長的設計即經(jīng)濟又合理。,算例： 單排樁基礎算例(雙柱式橋墩鉆孔灌注樁基礎) (一)設計資料 1地質(zhì)與水文資料 地基土為密實細砂夾礫石，地基土 比例系數(shù)m1000OkNm4； 地基土的極限摩阻力 70kPa； 地基土內(nèi)摩擦角 400，內(nèi)聚力c0； 地基土容許承載力 400kPa； 土容重 1180kNm3(已考慮浮力)； 地面標高為33534m，常水位標高為33900m，最大沖刷線標高為 33060m，一般沖刷線標高也為33534m；,2樁、墩尺寸與材料 墩帽頂標高為34688m，

15、樁頂標高為339。00m，墩柱頂標高為34531m； 墩柱直徑150m，樁直徑165m，成孔直徑1。80m。 樁身混凝土用20號，其受壓彈性模量Eh26104MPa,3荷載情況 橋墩為單排雙柱式，橋面寬7m，設計荷載汽車一15級，掛一80 每一根樁承受荷載為: 兩跨恒載反力Nl137600kN 蓋梁自重反力N225650kN 系梁自重反力N37640kN 一根墩柱(直徑15m)自重N427900kN,樁每延米的自重 （已扣除浮力）； 兩跨活載反力 ，一跨活載反力， M=120。90KN。 樁基礎選用沖抓鉆孔灌注樁基礎，為摩擦樁。 （二）樁長計算 由于地基土單一，用經(jīng)驗公式確定。設樁埋入最大沖刷

16、線以下深度為h，一般沖刷線以下深度為h3，則， Nh為一根樁受到的全部豎直荷載（KN），最大沖刷線以下（入土深度）樁重的一半作為外荷載計。 公式右端項 代入公式得h=10。09m，取h=10。50m,四、“m”法計算彈性多排樁基樁內(nèi)力和位移計算,1計算假定：順橋向樁多于一排；承臺與樁頭連接為剛性的；外力作用平面內(nèi)的樁作為一平面框架，用結構力學方法計算各樁上的作用力。,2計算公式的推導過程： 如圖，承臺變位， 取XOZ坐標軸， 在外荷載V、H、M作用下， O點變位： 水平位移 豎向位移 轉(zhuǎn)角,1）任一排（i）樁頂變位（XOZ坐標系下）： （ Xi為第i排樁樁頂至承臺中心的距離）,2）任一排（i）

17、樁頂變位（沿樁軸向與橫軸向的變位）： 橫軸向： 軸向：,3）荷載與位移的關系 用位移法求解超靜定結構的內(nèi)力。根據(jù)力和位移的關系， 當承臺中心點O產(chǎn)生變位時，第i根樁樁頂引起的軸向力Pi、橫軸向力Qi、彎矩Mi值為：,其中，令：當?shù)趇根樁樁頂處僅產(chǎn)生單位軸向位移時，在樁頂引起的軸向力為 ； 當?shù)趇根樁樁頂處僅產(chǎn)生單位橫軸向位移時，在樁頂引起的橫軸向力為 當?shù)趇根樁樁頂處僅產(chǎn)生單位橫軸向位移時，在樁頂引起的彎矩為 ；或當?shù)趇根樁樁頂處產(chǎn)生單位轉(zhuǎn)角時，在樁頂引起的橫軸向力為 ； 當?shù)趇根樁樁頂處僅產(chǎn)生單位轉(zhuǎn)角時，在樁頂引起的彎矩為 xi為第i排樁樁頂至承臺中心的水平距離. ai為第i根樁樁軸線與豎直

18、線夾角即傾斜角.,3群樁作用：對于摩擦樁組成的群樁基礎，當樁的中心距6d時，在豎向荷載作用下，由于樁側(cè)摩阻力的擴散作用，使樁底處的壓力分布范圍要比樁身截面積大得多，使群樁中各樁傳到樁底處的應力有可能疊加，使群樁樁底處地基土受到的壓力及沉降比單樁大。承載力方面，使得群樁基礎的承載力要小于各單樁承載力之和。此現(xiàn)象對于柱樁或樁距大于6d的摩擦樁不存在。,六、樁基礎的總體設計： 1承臺底面標高的確定：根據(jù)受力、樁的剛度和地形、地質(zhì)、水流、施工等條件確定。 高承臺樁：一般用于常年有水、沖刷較深或水位較高、施工排水困難的水流中。施工方便，但穩(wěn)定性較差。 低承臺：穩(wěn)定性較好，但施工太困難，可用于季節(jié)性河流、

