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市政管道工程沉井与墩基础施工设计,98页ppt可下载!

发布于:2021-04-23 13:38:23 来自:道路桥梁/道路工程 [复制转发]

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内容提要:

  • 概述

  • 沉井的类型与基本构造

  • 沉井的施工

  • 沉井的设计与计算

  • 对沉井设计理论的讨论

  • 墩基础的类型与特点

  • 墩基础的承载力与变形

  • 墩基础设计要点

  • 墩基础施工要点

  • 墩基工程质量检测


8.1 概述


沉井:以现场浇注、挖土下沉方式设入地基中的深基础。

墩基础:在地基中钻孔或钻井灌注混凝土而形成的短粗型深基础。


沉井:

  • 断面尺寸大、承载力很高,多做为大、重型结构物的基础

  • 在桥梁、水闸、港工等工程中应用广泛

  • 施工方便,对临近建筑物影响小,内部空间可利用

  • 是工业地基尤其是软土中地下建筑物的主要地基类型之一


墩基础:

  • 是一类短而粗的深基础;

  • 外形和工作方法同桩相似,与桩的定义界限不明显;

  • 断面尺寸较大,墩身较短,体积巨大,一般不采用打入、压入方法,只能采用灌注、砌筑方法;

  • 在桥梁和建筑工程中广泛应用,尤其是在高层建筑及重型构筑物设计中,单墩支持单柱的方案越来越多;

  • 断面尺寸:0.8~2.0m,可达到6m;深度:6~20m,长径比不大于30;

  • 支撑在较硬的土层或岩层上,墩的底部可做成扩底墩;

  • 水平承载能力和抗拔能力比单桩好;

  • 用墩基础代替群桩基础,可避免复杂的设计施工方法,节省占地面积,取得明显的经济效益;

  • 在港口码头、公路及铁路桥梁、海洋钻井平台、堤坝与岸坡及高层建筑中应用广泛;

  • 体型大、承载能力高,使得墩常以单独或小组方法工作,并承担较大的风险,故设计、施工、监测的要求高。


墩基础与桩基础的区别:

  • 桩是细长的地下结构,墩的断面尺寸较大,长细比较小

  • 墩不能以打入或压入法施工

  • 墩往往单独承担荷载,且承载力比桩高得多

  • 墩的荷载分担与传递机理与桩有所不同


墩基础与沉井基础的区别:

  • 沉井自身结构不同于实心的墩

  • 沉井的外形轮廓尺寸比墩大很多

  • 沉井的承载能力比墩高

  • 施工方法不同


8.2 沉井的类型及基本构造


沉井:带刃脚的井筒状构造物,用人工或机械方法清除井内土石,主要借自重克服井壁与土层摩阻,逐节下沉至基底设计标高的基础。


图8.1 沉井基础示意


沉井


沉井的作用及适用条件

特点:

  • 下基深,hmax=220m,适用于深水,整体性强,   稳定性好,承载力大;

  • 造价高,施工期长,不排水施工时难于克服刃脚下孤石、沉船、树干等障碍物,易发生流砂现象。


适用条件:

  • 上部荷载较大

  • 在山区河流中冲刷大

  • 河水较深,采用扩大基础施工围堰有困难


8.2.1 沉井的类型

按沉井横截面形状分类:

单孔沉井、单排孔沉井、多排孔沉井。


按沉井竖直截面形状分类:

柱形沉井、阶梯形沉井、锥形沉井。


下沉方式:

就地制造下沉沉井(一般沉井)、浮运沉井。


制作材料:

砼沉井,钢筋砼沉井,竹筋沉井(南昌赣江大桥、白沙沱长江大桥),钢~,砖石~,木~。


按沉井的横截面形状分类:

  • 单孔沉井: 圆形、正方形及矩形。力求简单对称,利于受力,便于施工;


  • 单排孔沉井:有两个或两个以上的井孔,各孔以内隔墙分开并在同一方向排布,矩形、长圆形及组合形状;


  • 多排孔沉井:沉井内部设置数道纵横交叉的内隔墙。


图8.2  沉井的平面形式


按沉井竖直截面形状分类:

  • 柱形沉井:下沉过程不易倾斜、井壁接长简单,模板反复利用;


  • 阶梯形沉井: 下沉阻力小,刃脚处的台阶高度一般为1~2m,阶梯宽度为10~20cm;


