9、沉井结构与沉管结构
地下建筑结构(复习总结)
8 沉井与沉箱结构
三、沉井验算（课本193）：
1、下沉系数验算
2、抗浮系数验算（课本179页例题）
3、刃脚验算：刃脚向外挠曲验算、刃脚向内挠曲验算 （课本182页例题）
4、沉井在竖直平面内受弯计算－－抽成垫木计算（井壁 水平钢筋）：矩形（两点定位垫木和三点验算），圆形沉井 （四个支撑点和八个支撑点的验算）。
河北工业大学土木工程学院
9 地下连续墙结构
三、地连墙的计算方法（课本207表9-1）：
（一）较古典的计算方法： 假设条件：土压力已知，不考虑墙体和支撑变形。 方法：假想梁法、1/2分割法、泰沙基法 （二）横撑轴向力、墙体弯矩不变： 假设条件：土压力已知，考虑墙体变形，不考虑支撑变形。 方法：山肩帮男法、弹性法等 （三）横撑轴向力、墙体弯矩可变： 假设条件：土压力已知，考虑墙体、支撑变形。 方法：日本弹塑性法、有限元法 （四）共同变形理论： 假设条件：土压力随墙体变位而变化，考虑墙体、支撑变形 方法：森重龙马法、有限元法
一、定义：采用液压千斤顶或具有顶进、牵引功能的设备， 以顶管工作井作承压壁，将管子按设计高程、方位、坡度逐 根顶入土层直至达到目的地的一种修建隧道和地下管道的施 工方法。
二、顶管的分类（见课本340例题） 二、顶管的最大顶力计算（见课本245例题）
河北工业大学土木工程学院
一、附建式地下结构定义：
根据一定的防护要求修建的附属于较坚固的建筑物的地下室，与独立修 建的地下人防工事（单建式）相对应，又称为 “防空地下室” 或 “附建式 人防工事”。
二、人防工程分类：
—— 按构筑类型划分
明
单建掘开式
挖
主体的上部无永久性地面建筑
工
沉井基础及管柱基础
沉井基础及管柱基础以沉井作为基础结构，将上部荷载传至地基的一种深基础。
分为开口沉井或气压沉箱两种施工方法。
这种基础现采用较少。
由于它整体性好、刚度大、传力可靠，因此在长大跨度和深水地区修桥仍被采用。
1.开口沉井是一个无底无盖的井筒，一般由刃脚、井壁、隔墙等部分组成。
其施工程序一般是在井壁内挖土，井筒靠自重或加压逐渐下沉，一节井筒快沉入土中再接一节，直至最后一节下沉到设计标高，然后将井底土清理干净，灌注一层水下混凝土把井底封住，再抽水并在井内填充混凝土或沙石，或作成空心沉井,最后在顶上灌筑钢筋混凝土盖板,并在其上修筑墩台。
在施工过程中，为了减少井筒下沉时井壁与土间的摩擦力，可在筒壁内预埋钢管并压入高压水、泥浆或高压气流辅助下沉。
A.特点：深较大，整体性好，稳定性好，具有较大的承载面积，能承受较大的垂直和水平荷载。
此外，沉井既是基础，又是施工时的挡土和挡水围堰结构物，其施工工艺简便，技术稳妥可靠，无需特殊专业设备，并可做成补偿性基础，避免过大沉降，在深基础或地下结构中应用较为广泛，如桥梁墩台基础、地下泵房、水池、油库、矿用竖井以及大型设备基础、高层和超高层建筑物基础等。
但沉静基础施工工期较长，对粉砂、细砂类土在井内抽水时易发生流砂现象，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，也将给施工带来一定的困难。
B.类型及构造：井按其截面轮廓分，有圆形、矩形和圆端形等三类。
①圆形沉井水流阻力小，在同等面积下，同其他类型相比，周长最小、摩阻力相应减小，便于下沉；井壁只受轴向压力，且无绕轴线偏移问题。
②矩形沉井和等面积的圆形沉井相比，其惯性矩及核心半径均较大，对基底受力有利；在侧压力作用下，沉井外壁受较大的挠曲应力。
③圆端形沉井对支撑建筑物的适应性较好，也可充分利用基础的圬工，井壁受力也较矩形有所改善，但施工较复杂.C.使用材料：沉井的使用材料分,有木沉井,砖、石沉井，混凝土沉井，钢筋混凝土沉井和钢沉井等。
地下建筑结构考试重点整理
地下建筑机构复习第一章衬砌结构的作用：承重和围护。
结构形式影响因素：受力条件、使用要求、施工方案。
结构形式：浅埋式结构、附建式结构、沉井结构、地下连续墙结构、盾构结构、沉管结构、桥梁基础结构、其他结构。
拱形结构的优点：1.地下结构的荷载比地面结构大，且主要承受垂直荷载。
因此，拱形结构就受力性能而言比平顶结构好。
2.拱形结构的内轮廓比较平滑，只要适当调整拱曲率，一般都能满足地下建筑的使用要求，并且建筑布置比圆形结构方便，净空浪费也比圆形结构少。
3.拱主要是承压结构。
适用于采用抗拉性能较差，抗压性能较好的砖、石、混凝土等材料构筑。
材料造价低，耐久性良好，易维护。
地下建筑与地面建筑结构的区别：1.计算理论、设计和施工方法。
2.地下建筑结构所承受的荷载比地面结构复杂。
3.地下建筑结构埋置于地下，其周围的岩土体不仅作为荷载作用于地下建筑结构上，而且约束着结构的移动和变形。
岩石地下建筑结构形式（一）拱形结构：1．贴壁式拱形结构：（1）半衬砌结构（2）厚拱薄墙衬砌结构（3）直墙拱形衬砌（4）曲墙拱形衬砌结构2．离壁式拱形衬砌结构（二）喷锚结构（三）穹顶结构（四）连拱隧道结构（五）复合衬砌结构第二章荷载种类：静荷载：是指长期作用在结构上且大小、方向和作用点不变的荷载。
