沉井基础资料
沉井基础
二、沉井基础的构造
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。
1.井壁 井壁是沉井的主要部分。它在沉井下沉过程中起挡土、挡 水及利用本身重量克服土与井壁之间的摩阻力的作用。当沉井 施工完毕后，它就成为基础或基础的一部分而将上部荷载传递 给地基。因此，井壁必须具有足够的强度和一定的厚度。根据 井壁在施工中的受力情况，可以在井壁内配置竖向及水平向钢 筋，以增加井壁强度。井壁厚度按下沉需要的自重，本身强度 以及便于取土和清基等因素而定，一般为0.80～1.50m，为便 于绑扎钢筋及浇筑混凝土，其厚度不宜小于0.4m。钢筋混凝土 薄壁沉井可不受此限制。井壁的混凝土强度等级不低于C15。
当沉井下沉深度大，穿过的土质又较好，估计下沉 会产生困难时，可在井壁中预埋射水管组。射水管应均 匀布置，以利于控制水压和水量来调整下沉方向。一般 水压不小于600kPa。如使用泥浆润滑套施工方法时，应 有预埋的压射泥浆管路。
7.封底和盖板
沉井沉至设计标高进行清基后，便浇筑封底混凝土。 混凝土达到设计强度后，可从井孔中抽干水井填满混凝土 或其它圬工材料。如井孔中不填料或仅填以砂砾则须在沉 井顶面筑钢筋混凝土盖板。封底混凝土底面承受地基土和 水的反力，这就要求封底混凝土有一定的厚度(可由应力验 算决定)，其厚度根据经验也可取不小于井孔最小边长的 1.5倍。封底混凝土顶面应高出刃脚根部不小于0.5m，并 浇灌到凹槽上端。封底混凝土标号对岩石地基用C15；一 般地基用C20。盖板厚度一般为1.5～2.0m。井孔中充填 的混凝土，其强度等级不应低于C10
2
FV e
max
h
Z0
即土的横向抗力沿深度呈二次抛物线 变化，若基底竖向地基系数C0不变，
O
沉井基础
沉井结构设计计算
沉井结构设计计算
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。
沉井结构设计计算
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
x x
沉井结构设计计算
简支支承双向板计算简图
沉井结构设计计算
③求出弯矩值后，封底混凝土的厚度
验算建议值
沉井结构或受其影响建筑物的安全 纵向钢筋最小 等级与拉力计算取值 构造配筋率 一级 二级 0.30G 三级 0.25G 钢筋混凝土最 小配筋率不宜 于少0.1%；少 筋混凝土不宜 少于0.05%
沉井施工 状态 排水下沉 不排水下 沉 泥浆套中 下沉
0.50G
0.40G
0.30G
0.25G
沉井结构设计计算
沉井外侧直立时的井壁受拉计算图
沉井结构设计计算
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
Pl max G / 4
实际工程中，沉井被卡住较为常见，也 出现过被拉裂的沉井 。
沉井结构设计计算
表8-2 沉井竖向拉力计算及其最小配筋率
①计算刃脚外侧的土压力和水压 力。 ②由于刃脚下的土已被掏空，故 刃脚下的垂直反力Rv和刃脚斜面 水平反力U等于零 ③作用在井壁外侧的摩阻力T ④刃脚计算时重力g与前面相同 ⑤计算在刃脚外侧的钢筋（竖直） 数量
沉井基础施工
沉井基础施工沉井一般由①井壁、②刃脚、③隔墙、④井孔、⑤凹槽、⑥射水管、⑦封底和⑧盖板等组成，如图2-5所示。
沉井在施工中具有独特优点：占地面积小；不需要板桩围护；与大开挖相比较，挖土量小；对邻近建筑的影响比较小；操作简便，无需特殊的专用设备。
图2-5 沉井基础示意图一、准备工作沉井钻孔要求：（1）面积在200m2以下（包括200m2）的沉井，应有一个钻孔（可布置在中心位置）。
（2）面积在200m2以上的沉井，在四角（圆形为相互垂直的两直径端点）应各布置一个钻孔。
（3）特大沉井可根据具体情况增加钻孔。
（4）钻孔底标高应深于沉井的终沉标高。
（5）每座沉井应有一个钻孔提供土的各项物理力学指标、地下水位和地下水含量资料。
