Ch-8_沉井与沉箱结构

顶板 取土孔
入 孔 内墙 井壁 凹槽 刃脚 封底
8.2.2沉井的构造
刃脚
主要功用是减少下沉阻力。 踏面宽度10～30cm，视所通过
顶板 取土孔
土质的软硬及井壁厚度而定。 沉井重，土质软时，踏面宽。 内侧的倾角一般为40°～60°。 高度当沉井湿封底时，取1.5m 左右，干封底时，取0.6m左右。
a) b) c)
入 孔 内墙 井壁 凹槽 刃脚 封底
d)
e)
6080
70 125
4020
50
3545
8070
80100
150
80
8.2.2沉井的构造
内隔墙
主要作用是减小跨径、增加
顶板 取土孔
刚度。分隔沉井，便于均衡 取土和下沉，利于纠偏。 底面高出刃脚踏面0.5~1.0m， 软土时，为防“突沉”，可 与踏面齐平。 隔墙的厚度一般为0.5m左右。
下沉系数
地下水浮 力标准值
Kst
Gk Ffw,k Ffk
1.05
自重(包 括加重) 标准值
井壁总摩阻 力标准值
8.2.3沉井的结构计算
下沉系数计算
Ffk f k dA U f k dh
0 0 H H
8.2.3沉井的结构计算
下沉系数计算
Ffk f k dA U f k dh
a) G b)
m
G
M
g
N O
Q
n
2h k 3
E'
m
T'
c a b
U R
Rj
a
a/2
b+2a 3
V1
V2
hk
8.2.3沉井的结构计算
刃脚计算_初沉嵌土
计算刃脚上的土对井壁的摩擦力。
T min fF ,0.5E
G b)
m
a) G
M
g
N O
Q
n
2h k 3
E'
m
T'
c a b
U R
8.2.3沉井的结构计算
抗浮验算
当沉井下沉到位封底后，随即将沉井内部和上部
未完成的结构及时抓紧施工完毕，验收合格即可
交付使用。此时，沉井进入使用阶段。按设计规 范规定，沉井构筑物除满足施工阶段抗浮要求外， 尚应满足使用阶段的抗浮、抗滑及抗倾稳定性的 要求。
8.2.3沉井的结构计算
抗浮验算
地下建筑结构
第8章 沉井与沉箱结构
杨志江 yycumt@ 中国矿业大学力建学院岩土工程研究所
本章内容
1
概述
沉井结构 沉箱结构
2
3
《沉井设计与施工》，段良策等，2005 给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程 (CECS137:2002) 沉井与气压沉箱工程技术规程(上海市工程建设规范)
底梁和框架
大型沉井，若不能设置内隔
墙，则可在沉井底部增设底 梁，并构成框架以增加沉井 整体刚度。
顶板 取土孔
在松软地层中，底梁还可防
止沉井“突沉”和“超沉”， 便于纠偏和分格封底。
凹槽 刃脚
入 孔 内墙 井壁
封底
8.2.3沉井的结构计算
沉井结构在施工阶段必须具有足够的强度和刚
度，以保证沉井能稳定、可靠地下沉到拟定的 设计标高。
a) G b)
m
M
g
N O
Q
n
2h k 3
E'
m
T'
c a b
U R
Rj
a
a/2
b+2a
V1
V2
hk
8.2.3沉井的结构计算
刃脚计算_完沉挖空
沉井下沉接近设计标高时，因沉井外侧摩阻力较大，一般 下沉速度很小，为利于下沉．刃脚下的土体住往被掏空或 部分掏空，使沉井快速下沉到位(为防止突沉，在施工中 刃脚下的土是不宜掏空的，只能在刃脚斜面处上端掏挖少 量的土体，让沉并徐徐下沉到位)。此时，井壁传递的自 重全部由壁外的摩阻力来承担，而水、土压力对井壁的作 用为最大，刃脚产生最大的向内挠曲。一般按此情况确定 刃脚外侧竖向钢筋。
刃脚计算_初沉嵌土
计算井壁自重G——沿井壁周长单位宽度上的沉井 自重(按全井高度计算)，不排水挖土时应扣除浸
入水中部分的浮力。
G b)
m
a) G
M
g
N O
Q
n
2h k 3
E'
m
T'
c a b
U R
Rj
a
a/2
b+2a 3
V1
V2
hk
8.2.3沉井的结构计算
刃脚计算_初沉嵌土
计算刃脚自重g
g h hk
待沉到设计标高，全部结构浇筑完毕并正式交
付使用后，结构的传力体系、荷载和受力状态 均与沉井在施工下沉阶段很不相同。因此，应 保证沉井结构在这两阶段中均有足够的安全度。 给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程 (CECS137:2002) 沉井与气压沉箱工程技术规程(上海市工程建设规范)
