第五章沉井基礎及地下連續墻第五章沉井基礎及地下連續墻5-1概述第五章沉井基礎及地下連續墻第一節概述

沉井的應用己有很長的歷史，它是由古老的掘井作業發展而成的一種施工方法，用沉井法修筑的基礎叫做沉井基礎，參見圖5-1。圖5-1沉井基礎示意a)沉井下沉;b)沉井基礎沉井的概念:

是井筒狀的結構物。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。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。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影響小。5-1概述第五章沉井基礎及地下連續墻沉井的缺點：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。5-1概述第五章沉井基礎及地下連續墻沉井5-1概述第五章沉井基礎及地下連續墻

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蓋層薄，但河水較深；采用擴大基礎施工圍堰有困難時。5-1概述第五章沉井基礎及地下連續墻第二節沉井的類型和構造一、沉井的分類按沉井的施工方法分類

一般沉井

浮運沉井5-2沉井的類型和構造第五章沉井基礎及地下連續墻按沉井的建筑材料分類

混凝土沉井

鋼筋混凝土沉井

竹筋混凝土沉井

按沉井形狀分類圓形圓端形矩形沉井的平面形狀5-2沉井的類型和構造第五章沉井基礎及地下連續墻沉井的立面形狀柱形階梯形錐形5-2沉井的類型和構造第五章沉井基礎及地下連續墻圖5-3