动荷载：原子武器和常规武器的爆破冲击波；地震波作用下的动荷载。
活荷载：指在结构物施工和使用期间可能存在的变动荷载，其大小和作用位置都可能变化。
其他荷载：混凝土收缩、温度变化、结构沉降、装配误差等。
按其作用特点及使用中可能出现的情况分为以下三类：永久（主要）荷载、可变（附加）荷载和偶然（特殊）荷载。
软土地区浅埋地下工程采用“土柱理论”进行计算。
第三章弹性地基梁与普通梁的区别：1.超静定的次数是有限，还是无限。
2.普通梁的支座通常看作刚性支座，即略去地基的变形，只考虑梁的变形；弹性地基梁必须同时考虑地基的变形。
第四章国际隧协认为可将其归纳为以下四种模型：1.以参照已往隧道工程的实践经验进行工程类比为主的经验设计法；2.以现场量测和实验室试验为主的实用设计方法，例如以洞周位移量测值为根据的收敛—限制法；3.作用—反作用模型，例如对弹性地基圆环和弹性地基框架建立的计算法等；4.连续介质模型，包括解析法和数值法，解析法中有封闭解，也有近似解，数值计算法目前主要是有限单元法。
沉井与沉管法施工——沉井法施工课件
沉井法施工存在一定的局限性，如施工周期长、技术要求高、成本较高以及对周 围环境影响较大等。因此，在选择施工方法时需要综合考虑工程实际情况和施工 条件。
02
沉井施工工艺流程
施工准备
01
02
03
场地平整
清理施工现场，进行场地 平整，确保施工机械和材 料能够顺利进入。
测量定位
根据设计图纸进行测量定 位，确定沉井的位置和标 高。
变形等问题。
封底与回填技术应根据工程地质 和水文地质条件、下沉深度和施
工要求等因素进行综合考虑。
常用的封底与回填方法包括混凝 土浇筑、砂石回填和压实等。
04
沉井施工案例分析
某大桥桥墩沉井施工案例
总结词
大型工程、复杂地质条件、技术创新
详细描述
某大桥建设过程中，由于地质条件复杂，采用了沉井法施工。施工过程中克服了诸多技术难题，如大 体积混凝土浇筑、深基坑开挖等，最终成功完成了桥墩的施工，为类似大型工程提供了宝贵的经验。
下沉控制与纠偏
下沉控制与纠偏是沉井施工的关 键技术之一，目的是控制沉井下 沉速度和方向，确保沉井下沉的
准确性和稳定性。
下沉控制与纠偏应根据工程地质 和水文地质条件、下沉深度和施
工方法包括 注浆加固、排水降水、挖土纠偏
和千斤顶纠偏等。
封底与回填技术
封底与回填技术是沉井施工的关 键技术之一，目的是确保沉井底 部密封和回填质量，防止渗漏和
发展
随着科技的不断进步和施工技术的不断创新，沉井法施工技 术在材料、设计、施工工艺等方面都得到了不断改进和完善 。未来，随着环保要求的提高和施工技术的进步，沉井法施 工技术将会更加高效、环保、安全。
适用范围与限制
适用范围
9沉井结构
(6) 封底及顶盖
沉井下沉到设计标高，基底经校验能满足设计要求后，用 混凝土浇筑底板，称为封底。当井中的水能被排干，即渗 水量上升速度小于或等于6mm/min时，排干水后用C15或 C20普通混凝土浇筑，称为干封底；当井中的渗水量上升 速度大于6mm/min时，宜采用导管法浇注C20级水下混凝 土封底，称为湿封底。封底厚度按其承载力条件计算确定， 一般其顶面应高出凹槽0.5 m。
④压浆管：当采用泥浆套技术下沉沉井时使用。压浆管的 设置有外管法和内管法。外管法是在井壁内侧或外侧布置 管径为38~50 mm的压浆管，间距为3~4 m，一般用于薄壁 沉井；内管法是在井壁内预留孔道，其间距为3~4m，一 般用于厚壁沉井。压浆管的射口宜设在沉井底节台阶顶部 处，射口方向与井壁周围须成45°斜角；在射口处应设射 口围圈，防止压浆时直接冲射上壁和减少压浆出口处的填 塞。射口围圈一般可用短角钢制作。
实际上沉井的沉降系数在整个下沉过程中，不会是常数， 有时可能大于1.0，有时接近于1.0，有时会等于1.0。如开 始下沉时必大于1.0，在沉到设计标高时应近于1.0。
在分节浇筑分节下沉时，就在上节沉井混凝土浇筑完毕而 还未开始下沉时，保持K＜1.0，并具有一定的安全系数。
9.3.2 抗浮稳定验算
(4)凹槽 沉井内槽设凹槽是为了使封底混凝土嵌入井壁，形成整体，
使传至沉井壁上的力能更好地传递给封底混凝土底面。同 时，当遇到意外困难，还可在凹槽处浇筑钢筋混凝土盖板， 将沉井改为沉箱。凹槽水平方向深约0.15~0.25 m，高约 1.0 m左右，其底面距刃脚底面一般在2.5m以上。
(5)射水管组、探测管、气管和压浆管
利下沉，用下沉系数K1表示：
k1
G
T
地下建筑结构要点
地下建筑结构要点地下建筑是修建在地层中的建筑物。
两大类：土层中和岩层中的；衬砌结构主要是起承重和围护作用，足够的刚度，耐腐蚀性，稳定性土层地下建筑结构型式：（一）浅埋式结构（二）附建式结构（三）沉井结构（四）地下连续墙结构（五）盾构结构（六）沉管结构（七）桥梁基础结构（八）其它结构：岩石结构型式直墙拱形、圆形、曲墙拱形等。
还有一些其它类型的结构，如喷锚结构、穹顶结构、复合结构等。
