地下结构设计8：沉井结构设计
沉井结构课件
1999年竣工通车的江阴长江大桥北锚超大沉井，其平面长69 m、宽51 m， 面积足有10个篮球场大，下沉深达58 m，下沉过程长达20个月。
江阴长江大桥北锚超大沉井
《沉井结构》PPT课件
江阴长江大桥
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9.1.2 沉井设计一般要求
沉井平面尺寸与形状力求简单对称，可使受力合理，施工 方便；长短边之比越小越好，有利于保证下沉时的稳定性。
hi—不同土层的相应厚度(m)。
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刃脚、内隔墙或底梁阻力Rv按下式计算：
Rv Ar fu
式中 Ar—刃脚、内隔墙或底梁的计算支承面积(m2)，刃脚 斜面按水平投影面积的一半计，其他全算；
fu—沉井底部地基土的极限承载力(kPa)，可按表9.2 取值。
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下沉系数近似等于1.0，说明这个井的设计是比较经济的。 万一在下沉过程中发生困难，可采用施工上的一些措施， 如压重、多挖土或事先用泥浆套等。
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。
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②探测管：在平面尺寸较大，且不排水下沉较深的沉井中 可设置探测管。一般采用直径200~500 mm的钢管或在井 壁中预留管道。作用是探测刃脚和内隔墙底面下的泥面标 高，清基射水或破坏沉井正面土层以利下沉；沉井水下封 底后，可用作刃脚和内隔墙下封面混凝土的质量检查孔。
③气管：当采用空气幕下沉沉井时，可沿井壁外缘埋设内 径25 mm的硬塑料管作为气管。当下沉困难时，可向井壁 四周的气管中压入高压空气，此高压空气沿井壁上的喷气 孔喷出，并沿井壁外表面上升溢出地面，从而在井壁周围 形成空气幕，从而达到减小下沉阻力的目的。
沉井结构设计及案例分析
沉井结构设计及案例分析摘要：沉井结构是井筒状的构筑物，在现代工程中，由于周边环境特别紧张，采用基坑支护后的明挖，费用较高，且不能很好的控制周边构筑物的变形，本文从沉井结构的优缺点、构造措施、设计原则、施工步骤等方面进行简单介绍，并结合工程案例进行详细说明，对以后类似的沉井设计和施工作一定的参考。
关键词：沉井结构、案例分析、设计与施工1、沉井结构简介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。
一般在施工大型桥墩的基坑、污水泵站、大型设备基础、人防掩蔽所、盾构拼装井、地下车道与车站水工基础施工围护装置时使用。
2、沉井分类按平面形状分类，有圆形沉井，其形状对称、挖土容易，下沉不易倾斜，但与墩、台截面形状适应性差；矩形沉井，与墩、台截面形状适应性好，模板制作简单，但边角土不易挖除，下沉易产生倾斜；圆端形沉井，适用于圆端形的墩身，立模不便，但控制下沉与受力状态较矩形好。
按沉井的建筑材料分类有混凝土沉井，其下沉时易开裂；钢筋混凝土沉井，比较常用；钢沉井，多用于水中施工。
3、沉井特点沉井技术上比较稳妥可靠，施工场地占地面积小，挖土量少，对邻近建筑物的影响比较小；适用土质范围广，淤泥土、砂土、粘土、砾砂等均可施工；施工深度大，最大深度可达100m；沉井基础埋置较深，稳定性好，能支承较大的荷载。
缺点是施工期较长、施工技术要求高、施工中易发生流砂造成沉井倾斜或下沉困难等。
4.沉井结构组成井壁：沉井的外壁，是沉井的主要部分，它应有足够的强度，以便承受沉井下沉过程中及使用时作用的荷载；同时还要求有足够的重量，使沉井在自重作用下能顺利下沉。