19、沖刷小的河流或岸灘上墩臺及旱地上其他結構物基礎。,2摩擦樁和柱樁的考慮：二者不可用于同一基礎中；也不能采用不同材料、不同直徑和長度相差過大的樁。當基巖埋深較淺時，宜采用柱樁，或嵌入基巖一定深度成為嵌巖樁。 嵌入深度：圓形截面樁： 最小不小于0.5米。,3單排樁和多排樁的考慮： 單排樁：能較好地配合柱式墩臺結構，可節(jié)省圬工，減小作用在樁基的豎向荷載。適于橋跨不大，橋高較矮時。有時單樁配單柱。 多排樁：穩(wěn)定性好，抗彎剛度較大，能承受大的水平荷載，一般用于較高的橋臺、拱橋橋臺、制動墩和單向水平推力墩。,4樁長、樁徑的擬定 樁長的確定首先在于選擇強度較好的持力層，避免將樁底落在軟土層上或離軟弱下臥層太

20、近。摩擦樁經(jīng)過多層土時，要經(jīng)過試算比較，合理確定樁長。,5確定樁的根數(shù)及平面布置 樁的根數(shù)n估算： 式中：N作用在承臺底面上的豎向荷載（KN）； P單樁容許承載力（KN）； 考慮偏心荷載時各樁受力不均而適當增加的經(jīng)驗系數(shù)，可取 =1.11.2。,樁的間距：鉆（挖）孔灌注樁的摩擦樁中心距不小于2.5倍成孔直徑，柱樁中心距不小于2.0倍的成孔直徑，樁的中心距最大不超過56倍樁徑。打入樁的中心距不應小于樁徑的3.0倍。 為了避免承臺邊緣距樁身過近而破裂，邊樁外側(cè)至承臺邊緣的距離，對于樁徑小于或等于1.0米的樁不應小于0.5倍樁徑，且不小于0.25m；對于樁徑大于1.0m的樁不應小于0.3倍樁徑并不小

21、于0.5m。 樁的平面布置：可根據(jù)受力情況選用單排或多排樁樁基。多排樁的排列形式有行列式和梅花式。,第四章 沉井基礎 第一節(jié) 概述 一、沉井的基本概念 沉井是一座上無頂下無底，四周有壁井筒狀的結構物，它的施工過程是在井內(nèi)挖土，依靠自身重力克服井壁摩阻力下沉至設計標高，然后經(jīng)過混凝土封底并填塞井孔，成為墩臺或其他結構的基礎。 沉井的特點：埋深可以很大；整體性強、穩(wěn)定性好，能承受較大的荷載。在施工時，可作為擋土和擋水圍堰結構物。除此之外，沉井也常用于礦用結構、地下油庫等。,沉井與大開挖方法相比，占地面積小，可大量減少土方量，操作簡便節(jié)約投資。特別是在建筑物稠密的市區(qū)，采用沉井可以避免周圍土方。,的

22、坍陷，并保證周圍建筑物的安全，也無需使用臨時支護措施和擋上結構。常用于地下泵房、水池、橋墩、各類地下廠房、大型設備基礎、高層或超高層建筑物的基礎，以及盾構隧道和頂管施工中的工作室。目前沉井下沉深度已超過100m。,沉井基礎的缺點是：施工期較長；對細砂及粉砂類土在井內(nèi)抽水易發(fā)生流砂現(xiàn)象，造成沉井傾斜；沉井下沉過程中遇到的大孤石、樹干或井底巖層表面傾斜過大，均會給施工帶來一定困難。,根據(jù)經(jīng)濟合理和施工上可能的原則，通常在下列情況，考慮采用沉井基礎： 上部荷載較大，結構對基礎的變位敏感， 而表層地基土的容許承載力不足，做擴大基礎開挖工作量大，以及支撐困難，但在一定深度下有好的持力層，采用沉井基礎與其