拱形结构优点：（1）主要承受垂直荷载，弯矩小。
（2）拱主要是承压结构。
适用于抗压性能较好的砖、石、混凝土等材料构筑。
（3）内轮廓比较平滑，满足使用要求，且建筑布置比圆形结构方便，净空浪费也比圆形结构少。
按使用功能分类：（1）地下交通工程：（2）地下市政管道：（3）地下工业建筑：（4）地下民用建筑（5）地下军事：（6）地下仓储：（7）地下文娱文化设施：（8）地下体育设施衬砌施工方法分类：1）模筑式衬砌2）离壁式衬砌3）装配式衬砌4）喷锚支护衬砌地下建筑结构的特点荷载的不确定性计算方法的不成熟初步设计的内容（一)工程等级和要求，荷载标准的确定；（二)埋置深度与施工方法；（三)初步设计荷载值；（四）选择建筑材料；（五）选定结构型式和布置；（六）估算结构跨度、高度、顶底板及边墙厚度等尺寸；（七）绘制初步设计结构图；（八）估算工程材料数量及财务概算技术设计要内容是：（一）计算荷载：（二）计算简图：（三）内力分析：（四）内力组合：（五）配筋设计（六）绘制结构施工详图（七）材料、工程数量和工程财务预算荷载，分为以下三类，永久荷载、可变荷载和偶然荷载。
弹性抗力是地下结构所特有的被动荷载支护结构理论古典岩土压力理论阶段散体压力理论阶段（荷载——结构法）共同作用理论阶段泰沙基普氏认为当地下工程埋藏深度较大时，支护上的压力只是围岩坍落拱内松动岩体的重量，坍落拱的高度与地下工程的跨度及围岩的性质有关。
太沙基认为坍落拱为矩形，而普罗托季亚科诺夫认为是抛物线形。
第七章1 沉井与沉管法施工——沉井法施工
当沉井到设计标高后，将 槽内的泥浆臵换固化，再在 井底部位压密注浆封闭，最 后挖除“中心岛”部分的土 体。
沉井施工
5.接高井筒
第一节沉井顶面下沉至距地面还剩1~2m时，应停止挖土 下沉，然后立模浇注，接长井壁及内隔墙，再接现沉
6.筑井顶围堰 （沉井顶面低于地面或水面） 7.地基检验和处理
检验地基土质情况，场地是否平整，对地基进行必要的处理， 保证井底地基尽量平整，浮土及软土清除干净，使封底砼、沉 井及地基紧密连接。
岩土工程施工技术
王丽琴 主讲
西 安 理 工 大 学
第七章 沉井与沉管法施工
第一节 沉井法施工 第二节 沉管隧道施工技术
第一节 沉井法施工
一.沉井类型与构造
沉井：无盖无底筒状构筑物，砖砌、钢结构、钢混凝土。 先挖基坑，在垫层上制作沉井筒，在井筒保护下挖土， 随着土体挖深，沉井在自重作用下逐渐下沉，直至设计 标高，再浇注底板、内部结构和顶盖。
沉井的分类 （1）按建筑材科分类
①混凝土沉井 ②钢筋混凝士沉井 ③钢壳沉井
（2）按平面形状和内部构件的布置分类
单孔圆沉井、单孔方形沉井、多孔方形沉井、 多孔椭圆形沉井、多排多孔沉井。
圆形沉井
圆形有良好受力性能，故通常都采用单孔圆形沉 井，直径最大可达80m。
矩形沉井
矩形沉井只有平面尺寸较小时才做成单孔的。当边长 大于20m时，应增加底框架、顶框架或采用内隔墙分成 多孔沉井，以加强沉井结构的刚度。
图 2 井壁上凹槽结构 (a)普通凹槽;(b)凸榫凹槽;(c)沉箱凹槽;(d)不设凹槽
底梁和框架
在大型沉井中为了增加沉井下沉过程中的整体刚度，可 在沉井底部增设底梁，并与井壁一起构成底框架，以增加 沉井施工下沉阶段和使用阶段的整体刚度。
地下建筑结构-第九讲- 沉管结构
石料覆盖层
服务通道
射风机
逃生通道
电缆沟
卓戈登沉管隧道工程技术特点：
代表了欧洲混凝土沉管隧道的最新进展，是目前世 界最长的用于交通的混凝土沉管隧道； 在陆地上工厂条件下以工业化的方式生产沉管节段 单元；
采用无裂缝混凝土防水，通过全断面无施工缝连续 浇注实现无裂缝混凝土。
首次采用砂砾基床作为如此大尺寸的混凝土沉管单 元的基础；
我国修建沉管隧道起步较晚，已建成有广州珠江隧道、宁波
甬江隧道、上海黄埔江隧道、香港维多利亚港2座海底沉管 隧道等
日本还修建了复合断面的沉管隧道
混凝土沉管—欧洲
沉管法修建工序
开挖基槽 预制管段
沉管拖运
沉管沉放
沉管联结
沉管填埋
隧道内部工程
沉管法修建工序
1.1 开挖江底/海底沉槽
Dredging 挖槽
计算时要考虑到混凝土的容重误差、河水容重可 能的变化等。 2、抗浮计算 施工阶段： K=1.05-1.1，要针对覆土前的情况来 计算，即土未覆，索具、定位塔等已拿走。
使用阶段：K=1.2-1.5，此时考虑侧摩阻力，用最 大水容重、最小混凝土容重计算。如压载混凝土 密实度差，一般按2.25t/m3计算。
受潜水作业限制，极限深度在水面以下70m；
底部不应软弱和不稳定到不能断续开挖基槽。 工地必须合理地避免被流动的淤泥迅速地淤积，淤泥能改 变基槽中水的密度并在沉放管段时影响浮力的平衡。
沉管法的发展方向：
目前沉管隧道的设计施工正向大型化方向发展。为适 应城市交通发展，隧道的车道数已由最初的双车道发展 到目前城市隧道通用的六车道，甚至八车道
沉船荷载：大小与船型、装载、沉没方式、覆土厚 度、河底情况等有关。一般取 5-13t/m 。目前认为 可不考虑，因几率很小。