沉井的平面形狀

a)單孔沉井；b)雙孔沉井；c)多孔沉井5-2沉井的類型和構造第五章沉井基礎及地下連續墻圖5-4

沉井剖面圖a）直壁柱型；b）外壁單階型；c）外壁多階型；d）內壁多階型二、沉井基礎的構構造(一)沉井的輪廓尺寸沉井的平面形狀：：決定于墩(臺)底部的形狀。對矩矩形或圓端形墩，，可采用相應形狀狀的沉井，當墩的的長寬比較為接近近時，可采用方形形或圓形沉井。沉井頂面尺寸為墩墩(臺)身底部尺寸加襟邊邊寬度。5-2沉井的類型和構造造第第五章沉井井基礎及地下連續續墻沉井的入土深度：：根據上部結構、水水文地質條件及各各土層的承載力等等確定。(二)沉井的一般構造一般沉井構造上主主要由井壁、刃腳、隔墻墻、井孔、凹槽、、射水管、封底和和蓋板等組成。5-2沉井的類型和構造造第第五章沉井井基礎及地下連續續墻圖5-5沉井構造圖(三)浮運沉井的構造1.不帶氣筒的浮運沉沉井不帶氣筒的浮式沉沉井適應于水深較較淺、流速不大、、河床較平、沖刷刷較小的自然條件件。一般在岸邊制制造，通過滑道拖拖拉下水，浮運到到墩位，再接高下下沉到河床。這種種沉井可用鋼、木木、鋼筋混凝土、、鋼絲網及水泥等等材料組合。鋼絲網水泥薄壁沉沉井是由內、外壁組成成的空心井壁沉井井，這是制造浮運運沉井較好的方法法，具有施工方便便、節省鋼材等優優點。沉井的內壁壁、外壁及橫隔板板都是鋼筋鋼絲網網水泥制成。做法法是將若干層鋼絲絲網均勻地鋪設在在鋼筋網的兩側，，外面涂抹不低于于M5的水泥砂漿，使它它充滿鋼筋網和鋼鋼絲網之間的間隙隙并形成厚1～3mm的保護層。5-2沉井的類型和構造造第第五章沉井井基礎及地下連續續墻2.帶鋼氣筒的浮運沉沉井5-2沉井的類型和構造造第第五章沉井井基礎及地下連續續墻圖5-8帶鋼氣筒的浮運沉沉井帶鋼氣筒的浮運沉沉井適用于水深流流急的巨型沉井。。它主要由雙壁的沉井底節、、單壁鋼殼、鋼氣氣筒等組成。(四)組合式沉井定義：當采用低樁承臺而而圍水挖基澆筑承承臺有困難時；當當沉井刃腳遇到傾傾斜較大的巖層或或在沉井范圍內地地基土軟硬不均而而水深較大時可采采用上面是沉井下下面是樁基的混合合式基礎，或稱組組合式沉井。施工時按設計尺寸寸做成沉井，下沉沉到預定標高后，，進行澆筑封底混混凝土和承臺，在在井內其上預留孔孔位鉆孔灌注成樁樁。這種混合式沉井既既有圍水擋土作用用，又作為鉆孔樁樁的護筒，還作為為樁基的承臺5-2沉井的類型和構造造第第五章沉井井基礎及地下連續續墻第三節沉井的的施工沉井基礎施工一般般可分為旱地施工工、水中中筑島施施工及浮浮運沉井井施工三種種。5-3沉井的施施工第第五章沉沉井基基礎及地地下連續續墻一、旱地地上沉井井的施工工橋梁墩臺臺位于旱旱地時，，沉井可可就地制制造、挖挖土下沉沉、封底底、充填填井孔以以及澆筑筑頂板。。a)制作第一一節沉井井;b)抽墊木、、挖土下下沉;c)沉井接高高下沉;d)封底圖5-9沉井施工工順序示示意1.整平場地地如天然地地面土質質較好，，只需將將地面雜雜物清掉掉整平地地面，就就可在其其上制造造沉井，，如為了了減小沉沉井的下下沉深度度也可在在基礎位位置處挖挖一淺坑坑，在坑坑底制造造沉井下下沉，坑坑底應高高出地下下水位0.5～1.0m。如土質質松軟，，應整平平夯實或或換土夯夯實。在在一般情情況下，，應在整整平場地地上鋪上上不小于于0.5m厚的砂或或砂礫層層。5-3沉井的施施工第第五章沉沉井基基礎及地地下連續續墻2.制造第一一節沉井井制造沉井井前，應應先在刃刃腳處對對稱鋪滿滿墊木（（圖5-10），以支支承第一一節沉井井的重量量，并按按墊木定定位立模模板以綁綁扎鋼筋筋。然后后在刃腳腳位置處處放上刃刃腳角鋼鋼，豎立立內模（（圖5-11），綁扎扎鋼筋，，再立外外模澆筑筑第一節節沉井。。5-3沉井的施施工第第五章沉沉井基基礎及地地下連續續墻圖5-10墊木布置置實例圖5-11沉井刃腳腳立模1-內模；2-外模；3-立柱；4-角鋼；5-墊木；6-砂墊層3.拆模及抽抽墊當沉井混混凝土強強度達設設計強度度70％時可拆除除模板，，達設計計強度后后方可抽抽撤墊木木。抽撤撤墊木應應分區、、依次、、對稱、、同步地地向沉井井外抽出出。其順順序為：：先內壁壁下，再再短邊，，再長邊邊，最后后定位墊墊木。長長邊下墊墊木隔一一根抽一一根，以以固定墊墊木為中中心，由由遠而近近對稱地地抽，最最后抽除除固定墊墊木，并并隨抽隨隨用砂土土回填搗搗實，以以免沉井井開裂、、移動或或偏斜。。原則：分區、依依次、對對稱、同同步。5-3沉井的施施工第第五章沉沉井基基礎及地地下連續續墻4.挖土下沉沉沉井下沉沉施工可可分為排水下沉沉和不排排水下沉沉。排水下沉沉：當沉井穿穿過的土土層較穩穩定，不不會因排排水而產產生大量量流砂時時，可采采用排水水下沉。。它適用用于土層層滲水量量不大且且排水時時不會產產生涌土土或流砂砂的情況況；人工工挖土可可使沉井井均勻下下沉和清清除井下下障礙物物，但應應保證施施工安全全。排水水下沉時時，有時時也用機機械除土土。