地下结构设计8：沉井结构设计

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。

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。

⑷ 使用阶段的强度计算
①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。

【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。
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。
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 。
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）
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。

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。
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沉井底节验算

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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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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。



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Baidu Nhomakorabea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。