刃脚：井壁下端一般都做成刀刃状的“刃脚”，其功用是减少下沉阻力。
隔墙：设置在沉井井筒内，其主要作用是增加沉井在下沉过程中的刚度，同时，又把整个沉井分隔成多个施工井孔（取土井），使挖土和下沉可以较均衡地进行，也便于沉井偏斜时的纠偏。
地下结构设计
2.1 静止土压力如何确定。
当挡土结构在土压力作用下，结构不发生变形和任何位移时，背后填土处于弹性平衡状态，则作用于结构上的侧向土压力称为静止土压力。
其值可根据弹性变形体无侧限变形理论或近似方法求得。
2.2 库伦理论的基本假定：1挡土墙后土体为均质各向同性的无粘性土；2挡土墙是刚性的且长度很长，属于平面应变问题；3挡土墙后产生主动、被动土压力时，土体形成滑动楔体，滑裂面通过墙踵的平面；4墙顶处的土体表面可以是水平面也可以是倾斜面；5在滑裂面和墙背面上的切向力分别满足极限平衡条件2.3 朗肯土压力的基本假定：1挡土墙背竖直，墙面光滑，不计墙面与土层之间的摩擦力；2挡土墙后填土的表面水平，为半无限空间；3挡土墙后填土处于极限平衡状态2.4 围岩压力概念：位于地下结构周围变形或破坏的岩层，作用在衬砌结构或支撑结构上的压力。
影响因素：岩体结构、岩石的强度、地下水的作用、洞室的尺寸及形状、支护的类型及刚度、支护结构上的压力2.5 围岩压力计算的两种理论方法：按松散体理论计算围岩压力，按弹塑性体理论计算围岩压力。
前者考虑到了岩体裂隙和节理的存在，岩体被切割为互不联系的独立块体，将真正的岩体代之以某种具有一定特性的特殊松散体。
2.6 弹性抗力的概念：在靠近拱脚和边墙部位，结构产生压向底层的变形，由于结构与岩土体紧密接触，则岩土体将制止结构变形从而产生对结构的反作用力。
影响因素：结构的变形、地层的物理力学性质。
2.7 弹性抗力的确定：目前采取两种理论。
一为局部变形理论，认为弹性地基某点上施加的外力只会引起改点的沉陷；另一种为共同变性理论，认为弹性地基上的一点外力，不仅引起该点发生沉陷，而且还会引起附近一定范围的地基沉陷。
2.8 温克尔假定：把地基模拟为刚性支座上一系列的弹簧，当地基表面上某一点受压力P时，由于弹簧是彼此独立的，故只在局部产生沉陷y，而在其他地方不产生任何沉陷。
3.1 弹性地基梁两种计算模型的区别：局部弹性地基模型没有考虑地基的连续性，不能全面的反映地基梁的实际情况。
浅谈沉井的设计与施工
浅谈沉井的设计与施工沉井是一种常见的地下结构工程，广泛应用于城市道路、桥梁、地铁、隧道等建设中，用于排水、通风、撤离人员等目的。
沉井的设计与施工对于工程的质量和安全影响很大。
本文将从设计和施工两个方面进行浅谈。
一、沉井的设计：1. 定义设计目标：在进行沉井设计之前，需要明确设计目标，包括沉井的用途、设计要求、使用寿命等。
根据设计目标确定沉井的规格、尺寸、材料等。
2. 地质勘查与分析：进行地质勘查，了解地下水位、土层结构、地下岩层等信息，并进行地质分析，确定沉井的适宜位置和深度。
3. 结构设计：根据设计目标和地质条件，进行沉井的结构设计。
包括沉井的形状、墙体厚度、支撑方式、进出口位置等。
设计时要考虑到沉井的荷载、抗压能力、抗风能力等要求。
4. 排水系统设计：设计沉井的排水系统，包括排水管道、污水处理设备等。
要根据实际情况确定排水系统的布局和尺寸。
5. 施工工艺设计：根据沉井结构和使用要求，设计施工工艺，包括施工顺序、施工方法、施工设备等。
要考虑到施工的安全性和效率。
2. 沉井的开挖：根据设计要求，采用人工开挖或机械开挖的方式进行沉井的开挖。
开挖过程中要注意土方回填、支护和排水等问题，保证开挖的安全性和稳定性。
3. 沉井的结构施工：根据设计图纸和施工方案，进行沉井结构的施工。
包括墙体、底板、进出口、排水系统的施工。