不排水下下沉：一般都采采用機械械除土，，挖土工工具可以以是抓土土斗或水水力吸泥泥機，如如土質較較硬，水水力吸泥泥機需配配以水槍槍射水將將土沖松松。由于于吸泥機機是將水水和土一一起吸出出井外，，故需經經常向井井內加水水維持井井內水位位高出井井外水位位1～2m，以免發發生涌土土或流砂砂現象。。5-3沉井的施施工第第五章沉沉井基基礎及地地下連續續墻5.接高沉井井第一節沉沉井頂面面下沉至至距地面面還剩1m～2m時，應停停止挖土土，接筑筑第二節節沉井。。接筑前前應使第第一節沉沉井位置置正直，，鑿毛頂頂面，然然后立模模澆筑混混凝土。。待混凝凝土強度度達設計計要求后后，再拆拆模繼續續挖土下下沉。6.筑井頂圍圍墻如沉井頂頂面低于于地面或或水面，，應在沉沉井上接接筑圍堰堰，圍堰堰的平面面尺寸略略小于沉沉井，其其下端與與井頂上上預埋錨錨桿相連連。圍堰堰是臨時時性的，，待墩臺臺身出水水后可拆拆除。5-3沉井的施施工第第五章沉沉井基基礎及地地下連續續墻7.地基檢驗驗和處理理基底檢驗驗：檢驗內容容是地基基土質是是否和設設計相符符，是否否平整，，并對地地基進行行必要的的處理。。基底處理理：砂性土或或粘性土土地基，，一般可可在井底底鋪一層層礫石或或碎石至至刃腳底底面以上上200mm。未風化化巖石地地基，應應鑿除風風化巖層層，若巖巖層傾斜斜，還應應鑿成階階梯形。。要確保保井底地地基盡量量平整，，浮土、、軟土清清除干凈凈，以保保證封底底混凝土土、沉井井與地基基結合緊緊密。5-3沉井的施施工第第五章沉沉井基基礎及地地下連續續墻8.封底、充充填井孔孔及澆筑筑頂蓋地基經檢檢驗及處處理合乎乎要求后后，應立立即進行行封底。。如封底底是在不不排水情情況下進進行，則則可用導導管法灌灌注水下下混凝土土(見鉆孔灌灌注樁施施工)，若灌注注面積大大，可用用多根導導管，以以先周圍圍后中間間，先低低后高的的次序進進行灌注注。待混混凝土達達設計強強度后，，再抽干干井孔中中的水，，填筑井井內圬土土。如井井孔中不不填料或或僅填以以礫石，，則井頂頂面應澆澆筑鋼筋筋混凝土土頂蓋，，以支承承墩臺，，然后砌砌筑墩身身，墩身身出土(或水面)后可拆除除臨時性性的井頂頂圍堰。。5-3沉井的施施工第第五章沉沉井基基礎及地地下連續續墻二、水中中沉井的的施工（一）筑筑島法當水深小小于3m，流速≤1.5m/s時，可采采用砂或或礫石在在水中筑筑島(圖5-12a），周圍圍用草袋袋圍護；；若水深深或流速速加大，，可采用用圍堤防防護筑島島[圖5-12b）]；當水深深較大（（通常<15m）或流速速較大時時，宜采采用鋼板板樁圍堰堰筑島(圖5-12c）。5-3沉井的施施工第第五章沉沉井基基礎及地地下連續續墻圖5-12水中筑島島下沉沉沉井a)無圍堰防防護土島島;b)有圍堰防防護土島島;c)圍堰筑島島2.浮運沉井井施工水深較大大，如超超過10m時，筑島島法很不不經濟，，且施工工也困難難，可改改用浮運運法施工工。沉井井在岸邊邊做成，，利用在在岸邊鋪鋪成的滑滑道滑入入水中，，然后用用繩索引引到設計計墩位。。5-3沉井的施施工第第五章沉沉井基基礎及地地下連續續墻（二）浮浮運沉井井施工圖5-13浮運沉井井下水示示意三、泥漿漿潤滑套套與壁后后壓氣沉沉井施工工法（一）泥泥漿潤滑滑套泥漿潤滑滑套是借借助泥漿漿泵和輸輸送管道道將特制制的泥漿漿壓入沉沉井外壁壁與土層層之間，，在沉井井外圍形形成有一一定厚度度的泥漿漿層。主主要利用用泥漿的的潤滑減減阻，降降低沉井井下沉中中的摩擦擦阻力。。圖5-14射口擋擋板與與壓漿漿管構構造a)射口擋擋板;b)外管法法壓漿漿管構構造5-3沉井的的施工工第第五五章沉沉井井基礎礎及地地下連連續墻墻（二））壁后后壓氣氣沉井井法它是通通過對對沿井井壁內內周圍圍預埋埋的氣氣管中中噴射射高壓壓氣流流，氣氣流沿沿噴氣氣孔射射出，，再沿沿沉井井外壁壁上升升，形形成一一圈壓壓氣層層(又稱空空氣幕幕)，使井井壁周周圍土土松動動，減減少井井壁摩摩阻力力，促促使沉沉井順順利下下沉。。5-3沉井的的施工工第第五五章沉沉井井基礎礎及地地下連連續墻墻與泥漿漿潤滑滑套相相比的的優點點：壁后壓壓氣沉沉井法法在停停氣后后即可可恢復復土對對井壁壁的摩摩阻力力，下下沉量量易于于控制制，且且所需需施工工設備備簡單單，可可以水水下施施工，，經濟濟效果果好。。在一般般條件件下較較泥漿漿潤滑滑套更更為方方便，，它適適用于于細、、粉砂砂類土土和粘粘性土土中。。但設設計方方法和和施工工措施施尚待待積累累更多多的資資料。。四、沉沉井施施工新新方法法簡介介5-3沉井的的施工工第第五五章沉沉井井基礎礎及地地下連連續墻墻20世紀90年代以以來，，在國國外一一些發發達國國家提提出了了壓沉法法SS(SpaceSystemCaisson)法SOCS(SuperOpenCaissonSystem)自動化化沉井井等施施工方方法。。五、沉沉井下下沉過過程中中遇到到的問問題及及處理理1.偏斜偏斜原原因：：土島表表面松松軟，，河底底土質質軟硬硬不勻勻；井壁與與刃腳腳中線線不重重合；；抽墊方方法欠欠妥，，回填填不及及時；；除土不不均勻勻對稱稱；；刃腳遇遇障礙礙物頂頂住而而未及及時發發現；；排土堆堆放不不合理理，或或單側側受水水流沖沖擊淘淘空等等導致致沉井井承受受不對對稱外外力作作用。。