地下结构设计8：沉井结构设计

8.1.4 沉井的构造
沉井组成： 井壁、 刃脚、 凹槽、 内隔墙、 取土井、 封底、 顶板
第二节 沉井结构设计与计算
沉井结构设计主要包括如下内容：

⑴ 沉井建筑平面布置的确定 ⑵ 沉井主要尺寸的确定和下沉系数的验算
①参考已建类似的沉井结构，初定沉井的平面尺寸、高度、井 孔尺寸及井壁厚度等几个主要尺寸，并估算下沉系数，控制沉速； ②估算沉井的抗浮系数，以控制底板的厚度等。

⑶沉井底节的最小配筋率，钢筋混凝土不宜少 于0.1%，少筋混凝土不宜少于0.05%。沉井底 节的水平构造钢筋不宜在井壁转角处有接头。 由于沉井下沉过程中井孔内的土体未被挖出， 增加了沉井的下沉阻力，使井壁产生拉应力， 为防止转角处拉力过大，应严格按照先关要求 布置钢筋。
沉井井壁计算


混凝土厚壁沉井由于井壁厚度较大，除刃脚外 ，可不进行井壁受力验算；混凝土薄壁沉井应 根据实际可能发生的情况进行井壁的验算。 沉井井壁计算包括竖直和水平两个方向的内力 计算。

⑶ 施工阶段强度计算
①井壁板的内力计算；②刃脚的挠曲计算；③底横梁、顶横梁 的内力计算，等等按封闭框架(水平或垂直方向)或圆形结构来计算井壁并配筋； ②顶、底板的内力计算及配筋。
下沉系数计算

沉井的下沉是通过在取土井内不断挖土，使沉 井自重克服井壁与周围土体间的摩擦力以及刃 脚下方土体的正面阻力而实现的。因此在确定 沉井主体尺寸后，须算出沉井自重，并验算沉 井在施工中是否能在自重作用下，克服上述摩 擦力和正面阻力顺利下沉。
⑴竖直方向内力计算
沉井直立时的井壁摩擦阻力分布
⑵水平方向内力计算
①验算刃脚根部以上高度等于该处井壁厚度t的 一段井壁，依此设置该段的水平钢筋。
t
e ' w ' （井壁厚）
A E W B
t
刃脚根部
Q'
e' '
w' '
刃 脚
刃脚底面
刃脚 根部 以上 等井 壁厚 一段 井壁 的荷 载分 布



②其余各段井壁的计算，可按井壁断面的变化，将井 壁分成数段，取每一段中控制设计的井壁（位于每一 段最下端的单位高度）进行计算。作用在框架上的荷 载q=W+E，然后用同样的计算方法求得水平框架的最 大弯矩M、轴向压力N、剪力Q，并据此设计水平钢筋 ，将水平钢筋布设于全段上。 采用泥浆套下沉的沉井，应将沉井外侧泥浆压力按 100%计算，因为泥浆压力一定要大于水压力与土压 力的总和，才能保证泥浆套不被破坏。 采用空气幕下沉的沉井，由于压气时气压对井壁的作 用不明显，可以略去不计，其井壁内力验算与普通沉 井的计算方式相同。
抗浮稳定系数的大小可由底板的厚度来调整，不宜过大，以免造成 浪费。此外，一般要求沉井使用期间的抗浮安全系数不小于1.20。
沉井刃脚验算

井壁刃脚部分在下沉过程中经常切入土内，形 成悬臂作用，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，计算刃脚内外侧 竖向钢筋数量。具体计算时可认为刃脚根部与 井壁嵌固，刃脚高度作为悬臂的长度。
第八章


沉井结构设计
第一节 概述
第二节 沉井结构设计与计算 第三节 沉井制作与施工
第一节 概述
8.1.1 沉井基础的特点及其应用范围 是以沉井法施工的地下结构物和深基础的一 种型式。 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 。
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沉井底节验算

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1 0.7l
1

沉井底节即为沉井的第一节，也就是具有刃脚的井节。自抽 除下方垫木开始，刃脚下的支承位置就在不断发生变化，直 至沉井沉设完毕。 ⑴在排水或无水情况下下沉沉井，由于可以直接看到挖土的 情况，沉井的支撑点比较容易控制在使井体受力最为有利的 位置上。对于圆端形或矩形沉井，当其长边大于1.5倍短边 时，支承点可设在长边上，两点间的间距等于0.7倍长边（ 见图中的1点），以使支承处产生的弯矩与长边中点处产生 的弯矩大致相等，并按照此条件验算沉井自重所引起的井壁 顶部混凝土的拉应力。若混凝土的拉应力超过容许值，可加 大底节沉井的高度或按需要增设钢筋。
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3
2
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⑵对于不排水下沉的沉井，由于无法直接看到挖土的情 况，刃脚下土的支承位置很难控制，可将底节沉井视作 梁并按下列假定的不利支承情况进行验算： ①假定底节沉井仅支承于长边的中点（见图中的2点 ），两端悬空验算由于沉井自重在长边中点附近最小 竖截面上产生的井壁顶部混凝土拉应力； ②假定底节沉井支承于短边的两端（见图中的3点） ，验算由于沉井自重在短边处引起的刃脚底面混凝土 拉应力。
⑴刃脚向外挠曲(配置内侧竖向钢筋)
【例8-2】设某矩形沉井封底前自重27786kN，井壁周长为 2×(20+32m)＝104m。井高8.15m，一次下沉，试求沉井刚 开始下沉时刃脚向外挠曲所需的竖直钢筋的数量（踏面宽a
＝35cm，b＝45cm，刃脚高80cm）
⑵刃脚向内挠曲（配置外侧竖向钢筋）

【例8-1】 计算某个连续沉井(两端无钢封门)下沉接近设计标高时的 “下沉系数”。
沉井抗浮稳定验算

沉井下沉至设计标高后，便开始进行封底工作 ，铺设垫层并浇筑钢筋混凝土底板，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，尚需较长时日，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。因此，需要进行沉井的抗浮稳定性验 算。



广泛应用于桥梁、烟囱、水塔的基础； 水泵房、地下油库、水池竖井等深井构筑物和 盾构或顶管的工作井 。 技术上比较稳妥可靠，挖土量少，对邻近建筑 物的影响比较小，沉井基础埋置较深，稳定性 好，能支承较大的荷载。
8.1.2 沉井施工步骤
垫木
8.1.3 沉井的分类



（1）按下沉环境可分为陆地沉井（包括在浅 水中先筑岛制作的沉井）和浮运沉井； （2）按沉井构造形式可分为独立沉井和连续 沉井 ； （3）按沉井平面形式可分为圆形、椭圆形、 正方形、矩形和多边形等；也可分为单孔和多 孔沉井； （4）按沉井制作材料可分为混凝土、钢筋混 凝土、钢、砖、石以及组合式沉井等。