二、沉井制作沉井的制作程序主要包括：测量定位、沉井分节、铺设承垫木、模板支设及拆除、施工缝处理等内容。
具体规定如下：1.平整场地（1）沉井位于浅水或可能被水淹没的岸滩上时，宜就地筑岛制作。
在地下水位较低的岸滩，若土质较好时，可开挖基坑制作沉井。
（2）在岸滩上或筑岛制作沉井，要先将场地平整夯实，以免在灌筑沉井过程中和拆除支垫时，发生不均匀沉陷。
若场地土质松软，应加铺一层30～50cm 厚的砂层，必要时，应挖去原有松软土层，然后铺以砂层。
当石渣、漂卵石等取材方便时，常不挖除松软土壤，可直接回填夯实，以便施工。
（3）沉井在制作至下沉过程中位于无被水淹没可能的岸滩上时，如地基承载力满足设计要求，可就地整平夯实制作；如地基承载力不够，应采取加固措施。
（4）沉井可在基坑中灌筑，但应防止基坑为暴雨所淹没。
并应注意观察洪水，做好防洪措施。
在总的进度安排中，应抓住枯水期的有利季节。
（5）运输线路，风、水管路，电力线的铺设以及混凝土厂起吊设备的布置等，均应事先详细计划，妥善安设，以免干扰沉井施工作业。
2.测量定位在沉井地点进行测量工作，应符合下列要求：（1）定位轴线应保证能随时可以检查沉井的下沉位置。
（2）检查沉井标高的临时水准点应设在沉井施工影响范围以外，且安全可靠的地方。
沉井
1沉井是一种井筒状空腔结构物，是在预制好的井筒内挖土，依靠井筒自身重力或借助外力克服井壁与地层的摩擦阻力逐步沉入地下至设计高程，最终形成桥梁墩台或其他建筑物基础的一种深基础形式。
2沉井基础的特点：1）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2）沉井是基础的组成部分，在下沉的过程中引起挡土和防水的临时围堰作用，不需要另设坑壁支撑或板柱围堰，既节约了材料，又筒化了施工3）在各类地下构筑物中，沉井结构又可作地下构筑物的围护结构，沉井内部空间亦可得到充分利用4）沉井在深基础施工中，具有占地面积小，挖土量少。
对邻近建筑物等环境影响比较小的优点5）不需要特殊专业设备，且操作简便，技术可靠，节省投资。
沉井基础的缺点：1）施工工期长2）对粉、细砂类土在井内抽水易发生流沙现象，造成沉井倾斜3）沉井下沉过程中遇到大的孤石，树干或井底岩层表面倾斜过大，均会给施工带来一定的困难。
3沉井的分类：1）沉井按施工方法分类：一般沉井、浮运沉井；2）沉井按建筑材料分类：混凝土沉井、钢筋混凝土沉井、竹混凝土沉井、刚沉井；3）按沉井的平面形状可分为：圆形、矩形、圆端形。
4沉井一般由井壁、刃脚、内隔墙、井孔、凹槽、封底和顶盖板、射水管等组成。
5沉井基础施工一般可分为旱地施工、水中筑岛、浮运沉井三种。
1单桩承载力容许值是指单桩在荷载作用下，地基土和桩本身的强度和稳定性，得到保证，变形也在容许范围内，以保证结构物的正常使用所能承受的最大荷载。
2单桩轴向荷载传递机理：桩的承载力是桩与共同作用的结果，当轴向荷载逐步施加于单桩桩顶时，桩身上部受到压缩而产生相对与土的向下位移，与此同时，桩侧表示就会受到土的向上摩阻力，随着荷载增加，桩身的压缩量和位移量增大，桩身下部的摩阻力逐步调动引来，桩底土层也因受到压缩产生桩端阻力，因此，可以认为土对桩的支撑力是由桩侧摩阻力和桩端阻力两部分组成。
a)负摩阻力：当桩周围土体因某种原因发生下沉，其沉降变形大于桩身的沉降变形时在桩侧表面将出现向下作用的摩阻力。
4 沉井基础(z)
圆形沉井：沉井下沉容易控制方向，易保证刃 脚均匀支撑在土层上，井壁在侧压力作用下只受轴 向力或稍受拱曲，对水流方向正交和斜交均有利。
圆端形沉井：控制下沉、受力条件、阻水冲刷 均较矩形者有利，但沉井制造较复杂。
矩形沉井：制造简单、基础受力有利、常能配 合墩台底部平面形状。四角一般做成圆角，以减少 井壁摩阻力和取土清孔的困难，在侧向土压力作用 下，井壁受较大的拱曲力矩，在流水中阻力系数较 大，冲刷严重。
5.射水管