8.2.3沉井的结构计算
a
2
G
a) G
b)
m
M
g
N O
Q
n
2h k 3
E'
m
T'
c a b
U R
Rj
a
a/2பைடு நூலகம்
b+2a 3
V1
V2
hk
8.2.3沉井的结构计算
刃脚计算_初沉嵌土
计算刃脚上的水土压力E——主动土压力可按朗肯 理论计算。土水压力总和不超过静水压力的70%。
E hk tan 2 45 2
抗浮力总和
抗浮安全系数
G K f 1.0 ~ 1.15 Ffw
地下水浮力
8.2.3沉井的结构计算
抗浮验算
浮力的取值，历来有争论。实践证明，在江河之
中或沿岸施工的沉井，或是埋置于渗透性很大的
砂土内的沉井，其水浮力即等于静力水头。在粘 性土中，尚缺乏较好的验证。 关于井壁侧面摩擦力是否计入总抗浮力，有的认 为不能计入，只能作为附加的安全度来考虑。
8.2.3沉井的结构计算
刃脚计算
井壁在下沉过程中，刃脚受力较为复杂、刀脚印
入土中时，受到向外弯矩，挖空刃脚下的土时， 刃脚又受到外部水土压力作用而向内弯曲。因此 必须验算刃脚部分向外和向内挠曲的悬臂状态受 力情况，并据此进行刃脚内侧和外侧竖向钢筋和 水平钢筋的配筋计算。
8.2.3沉井的结构计算
能突沉，除在挖土时采取合理施工安排外，宜加
设或利用井内已有的隔墙或底梁作为防突沉措施，
此时需进行下沉稳定验算(由施工单位根据实际施
工方案验算)。
8.2.3沉井的结构计算
下沉稳定验算
下沉稳定系数
验算状态下地下 水浮力标准值
K st ,s
,k Gk Ffw 0.8 ~ 0.9 Rb Ffk
自重(包 括加重) 标准值
验算状态下 井壁总摩阻 力标准值
刃脚、隔墙和 底梁下地基反 力之和
8.2.3沉井的结构计算
下沉稳定验算
Rb R1 R2
R2 A2 Rd
隔墙和底梁总 支撑面积
刃脚 c
Rd
n
n R1 RdU 0 c 2
8.2.3沉井的结构计算
下沉稳定验算
入 孔 内墙 井壁 凹槽 刃脚 封底
8.2.2沉井的构造
封底及顶盖
湿封底(即水下砼)和干封
顶板 取土孔
底。 预留凹槽，加强封底和底 板、井壁联结。 凹槽底面距踏面2.5m以 上。槽高约1.0m，近于 底板厚度。凹入深度约 0.15~0.25m。
入 孔 内墙 井壁 凹槽 刃脚 封底
8.2.2沉井的构造
G b)
m
a) G
M
g
N O
Q
n
2h k 3
E'
m
T'
c a b
U R
Rj
a
a/2
b+2a 3
V1
V2
hk
8.2.3沉井的结构计算
刃脚计算_初沉嵌土
根据实际设计经验可知，在刃脚向外挠曲时，起主要因素 作用的是刃脚下土壤的正面阻力，即 V1、V2 和U的大小， 而土压力 、侧面摩擦力 和刃脚自重g三者在计算中所占 的比重很小，实用上可忽略不计，其结果则稍偏安全。
8.2.3沉井的结构计算
二、沉井主要尺寸等的初步估算
参考已建类似的沉井结构，初定沉井井壁
厚度及其它构件的截面尺寸；
估算下沉系数，以控制下沉速率； 估算抗浮系数，以控制底板厚度； 估算外荷载，绘制水、土压力计算图式；
8.2.3沉井的结构计算
三、施工阶段强度计算
井壁内力计算； 刃脚挠曲计算；
⑵排水下沉时，在不透水的土中，可按静水压力的70％计 算，在透水土中，可按静水压力的100％计算。
n Rb Rd U 0 c A2 2
8.2.3沉井的结构计算
抗浮验算
沉井沉到设计标高后，即着手进行封底工作，由
于内部结构和顶盖等还未施工，此时整个沉井向 下荷载为最小。待到内部结构，设备安装及顶盖 施工完毕，所需时间可能很长，而底板下的水压 力能逐渐增长到静力水头，会对沉井发生最大的 浮力作用。
Rj
a
a/2
b+2a 3
V1
V2
hk
8.2.3沉井的结构计算
刃脚计算_初沉嵌土
计算刃脚下土的反力，即踏面上土反力V1和斜面上土反力 R，假定其作用方向与斜面法线成β角(即摩擦角，按β＝ 10°~20°估用，有时也可取到30°)。并将R分解成竖直 的和水平的两个分力V2 和U(均假定为三角形分布)。