施工过程中要注意施工质量和施工安全。
4. 沉井的安装与调试：完成沉井结构施工后，进行沉井设备的安装与调试。
包括泵站设备、管道设备、电气设备等的安装和调试。
调试过程中要保证设备的正常运行和安全性。
5. 沉井的验收与使用：完成沉井的施工和调试后，进行沉井的验收和使用。
对沉井的结构、设备、排水系统等进行检查和测试。
确保沉井达到设计要求并能正常使用。
沉井的设计与施工是一个综合性的工作，需要从多个方面进行考虑。
设计时要考虑设计目标、地质条件和使用要求，施工时要按照设计方案进行施工。
只有设计和施工两个方面都得当，才能保证沉井的质量和安全。
浅谈沉井的设计与施工
浅谈沉井的设计与施工沉井是一种地下空间工程，它的设计与施工对于地下水的排水及地下室的建设起着至关重要的作用。
在城市建设及地下设施建设中，沉井的设计与施工技术被广泛应用。
本文将从沉井的设计与施工两个方面进行探讨，以期能够更好地理解和应用沉井技术。
1. 沉井设计沉井设计是沉井项目的起点，它涉及到地下空间的规划、结构设计、安全预防等诸多方面。
在设计沉井时，需要考虑以下几个关键因素：1.1 地下水位和土质情况：地下水位和土质情况对沉井的设计起着至关重要的作用。
在设计沉井时，必须对周边地下水位和土质进行深入的调查和分析，以确保沉井的稳定性和安全性。
1.2 沉井结构：沉井的结构设计包括沉井的形状、尺寸和材料选择等。
设计时需要充分考虑沉井的使用功能和建设要求，选择合适的材料和结构形式，确保沉井在使用过程中具有良好的承载能力和稳定性。
1.3 安全预防：沉井设计中必须考虑到各种安全预防措施，包括防水、通风、排水等。
特别是在地下室建设中，安全预防是至关重要的，必须确保地下空间的安全使用。
2. 沉井施工沉井施工是根据设计方案将沉井从地下打造到地表，它是沉井工程的关键环节。
正确的施工方法和技术能够保证沉井工程的质量和安全。
在沉井施工过程中，需要注意以下几个方面：2.1 施工准备：在施工前，必须对施工场地进行认真的勘察和清理，清除地下障碍物，并做好施工场地的平整和固定。
必须做好安全防护工作，确保施工现场的安全。
2.2 施工方法：沉井施工方法包括开挖、支护、加固等工序。
在实际施工中，必须根据设计方案采取有效的施工方法，确保沉井的稳定性和安全性。
2.3 质量控制：沉井施工过程中，必须对施工质量进行严格控制，保证沉井的结构和功能要求。
必须充分考虑施工过程中的各种风险，采取相应的防范措施，避免事故的发生。
3. 结语沉井设计与施工是一个复杂而又关键的工程环节，它对于地下空间的开发和利用具有重要意义。
在实际工程中，必须充分理解和应用沉井设计与施工技术，做好相关的调查研究和规划设计工作，同时采取科学有效的施工方法和技术措施，确保沉井工程的质量和安全。
学习项目8 沉井基础 《土力学与地基基础》教学课件
学习项目8 沉 井 基 础
案例引入
北锚碇要将两根主缆传来的640 MN的拉力传递给沉井和 基础，是一个以承受水平力为主的结构。由于沉井在整个施 工和营运期内的受力不断变化，在这些荷载的作用下，沉井 地基因受到不均匀压力而产生沉降。因此，在主缆架设之前，
5m 待加劲梁架设以后再进行浇筑。设计允许锚块可以向前水平 位移100 mm，但通车至今实际水平位移不到25 mm。
任务8.1 沉井基础概述
3）竹筋混凝土沉井
由于沉井在下沉过程中受力较大因而需 配置钢筋，一旦完工后，它就不需要承受很 大的拉力了。因此，在我国南方产竹地区， 可以采用耐久性差但抗拉力好的竹筋代替部 分钢筋，如南昌赣江大桥等曾用竹筋混凝土 沉井。在竹筋混凝土沉井分节接头处及刃脚 内仍需用钢筋。
任务8.1 沉井基础概述
沉井基础：沉井 经过混凝土封底、填 塞井孔后，便成为桥 梁墩台或其他结构物 的基础。