9沉井结构与沉管结构
9沉井结构与沉管结构沉井结构和沉管结构是两种常见的深水建筑结构形式，它们在油气勘探、桥梁建设、海上工程等领域中得到了广泛的应用。
本文将对沉井结构和沉管结构进行详细介绍，并比较它们的特点和适用范围。
一、沉井结构沉井结构是指将施工完成的钢筒沿垂直方向下沉至水下，并与海底或河底形成一种稳定的基础形式。
沉井结构通常由一个钢筒或多个钢筒组成，通过水下安装机械设备和管线来实现相应的功能。
沉井结构的特点：1.适用范围广：沉井结构可以应用于各种深水条件下，包括平缓的海底或陡峭的河底。
2.抗风浪能力强：沉井结构由于其自重大，可以提供较强的抗风浪能力，适合于暴露在海上的工程。
3.维护便利：沉井结构相对于其他水下结构来说，更容易进行检修和维护，对于设备的更换和维护工作来说，更加方便。
4.抗底层气侵蚀：沉井结构可以通过设计合理的气流控制系统，防止底部产生气体浮力影响结构稳定。
二、沉管结构沉管结构是指将已经制作完成的混凝土沉管下沉至水下形成基础的结构形式。
沉管结构通常由单个或多节沉管组合而成，通过水压和重力来稳定在水下地层。
沉管结构的特点：1.安全性高：沉管结构由于其重力作用，稳定性较好，可以保证工程的安全性。
2.施工便利：沉管结构的制作和安装相对较为容易，可以通过水压和水位控制系统来实现，对施工要求相对较低。
3.适用于浅水区：沉管结构通常适用于水深较浅的区域，如河道、港口等。
4.隐蔽性好：沉管结构可以埋入水下地层，不对水面交通和风景线产生明显影响，有利于环境保护和美化城市景观。
三、沉井结构与沉管结构的比较1.结构形式：沉井结构一般为一个或多个垂直的钢筒组合而成，而沉管结构则是由混凝土沉管组成。
2.施工难度：沉井结构相对来说更加复杂，需要进行焊接、安装等环节，而沉管结构的施工相对简单，只需制作完成后进行下沉安装即可。
3.应用范围：沉井结构适用于各种深水条件下，包括海上和河底工程，而沉管结构适用于相对较浅的水域，如河道、港口等。
沉管结构
1)先铺法
先铺法实际上是利用刮铺机将铺垫材料 （砂或石）设置成平整的垫层。
1－方环形浮箱；2－砂石喂料管；3－刮板；4－砂石垫层（0.6-0.9m）； 5-锚块；6－沟槽底面；7－钢轨；8－移形钢梁
沉 管 基 础
2）后填法
在后填法中，安设水底临时支座， 临时支座大多数为道渣堆上设置钢 筋混凝土支承板，也可以采用短桩 简易墩。
刚性接头系于水下连接（不论采用何法）完毕后，于相 邻两节管段端面之间，沿隧道外壁（二侧与顶、底板） 以一圈钢筋混凝土连接起来，形成一个永久性接头。
刚度较大，但沉降不匀易开裂渗漏。
管段接头
“先柔后刚”
管段接头
9.5.2柔性接头
主要是利用水力压接时所用的胶垫，吸收 变温伸缩与地基不均匀沉降所致角变，以 消除或减小管段所受变温或沉降应力。
沉 管 结 构概 述
过程
沉管法亦曾称作预制管段沉放法； 先在隧址以外的预制场制作隧道管段，两端用临时 封墙密封，制成以后用拖轮拖运到隧址指定位置上。 预先在设计位置处，挖好水底沟槽。待管段定位就 绪后，往管段中注水加载，使之下沉，然后将沉设 完毕的管段在水下连接起来，覆土回填，完成隧道， 此之谓“沉管隧道”。
管段沉设与水下连接
9.4.2水下连接
早期采用灌筑水下混凝土施工法 ； 二十世纪五十年代末，加拿大的台司隧道采 用水力压接法。 用水力压接法进行水下连接的主要工序是： 对位——拉合——压接——拆除端封墙
管段沉设与水下连接
管段接头
9.5 管段接头
管段接头的构造，主要有刚性接头和柔性 接头两种。 9.5.1刚性接头
重庆大学《地下结构设计》课后习题答案
重庆大学版《地下结构设计》1-10章习题答案第一章1. 简述地下结构的概念和特点。
概念：地下结构是指在保留上部地层（山体或土层）的前提下，在开挖出能提供某种用途的地下空间内修筑的建筑结构。
特点：（ 1 ）地下空间内建筑结构替代了原来的地层，结构承受了原本由地层承受的荷载。
在设计和施工中，要最大限度发挥地层自承能力，以便控制地下结构的变形，降低工程造价。
（ 2 ）在受载状态下构建地下空间结构物，地层荷载随着施工进程发生变化，因此，设计时要考虑最不利的荷载工况。
（ 3 ）作用在地下结构上的地层荷载，应视地层介质的地质情况合理概化确定。
（ 4 ）地下水状态对地下结构的设计和施工影响较大，设计前必须弄清地下水的分布和变化情况。
（ 5 ）地下结构设计要考虑结构物从开始构建到正常使用以及长期运营过程的受力工况，注意合理利用结构反力作用，节省造价。
（ 6 ）在设计阶段获得的地质资料，有可能与实际施工揭露的地质情况不一样。
因此，地下结构施工中应根据施工的实时工况动态修改设计。
（ 7 ）地下结构的围岩既是荷载的来源，在某些情况下又与地下结构共同构成承载体系。
（ 8 ）当地下结构的埋置深度足够大时，由于地层的成拱效应，结构所承受的围岩垂直压力总是小于其上覆地层的自重压力。
2. 简述地下结构的分类与形式。
