Chapter 5: 沉井基础(Caisson Foundation)---思考题 (1)
1 引言
沉井的应用己有很长的历史，它是由古老的掘井作业发展而成的一种施工方法，用沉井法修筑的基础叫做沉井基础，参看下面的沉井基础示意图. 这个笔记follow着课程进度[4/12/2021至4/18/2021 Week 6], 简要总结了本章的一些思考题目, 其内容无任何创新之处.
a)沉井下沉; b)沉井基础
桥墩(Piers)有时用于将大的荷载传递到坚实的地基材料上，而地基材料可能被较差的材料覆盖。 桥墩一般可视为大直径的灌注桩(cast-in-place piles)。桥墩有时被构造成沉箱(caissons)，其中基础构件是通过土层沉入的。 对于开放式沉箱(open caissons)，孔洞是以內挖的方式进行，而对于气动式沉箱(pneumatic caissons)，则是在压缩空气下进行挖掘，以防止水和泥土进入箱内。
2 思考题
2.1 名词解释
沉井: 先在地表制作成一个井筒状的结构物(沉井)，然后在井壁的围护下通过从井内不断挖土，使沉井在自重作用下逐渐下沉，达到预定设计标高后，再进行封底，构筑内部结构. (A caisson is a structural box or chamber that is sunk into place or built in place by systematic excavation below the bottom. )
沉井是井筒状的结构物。它是以井内挖土，依靠自身重力克服井壁摩阻力后下沉到设计标高，然后经过混凝土封底并填塞井孔，使其成为桥梁墩台或其它结构物的基础。
沉井的优点：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；沉井既是基础，又是施工时的挡土和挡土围堰结构物，施工工艺并不复杂; 沉井施工时对邻近建筑物尤其是软土中地下建筑物的基础影响小。
沉井的缺点：施工期较长；对粉细砂类土在井内抽水易发生流砂现象，造成沉井倾斜；沉井下沉过程中遇到的大孤石、树干或井底岩层表面倾斜过大，均会给施工带来一定困难。
2.2 判断题
沉井井孔应对称于沉井中心轴布置。（T）
当沉井需射水助沉时，射水管应沿井壁均匀布置。（T）
沉井施工中抽取垫木时应“分区、依次、对称、同步”。（T）
沉井施工中抽取垫木时，应按抽长边，后短边的顺序进行。（F）
阶梯形沉井下沉时遇到的阻力小于矩形沉井。（T）
沉井发生偏斜时可在顶部施工水平力扶正。（F）
降低沉井水位有助于沉井下沉。（T）
当采用泥浆润滑套助沉时，在沉井下沉至设计标高时应用水泥浆置换泥浆。（T）
2.3 选择题
(1) 沉井施工过程中，在抽除垫木时，应依据(ABCD)的原则进行。
(A) 对称
(B) 分区
(C) 依次
(D) 同步
(2) 沉井的一般构造可分为( )、隔墙、井孔、凹槽、射水管、封底和盖板。(AD)
(A) 井壁
(B) 射口挡板
(C) 气龛
(D) 刃脚
(3) 沉井隔墙的作用有：(BC)
(A) 施工中用作围堰，承受土、水压力；
(B) 增加沉井在下沉过程中的刚度，减小井壁受力计算跨度；
(C) 分隔井孔，控制沉降及纠倾;
(D) 保持井内水位
(4) 沉井发生倾斜纠正方法：(ABCD)
(A) 在沉井高的一侧集中挖土；
(B) 在低的一侧回填砂石；
(C) 在沉井高的一侧加重物或用高压身水冲松土层；
(D) 必要时可在沉井顶面施加水平力扶正
2.4 填空题
(1) 沉井基础按竖向剖面形可分为(竖直式)、(阶梯式)及(倾斜式)。
(2) 沉井构造包括(井壁)、(刃脚)、(内隔墙)、井孔、封底和顶盖板等。
(3) 沉井刃脚在沉井下沉过程中的作用是(切土下沉)。
(4) 壁后压气沉井法所需的气压可取静水压力的(2.5)倍。
2.5 简答题
(1) 试列举沉井构造中的两部分，并简述其功能。
沉井一般由井壁、刃脚、隔墙、井孔、凹槽、封底和顶板等组成。
井壁：是主要部分，作用是在沉井下沉过程中挡土、挡水及利用本身自重克服土于井壁之间摩擦阻力下沉。施工完毕后，座位传递上部荷载的基础或基础的一部分。
刃脚：作用是利于沉井切土下沉。
隔墙：作用是将沉井空腔分割成多个井孔，便于控制挖土下沉，防止倾斜偏移
井孔：挖土排土的工作场所和通道
凹槽：封底时利于井壁与封底混凝土的良好结合
(2) 试述沉井发生倾斜纠正方法.