任务8.1 沉井基础概述
沉井下沉
沉井基础
任务8.1 沉井基础概述
2. 沉井基础的特点
1）沉井基础的优点
（1）埋置深度可 以很大，整体性较 强，稳定性较好， 有较大的承载面积， 能承受较大的垂直 荷载和水平荷载。
（2）在下沉过程 中，沉井作为坑壁 围护结构，起到挡 土、挡水的作用。
江阴大桥主跨为1 385 m，桥塔的高度为190 m，为两根 钢筋混凝土空心塔柱与三道横梁组成的门式框架结构，重力 式锚碇，主梁采用流线型箱梁断面，钢箱梁全宽为36.9 m， 梁高为3 m，桥面宽为29.5 m，双向六车道，两侧各设宽为 1.8 m的风嘴。
学习项目8 沉 井 基 础
案例引入
该桥的北锚碇是大桥的关键部位之一，经浅埋、中埋扩 大基础、群桩基础、地下连续墙多方案比较，最后选用尺寸 为51 m×69 m的沉井基础，沉井内分36个隔仓，沉井高度为
沉井结构计算施工
沉井结构计算施工一、沉井结构概述沉井结构是一种在水下或湿地地段，用于管道敷设、水下修筑等工程施工的人工建筑物。
它通常包括沉箱、管道、沉井浮吊等组成部分。
沉井结构的特点是在施工过程中只有垂直向下的固定力，施工结束后具有较好的抗水、抗波浪和抗土压性能。
二、沉井结构的计算1.沉井结构的设计目标沉井结构的设计目标主要包括保证沉箱安全下沉、达到合适的沉井竖向位置、提供足够的强度和刚度、满足相应的使用要求等。
2.沉井结构的正常工作状态下的计算（1）沉箱的沉井深度计算利用等效荷载法，按照施工荷载对沉箱造成的沉井深度进行计算。
根据施工过程中所受力效应，采用多种理论计算沉井深度，如平衡法、基于小孔面积的法、稳定法等。
（2）沉箱结构的强度计算通常采用有限元分析等方法，计算沉箱结构在施工和正常使用情况下的各个截面的受力情况，并对其进行验算。
（3）沉井浮吊的计算沉井浮吊计算主要包括沉箱所受总浮力的计算、沉井浮吊设计高度的选择、吊装索的计算等。
三、沉井结构的施工沉井结构施工的一般步骤如下：1.制作沉箱：根据设计要求，制作沉箱，并检查其强度、刚度等机械性能。
2.安装管道：将管道预先安装在沉箱上，固定好位置。
3.沉井准备：选择一个合适的施工场地，清理并平整施工区域。
4.沉箱下沉：使用吊装设备将沉箱从船上或岸上运到施工水域，根据设计要求完成下沉操作。
5.沉井位置调整：根据设计要求，对沉井位置进行调整，保证其竖直性和平面位置的准确。
6.沉箱固定：对沉箱进行固定，通常采用水泥封固、石料护岸等方式，保证沉井的稳定性和密封性。
7.沉井浮吊施工：安装沉井浮吊设备，提升管道至需求位置，并进行径向固定、竖向调整等工作。
8.沉井浮吊回收：工程完成后，通过吊装设备回收沉井浮吊。
9.沉箱拆除：根据设计要求，拆除沉箱，使工程达到最终状态。
四、沉井结构的应用领域沉井结构广泛应用于水下或湿地地段的管道敷设、桩基施工、海岸工程、修堤工程等。
它可以减少施工对水体的影响，提高工程施工的安全性和效率。
沉井结构设计与施工方法
置炸药起爆 ，使刃脚 已悬空 的沉井受震下沉 。
４ ． ２ ． ３ 沉 井 下 沉 注 意 事 项
１ ） 无 论采 用 何种 下 沉方 式 ，其 井 内除 土应 先 以期沉井 均匀 下沉 ，防止 偏斜 。特 别是下 沉初期 ，
１ ） 高 压射 水 。在较 坚 硬 的土层 中 ，利用 抓 土 斗或吸泥机在水下除土时 ，一般需辅 以高压射水 以
流砂 及井底土体 因管 涌而失稳 的情况下使用 。 ２ ） 不 排水 下 沉 法。不 排水 下 沉 法沉 井施 工 主
要 有 冲抓锥 （ 或抓 斗 ） 在水 中取 土下 沉 和水力 机械
沉井人土较浅 ，土层对沉井 的平衡稳定作用差 ，容 易产生偏斜 。 ２ ） 下 沉 中应 随 时掌握 土 层变 化情 况 ，分析 和 检验土壤阻力与沉井重量 的关系 ，选用适宜 的除土 下沉方法 ，控制除土部位及除土量 ，使沉井均匀平