按断面形式分类： 1 ）矩形 2 ）圆形 3 ）拱形 4 ）其他形式按使用功能分类：可分为生活设施、城市设施、生产设施、储藏设施、输送设施和防灾设施等按结构形式及施工方法分类：（ 1 ）喷锚结构（ 2 ）复合衬砌结构（ 3 ）盾构结构（ 4 ）沉管结构（ 5 ）沉井结构（ 6 ）地下连续墙结构（ 7 ）其他结构按与地面结构联系情况分类（ 1 ）附建式结构（ 2 ）单建式结构按埋置深度分类 1 ）浅埋地下结构 2 ）深埋地下结构3. 简述地下结构计算理论的发展阶段和代表理论1. 刚性结构阶段：压力线理论该理论认为地下结构是由一些刚性块组成的拱形结构，所受的主动荷载是地层压力，当地下结构处于极限平衡状态时，它是由绝对刚体组成的三铰拱静定体系，铰的位置分别假设在墙底和拱顶，其内力可按静力学原理进行计算。
沉井结构、计算、施工解读
(三)浮运沉井的构造
1．不带气筒的浮运沉井
适用：水下太深、流速不大、河床较平、冲刷较小的自然条件。
施工：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：
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，均会给施工请来一定困难。
适用：1．上部荷载较大，而表层地基土的容许承载力不足，做扩大基础开挖工作量大，以及支撑困难，但在一定深度下有好的持力层，采用沉井基础与其他深基础相比较，经济上较为合理时;
板书………………………… 讲解…………………………………
集中，故刃脚宜采用20号以上的钢筋混凝土制成。
3．隔墙
沉井长宽尺寸较大，应在沉井内设置隔墙，以加强沉井的刚度，使井壁的挠曲应力减小，其厚度一般小于井壁。隔墙底面应高出刃脚底面0.5m以上，避免隔墙下的土顶住沉井而妨碍下沉。也可在刃脚与隔墙联结处设置埂肋加强刃脚与隔墙的连结。如为人工挖土，在隔墙下端应设置过人孔，便于工作人员井孔间往来。
板书………………………… 讲解…………………………………
第三节沉井的施工
一、旱地上沉井的施工(图4-10)
1．整平场地
2．制造第一节沉井
3．拆模及抽垫
4．挖土下沉
5．接高沉井
6．筑井顶围堰
7．地基检验和处理
8．封底、充填井孔及浇筑顶盖
二、水中沉井的施工
1．筑岛法
水流速不大，水深在3或4m以内，可用水中筑岛的方法(图4-12)。筑岛材料为砂或砾石，周围用草袋围护，如水深较大可作围堰防护。岛面应比沉井周围宽出2m以上，作为护道，并应高出施工最高水位0.5m以上。砂岛地基强度应符合要求，然后在岛上浇筑沉井。如筑岛压缩水面较大，可采用钢板桩围堰筑岛。
《沉管结构》PPT课件
2）抗浮安全系数
在管段沉设施工阶段，应采用1.05～1.1的抗浮安 全系数。
管段沉设完毕后，务必大于1.05，防止“复浮”。 设计时需要按照最小混凝土容重、最小混凝土体
积和最大河水的比重来计算抗浮安全系数。
3）沉管结构的外廓尺寸
沉管结构的外廓尺寸，必须通过浮力设计才能确 定;
沉管结构的外廓高度，往往超过车道净空高度与顶 底板厚度之和。
喷砂基础
建造砂基础的第一个系统用的是C&N法（ChrisTIAni & Nielson 法），即使用在隧道管段上方滚动的钢门架，与门架相连的为三 根毗邻的管子，这三根管子被引入到隧道管段底部与地槽之间的 空间。最大的管子在中间，通过这根管子，砂水混合物被泵送到 隧道管段下面。位于大管子两侧的两根管子又将水吸回去，从而 形成一种流动作用，使砂在隧道管段下面以一种良好限定和良好 控制的型样沉淀下来。门架位于隧道管段上面并可使管子绕一垂 直轴转动，这样就可以做到隧道管段下面的整个空间都可以达到。 隧道管段下面需有约1m的空间以便移动管子。砂必须是干净的， 砂的平均粒径约为0.5mm。砂水混合物的浓度和排除口速度与喷 出形成的砂饼的直径有直接关系，必须很好地控制。
世界上第一条沉管铁路隧道建于1910年，穿越美国 Michigan州和加拿大Ontario省之间的Detroit河；
沉管法是十九世纪五十年代起普遍应用,如今共有100多座 沉管隧道 。 （解决了两项关键技术——水力压接法和基 础处理， ）
混凝土管段沉管隧道大多数在欧洲，其中约有一半在荷兰。
日本第一座沉管隧道是1944年为大阪地铁网修建的。至 1994年11月，共修建了18座沉管隧道。
注砂基础
为了避免使用门架（因门架可能妨碍航运交通），以及为了在更深的隧 道下面铺设基础，开发出砂流注砂法。这种方法像喷砂法一样把砂水混 合物泵送到管段下面的空间里。只不过不是使用可移动的系统，而是在 隧道管段底板上开许多孔口，这些孔口与放在管段里面相连。当管道从 岸上经过隧道通到这些孔口处进行充填砂基时，不会影响航运。砂水混 合物通过在隧道管段内的孔口泵出，去填充隧道管段下面的空间直到砂 堆接触到隧道管段的底部为止。这样就在隧道管段下面形成一个扩大的 砂饼。直到砂饼内部的水压超过了预先指定的最大值，然后才打开下一 个孔口，同时将前一个孔口关闭。这种方法速度快，能在24小时内填满 一个隧道管段下面的整个空间，这样就能避免管段放置后产生淤积的危 险。