在沉井高的一侧集中挖土；在低的一侧回填砂石；在沉井高的一侧加重物或用高压身水冲松土层；必要时可在沉井顶面施加水平力扶正。
(3) 试述负摩阻力产生原因及对桩的影响.
当桩固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的摩阻力，称其为负摩阻力。桩的负摩阻力的发生将使桩侧土的部分重力传递给桩，阴齿，负摩阻力不但不能为桩承载力的一部分，反而变成施加在桩上的外荷载。
(4) 沉井基础和桩基础的荷载传递有何区别？
沉井基础是依靠自身重力克服井壁摩擦力下沉至设计标高，然后经过混凝土封底并填塞井恐，使其成为桥梁墩台或其他结构物的基础，他是整体承受荷载。在桩基础是由桩顶竖向荷载传递给侧面土及底层土及底层土发生位移或形变产生桩侧摩阻力和桩底摩阻力。
(5) 沉井基础有什么特点？
答：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，沉井既是基础又是施工时的档土墙和挡土围堰结构物，施工工艺并不负杂，因此在桥梁工程中得到较广泛的应用。同时，沉井施工时对邻近建筑物形象较小且内部空间可以利用，因而常用作工业建筑物尤其是软土中地下建筑物的基础，也常用作竖井和地下油库等.
(6) 简述沉井基础按立面的分类以及各自的特点？
主要有竖直式，倾斜式及台阶式等。竖直式沉井在下沉过程中不易倾斜，井壁接长较简单，模板可重复使用。倾斜式及台阶式井壁可以减小土与井壁的摩阻力，其缺点是施工较复杂，消耗模板多，同时沉井下沉工程中容易发生倾斜。
(7) 沉井在施工中会出现哪些问题，应如何处理？
(a) 沉井发生倾斜和偏移。倾斜：在沉井高的一侧集中挖土，在低的一侧回填砂石，在沉井高的一侧加重物或用高压射水冲松土层，必要时可在沉井顶面施加水平力扶正。偏移：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。(b) 沉井下沉困难。增加沉井自重：可提前浇筑上一节沉井，以增加沉井自重，或在沉井顶上压重物迫使沉井下沉，对不排水下沉的沉井，可以抽出井内的水以增加沉井自重，用这种方法要保证土不会产生流砂现象。减小沉井外壁的摩阻力：可以将沉井设计成梯形，钟形，或在施工中尽量使外壁光滑，也可在井壁内埋置设高压射水管组，；利用高压水流冲松井壁附近的土，且水流沿井壁上升而润滑井壁，使沉井摩阻力减小。
(8) 沉井作为深基础的设计计算包括哪些内容？
(a) 非岩石地基上沉井基础计算; (b) 基底嵌入基岩内地计算方法; (c) 墩台顶面水平位移的计算; (d) 验算
(9) 沉井基础基底应力验算的基本原理是什么？
计算出来的最大应力不应超过沉井底面处土地允许压应力.
(10) 沉井在施工过程中作为结构物，应进行哪些验算？
(1) 沉井自重下沉; (2) 第一节沉井的竖向挠曲验算; (3) 沉井刃脚变力计算; (4) 井壁受力计算; (5) 混凝土封顶及其井盖计算
(11) 浮运沉井的计算有何特殊性？
浮运沉井在浮运过程中和就位接高下沉过程均为浮体，要有一定吃水深度，使重心低不易倾覆，保证浮运时稳定；同时还必须具有足够高出水面高度，使沉井不因风浪沉没。因此，除前述计算，还应考虑沉井浮运过程受力情况，进行浮体稳定性（沉井重心，浮心和定倾半径分析确定与比较）和井壁露出水面高度等验算。
(12) 地下连续墙有何优缺点？
优点：结构刚度大，整体性，防渗性和耐久性好；施工时无噪音，无振动，施工速度快，建造深度大，能适应较复杂地质条件；可以作为地下主体结构一部分，节省挡土结构造价.
缺点：每段连续墙之间接头质量难以控制，墙面需加工处理做衬壁，施工技术高，制浆及处理系统占地较大。
关键词: 桩基础; 地基承载力
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