稳地下沉 。
通常 ，在采用排水 施工情况下 ，一 般在原地面 从 中间开始 ， 均匀 、 对称 、 逐步 向刃脚处分层取土 ，
冲土下沉 ２ 种 。沉井下沉 时 ，每次挖土深度 为 ３ ０～ ４ ０ ｅ ｍ， 自沉 井 中 部 向 四周 对 称 取 土 ， 以保 证 沉
井 均匀 下 沉 。 自井 中运 出 的土方 应 堆放 在 离沉 井
１ ０ ｍ 以外 的地 方 ，避 免沉 井 在外 部 土 的压 力作 用
意调平 沉井 ，准备接高 。此时应特别注意除土部位
及深度 ，防止沉井下沉量过大或产生较大偏斜 ，增 加接高的 困难 。
４ ． ３ 沉 井 终 沉 与 封 底
一
１ ． Ｏ～１ ． ５ ｍ， 沟与井底深度 随沉井 挖土而不断加深 ； 在井 内或井壁上设水泵 ，将水抽 出井外 排走 ，井 内
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。
经典：沉井基础设计
东南大学交通学院地下工程系 童立元
1
施工人员对泰州长江大桥中塔沉井基础 进行混凝土浇筑作业
2
3
主
要
1 概述
内
2 沉井构造
容
3 沉井结构设计计算
4
1 概述
1.1 沉井定义及应用范围 1.2 沉井的分类 1.3 沉井的设计原则 1.4 沉井的施工步骤
5
1.1 沉井定义及应用范围
沉井基础
21
凹槽
沉井内设凹槽是为了使封底混凝土嵌 入井壁。形成整体，将传至沉井壁上的力 更好地传递至封底混凝土底面。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0.15-0.25m,高约1.0m,其底面距刃脚 底面一般大于1.5m。
22
射水管组、探测管、气管和压浆管组
将位于地下一定深度的建筑物或建筑 物基础，先在地面制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。
6
1.1 沉井定义及应用范围
沉井基础广泛应用于桥梁、烟囱、水 塔等的基础工程，以及水泵房、地下油库、 水池竖井等深井构筑物和盾构或顶管的工 作井。
1.2 沉井的分类
（1） 按下沉环境可分为陆地沉井和浮式沉井（用 于深水中的施工）；
（2）按沉井构造形式可分为独立沉井（多用于独立 深基础或独立深井构筑物）和连续沉井（多用于隧 道工程）；
（3）按沉井平面形式可分为圆形、圆端形、正方形、 矩形和多边形等，也可分为单孔沉井和多空沉井；
（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。
地下结构工程施工技术第八章沉井基础
04 沉井基础的工程实例
工程概况
01
工程名称
某市地铁车站
02
工程地点
市区中心地带
03
04
工程规模
车站长度约400米，宽度约20 米，深度约10米
施工环境
周边建筑物密集，地下管线复 杂
施工过程
沉井制作
在施工现场浇筑沉井结构，包 括刃脚、隔墙和井孔。
封底处理
对沉井底部进行混凝土浇筑， 确保底部稳定。
02 沉井基础的施工工艺
施工准备
场地准备
清理施工现场，整平场地， 确保施工环境安全。
测量定位
根据设计图纸，确定沉井 的位置和尺寸，进行测量 定位。
施工组织设计
制定详细的施工计划，明 确各阶段的任务、时间节 点和人员分工。
沉井制作
制作模板
混凝土浇筑
根据设计图纸制作沉井模板，确保尺 寸准确、结构牢固。
对沉井进行承载力检测， 确保其承载能力符合设
计要求。
整理施工过程中的技术 资料、质量检测记录等， 提交验收报告，完成验
收工作。
03 沉井基础的设计与计算
结构设计
结构设计原则
沉井结构设计应遵循安全、经济、合理的原则， 确保满足工程要求和使用功能。