23、它深基礎相比較，經(jīng)濟上較為合理時；,在山區(qū)河流中，雖然淺層土質(zhì)較好，但沖刷大，或河中有較大卵石不便樁基礎施工時； 巖層表面較平坦且覆蓋層薄，但河水較深，采用擴大基礎施工圍堰有困難時。,第二節(jié) 沉井的類型和構造 一、沉井的分類 （一）沉井按下沉方式可分為： 1就地制造下沉的沉井 這種沉井是在基礎設計的位置上制造，然后挖土靠沉井自重下沉。如基礎位置在水中，需先在水中筑島，再在島上筑井下沉。 2浮運沉井 在深水地區(qū)，筑島有困難或不經(jīng)濟，或有礙通航，或河流流速大，可在岸邊制筑沉井拖運到設計位置下沉，這類沉井叫浮運沉井。,（二）沉井也可按使用的材料進行分類。有混凝土、鋼筋混凝土、磚石和木沉井等： 1混凝

24、土沉井： 混凝土的特點是抗壓強度高，抗拉能力低，因此這種沉井宜做成圓形，并適用于下沉深度不大（47m）的軟土層中。,2鋼筋混凝土沉井這種沉井的抗拉及抗壓能力較好，下沉深度可以很大（達數(shù)十米以上）。當下沉深度不很大時，沉井壁大部用混凝土，下部（刃腳）用鋼筋混凝土的沉井，在橋梁工程中得到較廣泛的應用。鋼筋混凝土沉井可以就地制造下沉，也可以在岸邊制成空心薄壁浮運沉井。,3竹筋混凝土沉井 沉井在下沉過程中受力較大因而需設置鋼筋，一旦完工后，它就不承受多大的拉力，因此，在南方產(chǎn)竹地區(qū)，可以采用耐久性差但抗拉力好的竹筋代替鋼筋，我國南昌贛江大橋等曾用這種沉井。在沉井分節(jié)接頭處及刃腳內(nèi)仍用鋼筋。,4鋼沉井

25、用鋼材制造沉井其強度高、重量輕、易于拼裝，宜于做浮運沉井，但用鋼量大，國內(nèi)較少采用。 5磚石沉井 ,木沉井 這兩種均是就地取材制作的沉井，現(xiàn)很少采用。,沉井依外觀形狀的分類，在平面上可分為單孔或多孔的圓形、矩形、圓端沉井及網(wǎng)格形（圖4-1）等。圓形沉井受力好，適用于河水主流方向易變的河流。矩形沉井制作方便，但四角處的土不易挖除，河流水流也不順。圓端形沉井兼有兩者的優(yōu)點也在一定程度上兼有兩者的缺點，是土木工程中常用的基礎類形。,沉井平面形式,二、沉井的構造 沉井的構造一般由以下各部組成： 1井壁 井壁是沉井在下沉過程中承受水、土壓力，足夠的自重克服井壁摩阻力，由鋼筋混凝土澆制而成。有等厚度的直壁

26、式和階梯式兩種。可一次澆成或分段澆筑，接頭處可用電燈連接。井壁的厚度較大，一般為o412m之間。它由克服摩阻力所需的自重、施工荷載和永久荷載確定。,2刃腳 為便于將沉井切入土中，并防止土層中的障礙物在沉井下沉過程中損壞井壁，井壁刃腳底部作成刀刃狀，如圖 所示。刃腳的踏面寬度一般為200一300豪米，內(nèi)側(cè)的傾角為40一60度。,刀腳示意,3內(nèi)隔墻 為增加沉井下沉時的整體剛度減少井壁的跨徑改善井壁受力條件，將沉井分隔成多個取土井后挖土和下沉較為均衡而設置。內(nèi)隔墻的設置給下沉出土帶來某些困難，但便于控制下沉速度、封底以及糾偏。內(nèi)隔墻的底面一船比井壁刃腳高出50l00cm，隔墻厚度約為50cm，隔墻下

27、部應設80cm120cm的過人孔。,4封底 當沉井下沉至設計標高后，將井底清理整平后進行封底。封底可分為干作業(yè)和水中作 業(yè)澆灌混凝土封底兩種。一般是先在刃腳高度部分用素混凝土于以封堵，待達到設計強度 后，在其上井壁有凹槽的高度澆筑鋼筋混凝土底板。,43 沉井施工,()施工準備 1地質(zhì)勘測 在沉并施工地點進行鉆孔，了解土的力學指標、地層構造、分層情況、摩阻力、地下 水情況及地下障礙物情況等。同時還應查清和排除地面及地面以下米以內(nèi)的障礙物，包 括：地下管道、電纜線、樹根及房屋構筑物等。,2制定施工方案 根據(jù)工程結構持點、地質(zhì)水文情況、施工設備條件、技術的可能性，選用排水下沉還是不排水下沉，編制切實