第六章沉井式结构
按沉井的建筑材科的分类
混凝土沉井 钢筋混凝士沉井 钢壳沉井
按沉井的构造形式:
隧道连续沉井
三、沉井图例 单独沉井 平战结合用的人防工事沉井
四、沉井的构造
二、沉井的构造
井壁
沉井的主要部分，要有足够的强度和厚度。 井壁厚度决定于沉井大小、下沉深度以及土壤的力学性 质以及沉井能在足够的自重下顺利下沉 井壁断面形式的选择
二、沉井的构造 底梁和框架
在比较大型的沉井中，由于使用要求，不能设置内隔墙，则 可在沉井底部增设底梁，并构成框架以增加沉井在施工下沉 阶段和使用阶段的整体刚度。 沉井高度较大，常于井壁不同高度设置若干道由纵横大梁组 成的水平框架，减少井壁（于顶、底板之间）的跨度，使整 个沉井结构布置合理、经济。 在松软地层中沉井，底梁的设置还可以防止沉井“突沉”和 “超沉”，便于纠偏和分格封底，以争取采用干封底。 纵横底梁不宜过多，以免增加结构造价，施工费时，甚至增 大阻力，影响下沉。
底梁设计、封底混凝土厚度和底板内力和截面设计
（六）使用阶段的强度计算
沉井结构在使用阶段的强度验算、地基强度和变形验算 沉井抗浮、抗滑移和抗倾覆稳定性验算
第二节 沉井结构设计 （一）沉井下沉系数的确定 下沉系数计算公式
G K1 1.10 ~ 1.25 R j Rr
R j f 0 F0
第一节 概述
国外采用沉井基础的桥梁
日本明石海峡大桥，最大施 工水深60m，两主塔分别采用 直径80m*高70m和78m*67m的 浮式钢壳沉井，壁厚12m，分 为16个舱，是目前规模最大 的桥梁沉井基础
第一节 概述 宝山钢铁厂取水泵房
沉井结构及框架结构施工工艺、施工方法及注意事项
结构施工结构设计下部为圆形沉井结构，上部为框架结构。
1、下部结构沉井施工工艺技术如下：（1）沉井施工程序：基坑测量放样→基坑开挖→刃脚垫层施工→立井筒内模和支架、钢筋绑扎→立外模和支架→浇捣砼、养护及拆模→封砌预留孔→井点安装及降水→凿际垫层、挖土下沉→沉降现察→铺设碎石及砼垫层→绑扎底板钢筋、浇捣底板砼、砼养护→素土回填。
（2）基坑测量放样根据沉井设计图纸和工程地质报告所揭示的地质情况，沉井基坑开挖深度取2m，沉井刃脚外侧面至基坑边的工作距离取2m，基坑边坡采用1：1。
整平场地后，根据沉井的中心座标定沉井中心桩、纵横轴线控制桩及基坑开挖边线。
施工放样结束后，须复核准确无谁后方可开工。
（3）基坑开挖基坑开挖边线确定后，即可进行挖土工序的施工。
采用lm3单斗挖掘机，并与人工配合操作。
基坑底部的浮泥应清除干净并保持平整和干燥，在底邮四周设置排水沟与集水井相通，集水朴内汇集的雨水及地下水及时用水泵抽除，防止积水影响脚垫层的施工。
（4）刃脚垫层施工刃脚垫屎采用砂捧层和混凝土垫层共同受力1) 砂垫层厚度的确定砂垫层厚度采用如下计算公式计算：N／B’v砂II≤[0]。
砂垫层采用加水分层夯实的办法施工，夯实工具为平板式振捣器。
2)砼垫层厚度的确定砼垫层厚度可按下式计算公式计算：h=(G0／Rb)／2。
砼垫层表面应用水平仪进行校正，使之表面保持在同一水平面上。
（5）立井筒内模及支架沉井共分二次浇筑，第一节做6～7米，内模同样分二节按装。
井筒模板采用组合钢模与局部木模互相搭配，以保证内模的镒封性。
刃脚踏脚部分的内模采用砖砌结构，宽度与刃脚同宽。
井身内摸支架采用空心钢管支撑。
钢管支架必须架设稳固。
如有必要，可采用对撑支架，增加内模的稳定性。
刃脚模板应在混凝土达到设计强度75%后方可拆除。
（6）钢筋绑扎钢筋的表面应洁净，使用前将表面汕渍、鳞锈等清理干净；钢筋应平直，无局部弯折；成盘的钢筋均应调直；预制构件中的主钢筋均采用对焊、焊接井按照有荚规定抽样送检；钢筋搭接应互相错开，并严格按照国家标准《混凝土结构工程施工验收规范》GB5020492中的有关规定执行；现场目目筋绑扎时，其交义点应用2l#铁丝绑扎结实，必要时用电焊焊牢。
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9、沉井结构与沉管结构 、
9.1、沉井的类型和构造 、
二）沉井的类型 沉井按其构造形式分为连续沉井（多用于隧道工程井）和单独沉井（ 沉井按其构造形式分为连续沉井（多用于隧道工程井）和单独沉井（多用于工 民防地下建筑）；按平面形状可分为圆形沉井、矩形沉井、 ）；按平面形状可分为圆形沉井 业、民防地下建筑）；按平面形状可分为圆形沉井、矩形沉井、方形沉井或多边形 沉井等。 1）隧道连续沉井 ） 在松软的土层中浅埋地下铁道或水底隧道的岸边段，除可用基坑明挖法(大开挖 大开挖)、 在松软的土层中浅埋地下铁道或水底隧道的岸边段，除可用基坑明挖法 大开挖 、 地下连续墙施工外，亦可采用连续沉井施工。 地下连续墙施工外，亦可采用连续沉井施工。 所示为某水底隧道所用的连续沉井中的一节， 图8-2所示为某水底隧道所用的连续沉井中的一节，长25~35m。在两个沉井之 所示为某水底隧道所用的连续沉井中的一节 。 间采用有橡胶止水带的柔性接头。