井壁厚度计算
根据沉井的跨度和荷载大小，计算出所需的井壁 厚度，以确保沉井结构的稳定性。
地下结构工程施工技术第八章沉井 基础
目 录
• 沉井基础概述 • 沉井基础的施工工艺 • 沉井基础的设计与计算 • 沉井基础的工程实例
01 沉井基础概述
定义与特点
定义
沉井基础是一种地下结构工程技术，通过在地面上预制井筒状的结构物，并在 其内部挖土，利用自身重量和井壁与土的摩擦力，使井筒逐渐下沉至设计标高， 最后用混凝土封底并填塞孔隙，形成地下结构的基础。
沉井构造
一、沉井分类按材料分类：混凝土、钢筋混凝土、钢、砖、石、木等按平面形状分类：圆形、方形、矩形、椭圆形、圆端形、多边形及多孔井字形等。
按竖向剖面形状分类：圆柱形、阶梯形及锥形等。
二、沉井构造井壁(侧壁)、刃脚、内隔墙、井孔、封底和顶盖板等组成。
1．井壁井壁是沉井的主要部分，应有足够的厚度与强度，以承受在下沉过程中各种最不利荷载组合(水土压力)所产生的内力，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。
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左右。
对于薄壁沉井，应采用触变泥浆润滑套、壁外喷射高压空气等措施，以降低沉井下沉时的摩阻力，达到减薄井壁厚度的目的。
但对于这种薄壁沉井的抗浮问题，应谨慎核算，并采取适当、有效的措施。
2．刃脚井壁最下端一般都做成刀刃状的“刃脚”。
其主要功用是减少下沉阻力。
刃脚还应具有一定的强度，以免在下沉过程中损坏。
刃脚底的水平面称为踏面，如图4-4所示。
刃脚的式样应根据沉井下沉时所穿越土层的软硬程度和刃脚单位长度上的反力大小决定，沉井重、土质软时，踏面要宽些。
相反，沉'井轻，又要穿过硬土层时，踏面要窄些，有时甚至要用角钢加固的钢刃脚。
3．内隔墙根据使用和结构上的需要，在沉井井筒内设置内隔墙。
内隔墙的主要作用是增加沉井在下沉过程中的刚度，减小井壁受力计算跨度。
同时，又把整个沉井分隔成多个施工井孔(取土井)，使挖土和下沉可以较均衡地进行，也便于沉井偏斜时的纠偏。
内隔墙因不承受水土压力，所以，其厚度较沉井外壁要薄一些。
5．井孔沉井内设置的内隔墙或纵横隔墙或纵横框架形成的格子称作井孔，井孔尺寸应满足工艺要求。
6．射水管当沉井下沉深度大，穿过的土质又较好，估计下沉会产生困难时，可在井壁中预埋射水管组。
射水管应均匀布置，以利于控制水压和水量来调整下沉方向。
一般不小于600kPa。
如使用触变泥浆润滑套施工方法时，应有预埋的压射泥浆管路。
7．封底及顶盖当沉井下沉到设计标高，经过技术检验并对井底清理整平后，即可封底，以防止地下水渗入井内。
第8章 沉井与沉箱结构
M ql 2
2. 沉井结构
实际上沉井的沉降系数K1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K1必大于1.0， 在沉到设计标高时K1应近于1.0，一般保持在 1.0--1.25左右。
M ql 2
2. 沉井结构
二、沉井抗浮稳定验算 沉井沉到设计标高后，即着手进行封底工作， 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，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。因此，验算沉井的抗浮稳定性，一 G R j表示： 般可用抗浮系数 K2
六、求下封底混凝土厚度计算 应根据抗浮和强度两个条件确定。
2. 沉井结构