28、可行的施工方案。如果采用排水下沉，要考慮排水設備，再根據(jù)土質(zhì)情況確定采用并點降水還是井內(nèi)集水坑抽水。,3、測量控制和沉降觀測 先按沉井平面設置測量控制網(wǎng)，然后進行抄平放線，并布置水準基點和沉降觀測點。對在既有建筑物附近下沉的沉井，應在既有建筑物上設沉降觀測點，進行定期的沉降觀測。,4平整場地和修建臨時設施 對施工場地進行平整處理，達到設計標高按施工圖進行平面布置。施工現(xiàn)場設置臨時倉庫、鋼筋車間、簡易試驗室和辦公室，修筑臨時排水溝、截水溝以及安裝施工設備、水電線路并試水電。,(二)沉并的制作 1支模和架設鋼筋 (1)刃腳的支設，可根據(jù)沉并的重量、施工荷載和地基承載力情況采用墊架法和半 墊架法，也

29、可用磚墊座和土底模。對較大較重的沉井，在較軟弱地基上制作時，為防止造 成地基下沉刃腳裂縫，常采用墊架法或半墊架法；對直徑或邊長在8米以內(nèi)的較輕沉井，當 土質(zhì)較好時可采用磚墊座；對重量較輕的小型沉井，當土質(zhì)好時可用砂墊層、灰土墊層或 在地基中挖槽作成土模。,(2)井壁可采用鋼?；蚰灸０濉２捎媚灸０鍟r外模朝混凝土一面應刨光，內(nèi)外模均 采取豎向分節(jié)支設，每節(jié)高152m，用直徑1216mm對拉螺拴拉槽鋼圈固定。為使井壁重量能均勻地傳至土層在刃腳下方設置枕木及木板，其間設置楔木，在澆制時楔緊，澆 好后放松楔木，抽出枕木，以備井壁下沉。,(3)沉井鋼筋一般用雙層鋼筋、做成骨架，用吊車垂直吊裝就位。為保證鋼

30、筋與模板間有足夠的保護層，應用小的預制砂漿片以保證鋼筋間的準確位置。,2澆灌混凝土 (1)材料要求 一般采用防水混凝上；在h/b小于或等于10時，用抗?jié)B等級o6MPa混凝上；在10 h/b15用抗?jié)B等級o8MPa混凝土；在 h/b 15時，用抗?jié)B等級12MPa混凝土。其中h為井壁深 入到地下水以下的深度， b為壁厚，,水灰比WC般為o.6，不得超過0.65。每立方米混凝土的水泥用量約為300一350kg，砂率采用歷35%-45%，應按照水泥和砂、土材料試配，進行試塊的強度和抗?jié)B試驗。井壁混凝土坍落度一般為35cm，底板混凝土坍落度為23cm。井壁混凝上用插入式振動器搗實，底板混凝土用平板振動器

31、振實。為減少用水量，可摻入如木質(zhì)素磺酸鹽、NNO等咸水劑。,(2)澆灌混凝土時注意事項 混凝土應沿壁周的水平高度均勻澆搗，每次澆高約為30厘米，以免造成地基不均勻下 沉或產(chǎn)生傾斜。 混凝土應一次連續(xù)澆完。如因工作量過大，不能一次澆完，需設水平施工縫，縫間 留有凹凸縫并插入短鋼筋增加連接。在澆筑新混凝土前須將表面洗刷干凈，用水濕潤，并 鋪層強度等級高一級的砂漿。,當?shù)谝还?jié)混凝土強度等級達到70時才可澆灌第二節(jié)。前節(jié)下沉應為后一節(jié)澆灌混凝土工作預留o5一1 m高度、以便操作。 混凝土澆完后要注意保養(yǎng)，經(jīng)常澆水保證表面潮濕，并蓋麻袋或塑料布防止水分蒸發(fā)。冬季可用防雨帆布懸掛于模板外側(cè)，使之成密閉氣罩