發生傾傾斜的的糾正正方法法：在沉井井高的的一側側集中中挖土土，在在低的的一側側回填填砂石石；在沉井井高的的一側側加重重物或或用高高壓射射水沖沖松土土層；；在沉井井頂面面施加加水平平力扶扶正。。5-3沉井的的施工工第第五五章沉沉井井基礎礎及地地下連連續墻墻2.沉井下下沉困困難原因：：開挖面面深度度不夠夠，正正面阻阻力大大；偏斜，，或刃刃腳下下遇到到障礙礙物、、堅硬硬巖層層和土土層；；井壁摩摩阻力力大于于沉井井自重重；井壁無無減阻阻措施施或泥泥漿套套、空空氣幕幕等減減阻構構件遭遭到破破壞。。解決下下沉困困難的的措施施主要要是增增加壓壓重和和減少少井壁壁摩阻阻力,增加壓壓重的的方法法：：提前接接筑下下節沉沉井；；在井頂頂加壓壓砂袋袋、鋼鋼軌等等重物物；不排水水下沉沉時，，可井井內抽抽水。。5-3沉井的的施工工第第五五章沉沉井井基礎礎及地地下連連續墻墻減小井井壁摩摩阻力力的方方法：：5-3沉井的的施工工第第五五章沉沉井井基礎礎及地地下連連續墻墻井壁內內埋設設高壓壓射水水管組組，射射水輔輔助下下沉；；利用泥泥漿套套或空空氣幕幕輔助助下沉沉；增大開開挖范范圍和和深度度；必要時時還可可采用用0.10.2kg炸藥起起爆助助沉。。3.突沉原因：：井壁摩摩阻力力較小小，當當刃腳腳下土土被挖挖除時時，沉沉井支支承削削弱；；排水過過多；；挖土太太深；；出現塑塑流。。防止突突沉的的措施施：控制均均勻挖挖土，，減小小刃腳腳處挖挖土深深度；；在設計計時可可采用用增大大刃腳腳踏面面寬度度或增增設底底梁的的措施施提高高刃腳腳阻力力。5-3沉井的施工第第五章章沉井基礎礎及地下連續續墻4.流砂原因：土中動水壓力力的水頭梯度度大于臨界值值。防止流砂的措措施：排水下沉時發發生流砂，可可采取向井內內灌水；不排水除土下下沉時，減小小水頭梯度；；采用井點，或或深井和深井井泵降水。5-3沉井的施工第第五章章沉井基礎礎及地下連續續墻第四節沉沉井的設計計與計算沉井的設計與與計算內容：：包括沉井作為為整體深基礎計算和施工過過程中沉井結構強度度計算。5-4沉井的設計與與計算第第五章沉井井基礎及地下下連續墻沉井設計與計計算前，必須須掌握如下有有關資料：上部或下部結結構尺寸要求求和設計荷載載；水文和地質資資料擬采用的施工工方法。一、沉井作為為整體深基礎礎的設計與計計算設計程序：沉井作為整體體深基礎設計計主要是根據據上部結構特特點、荷載大大小以及水文文、地質情況況，結合沉井井的構造要求求及施工方法法，擬定出沉沉井的平面尺尺寸，埋置深深度，然后進進行沉井基礎礎的計算。5-4沉井的設計與與計算第第五章沉井井基礎及地下下連續墻沉井計算分為為兩種情況：：沉井基礎埋置置深度在局部部沖刷線以下下僅數米時：：可按淺基礎礎設計計算規規定，不考慮慮沉井周圍土土體對沉井的的約束作用，，按淺基礎設設計計算。當沉井埋置較較深時：需要要考慮基礎井井壁外側土體體橫向彈性抗抗力的影響按按剛性樁計算算內力和土抗抗力，同時應應考慮井壁外外側接觸面摩摩阻力，進行行地基基礎的的承載力、變變形和穩定性性分析與驗算算。5-4沉井的設計與與計算第第五章沉井井基礎及地下下連續墻沉井基底的地地基強度驗算算應滿足：(5-1)沉井底部地基基土總反力Rj等于該處土的的承載力容許許值fa與支承面積A的乘積，即：：(5-2)沉井側壁與土接觸觸面提供的抗力，，可假定井壁外側側與土的摩阻力沿沿深度呈梯形分布布，距地面5m范圍內按三角形分分布，5m以下為常數，如圖圖5-18所示，故總摩阻力力為：圖5-18井側摩阻力分布布假定(5-3)基本假定條件：：1.地基土作為彈性性變形介質，水水平向地基系數數隨深度成正比比例增加；2.不考慮基礎與土土之間的粘著力力和摩阻力；3.沉井基礎的剛度度與土的剛度之之比可認為是無無限大。5-4沉井的設計與計計算第第五章沉井基基礎及地下連續續墻沉井基礎作為整整體深基礎時，，沉井深基礎可可以視為剛性樁樁柱，即相當于于“m”法中剛性樁的條條件，計算其內內力和井壁外側側土抗力。沉井基礎受到墩墩臺水平力H及偏心豎向力N作用時[圖5-19a）]，為了計算方便便，可以將上述述外力簡化為中中心荷載N和水平力H的共同作用，轉轉變后的水平力力H距離基底的作用用高度[圖5-19b]為：5-4沉井的設計與計計算第第五章沉井基基礎及地下連續續墻(5-4)圖5-19荷載作用情況（一）非巖石地地基上沉井基礎礎計算首先，考慮沉井井在水平力H作用下的情況。。由于水平力的的作用，沉井將將圍繞位于地面面下z0深度處A點轉動一角（圖5-20），地面下深度度z處沉井基礎產生生的水平位移Δx和土的橫向抗力力pzx分別為：5-4沉井的設計與計計算第第五章沉井基基礎及地下連續續墻圖5-20水平及豎直荷載載作用下的應力力分布將深度z處水平向地基系系數代入上式pzx表達式，可以得得到：5-4沉井的設計與計計算第第五章沉井基基礎及地下連續續墻(5-5)由上式可見，沉沉井井壁外側土土的橫向抗力沿沿深度為二次拋拋物線變化。