沉井基础(Caisson Foundation)---形状和尺寸 (3)
1 引言
在先前的课程中, 讨论了沉井基础的一些基本概念, 接下来的问题是如何设计一个沉井基础(Design of Caissons). 当设计一个沉井基础时,需要考虑多方面的因素, 其中首要考虑的因素是沉井基础的构造. 本笔记follow着课程进度[4/12/2021至4/18/2021 Week 6], 简要描述沉井形状和尺寸(Shape and Size)的相互依赖关系. 本材料仅用于授课, 无任何研究性质的内容.
沉井基础(Caisson Foundation)---思考题 (1)
沉井基础(Caisson Foundation)---类型划分 (2)
2 沉井的形状和尺寸
2.1 沉井的形状
在<Chapter 5: 沉井基础(Caisson Foundation)---类型划分 (2)>中,已经介绍了沉井的平面形状和立面形状. 总的来说, 沉箱的立面形状从上到下几乎都是直的; 沉箱的平面形状可以是圆形、方形、矩形、八角形、双圆形、双矩形、双六角形、双八角形或双D形，如下图所示。
沉井的平面形状取决于于墩(台)底部的形状。对矩形或圆端形墩，可采用相应形状的沉井，当墩的长宽比较为接近时，可采用方形或圆形沉井。有时沉箱的形状选择受其尺寸的影响, 例如对于大型的上部结构来说, 沉箱形状受上部结构基座轮廓的制约；但对于较小的上部结构, 为了方便下沉(Sinking)和经济，沉箱可做成圆形; 另一方面, 沉箱的形状也受上部结构层建筑形状的影响, 例如, 对于那些为了避免限流或方便通航的上部结构，沉箱的形状宜采用长方形；上游的一侧宜采用圆形或尖形，以尽量减少大而重的浮物或浮冰可能带来的冲击, 参看<冰载荷对桥墩的作用(Dynamic Ice Forces on Piers)>。双圆型、双矩形、双六边形、双八边形和双D型用于支撑大型桥墩的载荷。
2.2 沉井的尺寸
Caisson的尺寸受以下因素的影响：
(1) 基座的尺寸(Size of Base)。沉箱的尺寸应使沉箱在上部结构底部四周至少有0.3m的突出部分, 这将有助于合理地处理不可避免的倾斜和错位(tilting and misalignment)。沉井顶面尺寸为墩(台)身底部尺寸加襟边宽度。
(2) 承载力(Bearing Pressure): 沉箱所需的面积显然受土的允许承载力的制约；
(3) 实际最小尺寸(Practical Minimum Size)。从下沉方便和施工经济的角度来看，沉箱的最小尺寸应为2.5m；尺寸小的沉箱往往比其他类型的深基础更昂贵。
(4)沉井的入土深度根据上部结构、水文地质条件及各土层的承载力等确定。
3 沉井构造
3.1 一般沉井构造
一般沉井包括开放式和气动式沉井. 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。
3.2 浮运沉井构造
(1) 不带气筒的浮运沉井
不带气筒的浮式沉井适应于水深较浅、流速不大、河床较平、冲刷较小的自然条件。一般在岸边制造，通过滑道拖拉下水，浮运到墩位，再接高下沉到河床。这种沉井可用钢、木、钢筋混凝土、钢丝网及水泥等材料组合。
钢丝网水泥薄壁沉井是由内、外壁组成的空心井壁沉井，这是制造浮运沉井较好的方法，具有施工方便、节省钢材等优点。沉井的内壁、外壁及横隔板都是钢筋钢丝网水泥制成。做法是将若干层钢丝网均匀地铺设在钢筋网的两侧，外面涂抹不低于M5的水泥砂浆，使它充满钢筋网和钢丝网之间的间隙并形成厚1～3mm的保护层。
(2) 带钢气筒的浮运沉井
带钢气筒的浮运沉井适用于水深流急的巨型沉井。它主要由双壁的沉井底节、单壁钢壳、钢气筒等组成。
4 组合式沉井
当采用低桩承台而围水挖基浇筑承台有困难时；当沉井刃脚遇到倾斜较大的岩层或在沉井范围内地基土软硬不均而水深较大时可采用上面是沉井下面是桩基的混合式基础，或称组合式沉井。施工时按设计尺寸做成沉井，下沉到预定标高后，进行浇筑封底混凝土和承台，在井内其上预留孔位钻孔灌注成桩。这种混合式沉井既有围水挡土作用，又作为钻孔桩的护筒，还作为桩基的承台.