当沉井下沉深度大，穿过的土质又较好，估计 下沉会产生困难时，可在井壁中预埋射水管组。射 水管应均匀布置，以利于控制水压和水量来调整下 沉方向。一般水压不小于600kPa。如使用泥浆润滑 套施工方法时，应有预埋的压射泥浆管路。
6.凹槽
凹槽设在井孔下端近刃脚处，其作用是使封底 混凝土与井壁有交好的接合，封底混凝土底面的反 力更好的传给井壁(如井孔全部填实的实心沉井也可 不设凹槽)。凹槽深度约0.15～0.25m，高约1.0m。
水深（m） 流速（m/s）
施工注意事项
<1.5
很小
土岛的护道宽度不小于2m，与水接触的土 坡不应陡于1:2。
草袋装土不宜过满。
<4.0
1～2 草袋上下左右互相错缝搭接，草袋分层之间
，应用土填实，并堆放整齐。
3～5
（也可略大些）
<2.0
河床土质应能适用打入板桩。
2）筑岛的分类及使用条件 根据围护情况，常用的筑岛方法有土岛、草袋麻袋围堰筑岛、 板桩围堰筑岛和石笼围堰筑岛。采用各种围护的目的，是为 了减少冲刷影响并提高岛体抗冲刷的能力，以保证筑岛在施 工期间的安全。
各种围堰筑岛的适用条件及注意事项
围堰类别
土岛 草袋麻袋围堰筑
基础工程-沉井基础
5.沉井基础
Hunan University
下沉系数K1、抗浮稳定系数K2
下沉系数:在确定沉井的外形尺寸和壁厚时，应保证沉井
在各种施工阶段能克服四壁摩阻力R1而顺利下沉，即下沉系数 K1应满足：
K1 G 1.10 ~ 1.25 Rt
G—各种施工阶段沉井的自重； Rt—沉井井壁土的摩阻力。
>0.5m
最高施工水位
防护围堰
最高施 工水位
φ /2) b>Htg( 45H
有围堰防护土岛 围堰筑岛 图5.13 水中筑岛下沉沉井
b)
c)
18
5.沉井基础
Hunan University
5.2.2 水中沉井施工
2.浮运沉井
水深筑岛困难时采用，岸边制作，滑入水中， 井壁为空体浮于水面，就位后灌注砼下沉至河床。
h2
FH
其中： Cz = mz
l
C0 =mh
h1
h
沉井底面受到的抗力：
d / 2 C01 C0 d tan
2
FV e
max
h
Z0
即土的横向抗力沿深度呈二次抛物线 变化，若基底竖向地基系数C0不变，
O
λ
x
Z1
zx
29 图5.17 非岩石地基计算示意
d/2
式中C0按桩基计算方法确定，但不得 a) 小于10 m0。
Hunan University
5.1.3
沉井基础的构造
0.8~1.5 m
刃脚： 井壁下端楔 状部分，利于切 入土中加速下沉
一般底面(踏面)厚 100～200 mm，以型钢 加强，高1m以上，砼强 度等级≥C20
沉井基础
井孔的布置和大小应满足取土机具操作的需 要，对顶部设置围堰的沉井，宜结合井顶围堰统 一考虑。
说明
6.2
6 沉井基础
• 6.2.2 沉井每节高度可视沉井的平面尺寸、总高 度、地基土情况和施工条件而定，不宜高于5m。 沉井外壁可做成垂直面、斜面（斜面坡度为竖/
节 横：20/1～50/1）或与斜面坡度相当的台阶形。 构 说明
算
极限状态计算和正常使用极限状态计算。计算时 其结构重要性系数和作用效应组合，应分别符合 本规范第1.0.5条的规定。
6.3
6 沉井基础
• 6.3.2 沉井井壁应按下列规定验算。薄壁浮运沉 井的井壁应根据实际可能发生的情况进行验算。 1 施工下沉时，沉井底节应按下列情况验算其竖
节 向弯曲强度： 计 1）当排水挖土下沉时，沉井底节假定支承在四 算 个支点“1”上（图6.3.2-1），验算其竖向弯曲；
计 剪力。
算
根据排水或不排水的情况，沉井井壁在水压
力和土压力等水平荷载作用下，应作为水平框架
验算其水平方向的弯曲。
6 沉井基础
采用泥浆套下沉的沉井，泥浆压力大于上述 水平荷载，井壁压力应按泥浆压力计算。
采用空气幕下沉的沉井，井壁压力与普通沉 节 井的计算相同。 计 • 6.3.3 沉井刃脚可分别作为悬臂梁和水平框架验
造
• 6.2.3 沉井井壁的厚度应根据结构强度、施工下 沉需要的重力、便于取土和清基等因素而定，可 采用0.8～1.5m；但钢筋混凝土薄壁浮运沉井及钢 模薄壁浮运沉井的壁厚不受此限。
