1、課程團隊：徐長節、胡文韜、耿大新、可文海、陳丹華基礎工程學華東交通大學土木建筑學院4 深基礎 4.7 沉井工程簡介及構造要求主講人耿大新一、沉井的基本概念、作用及適用條件沉井的概念:是井筒狀的結構物(圖1)。它是以井內挖土，依靠自身重力克服井壁摩阻力后下沉到設計標高，然后經過混凝土封底并填塞井孔，使其成為橋梁墩臺或其它結構物的基礎(圖2)。 圖1 沉井下沉示意圖 圖2 沉井基礎 沉井的優缺點沉井的優點：埋置深度可以很大，整體性強、穩定性好，有較大的承載面積，能承受較大的垂直荷載和水平荷載；沉井既是基礎，又是施工時的擋土和擋土圍堰結構物，施工工藝并不復雜，因此在橋梁工程中得到較廣泛的應用。同時，

2、沉井施工時對鄰近建筑物尤其是軟土中地下建筑物的基礎，也常用作為礦用豎井、地下油庫等。沉井的缺點：施工期較長；對粉細砂類土在井內抽水易發生流砂現象，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。 沉井的適用條件 根據經濟合理、施工上可能的原則，一般在下列情況，可以采用沉井基礎： 1. 上部荷載較大，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，采用沉井基礎與其他深基礎相比較，經濟上較為合理的。 2. 在山區河流中，雖然土質較好，但沖刷大，或河中有較大卵石不便樁基礎施工時。 3. 巖層表面較平坦且覆

3、蓋層薄，但河水較深；采用擴大基礎施工圍堰有困難時。二、沉井的類型和構造沉井的分類按沉井的施工方法分類一般沉井：指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。浮運沉井：在深水地區筑島有困難或不經濟，或有礙通航當河流流速不大時，可采用岸邊澆筑浮運就位下沉的方法，這類沉井稱為浮運沉井或浮式沉井。 沉井的分類按沉井的形狀分類按沉井的平面形狀 常用的有圓形、圓端形和矩形等。 沉井平面形式 a)單孔沉井；b)雙孔沉井；c)多孔沉井 根據井孔的布置方式，又有單孔、雙孔及多孔的分別。 沉井的分類圓形沉井：沉井在下沉過程中易控

4、制方向；使用抓泥斗挖土，要比其他類型的沉井，更能保證其刃腳均勻地支承在土層上；在側壓力作用下，井壁只受軸向力(側壓力均布時)，或稍受撓曲(側壓力非均布時)；承受水平土壓力和水壓力性能良好。 沉井的分類 矩形沉井：具有制造簡單，基礎受力有利的優點，常能配合墩臺(或其他結構物)底部平面形狀。四角一般做成圓角，可有效改善轉角處的受力條件，減緩應力集中現象，以降低井壁摩阻力和避免取土清孔的困難。矩形沉井在側壓力作用下，井壁受較大的撓曲力矩；在流水中阻水系數較大，沖刷較嚴重。 沉井的分類圓端形沉井：控制下沉、受力條件、阻水沖刷均較矩形者有利，但沉井制造較復雜。對平面尺寸較大的沉井，可在沉井中設置隔墻，使

5、沉井由單孔變成雙孔或多孔。沉井的分類按沉井的形狀分類按沉井的立面形狀 主要有豎直式、傾斜式及臺階式等。采用形式應視沉井需要通過的土層性質和下沉深度而定。 沉井的分類上述各類沉井的適用條件： 外壁豎直形式的沉井，它在下沉過程中不易傾斜，井壁接長較簡單，模板可重復使用。故當土質較松軟，沉井下沉深度不大，可以采用這種形式。沉井的分類上述各類沉井的適用條件： 傾斜式及臺階式井壁可以減少土與井壁的摩阻力，其缺點是施工較復雜，消耗模板多，同時沉井下沉過程中容易發生傾斜。故在土質較密實，沉井下沉深度大，要求在不太增加沉井本身重量的情況下沉至設計標高，可采用這類沉井。沉井的分類上述各類沉井的適用條件： 臺階式

6、井壁的臺階寬度約為100200mm。傾斜式的沉井井壁坡度一般為1/201/50，外壁傾斜式沉井同樣可以減少下沉時井壁外側土的阻力，但這類沉井具有下沉不穩定，制造困難等缺點，故較少使用。 一般沉井的構造 一般沉井構造上主要由井壁、刃腳、隔墻、井孔、凹槽、射水管、封底和蓋板等組成。一般沉井的構造 井壁是沉井的主要部分。它在沉井下沉過程中起擋土、擋水及利用本身重量克服土與井壁之間的摩阻力的作用。當沉井施工完畢后，它就成為基礎或基礎的一部分而將上部荷載傳遞給地基。因此，井壁必須具有足夠的強度和一定的厚度。根據井壁在施工中的受力情況，可以在井壁內配置豎向及水平向鋼筋，以增加井壁強度。井壁厚度按下沉需要的

7、自重，本身強度以及便于取土和清基等因素而定，一般為0.801.50m，為便于綁扎鋼筋及澆筑混凝土，其厚度不宜小于0.4m。鋼筋混凝土薄壁沉井可不受此限制。井壁的混凝土強度等級不低于C15。 井壁一般沉井的構造 井壁下端形如楔狀的部分稱為刃腳。其作用是在沉井自重作用下易于切土下沉。刃腳底面(踏面)寬度一般為0.10.2m，對軟土可適當放寬。下沉深度大，且土質較硬，刃腳底面應以型鋼(角鋼或槽鋼)加強(圖5-7)，以防刃腳損壞。刃腳內側斜面與水平面的夾角一般為4560。刃腳高度視井壁厚度、便于抽除墊木而定，一般當沉井濕封底時，取1.5m左右；干封底時，取0.6m左右。由于刃腳在沉井下沉過程中受力較集