沉井结构设计的主要环节可大致归纳如下： （一）沉井建筑平面布置的确定； （二）沉井主要尺寸的确定和下沉系数的验算。 1、参考已建类似的流井结构，初定沉井的几个主 要尺寸，如沉井平面尺寸、沉井高度、井孔尺 寸及井壁厚度等，并估算下沉系数，以控制沉 速； 2、估算沉井的抗浮系数，以控制底板的厚度等．
2. 沉井结构
4．封底及顶盖 当沉井下沉到设计标高，经过技术检验并对坑 底清理后，即可封底，以防止地下水渗入井内。 封底可分湿封底（即水下浇筑混凝土）和干封 底两种。内隔墙的间距一般不大于5~6m，厚 度一般为0.5~1.0m。 如在特殊情况下，预计有可能需改用气压沉箱 时，亦可预设四槽，以便必要时在该处浇筑钢 筋混凝土盖板，此时将沉井改成了沉箱。
第 8章
沉井与沉箱结构
本 章 内 容
1 概述 2 沉井结构 3 沉箱结构
1. 概述
定义：这种利用结构自重作用而下沉入士 的井筒状结构物就称“沉井”。 所谓沉井，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。
沉井专项设计方案
一、项目背景随着我国城市化进程的加快，地下空间开发利用日益广泛，沉井技术在地下工程中的应用也越来越普遍。
沉井施工具有工期短、施工环境复杂、安全性要求高等特点，因此，为确保沉井施工的顺利进行，特制定本专项设计方案。
二、设计原则1. 安全第一：确保施工人员生命财产安全，遵守国家相关法律法规和标准。
2. 经济合理：在确保工程质量的前提下，降低施工成本，提高施工效率。
3. 环保节能：合理利用资源，减少施工对环境的影响。
4. 技术先进：采用先进的技术和工艺，提高施工质量和施工效率。
三、设计内容1. 沉井结构设计（1）沉井类型：根据工程地质条件、水文地质条件、施工场地条件等因素，选择合适的沉井类型，如圆形沉井、矩形沉井等。
（2）沉井尺寸：根据设计要求，确定沉井直径或宽度、长度等尺寸。
（3）沉井壁厚：根据沉井承受的内外压力、施工过程中可能出现的变形等因素，计算沉井壁厚。
（4）沉井配重：根据沉井自重、浮力和施工过程中可能出现的变形等因素，计算沉井配重。
2. 沉井施工方案（1）施工顺序：先进行沉井基础施工，然后进行沉井主体结构施工，最后进行沉井内装修。
（2）施工工艺：采用分节制作、分节吊装、整体下沉的施工工艺。
（3）施工设备：选用合适的起重设备、运输设备、测量设备等。
3. 施工组织设计（1）施工队伍：组建专业施工队伍，明确施工人员职责。
（2）施工进度：制定合理的施工进度计划，确保工程按期完成。
（3）施工质量控制：建立健全质量管理体系，加强施工过程中的质量控制。
4. 安全措施（1）人员安全：加强施工人员的安全培训，提高安全意识。
（2）设备安全：定期检查和维护施工设备，确保设备安全运行。
（3）环境保护：合理处理施工废弃物，减少施工对环境的影响。
四、设计要求1. 沉井结构设计应满足承载、稳定、防水等要求。
2. 沉井施工方案应确保施工过程安全、高效。
3. 施工组织设计应合理，确保施工进度和质量。
4. 安全措施应完善，确保施工人员生命财产安全。
沉井设计计算
土的侧向抗力：
y
hyy H
D0h
基底边缘压应力：
max N Hd min A0 2 D
其中： D bl h3 6Wd 12
嵌入处水平阻力P：
P
H
bl h2 6D
1
地面或最大冲刷线以下任意深度y处 基础截面上的弯矩为：
M
y
H
h
y
bl Hy 3 12Dh
2h
y
（3）深基础的验算
①基底应力验算
max
②横向抗力验算
y pp pa
整理得：
y co 4syta nc
③墩台顶面水平位移的计算方法
l tan 0
y0 tan
l
h2
z0
基础发生刚体转动在地 面处产生的水平位移
墩台随同基础一起发生刚 体转动而产生的水平位移
墩台本身弹性挠曲变形 引起的墩台顶水平位移
ab c
z0 l0
墩台顶面水平位移计算方法
3、刃脚受力计算