沉井长度主要考虑各段沉井的不均匀沉降、 间采用有橡胶止水带的柔性接头。沉井长度主要考虑各段沉井的不均匀沉降、变温 影响和混凝土凝固收缩应力等因素加以确定。 影响和混凝土凝固收缩应力等因素加以确定。 沉井横断面的宽度应由隧道的几何设计来确定，一般应能容纳所需车道、风道、 沉井横断面的宽度应由隧道的几何设计来确定，一般应能容纳所需车道、风道、 检修走道等。在曲线段中还应按车速和曲率半径等考虑适当加宽。 检修走道等。在曲线段中还应按车速和曲率半径等考虑适当加宽。 沉井高度主要由车道的净空要求确定。同时还要考虑路面铺装、车道板、 沉井高度主要由车道的净空要求确定。同时还要考虑路面铺装、车道板、吊顶 结构以及相邻沉井间沉降差等所需高度。 结构以及相邻沉井间沉降差等所需高度。 为保证沉井施工阶段结构刚度，在沉井顶部和底部均设置沿横向支撑数道， 为保证沉井施工阶段结构刚度，在沉井顶部和底部均设置沿横向支撑数道，与 井壁部分构成刚劲的上、下框架。井宽较大时，下框架中尚可加设纵向支撑一道。 井壁部分构成刚劲的上、下框架。井宽较大时，下框架中尚可加设纵向支撑一道。 由纵、横支撑(梁 分隔成的取土井 其尺寸应保证抓斗挖土。 分隔成的取土井， 由纵、横支撑 梁)分隔成的取土井，其尺寸应保证抓斗挖土。上下端横梁还可起支承 临时钢封门的作用，使沉井下沉时，纵向两端的土体不挤入井内。下沉完毕后， 临时钢封门的作用，使沉井下沉时，纵向两端的土体不挤入井内。下沉完毕后，钢 封门即可拆除。 封门即可拆除。 沉井下沉到设计标高后，就可封底，并饶筑底板、内隔墙和顶板。 沉井下沉到设计标高后，就可封底，并饶筑底板、内隔墙和顶板。顶板上方可 设置钢筋混凝土成层式防爆层。 设置钢筋混凝土成层式防爆层。
图8-2
9、沉井结构与沉管结构 、
9.1、沉井的类型和构造 、
二）沉井的类型 2）平战结合用的人防工事沉井 ） 在城市内常需大量建造各种类型及各种等级的 人防工事。在埋深较大，不能采用大开挖施工时， 人防工事。在埋深较大，不能采用大开挖施工时， 可采用沉井施工。 可采用沉井施工。 所示的矩形沉井， 图8-3所示的矩形沉井，是平战结合用地下仓库 所示的矩形沉井 之一例。平面尺寸为3lm×19m，壁厚 之一例。平面尺寸为 × ，壁厚80cm，顶板 ， 厚35cm，底板厚 ，底板厚80cm。沉井分上下两层。下层由 。沉井分上下两层。 于使用需要，分隔成许多小间；上层两侧为“三防” 于使用需要，分隔成许多小间；上层两侧为“三防” 设施房间，中间作为大厅，平时可利用作为会场， 设施房间，中间作为大厅，平时可利用作为会场， 战时可作为临时救护所。 战时可作为临时救护所。 为了加强沉井施工下沉过程中的整体刚度，井 为了加强沉井施工下沉过程中的整体刚度， 内设上、下若干横撑，到使用阶段安上楼板， 内设上、下若干横撑，到使用阶段安上楼板，隔墙 就可分隔成许多房间。 就可分隔成许多房间。
9、沉井结构与沉管结构 、
9.1、沉井的类型和构造 、 9.2、沉井结构设计计算 、 9.3、沉管结构的设计 、 9.4、沉管的防水设计 、 9.5、变形缝与管段接头设计 、 9.6、沉管基础设计 、
9、沉井结构与沉管结构 、
9.1、沉井的类型和构造 、
一）概述 沉井是一个上无盖下无底的井筒状结构物，现常用钢筋混凝土制成。 沉井是一个上无盖下无底的井筒状结构物，现常用钢筋混凝土制成。施工时先 在建筑地点整平地面，制作第一节沉井，接着在井壁的围护下，从井底挖土， 在建筑地点整平地面，制作第一节沉井，接着在井壁的围护下，从井底挖土，随着 土体的不断挖深，沉井因自重作用克服井壁土的摩阻力而逐渐下沉（如下图）。 ）。当 土体的不断挖深，沉井因自重作用克服井壁土的摩阻力而逐渐下沉（如下图）。当 第一节井筒顶露出地面不多时停止开挖下沉，接高井筒， 第一节井筒顶露出地面不多时停止开挖下沉，接高井筒，待到达规定强度后再挖土 下沉。这样交替操作一直下沉到设计标高，然后封底，浇筑钢筋混凝土底、 下沉。这样交替操作一直下沉到设计标高，然后封底，浇筑钢筋混凝土底、顶板等 工作，做成地下建筑物。 工作，做成地下建筑物。这种利用结构自重作用而下沉入土的井简状结构物就称 沉井” 因此．所调沉井，实质上就是将一个在地面筑成的“半成品”沉入土中， “沉井”。因此．所调沉井，实质上就是将一个在地面筑成的“半成品”沉入土中， 然后在地下完成整个结构物的施工。它与基坑法修建地下结构物的区别就是， 然后在地下完成整个结构物的施工。它与基坑法修建地下结构物的区别就是，沉井 在施工过程中，井壁成了阻挡水、土压力，防止土体坍塌的围护结构， 在施工过程中，井壁成了阻挡水、土压力，防止土体坍塌的围护结构，从而省去大 量的支撑和板桩工程，减少了土方开挖量。 量的支撑和板桩工程，减少了土方开挖量。 沉井一般多沉到较坚实的土层上， 沉井一般多沉到较坚实的土层上， 以充分利用深层土的承载能力。 以充分利用深层土的承载能力。沉井常 用作桥梁墩台、 用作桥梁墩台、重型厂房和各种工业构 筑物的一种深基础。作为深基础时， 筑物的一种深基础。作为深基础时，井 孔内可用混凝土或砂砾石填实以增加压 重。