8、中，故刃腳宜采用C20以上的鋼筋混凝土制成。 刃腳一般沉井的構造 沉井平面尺寸較大，也即井壁跨徑較大時，應在沉井內設置隔墻，以加強沉井的剛度，使井壁的撓曲應力減小，其厚度一般小于井壁。隔墻底面應高出刃腳底面0.5m以上，避免隔墻下的土頂住沉井而妨礙下沉。也可在刃腳與隔墻聯結處設置埂肋加強刃腳與隔墻的連結。如為人工挖土，在隔墻下端應設置過人孔，便于工作人員井孔間往來。 隔墻一般沉井的構造 井孔 井孔是挖土排土的工作場所和通道。井孔尺寸應滿足施工要求，寬度(直徑)不宜小于3m。井孔布置應對稱于沉井中心軸，便于對稱挖土使沉井均勻下沉。一般沉井的構造 凹槽設在井孔下端近刃腳處，其作用是使封底混凝土與井

9、壁有交好的接合，封底混凝土底面的反力更好的傳給井壁(如井孔全部填實的實心沉井也可不設凹槽)。凹槽深度約0.150.25m，高約1.0m。 凹槽一般沉井的構造 射水管 當沉井下沉深度大，穿過的土質又較好，估計下沉會產生困難時，可在井壁中預埋射水管組。射水管應均勻布置，以利于控制水壓和水量來調整下沉方向。一般水壓不小于600kPa。如使用泥漿潤滑套施工方法時，應有預埋的壓射泥漿管路。 一般沉井的構造 沉井沉至設計標高進行清基后，便澆筑封底混凝土。混凝土達到設計強度后，可從井孔中抽干水井填滿混凝土或其它圬工材料。如井孔中不填料或僅填以砂礫則須在沉井頂面筑鋼筋混凝土蓋板。封底混凝土底面承受地基土和水的

10、反力，這就要求封底混凝土有一定的厚度(可由應力驗算決定)，其厚度根據經驗也可取不小于井孔最小邊長的1.5倍。封底混凝土頂面應高出刃腳根部不小于0.5m，并澆灌到凹槽上端。封底混凝土標號對巖石地基用C15；一般地基用C20。蓋板厚度一般為1.52.0m。井孔中充填的混凝土，其強度等級不應低于C10。 封底和蓋板沉井基礎的施工旱地施工：平整場地，制造第一節沉井、拆模及抽墊、挖土下沉、接高沉井、井頂圍堰、地基檢驗和處理、封底、充填井孔、澆筑頂蓋。沉井基礎施工分類水中筑島施工：水流速不打，水深34m時采用，沙島應高出施工最高水位0.5m以上，在島上澆筑沉井。浮運沉井施工：水深筑島困難時采用，岸邊制作，

11、滑入水中，井壁為空體可漂浮于水面，就位后灌注混凝土下沉至河床。旱地上沉井基礎的施工 1.整平場地 橋梁墩臺位于旱地時，沉井可就地制造、挖土下沉、封底、充填井孔以及澆筑頂板。 如天然地面土質較好，只需將地面雜物清掉整平地面，就可在其上制造沉井，如為了減小沉井的下沉深度也可在基礎位置處挖一淺坑，在坑底制造沉井下沉，坑底應高出地下水位0.51.0m 。旱地上沉井基礎的施工2.制造第一節沉井 由于沉井自重較大，刃腳踏面尺寸較小，應力集中，場地土往往承受不了這樣大的壓力。所以在整平的場地上應在刃腳踏面位置處對稱地鋪滿一層墊木，沉井重量在墊木下產生的壓應力不大于100kPa。墊木的布置應考慮抽除墊木方便，

12、在刃腳位置處放上刃腳角鋼，豎立內模，綁扎鋼筋，立外模，最后進行第一節沉井混凝土灌注。旱地上沉井基礎的施工3.拆模及抽墊 沉井混凝土達到設計強度的70%時可拆除模板，強度達設計強度后才能抽撤墊木。抽撤墊木應按一定的順序進行，以免引起沉井開裂、移動或傾斜。其順序是：先撤除內隔墻下的墊木，再撤沉井井壁短邊下的墊木，最后撤長邊下的墊木。拆長邊下的墊木時，以定位墊木(即最后抽撤的墊木)為中心，對稱地由遠到近拆除，最后的拆除定位墊木。注意在抽墊木過程中，每抽除一根墊木，應立即采用砂回填并搗實，防止沉井失穩。旱地上沉井基礎的施工4.挖土下沉 當沉井穿過的土層較穩定，不會因排水而產生大量流砂時，可采用排水下沉

13、。土的挖除可采用人工挖土或機械除土，排水下沉常用人工挖土，它適用于土層滲水量不大且排水時不會產生涌土或流砂的情況；人工挖土可使沉井均勻下沉和清除井下障礙物，但應采取措施，確實保證施工安全，排水下沉時，有時也用機械除土。排水下沉一般都采用機械除土，挖土工具可以是抓土斗或水力吸泥機，如土質較硬，水力吸泥機需配以水槍射水將土沖松。由于吸泥機是將水和土一起吸出井外，故需經常向井內加水維持井內水位高出井外水位12m，以免發生涌土或流砂現象。不排水下沉旱地上沉井基礎的施工5.地基檢驗和處理 沉井沉至設計標高后，應進行基底檢驗。檢驗內容是地基土質是否和設計相符，是否平整，并對地基進行必要的處理。如果是排水下沉的沉井，可以直接進行檢查，不排水下沉的沉井由潛水工進行檢查或