沉井基礎底面處處的壓應力計算算，考慮基底水水平面上豎向地地基系數C0不變，故其壓應應力圖形與基礎礎豎向位移圖相相似，有：(5-6)在上述公式中，，有兩個未知數數z0和ω求解，可建立如如下兩個平衡方方程式。ΣX=0，可以得到：5-4沉井的設計與計計算第第五章沉井基基礎及地下連續續墻，可以得到：對以上二式聯立立求解，可得：：或將上述z0和tan表達式代入式（（5-5）和式（5-6），得到：(5-7)(5-8)當有豎向荷載N及水平力H同時作用時，則則基底平面邊緣緣處的壓力為離地面或局部沖沖刷線以下深度度z處基礎截面上的的彎矩為：(5-10)5-4沉井的設計與計計算第第五章沉井基基礎及地下連續續墻(5-9)（二）基底嵌入入基巖內的計算算方法5-4沉井的設計與計計算第第五章沉井基基礎及地下連續續墻若沉井基底嵌入入基巖內，在水水平力H和豎直偏心荷載載N作用下，可以認認為基底不產生生水平位移，則則基礎旋轉中心心A與基底中心點吻吻合，即z0=h，為一已知值（（圖5-21）。這樣，在基基底嵌入處便存存在一水平阻力力P，由于P對基底中心點的的力臂很小，一一般可忽略P對A點的力矩。圖5-21水平力作用下的的應力分布當基礎水平力H作用時，地面下下深度z處產生的水平位位移Δx，并引起井壁外外側土的橫向抗抗力pzx，分別為：5-4沉井的設計與計計算第第五章沉井基基礎及地下連續續墻(5-11)基底邊緣處的豎豎向應力為：(5-12)上述公式中未知知數ω求解，僅需建立立一個彎矩平衡衡方程便可，，可以到：解上式得：式中，將上述解出的tanω代入表達式（5-11）和表達式（5-12），可以得到：：5-4沉井的設計與計計算第第五章沉井基基礎及地下連續續墻(5-13)(5-14)同理，可以得到到基底邊緣處的的應力為(5-15)根據水平向荷載載的平衡關系，，可以求出嵌入入處未知的水平平阻力P地面以下z深度處沉井基礎礎截面上的彎矩矩為：5-4沉井的設計與計計算第第五章沉井基基礎及地下連續續墻(5-16)(5-17)（三）墩臺頂面面的水平位移沉井基礎在水平平力H和力矩M作用下，墩臺頂頂水平位移由地面處水平位位移z0tan、地面至墩頂h2范圍內水平位移移h2tan以及臺身（或立立柱）h2范圍內的彈性撓撓曲變形引起的的墩頂水平位移移0三部分所組成：：鑒于一般沉井基基礎轉角很小，，存在近似關系系5-4沉井的設計與計計算第第五章沉井基基礎及地下連續續墻（5-18）此外，考慮沉井井基礎實際剛度度并非無窮大，，需考慮剛度對對墩頂水平位移移的影響，故引引入系數k1和k2，反映實際剛度度對地面處水平平位移及轉角的的影響，從而得得到：同理，對于支承承在巖石地基上上的墩臺頂面水水平位移，則可可以采用下式計計算5-4沉井的設計與計計算第第五章沉井基基礎及地下連續續墻（5-19a）（5-19b）（四）驗算1．基底應力驗算算沉井荷載作用效效應分析中，沉沉井基底計算的的最大壓應力，，不應超過沉井井底面處地基土土的承載力容許許值，即5-4沉井的設計與計計算第第五章沉井基基礎及地下連續續墻（5-20）2．橫向抗力驗算算沉井側壁地基土土的橫向抗力pzx，實質上是根據據文克爾彈性地地基梁假定，得得出的橫向荷載載效應值，應小小于井壁周圍地地基土的極限抗抗力值。沉井基基礎在外力作用用下，深度z處產生水平位移移時，井壁（背背離位移）一側側將產生主動土土壓力，而另一側將產生生被動土壓力故其極限抗力可可以用土壓力表表示為：5-4沉井的設計與計計算第第五章沉井基基礎及地下連續續墻(5-21）代入式（5-21），可以得到：：考慮到橋梁結構構性質和荷載情情況，并根據試試驗數據可知，，沉井側壁地基基土橫向抗力最最大值值，一般出現在在和處，代入上式可可以得到5-4沉井的設計與計計算第第五章沉井基基礎及地下連續續墻由朗金土壓力理理論可知：（5-22）（5-23a）（5-23b）3．墩臺頂面水平平位移驗算橋梁墩臺設計時時，除應考慮基基礎沉降外，還還需驗算地基變變形和墩臺身彈彈性水平變形所所引起的墩臺頂頂水平位移是否否滿足上部結構構設計要求。5-4沉井的設計與計計算第第五章沉井基基礎及地下連續續墻二、沉井施工過過程中結構強度度計算施工及營運過程程的不同階段，，沉井荷載作用用不盡相同。沉沉井結構強度必必須滿足各階段段最不利情況荷荷載作用的要求求。沉井各部分設計計時，必須了解解和確定不同階階段最不利荷載載作用狀態，擬擬定出相應的計計算圖式，然后后計算截面應力力，進行配筋設設計，以及結構構抗力分析與驗驗算，以保證沉沉井結構在施工工各階段中的強強度和穩定。5-4沉井的設計與計計算第第五章沉井基基礎及地下連續續墻（一）沉井自重重下沉驗算為了使沉井能在在自重下順利下下沉，沉井重力力（不排水下沉沉時，應扣除浮浮力）應大于土土與井壁間的摩摩阻力標準值，，將兩者之比稱稱為下沉系數，，要求5-4沉井的設計與計計算第第五章沉井基基礎及地下連續續墻＞1