切土下沉：刃脚外弯 受力复杂
挖空刃脚底部土层：刃脚内弯
◆刃脚受力计算 1个三维问题转为2个二维问题求解
竖向受力（悬臂梁） 刃脚受力
横向受力（水平框架）
向外挠曲 向内挠曲
根据悬臂梁及水平 框架两者的变位关 系得各自的外力分 配系数：
hk4
0.1L14 0.05L14
沉井的计算包括施工期验算和作为整体基础的计算。
作为整体基础的计算：包含两种情况，当埋深仅有数米时，计算同 浅基础；当埋深较大，不能忽略沉井侧壁土体弹性抗力影响时，按 刚性桩计算。
沉井（刚性桩）计算假定： 1、地基土作为弹性变形介质，水平地基系数随深度成正比增
加。 2、不考虑基础与土间的粘着力和摩阻力。 3、沉井基础刚度与土刚度之比可认为是无限大。
沉井的设计与计算
沉井的设计与计算沉井的设计与计算2010-04-19 22：18沉井既是结构物的基础，又是施工过程中挡土、挡水的结构物，因此其设计计算需包括沉井作为整体深基础的计算和在施工过程中的计算两大部分。
在设计沉井计算之前必须掌握如下有关资料：①上部结构尺寸要求，沉井基础设计荷载；②水文和地质资料(如设计水位、施工水位、冲刷线或地下水位标高，土的物理力学性质，沉井通过的土层有无障碍物等)；③拟采用的施工方法(排水或不排水下沉，筑岛或防水围堰的标高等)。
5-3-1沉井作为整体深基础的计算沉井作为整体深基础设计,主要是根据上部结构特点、荷载大小及水文和地质情况，结合沉井的构造要求及施工方法，拟定出沉井埋深、高度和分节及平面形状和尺寸，井孔大小及布置，井壁厚度和尺寸，封底混凝土和顶板厚度等，然后进行沉井基础的计算。
根据沉井基础的埋置深度不同有两种计算方法。
当沉井埋深在最大冲刷线以下较浅仅数米时，可不考虑基础侧面土的横向抗力影响，按浅基础设计计算；当埋深较大时，沉井周围土体对沉井的约束作用不可忽视，此时在验算地基应力、变形及沉井的稳定性时，应考虑基础侧面土体弹性抗力的影响，按刚性桩(αh 2.5)计算内力和土抗力。
一般要求沉井基础下沉到坚实的土层或岩层上，其作为地下结构物，荷载较小，地基的强度和变形通常不会存在问题。
一般要求地基强度应满足：表5-1土与井壁摩阻力经验值土的名称土与井壁的摩阻力q(kPa)砂卵石砂砾石砂土流塑粘性土、粉土软塑及可塑粘性土、粉土硬塑粘性土、粉土泥浆套18~30 15~20 12~25 10~12 12~25 25~50 3~5注：本表适用于深度不超过30m的沉井。
图5-14井侧摩阻力分布假定F+G≤Rj+Rf(5-1)式中F──沉井顶面处作用的荷载，kN；G──沉井的自重，kN；Rj──沉井底部地基土的总反力，kN；Rf──沉井侧面的总摩阻力，kN。
沉井底部地基土的总反力Rj等于该处土的承载力设计值f与支承面积A的乘积，即Rj=f A(5-2)可假定井侧摩阻力沿深度呈梯形分布，距地面5m范围内按三角形分布，5m 以下为常数，如图(5-14)所示，故总摩阻力为：Rf=U(h-2.5)q(5-3)式中U──沉井的周长，m；h──沉井的入土深度，m；q──单位面积摩阻力加权平均值，q=Σqi hi/Σhi，kPa；hi──各土层厚度，m；qi──i土层井壁单位面积摩阻力，根据实际资料或查表5-1选用。
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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 。
l 1 1
沉井底节验算
b
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。
l 3 2 3
b
3
2
3
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。