6.2
6 沉井基础
• 6.2.4 沉井刃脚根据地质情况，可采用尖刃脚或 带踏面刃脚。如土质坚硬，刃脚面应以型钢加强 或底节外壳采用钢结构。刃脚底面宽度可为
沉井基础(讲义)
3．圆端沉井和尖端沉井
– 减少阻水系数，对河床冲刷小。适于桥墩和河中心的取水构筑物。
4．多格沉井
– 因使用要求或受力要求分格
第二节 沉井的类型和构造
沉井基础
图1-3
沉井的平面形状
a) 单孔沉井；b) 双孔沉井；c) 多孔沉井
第二节 沉井的类型和构造
沉井基础
土软，浅
土软，深
土密，深
省料
壁厚要求能够靠自重下沉，保证强度与刚度，过重时台阶状
第三节 沉井的施工
沉井基础
板桩围堰筑岛
• 适用范围：水深流急，河床土质适宜打入 • 板桩：木板桩、混凝土板桩、钢板桩等。 • 板桩围堰的计算：钢板桩或槽钢的断面、最小入土深度、 桩间距、拉杆的间距和截面面积以及整体稳定性核算等。 • 施工：打桩船
第三节 沉井的施工
沉井基础
石 笼 围 堰 筑 岛
适用于水深流急，且不宜打板桩的岩石、砂夹卵石等的河床上。 石笼有木、竹、钢筋笼等数种。木笼只有在特殊情况下才使用， 南方因竹材较多，故亦有用竹笼。 先用其它材料制作成笼，然后向笼内填装块石或卵石做成围堰 后，再向围堰内填砂筑岛。
第三节 沉井的施工
沉井基础
混凝土垫层
• 为了扩大沉井刃脚的支承面积，减轻对砂垫层或地基土的 压力，省去刃脚下的底模板，便于沉井下沉，在砂垫层或 地基上，应先铺筑素混凝土垫层。其厚度一般可采用10～ 15cm，太薄则容易压碎，太厚则对沉井下沉不利。为了 固定沉井刃脚钢(木)模板，可在混凝土垫层内埋入小方木， 长度较井壁所用拉杆螺栓稍长。
第二节 沉井的类型和构造
沉井基础
取 土 孔
• 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。
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（二）沉井下沉困难 增加沉井自重 减小沉井外壁的摩阻力 （三）突沉 控制均匀挖土 刃脚处挖土不易过深 （四）流砂 向井内灌水减小水头梯度； 井点降水，深井降水，改变水头梯度方向
9.3 沉井的设计与计算
一、沉井作为整体深基础的设计与计算
沉井作为整体深基础时的基本假定条件： 1、地基土作为弹性变形介质，水平向地基系数随深度成 正比例增加； 2、不考虑基础与土之间的粘着力和摩阻力； 3、沉井基础的刚度与土的刚度之比可认为是无限大。
9.2 沉井的施工 9.2.1 旱地上沉井的施工
（一）整平场地 （二）制造第一节沉井 （三）拆模及抽垫 （四）挖土下沉 （五）接高沉井 （六）筑井顶围堰 （七）地基检验和处理 （八）封底、充填井孔及浇筑顶盖
沉井施工主要程序示意图
9.2.2 水中沉井的施工 1、筑岛法 2、浮运沉井施工
9.2.4 沉井下沉过程中遇到的问题及处理
FR0hb1zxdZFH
FH
(b1h2 6D
1)
地面以下Z深度处基础截面上的变矩为
M zH (hZ)b 1 1H D 23(Z 2 hhZ)
（三）验算
1．基底应力验算
σmax≤[σ]h
2．横向抗力验算
σzx≤Ep—Ea
由朗金土压力理论可知
代入得
E pZ2 t(4 g 5 2)2 c(t4 g 5 2)
一、沉井基础
5 4
9.1 概 述
32 1
6 7 6 8
b)
图9-1 沉井基础示意
井筒状的结构物
在井壁的围护下从井内挖土
在自重作用下逐渐下沉 封底封顶形成的深基础
9.1 概 述
9.1.1沉井的特点及使用范围
1、沉井基础的特点： 2、沉井基础的使用范围：
1．上部荷载较大，而表层地基土的容许承载力不足，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 基础与其它深基础相比较，经济上较为合理时； 2．在山区河流中，虽然土质较好，但冲刷大或河中有较大卵石 不便桩基础施工时； 3．岩层表面较平坦且覆盖层薄，但河水较深；采用扩大基础施工 围堰有困难时。