图 8-3
9、沉井结构与沉管结构 、
9.1、沉井的类型和构造 、
三）沉井的构造 沉井一般由下列各部分组成（ ）：井壁 ）、刃脚 沉井一般由下列各部分组成（图8-4）：井壁（测壁）、刃脚、内隔场、封 ）：井壁（测壁）、刃脚、内隔场、 底和顶盖、底梁和框架。 底和顶盖、底梁和框架。 1）井壁 ） 井壁是沉井的主要部分， 井壁是沉井的主要部分，应有足够 的厚度与强度， 的厚度与强度，为了承受在下沉过程中 各种最不利荷载组合（水土压力） 各种最不利荷载组合（水土压力）所产 生的内力， 生的内力，在钢筋混凝土井壁中一般应 配置两层竖向钢筋及水平钢筋， 配置两层竖向钢筋及水平钢筋，以承受 弯曲应力。同时要有足够的重量， 弯曲应力。同时要有足够的重量，使沉 井能在自重作用下顺利下沉到设计标高。 井能在自重作用下顺利下沉到设计标高。 因此，井壁厚度主要决定于沉井大小、 因此，井壁厚度主要决定于沉井大小、 下沉深度以及土的力学性质。 下沉深度以及土的力学性质。 设计时通常先假定井壁厚度， 设计时通常先假定井壁厚度，再进 行强度验算。井壁厚度一般为0.4~1.2m。 行强度验算。井壁厚度一般为 。 有战时防护要求的，井壁厚度可达1.5~ 有战时防护要求的，井壁厚度可达 1.8m。 。
9、沉井结构与沉管结构 、
9.1、沉井的类型和构造 、
一）概述 目前，沉井式结构已发展成为土层内地下构筑物常用的结构形式之一。 目前，沉井式结构已发展成为土层内地下构筑物常用的结构形式之一。沉井 式结构用途很多，例如，自来水厂、电厂和化工厂的水泵房，地下沉淀池和水池； 式结构用途很多，例如，自来水厂、电厂和化工厂的水泵房，地下沉淀池和水池； 地下热电站、地下油库、地下掩蔽部、车间、仓库等等。此外， 地下热电站、地下油库、地下掩蔽部、车间、仓库等等。此外，也应用作地下铁 水底隧道等各种设备井，如通风井、盾构拼装井、车站、区间段连续沉井等。 道、水底隧道等各种设备井，如通风井、盾构拼装井、车站、区间段连续沉井等。 虽然，随着地下连续墙结构的兴起，有许多地下工程可用地下连续墙施工。 虽然，随着地下连续墙结构的兴起，有许多地下工程可用地下连续墙施工。但 是沉井结构的单体造价较低，主体的混凝土都在地面上浇筑，质量较易保证， 是沉井结构的单体造价较低，主体的混凝土都在地面上浇筑，质量较易保证，不 存在接头的强度和漏水问题，可采用横向主筋构成较经济的结构体系。因此， 存在接头的强度和漏水问题，可采用横向主筋构成较经济的结构体系。因此，在 一定场合下，沉井是一种不可取代的较佳方案。 一定场合下，沉井是一种不可取代的较佳方案。 沉井（沉箱）结构通常有以下几个特点： 沉井（沉箱）结构通常有以下几个特点：
9、沉井结构与沉管结构 、
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9.1、沉井的类型和构造 、
三）沉井的构造 1）井壁 ） 井壁的纵断面形状有上下等厚的直墙形井壁（ 所示）、 井壁的纵断面形状有上下等厚的直墙形井壁（如图8-5a所示）、阶梯形井壁两 所示）、阶梯形井壁两 当土质松软、摩擦力不大，下沉深度不深时可采用直墙形。 种。当土质松软、摩擦力不大，下沉深度不深时可采用直墙形。其优点是周围土层 能较好地约束井壁，易于控制垂直下沉。按长井壁亦简单， 模板能多次使用。 能较好地约束井壁，易于控制垂直下沉。按长井壁亦简单， 模板能多次使用。此 沉井下沉时，周围土的扰动影响范围小，可以减少对四周建筑物的影响， 外， 沉井下沉时，周围土的扰动影响范围小，可以减少对四周建筑物的影响，故 特别适用于市区较密集的建筑群中间。当土质松软，下沉深度较深时， 特别适用于市区较密集的建筑群中间。当土质松软，下沉深度较深时，考虑到水土 压力随着深度的不断增大，使井壁在不同高程受力的差异较大，故往往将井壁外侧 压力随着深度的不断增大，使井壁在不同高程受力的差异较大， 仍做成直线形，内侧做成阶梯形（ ），以减小沉井的截面尺寸 仍做成直线形，内侧做成阶梯形（如图8-5c），以减小沉井的截面尺寸，节省材料。 ），以减小沉井的截面尺寸，节省材料。 当土层密实，且下沉深度很大时， 当土层密实，且下沉深度很大时，为了减少井壁间的摩擦力而不使沉井过分加 大自重，常在外壁做成一个（或几个）台阶的阶梯形井壁。 大自重，常在外壁做成一个（或几个）台阶的阶梯形井壁。台阶设在每节沉井按缝 宽度△一般为10~20cm。最下面一级阶梯宜设于 1=（1/4~1/3）H高度处（见 高度处（ 处，宽度△一般为 。最下面一级阶梯宜设于h （ ） 高度处 ），或 过小不能起导向作用，容易使沉井发生倾斜。 图8-5b），或h1=1.2~2.2m处。h1过小不能起导向作用，容易使沉井发生倾斜。施 ）， 处 工时一般在阶梯面所形成的槽孔中灌填黄沙或护壁泥浆以减少摩擦力并防止土体破 坏过大。 坏过大。