32、，通蒸汽加熱養(yǎng)護。,(二)沉井下沉,1下沉方法選擇 沉井下沉有排水下沉和不排水下沉兩種方法。沉并下沉中的挖土作業(yè)，最好是在干燥的環(huán)境中進行，這樣操作方便，且對于土層中的漂石、障礙物等也容易排除，下沉中也不易發(fā)生偏差，即使發(fā)生了也容易糾正，下沉到設計標高時，能直接檢驗土質(zhì)等。因此，應盡量采用排水下沉方法。但由于沉井下沉地點水源豐富，存在嚴重的硫砂地層或周圍環(huán)境不允許降水時，才采用水下挖土的濕作業(yè)不排水下沉方法。,(1)施工順序 制作第一節(jié)沉井：施工時先在場地上整平地面鋪設砂墊層，設置承墊木，再制作第一節(jié)沉井，如圖1所示。 抽墊木，挖土下沉：混凝土達到設計規(guī)定的強度后，抽掉刃腳下的墊木，井筒在自

33、重作用下開始下沉。在井壁內(nèi)挖土或水力吸泥，邊挖邊排邊下沉，如圖2所示。 沉井接高下沉：當井筒較高時，可分節(jié)制作接高下沉、如圖3所示。,1,2,3,封底、澆筑鋼筋混凝土底板：當井筒下沉到設計標高時，在刃腳下嵌入木塊，防止過度下沉。隨即用素混凝土封底，然后澆筑鋼筋混凝土底板，如圖4所示。,4,第四節(jié) 沉井作為整體基礎的設計及計算 沉井的計算一般包括兩部分內(nèi)容: 一是將沉井作為實體基礎計算；二是沉井施工過程中的結構強度計算。 （一）沉井作為實體基礎的計算 沉井作為整體基礎的計算，根據(jù)它的埋置深度可用兩種不同的計算方法。,1.沉井埋置深度在最大沖刷線以下小于或等于5m時，可按淺基礎設計計算的規(guī)定，驗算

34、地基的強度，沉井的穩(wěn)定性和沉降，使其符合各容許值的要求。這種計算因未考慮基礎側(cè)面土的橫向抗力影響是偏于安全的。,2.當沉井埋置深度大于5m時，由于埋深大，所以不可忽略沉井周圍土體對沉井的約束作用，因此，驗算地基應力、變形及沉井的穩(wěn)定性，需要考慮基礎側(cè)面土體彈性抗力的影響。這種計算方法的基本假定是： 1地基土作為彈性變形介質(zhì)，地基系數(shù)隨深度成正比例增加； 2不考慮基礎與土之間的粘著力、和摩阻力； 3沉井基礎的剛度與土的剛度之比可認為是無限大。 符合上述假定條件時，沉井基礎在橫向外力作用下只能發(fā)生轉(zhuǎn)動而無撓曲變形。因此可將沉井按剛性樁（剛性構件）計算內(nèi)力和土抗力，即相當于“m法”中h2.5的情況。

35、,一、非巖石地基上沉井基礎的計算 下面討論沉井基礎處于非巖石地基上時，受到水平力H及偏心豎向力N作用后的內(nèi)力計算(a)。為了討論方便，可以把這些外力轉(zhuǎn)變?yōu)橹行暮奢d和水平力的共同作用，其轉(zhuǎn)變后的水平力H作用的高度大小（圖5-11b）為 (5-1),先討論沉井在水平力H作用下的情況。 由于水平力的作用，沉井將圍繞位于地面下z。 深度處的A點轉(zhuǎn)動一角（圖512），則地面下深度Z處沉井基礎產(chǎn)生的水平位移x和對土的水平壓應力zx分別為,x（Z。- Z）tg （ 52） zxxCzCz（ z。- z） tg （53 a） 式中：Z。轉(zhuǎn)動中心A離地面的距離； Cz深度Z處水平向的地基系數(shù)，CzmZ。 將Cz

36、值代人式（53a）得 zx mZ（Z。一Z）tg （53b） 從式（5-3b）可見，水平土壓應力沿深度為二次拋物線變化。,基礎底面處的壓應力，考慮到該水平面上的豎向地基系數(shù)C。不變，故其壓應力圖形與基礎豎向位移圖相似。故 (5-4) 式中C。（參見有關地基系數(shù)規(guī)范）不得小于10m。，d為基底寬度或直徑。,在上述三個公式中，有兩個未知數(shù)。和，要求解其值，可建立兩個平衡方程式，即 X=0 H- （5-5） M=0 （5-6） 式中b1為基礎計算寬度，按“m法”計算，W為基底的截面摸量。對上二式進行 聯(lián)立解，可得 （5-7） （5-8） 或 式中：= , 為深度h處沉井側(cè)面的水平向地基系數(shù)與沉井地面