（5-24）當不能滿足上式式要求時，可選選擇下列措施直直至滿足要求：：加大井壁厚度或或調整取土井尺尺寸；如為不排水下沉沉者，則下沉到到一定深度后可可采用排水下沉沉；增加附加荷載壓壓沉或射水助沉沉；采用泥漿潤滑套套或壁后壓氣法法減阻等措施。。5-4沉井的設計與計計算第第五章沉井基基礎及地下連續續墻（二）第一節（（底節）沉井的的豎向撓曲驗算算1．排水挖土下沉沉排水挖土下沉的的整個過程中，，沉井支承點相相對容易控制。。可將沉井視為為支承于四個固固定支點上的梁梁，且支點控制制在最有利位置置處，即支點和和跨中所產生的的彎矩大致相等等。5-4沉井的設計與計計算第第五章沉井基基礎及地下連續續墻圖5-22底節沉井支點布布置示意a)排水除土下沉2．不排水挖土下下沉不排水挖土下沉沉施工中，機械械挖土時刃腳下下的支點位置很很難控制，沉井井下沉過程中可可能出現最不利利支承。5-4沉井的設計與計計算第第五章沉井基基礎及地下連續續墻圖5-22底節沉井支點布布置示意b)不排水除土下沉沉（三）沉井刃腳腳受力計算刃腳切切入土土中時時受到到向外外彎曲曲應力力；挖挖空刃刃腳下下內側側土體體時，，刃腳腳又受受到向向內彎彎曲的的外部部土、、水壓壓力作作用。。為簡化化起見見，一一般按按豎向向和水水平向向分別別計算算。豎豎向分分析時時，近近似地地將刃刃腳結結構視視為固固定于于刃腳腳根部部井壁壁處的的懸臂臂梁（（圖5-22），根根據刃刃腳內內外側側作用用力不不同組組合，，可能能向外外或向向內撓撓曲。。5-4沉井的的設計計與計計算第第五章章沉沉井基基礎及及地下下連續續墻在水平平面上上，則則視刃刃腳結結構為為一封封閉的的框架架，在在水、、土壓壓力作作用下下使其其在水水平面面內發發生彎彎曲變變形。。分別別可推推出刃刃腳懸懸臂分分配系系數α和水平平框架架分配配系數數β如下。。5-4沉井的的設計計與計計算第第五章章沉沉井基基礎及及地下下連續續墻刃腳懸懸臂作作用的的分配配系數數為：