直径>1.8m。（桩径2.5m、底径5m、承千吨） 方法：1)人挖人扩桩；
2)机钻人扩桩,干法； 3)机钻机扩桩,湿法。 要求： 防塌壁；须降水、通风、通讯、照明。 设备：1)风镐、八字护壁； 2) 钻扩机。 施工工艺： 护壁挖孔→扩底→放入钢筋笼→浇筑混凝土
墩身施工示意图
三、 地下连续墙
二、地下连续墙
9.2.4 沉井下沉过程中遇到的问题及处理
（一）沉井发生倾斜和偏移 偏斜主要原因：土岛表面松软，使沉井下沉不均，河底土质 软硬不匀；挖土不对称；井内发生流砂，沉井突然下沉，刃脚 遇到障碍物顶住而未及时发现；并内挖除的土堆压在沉井外 一侧，沉井受压偏移或水流将沉井一侧土冲空等。 发生倾斜纠正方法：除土、压重、顶部加水平力或刃脚下支垫 发生偏移纠正方法： 纠正沉井中心位置发生偏移的方法是先使沉井倾斜，然后均匀 除土，使沉井底中心线下沉至设计中心线后，再进行纠偏。
FHh10hzb x1ZdZ dW0 2
Z0
b1h2(4h)6dW 2b1h(3h)
tgm 12(hFbH 1h(23h13W 8h1))d
tg 6FH
Amh
式中：
Ch C0
mh ，β为深度h处沉井侧面的水平向地基系数与沉井底面
C0 的竖向 地基系数的比值
zx6AFHhZ(Z0Z)
离地面或最大冲刷线以下Z深度处基础截面上的弯矩，为
深度处的土横向抗力；
σhx——相。 应于Z=h深度处的土横向抗力，h基础的埋置深度；
η1 ——取决于上部结构形式的系数，一般取η1=1，对于拱桥η1=0.7；
η2 ——考虑恒载对基础重心所产生的变矩Mg在总弯矩M中所占百分比
的系数，即
2
10.8Mg M
9.5 深基础简介
一、墩基础（即大直径扩底灌注桩）
9.1.2 沉井的类型和构造
1、按施工方法分：一般沉井、浮运沉井 2、按材料分类：
混凝土、钢筋混凝土、钢、 竹筋混凝土沉井等 3、按平面形状分类：圆形、 方形、矩形、椭圆形、圆端
形、多边形及多孔井字形等
4、按竖向剖面形状分类： 圆柱形、阶梯形及锥形等
9.1.3. 沉井基础的构造
6．射水管 当沉井下沉深度大，穿过的土质又较好，估计下沉会 产生困难时，可在井壁中预埋射水管组。
7．封底及顶盖 当沉井下沉到设计标高，经过技术检验并对井底清理 整平后，即可封底，以防止地下水渗入井内。 刃脚上方井壁内侧预留凹槽，以便在该处浇筑钢筋混凝土 底板和楼板及井内结构。凹槽的高度应根据底板厚度决定
凹槽底面一般距刃脚踏面2.5m左右。槽高约1.0m 凹人深度c约为150~250mm。
9.2 沉井的施工
Ptgc)
考虑到桥梁结构性质和荷载情况，并根据试验知道出现最大 的横向抗力大致在 Z 和h Z=h处，将考虑的这些值代入
3
h x 3
12c4os(3htgc)
h x12c4os(3 ht g c)
h x
3
——相应于 Z h 3
（一）非岩石地基上沉井基础的计算
FVeFHl M
FH
FH
x(Z0Z)t g zx xC z C z(Z 0 Z )tg
zxm(Z0Z)tg
基础底面处的压应力
d
2
C01
C0
dtg
2
h
h
F H 0 zb x 1 d F z H b 1 m0 tZ ( g Z 0 Z ) d Z 0
1.用途：深基坑的支护结构＋建筑物的深基础 2.特点：刚度大，挡土又挡水，可用于任何土质， 施工无振动、噪音低；成本低，施工期短，专用 设备。
3.施工工艺：修筑导墙→制备泥浆→成槽→槽段 的连接。
1.用途：深基坑的支护结构＋建筑物的深基础
地下连续墙施工过程示意图
Z
M z F H ( h Z )0 zb x 1 (Z Z 1 )d1Z
F H(hZ)F H 2b h 1Z3 A (2A 0Z)
（二）基底嵌入基岩内的计算方法
tg FH
mhD
式中
D b1h3 6Wd 12
将tgω代入得
zx
(hZ)Z
FH Dh
max min
FV A0
FHd
2D
根据∑x=0，可以求出嵌入处未知的水平阻力