37、的豎向地基系數(shù)的比值.,當有豎向荷載N及水平力H同時作用時，（圖512）同基底邊緣處的壓應力為 (5-11) 式中A。為基礎底面積。 離地面或最大沖刷線以下Z深度處基礎截面上的彎炬（圖512），為 = (5-12),二、基底嵌人基巖內(nèi)的計算方法 若基底嵌入基巖內(nèi)，在水平力和豎直偏心荷載作用下，可以認為基底不產(chǎn)生水平位移， 則基礎的旋轉(zhuǎn)中心 A與基底中心相吻合，即 Z。 h，為一已知值（圖513）。這樣， 在基底嵌人處便存在一水平阻力P，由于P力對基底中心軸的力臂很小，一般可忽略P對A點的力矩。,第五節(jié) 沉井施工過程中的結構強度計算,一 沉井自重下沉驗算,G125T （528） 式中：G沉井自重

38、。對不排水下沉的沉井應扣除水的浮力； T井壁總摩阻力，它等于井壁面積乘以單位面積的摩阻力。,一、第一節(jié)（底節(jié)）沉井的豎向撓曲驗算,第一節(jié)沉井在抽除墊木及挖土下沉過程中，將沉井看作承受自重的梁計算井壁產(chǎn)生的豎向撓曲彎拉應力。當混凝土的拉應力超過材料的允許值時，就應增加第一節(jié)沉井高度或在井壁內(nèi)設置橫向鋼筋，以防止沉井豎向開裂。 驗算時應采用的第一節(jié)沉井的支承點位置與沉井的施工方法有關，現(xiàn)分別敘述如下：,（一）排水挖土下沉 由于沉井是排水挖土下沉，所以不論在抽除刃腳下墊木以及在整個挖土下沉過程中，都能很好地控制沉井的支承點。為了使井體撓曲應力盡可能小些，將沉井看作四點支承的梁，驗算因豎向撓曲而引起的

39、混凝土彎拉應力，支點距離可以控制在最有利的位置處。對矩形及圓端形沉井而言，是使其支點和跨中點的彎矩大致相等，支點間距可采用 07L ,L為沉井長度（如圖5-14a）；圓形沉井的四個支點可布置在兩個相互垂直線上的端點處。 ，,（二）不排水挖土下沉 由于井孔中有水，挖土可能不均勻，沉井下沉過程中可能會出現(xiàn)最不利的支承情況。將底節(jié)沉井仍看作梁，在下列兩種最不利情況下，分別驗算混凝土的抗拉強度。 對矩形及圓端形沉井，支點在長邊的中點上（如圖514c），驗算由于沉井自重在計算支承點附近最小豎截面（通常為井壁與隔墻交接處）頂部混凝土拉應力。,支承在短邊的兩端點（如圖(514b），對于圓形沉井，兩個支點位于

40、一直徑上，驗算由于沉井自重而在跨中底部的混凝土拉應力。圖514a）和C）情況使沉井成為一懸臂梁，在支點處，沉井頂部可能產(chǎn)生豎向開裂；而圖514b）使沉井成為一簡支梁?？缰袕澗刈畲?，可能沉井下部豎向開裂。這兩種情況均應對長邊跨中附近最小截面上下緣進行驗算。,三、沉井刃腳受力計算,可以把刃腳看成在平面上是一個水平閉合框架，在豎向是一個固定在井壁上的懸臂梁。水平外力的分配系數(shù)，如根據(jù)懸臂及水平框架兩者的變位關系及其他一些假定得到： 刃腳懸臂作用的分配系數(shù)為 = （5-29） 刃腳框架作用的分配系數(shù)為 = （5-30）,式中；L1支承于隔墻間的井壁最大計算跨度； L2支承于隔墻間的井壁最小計算跨度;