（5-25）刃腳框框架作作用的的分配配系數數為：

（5-26）5-4沉井的的設計計與計計算第第五章章沉沉井基基礎及及地下下連續續墻1．刃腳腳豎向向受力力分析析（1）刃腳腳向外外撓曲曲的內內力計計算最不利利位置置：當當沉井井下沉沉過程程中刃刃腳內內側切切入土土中深深約1.0m，同時時接筑筑完上上節沉沉井，，且沉沉井上上部露露出地地面或或水面面約一一節沉沉井高高度時時，刃刃腳斜斜面上上土的的抗力力最大大，且且井壁壁外土土、水水壓力力最小小，處處于刃刃腳向向外撓撓曲的的。圖5-23刃腳向向外撓撓曲受受力分分析1)刃腳外外側土土壓力力及水水壓力力的合合力或

3）刃腳下下抵抗抗力的的計算算。刃刃腳下下豎向向反力力R（取單單位寬寬度））可按按下式式計算算2）作用在在刃腳腳外側側單元元寬度度上的的摩阻阻力T1可按下下列兩兩式式計計算，，并取取其較較小者者5-4沉井的的設計計與計計算第第五章章沉沉井基基礎及及地下下連續續墻4）刃腳腳（單單位寬寬度））自重重g為5-4沉井的的設計計與計計算第第五章章沉沉井基基礎及及地下下連續續墻（5-37）（5-38）（5-39）式中：MR、MH、Me+w、MT、Mg分別為反反力R、土壓力力及水壓壓力pe+w、橫向力力H、刃腳底底部的外外側摩阻阻力T1以及刃腳腳自重g對刃腳根根部中心心軸的彎彎矩，其其中作用用在刃腳腳部分的的各水平平力均應應按規定定考慮分分配系數數a。上述各各式數值值的正負負號視具具體情況況而定。。對刃腳根根部中心心軸的彎彎矩總和和值M0、豎向力力N0及剪力Q，其算式式為求出以上上各力的的數值、、方向及及作用點點后，再再算出各各力2．刃腳水水平鋼筋筋計算最不利的的情況：：沉井已下下沉至設設計高程程，刃腳腳下的土土已挖空空，尚未未澆筑封封底混凝凝土的時時候，由由于刃腳腳有懸臂臂作用及及水平閉閉合框架架的作用用，故當當刃腳作作為懸臂臂考慮時時，刃腳腳所受水水平力乘乘以α，而作用用于框架架的水平平力應乘乘以分配配系數后，其值值作為水水平框架架上的外外力，由由此求出出框架的的彎矩及及軸向力力值，再再計算框框架所需需的水平平鋼筋用用量。5-4沉井的設設計與計計算第第五章沉沉井基基礎及地地下連續續墻5-4沉井的設設計與計計算第第五章沉沉井基基礎及地地下連續續墻(1)單孔矩形形框架（（圖5-25）圖5-25單孔矩形形框架受受力A點處的彎彎矩B點處的彎彎矩C點處的彎彎矩軸向力5-4沉井的設設計與計計算第第五章沉沉井基基礎及地地下連續續墻(2)單孔圓端端形（圖圖5-26）式中：K——K=L/r，r為圓心至至圓端形形井壁中中心的距距離。圖5-26單孔圓形形框架受受力5-4沉井的設設計與計計算第第五章沉沉井基基礎及地地下連續續墻(3)雙孔矩形形（圖5-27）圖5-27雙孔矩形形框架受受力5-4沉井的設設計與計計算第第五章沉沉井基基礎及地地下連續續墻(4)雙孔圓端端形[圖5-28a]式中：式中：NA、MA——A截面上的的軸向力力（kN）和彎矩（（kN·m）；NB、MB——B截面（垂垂直于A截面）上上的軸向力（kN）和彎矩矩（kN·m）；r——井壁（刃刃腳）軸軸線的半半徑（m）。5-4沉井的設設計與計計算第第五章沉沉井基基礎及地地下連續續墻（5）圓形沉沉井(圖5-28b)圖5-28雙孔圓端端形沉井井內力計計算a）雙孔圓圓端形框框架受力力；b）圓形沉沉井井壁壁的土壓壓力（四）井井壁受力力計算1．井壁豎豎向拉應應力驗算算沉井在下下沉過程程中，上上部土層層工程性性能相對對下部土土層明顯顯偏優時時，當刃刃腳下土土體已被被挖空，，沉井上上部性能能良好土土層將提提供足夠夠側壁摩摩擦力（（例如大大于沉井井自重）），阻止止沉井下下沉，則則形成下下部沉井井呈懸掛掛狀態，，井壁結結構就有有在自重重作用下下被拉斷斷的可能能。5-4沉井的設設計與計計算第第五章沉沉井基基礎及地地下連續續墻需要驗算算井壁的的豎向拉拉應力是是否滿足足井壁抗抗拉要求求。拉應應力的大大小與井井壁摩阻阻力分布布圖有關關，在判判斷可能能夾住沉沉井的土土層不明明顯時，，可近似似假定沿沿沉井高高度成倒倒三角形形分布（（圖5-29）。在地地面處摩摩阻力最最大，而而刃腳底底面處為為零。5-4沉井的設設計與計計算第第五章沉沉井基基礎及地地下連續續墻圖5-29井壁井壁壁摩阻力力分布2．井壁橫橫向受力力計算當沉井沉沉至設計計高程，，且刃腳腳下土已已挖空而而尚未封封底時，，井壁承承受的土土、水合合力為最最大。此此時，應應按水平平框架分分析內力力，驗算算井壁材材料強度度，其計計算方法法與刃腳腳框架計計算相同同。5-4沉井的設設計與計計算第第五章沉沉井基基礎及地地下連續續墻（五）混混凝土封封底及頂頂蓋的計計算1．封底混混凝土計計算沉井封底底混凝土土的厚度度應根據據基底承承受的反反力情況況而定。。作用于于封底混混凝土的的豎向反反力可分分為兩種種情況：：一種是沉沉井水下下封底后后，在施施工抽水水時封底底混凝土土需承受受基底水水和地基基土的向向上反力力；一種是空空心沉井井在使用用階段，，封底混混凝土須須承受沉沉井基礎礎全部最最不利荷荷載組合合所產生生的基底底反力，，如井孔孔內填砂砂或有水水時，可可扣除其其重力。。5-4沉井的設計計與計算第第五章章沉井基基礎及地下下連續墻封底混凝土土厚度，可可按彎拉驗驗算和剪切切驗算兩種種方法計算算并取其控控制2．鋼筋混凝凝土蓋板計計算空心或井孔孔內填以礫礫砂石的沉沉井，井頂頂必須澆筑筑鋼筋混凝凝土蓋板，，用以支承承墩臺及其其上部全部部荷載。蓋蓋板厚度一一般是預先先擬定的，，按蓋板承承受最不利利荷載組合合，假定為為均布荷載載的雙向板板進行內力力計算和配配筋設計。。如墩身全部部位于井孔孔內，還應應驗算蓋板板的剪應力力和井壁支支承壓力。。如墩身較較大，部分分支承在井井壁上則不不需進行蓋蓋板的剪力力驗算，只只進行井壁壁壓應力的的驗算。5-4沉井的設計計與計算第第五章章沉井基基礎及地下下連續墻三、浮運沉沉井計算要要點（一）浮運運沉井穩定定性驗算5-4沉井的設計計與計算第第五章章沉井基基礎及地下下連續墻浮運沉井在在浮運過程程中和就位位接高下沉沉過程中均均為浮體，，要有一定定的吃水深深度，使重重心低而不不易傾覆，，保證浮運運時穩定；；同時還必必須具有足足夠的高出出水面高度度，使沉井井不因風浪浪等而沉沒沒。因此，，除前述計計算外，還還應考慮沉沉井浮運過過程中的受受力情況，，進行浮體體穩定性（（沉井重心心、浮心和和定傾半徑徑分析確定定與比較））和井壁露露出水面高高度等的驗驗算。現以以帶臨時性性底板的浮浮運沉井為為例，說明明浮運沉井井穩定性驗驗算。