  • 锥形沉井:带斜坡,坡比一般为1/20~1/50,下沉阻力小,下沉不稳,制作较困难。


柱形 阶梯形 锥形

图8.3 沉井的竖向剖面图


8.2.2 沉井基础的构造

沉井组成:

  • 井壁

  • 刃脚

  • 内隔墙

  • 井孔

  • 凹槽

  • 封底

  • 盖板


图8.4  沉井的一般构造


井壁 :沉井主要部分,下沉过程起挡土、挡水及压重作用,为深基础的护壁和建筑物的基础。


图8.4 沉井立面形状

a) 柱形;  b) 阶梯形;  c) 阶梯形;  d) 锥形


一般:厚0.8~1.5m,每节高≤5m,砼强度等级≥C15。

例:湘江大桥(一桥)8#墩,上节厚2.6m,下节3.0m,22×12×5m,下沉12.6m


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)厚不大于15 cm,以型钢加强,高1m以上,砼强度等级≥C20。


图8.5  刃脚构造示意


内隔墙 :加强沉井整体刚度,施工时井孔作为取土井,以便在沉井下沉时掌握土位置控制下沉方向,防止或纠正沉井倾斜或偏移。


  • 内隔墙的间距一般不大于5~6m,厚度一般为0.5~1.0m

  • 一般要求隔墙底高出刃脚底面0.5~1.0m


图8.6 隔墙构造示意


井孔 :挖土排土的工作场所和通道


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,一般宽度≥3m,对称布置。


凹槽 :使封底砼和井壁结合良好


深约0.15-0.30m,高约1.0m,距刃脚底面一般在1.5m以上


图8.7  凹槽构造示意


封底和盖板:

  • 封底厚由计算确定,顶面突出刃脚根部不小于0.5m,并达凹槽上端,砼强度一般地基C20,岩石地基C15。盖板厚一般1.5~2.0m,井孔充填砼时砼应≥C10。

  • 顶盖厚度一般为1.5~2.0m。沉井顶部浇注钢筋砼顶盖,承托上部结构。


图8.9  封底和盖板示意


8.3 沉井的施工


旱地沉井施工:平整场地,制造第一节沉井、拆模及抽垫、挖土下沉、接高沉井、井顶围堰、地基检验和处理、封底、充填井孔、浇筑顶盖。


水上筑岛:水流速不大,水深≤3~4m时采用,砂岛应高出施工最高水位0.5m以上,在岛上浇筑沉井。


浮运沉井:水深筑岛困难时采用,岸边制作,滑入水中,井壁为空体可浮于水面,就位后灌注砼下沉至河床。


8.3.1 沉前准备

清理场地

制造第一节沉井

  • 铺垫木 (枕木、方木)

  • 立模板绑钢筋

  • 注混凝土、养护

  • 土内模制造沉井刃脚


图8.10 基坑砂垫层剖面图


图8.11 制造第一节沉井实例


首节沉井制作


第二节沉井的制作


沉井下沉中


沉井隔墙钢筋的绑扎


拆模及抽垫

拆模顺序:井孔模板、外侧模板、隔墙支撑及模板、   刃脚面支撑及模板


抽垫顺序:内壁、短边及长边下对称同步。长边下隔1根撤1根,最后以定位桩为中心由远而近对称撤除。


 图8.11  沉井垫木

(a)圆形沉井垫木;(b)矩形沉井垫木


8.3.2 取土下沉


图8.12除土下沉示意


排水下沉

当沉井穿过的土层较稳定,不会因排水而产生大量流砂时,可采用排水下沉。


挖土和取土方法:

土质为砂土或软黏土时,用水力机械施工;

砂、卵石层或硬黏土层时,采用抓主斗出土。


图8.12  排水下沉


不排水下沉

当上层不稳定、地下水涌水量很大,为防止因内排水而产生流砂等不利现象,需用不排水下沉。


挖土和取土方法:

使用机械抓主斗,或用高压水枪破土,然后用空气或吸泥机将泥水排出。


图8.13  不排水下沉


泥浆套下沉法:

泥浆套下沉法是在井壁与土层之间设一层触变泥浆,靠泥浆的润滑作用大大减少土对井的阻力,使沉井又快又稳地下沉。


8.3.3 接筑沉井

  • 第一节沉井顶面下沉至距地面还剩1m~2m时,应停止挖土,接筑第二节沉井。

  • 接筑前应使第一节沉井位置正直,凿毛顶面,然后立模浇筑混凝土。

  • 待混凝土强度达设计要求后,再拆模继续挖土下沉。

  • 每次浇注的最大高度不宜超过5m。

  • 对称、均匀地浇注,以防倾斜。


8.3.4 沉井封底

  • 达到设计标高后,停止挖土,准备封底

  • 优先考虑干封,其成本低,施工快,易保证质量

  • 封底一般采用素混凝土

  • 要确保封底质量,封底要预留集水井

  • 集水井用于当封底混凝土未达到设计强度时连续抽水,待封底达到强度要求后将其封死

  • 水下封底应特别注意保证混凝土浇注质量,厚度应按施工中最不利情况由素砼强度及沉井抗浮要求计算确定。


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。


图8.13 浮运沉井施工示意图



8.3.5 沉井下沉所遇问题及处理

  • 偏斜:沉井偏斜大多发生在下沉不深时,导致偏斜原因有多种;纠偏方法有:除土、压重、顶部施加水平力。

  • 难沉:即沉井下沉过慢或停沉;原因(侧阻过大、踏面过大、孤石树根等);解决方法(射水、加重井壁、减小踏面、小型爆破)

  • 突沉:沉井产生较大的倾斜或超沉,突沉常发生于软土地区;主要原因是井壁侧阻较小;

  • 流砂:在粉、细砂层中下沉沉井,易出现流砂现象;主要原因是土中动水压力的水头梯度大于临界值;防治措施有:采用井点降水及不排水除土,或向井内回灌水



8.4  沉井的设计与计算


主要内容:

  •  沉井尺寸的确定

  •  沉井作为天然地基上基础的计算

  •  沉井自重的验算

  •  第一节井壁在自重作用下应力验算

  •  刃脚验算

  •  沉井井壁计算

  •  沉井封底混凝土的计算

  •  沉井抗浮验算


8.4.1 沉井尺寸的确定


沉井高度

  • 沉井底面标高,主要根据上部荷载、水文地质条件及各土层的承载力等确定。

  • 沉井作为基础,其顶面应埋入地面0.2m或地下水位以上0.5m。


沉井平面形状和尺寸  

  • 沉井平面形状应根据上部建筑物的平面形状决定。

  • 为取土方便,取土井宽度≮2.5m,沿沉井中心线布置

  • 为防止下沉过程中少许偏斜对建筑物影响,要求留襟边,其宽度≮下沉总深度的2%,且不得小于20cm。

  • 上部建筑底部长宽尺寸为A0、B0,沉井下下沉高度为h0,沉井顶面尺寸为

          A=A0+2(0.02~0.04) h0或A0+20cm

          B=B0+2(0.02~0.04) h0或B0+20cm

  • 井壁厚度一般为0.7~1.5m,内隔墙厚度为0.5m左右


8.4.2 沉井作为天然地基上基础的计算

沉井作为天然地基基础计算

地基强度:沉井作为深基础时,一般要求下沉至坚实土层或岩层上,且地基强度须满足:



式中:

F—作用于沉井顶面处荷载

G—沉井自重

Rf—井侧总摩阻力

Rj—沉井底部地基土的总反力

Rj=fa*A(fa为基底土承载力特征值)


井侧总摩阻力Rf :可假定井侧总摩阻力Rf沿深度成梯形分布,距地面5m范围内按三角形分布,5m以下为常数,故总摩阻力为:



U—沉井周长

q—单位面积摩阻力加权平均值。


图8.15 井壁摩阻力分布假设


8.4.3 沉井自重验算

为保证沉井在施工时能顺利下沉到设计标高,需要验算沉井自重是否满足下沉要求,用下沉系数K表示


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Rf而顺利下沉,即:



G—各种施工阶段沉井的自重;

Rf—沉井井壁土的摩阻力。


8.4.4 第一节井壁在自重作用下应力的计算

在抽出垫木及挖土可能有不均匀等不利条件下,第一节井壁在自重作用下应按单支点、简支梁等验算井壁强度。


开始下沉


不排水取土下沉

图8.19 底节沉井支点布置示意


圆形沉井

按支撑在相互垂直直径的四个点验算,不排水下沉时,可能遇到障碍物,按直径两端支点下沉。

这个家伙什么也没有留下。。。

道路工程

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