41、hK刃腳斜面部分的高度。 水平外力按上面兩個分配系數(shù)分配，只適用于內(nèi)隔墻底面高出刃腳底面不超過0.5m，或大于05m而有垂直埂肋的情況。否則，全部水平力應由懸臂作用承擔，即=1.0，刃腳不再起水平框架作用，但仍應按構造要求布置水平鋼筋，使能承受一定的正、負彎矩。,（一）刃腳豎向受力分析,刃腳豎向受力情況一般截取單位寬度井壁來分析，把刃腳視為固定在井壁上的懸臂梁， 梁的跨度即為刃腳高度。由內(nèi)力分析有下述兩種情況。,1刃腳向外撓曲的內(nèi)力計算（即配置刃腳內(nèi)側(cè)豎向鋼筋）,刃腳切人士中一定深度，由于沉井自重作用，在刃腳斜面上便產(chǎn)生了土的抵抗力，它使刃腳向外撓曲。 最不利狀態(tài)：沉井下沉施工過程中，刃腳內(nèi)側(cè)

42、切人士中深度約1.0m，上節(jié)沉井均已接上，且沉井上部露出地面或水面約一節(jié)沉井高度時較符合需要條件，為最不利情況，以此來計算刃腳的向外撓曲彎矩。,刃腳高度范圍內(nèi)的外力有：刃腳外側(cè)的主動土壓力及水壓力Pe+w，沉井自重G，土對刃腳外側(cè)的摩阻力T，以及刃腳下土的抵抗力R。其計算圖示如圖5-15。,各外力的計算式如下： （1）作用在刃腳外側(cè)單位寬度上的土壓力及水壓力 土壓力： 地面下深度hi刃腳承受的土壓力ei可按朗金主動土壓力公式計算，即 （5-31） 式中：i-土在hi 范圍內(nèi)的平均容重，在水位以下時應考慮浮力； hi-計算位置至地面的距離。,水壓力： i=WhWi （5-32） 式中：W-水容重

43、 hWi-計算位置至水面的距離。 水壓力是應根據(jù)施工情況和土質(zhì)條件計算的（可參考刃腳向內(nèi)撓曲驗算時有關說明），,為了避免計算所得土、水壓力值偏大而使驗算方法偏于不安全，一般設計規(guī)范均規(guī)定了由式（5-32）算得的刃腳外側(cè)土、水壓力值不得大于靜水壓力的7 0，否則按靜水壓力的70計算。 土壓力和水壓力的合力為： Pe+w=（Pe2+w2+Pe3+w3）hk,式中； Pe2+w2-作用在刃腳根部處的土壓力及水壓力強度之和; Pe3+w3刃腳底面處的上壓力及水壓力強度之和； hk刃腳高度。,（2）作用在刃腳外側(cè)單位寬度上的摩阻力T1；可按下列二式計算，并取其較小者 T1hk （534） 或 T1 0.

44、5E （535） 式中：hk士與井壁間單位面積上的摩阻力，由表52查用； hk-刃腳高度； E-刃腳外側(cè)總的主動土壓力，即 E=hk(e3 + e2) /2 （5-36）,(3）刃腳下抵抗力的計算。刃腳下豎向反力R（取單位寬度）可按下式計算 R=q T （5-37） 式中：q為沿井壁周長單位寬度上沉井的自重，在水下部分應考慮水的浮力； T為沉井人土部分單位寬度上的摩阻力。,為求R的作用點，可將R分為V1及V2兩部分，然后根據(jù)圖515求得。圖中刃腳踏面寬度為，踏面下的反力假定為均勻分布，其合力用民表示。假定刃腳斜面與水平面成a0角，斜面與土間的外摩擦角為0，一般定為30。故作用在斜面上土反力的合

45、力與斜面的垂直方向成角0，斜面上反力成三角形分布，在地面處為O，將合力分解成豎直力V2及水平力H時，它們的應力圖形也是呈三角形分布。因此，,RV1 V2 （5-38） V1=R （5-39） V2=R-V1 （5-40） R的作用點距井壁外側(cè)的距離為 （5-41） 式中：b為刃腳內(nèi)側(cè)人士斜面在水平面上的投影長度。 刃腳斜面上土的水平反力U=V2tg（a0-0），作用點離刃腳底面13m。,（4）刃腳（單位寬度）自重g為 （5-42） 式中： 井壁厚度； rh鋼筋混凝土刃腳的容重，不排水施工時應扣除浮力。 刃腳自重g的作用點至刃腳根部中心軸的距離為 （5-43）,求出以上各力的數(shù)值、方向及作用點后，再算出各力對刃腳根部中心軸的彎矩總和值 （對O點）M，豎向力N及剪力Q，其算式為 M