5-4沉井的設計計與計算第第五章章沉井基基礎及地下下連續墻根據沉井重重量等于沉沉井排開水水的重量浮浮力原理，，則沉井吃吃水深h0（從底板算算起，圖5-31）為：圖5-31計算浮心位位置示意圖圖（5-43）計算浮心位位置5-4沉井的設計計與計算第第五章章沉井基基礎及地下下連續墻式中：M1——各排水體積積（m3）（沉井底底板以上部部分排水體體積V0、刃腳體積積V1、底板下隔隔墻體積V2）與其中心心至刃腳底底面距離的的乘積。如各部分的的乘積分別別以M0、M2、M3表示，則浮心的位置置，以刃腳腳底面起算算為h3+Y1時，Y1可由下式求求得：對圓端形沉沉井（5-44）5-4沉井的設計計與計算第第五章章沉井基基礎及地下下連續墻5-4沉井的設計計與計算第第五章章沉井基基礎及地下下連續墻2.重心位置計計算設重心位置置O2離刃腳底面面的距離為為Y2，則式中:MⅡ——沉井各部分分體積與其其中心到刃刃腳底面距離的乘積積，并假定定沉井各部部分圬工的單位重重相同。令重心與浮浮心的高差差為Y，則（5-45）（5-46）5-4沉井的設計計與計算第第五章章沉井基基礎及地下下連續墻圖5-32圓端形沉井井截面3.定傾半徑的的計算定傾半徑ρ為定傾中心到浮浮心的距離，由由下式計算式中：Ix-x為吃水截面積的的慣性矩，對圓圓端形沉井（圖圖5-32）而言其值為對帶氣筒浮運沉沉井，可根據氣氣筒布置、各階階段氣筒使用與與連通情況，分分別確定定傾半半徑（5-47）5-4沉井的設計與計計算第第五章沉井基基礎及地下連續續墻（5-48）4.浮運沉井穩定的的必要條件浮運沉井的穩定定性應滿足重心心到浮心的距離離小于定傾中心心到浮心的距離離，即（二）浮運沉井井露出水面最小小高度驗算沉井浮運過程中中受到牽引力、、風力等荷載作作用，不免產生生一定的傾斜，，故一般要求沉沉井頂面高出水水面不小于0.5～1.0m為宜，以保證沉沉井在拖運過程程中的安全。5-4沉井的設計與計計算第第五章沉井基基礎及地下連續續墻拖引力及風力等等對浮心產生彎彎矩M，因而使沉井旋旋轉（傾斜）角角度θ，在一般情況下下不允許θ值大于6°，可按下式分析析驗算：（5-49）沉井浮運時露出出水面的最小高高度h按下式計算：（5-50）第六節地地下連續墻一、地下連續墻墻的概念、特點點及其應用與發發展地下連續墻技術術起源于歐洲，，是根據鉆井中中膨潤土泥漿護護壁以及水下澆澆灌混凝土的施施工技術而建立立和發展起來的的一種方法。這這種方法最初應應用于意大利和和法國，在1950年前后，意大利利首先應用了排排式地下連續墻墻,1954年，這一施工技技術傳入法國、、德國，并很快快得到廣泛應用用。1959年傳入日本，目目前，日本為該該技術使用最多多的國家。5-6地下連續墻第第五章沉沉井基礎及地地下連續墻在地面上用抓斗斗式或回轉式等等成槽機械，沿沿著開挖工程的的周邊，在泥漿漿護壁的情況下下開挖一條狹長長的深槽，形成成一個單元槽段段后，在槽內放放入預先在地面面上制作好的鋼鋼筋籠，然后用用導管法澆灌混混凝土，完成一一個單元的墻段段，各單元墻段段之間以特定的的接頭方式相互互連接，形成一一條地下連續墻墻壁（圖5-42）。5-6地下連續墻第第五章沉沉井基礎及地地下連續墻施工方法：圖5-42地下連續墻施工工程序示意圖a）成槽；b）放入接頭管；；c）放入鋼筋籠；；d）澆筑混凝土5-6地下連續墻第第五章沉沉井基礎及地地下連續墻地下連續墻（簡簡稱地下墻）具具有以下優點：：結構剛度大；整整體性、防滲性性和耐久性好；；施工時基本上無無噪聲、無振動動，施工速度快快，建造深度大大，能適應較復復雜的地質條件件；可以作為地下主主體結構的一部部分，節省擋土土結構的造價。。5-6地下連續墻第第五章沉沉井基礎及地地下連續墻地下連續墻在工工程應用中，主主要有以下四種種類型：作為地下工程基基坑的擋土防滲滲墻，它是施工工用的臨時結構構；在開挖期作為基基坑施工的擋土土防滲結構，以以后與主體結構構側墻以某種形形式結合，作為為主體結構側墻墻的一部分；在開挖期作為擋擋土防滲結構，，以后單獨作為為主體結構側墻墻使用；作為建筑物的承承重基礎、地下下防滲墻、隔振振墻等。5-6地下連續墻第第五章沉沉井基礎及地地下連續墻二、地下連續墻墻的類型與接頭頭構造（一）地下連續續墻的類型5-6地下連續墻第第五章沉沉井基礎及地地下連續墻地下連續墻按其其填筑材料分類類地下連續墻按成成墻方式可分為為土質墻混凝土墻鋼筋混凝土墻現澆預制組合墻樁式壁板式樁壁組合式現澆鋼筋混凝土土壁板式地下連續墻按支支護結構方式5-6地下連續墻第第五章沉沉井基礎及地地下連續墻自立式地下墻擋擋土結構錨定式地下墻擋擋土結構支撐式地下墻擋擋土結構逆筑法地下墻擋擋土結構（二）地下連續續墻的接頭構造造5-6地下連續墻第第五章沉沉井基礎及地地下連續墻地下連續墻一般般分段澆筑，墻墻段間需設接頭頭，另外地下墻墻與內部結構也也需接頭，后者者又稱墻面接頭頭。1．墻段接頭（1）接頭管（圖5-44）圖5-44接頭管接頭的施施工程序（2）接頭箱接頭5-6地下連續墻第第五章沉沉井基礎及地地下連續墻接頭箱接頭的施施工程序a）插入接頭箱；；b）吊放鋼筋籠；；c）澆筑混凝土；；d）吊出接頭管；；e）吊放后一槽段段的鋼筋籠；f）澆筑后一槽段段的混凝土形成成整體接頭1-接頭箱；2-接頭管；3-焊在鋼筋籠上的的鋼板圖5-45接頭箱接頭的施施工程序2．墻面接頭地下連續墻與內內部結構的樓板板、柱、梁、底底板等連續的墻墻身接頭，既要要承受剪力或彎彎矩又應考慮施施工的局限性，，目前常用的有預預埋連接鋼筋、、預埋連接鋼板板、預埋剪力連連接構件等方法法。可根據接頭頭受力條件選用用，并參照鋼筋筋混凝土結構規規范對構件接頭頭構造要求布設設鋼筋（鋼板））。5-6地下連續墻第第五章沉沉井基礎及地地下連續墻三、地下連續墻墻的施工現澆鋼筋筋混凝土土壁板式式連續墻墻的主要要施工程程序有：：修筑導導墻，泥泥漿制備備與處理理，深槽槽挖掘，，鋼筋籠籠制備與與吊裝，，以及澆澆筑混凝凝土。（一）修修筑導墻墻在地下連連續墻施施工以前前，必須須沿著地地下墻的的墻面線線開挖導導溝，修修筑導墻墻。導墻墻是臨時時結構，，主要作作用是：：擋土，，防止槽槽口坍陷陷；作為為連續墻墻施工的的基準；；作為重重物支承承；存蓄蓄泥漿等等。5-6地下連續續墻第第五章沉沉井基基礎及地地下連續續墻導墻常采采用鋼筋筋混凝土土制筑（（現澆或或預制）），也有有用鋼的的。常用用的鋼筋筋混凝土土墻斷面面如圖5-46所示。圖5-46導墻的幾幾種斷面面形式5-6地下連續續墻第第五章沉沉井基基礎及地地下連續續墻（二）泥泥漿護壁壁地下連續續墻施工工的基本本特點是是利用泥泥漿護壁壁進行成成槽。泥泥漿的主主要作用用除護壁壁外，還還有攜渣渣、冷卻卻鉆具和和潤滑作作用。泥泥漿的質質量對地地下墻施施工具有