第七讲 沉井与沉箱结构

第七讲沉井与沉箱结构

一、概述

1. 不同断面形状（如圆形，矩形，多边形等）的井筒或箱体，按边排土边下沉的方式使其沉入地下，即沉井或沉箱。

沉井也称为开口沉箱，沉箱也称为闭口沉箱。由于闭口沉箱下沉施工时采用压气排水的施工方法，故通常称其为压气沉箱。

沉井（沉箱）施工法是深基础施工中采用的主要施工方法之一，它与基坑放坡施工相比，具有占地面积小、挖土量少，对邻近建筑物影响比较小等优点。在工程用地与环境条件受到限制或埋深较大的地下构筑物工程中被广泛应用。

在市政工程中，沉井（沉箱）常用于桥梁墩台基础、取水构筑物、排水泵站、大型排水窨井、盾构或顶管的工作井等工程。

2. 沉井（沉箱）结构通常具有以下几个特点∶

•躯体结构刚性大，断面大，承载力高，抗渗能力强，耐久性能好，内部空间可有效利用；

•施工场地占地面积较小，可靠性良好；

•适用土质范围广（淤泥土，砂土，粘土，砂砾等土层均可施工）；

•施工深度大；

•施工时周围土体变形较小，因此对邻近建筑（构筑）物的影响小，适合近接施工。

尤其是压气沉箱工法对周围地层沉降造成的影响极小，

•具有良好的抗震性能。

二、沉井结构

1. 概念

○1什么是沉井，

沉井通常为一个上无盖下无底的井筒状结构物，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，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。

当第一节井筒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、顶板等工作，做成地下建筑物。

○2与其他地下建筑的区别。

这种利用结构自重作用而下沉如土的井筒状结构物就称“沉井”。实质上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，从而省去大量的支撑和板桩工作，减少了土方开挖量。

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。在一定的场合下，是一种不可取代的较佳方案。

2. 沉井的类型

•沉井按其构造形式可分为连续沉井(多用于隧道工程井)和单独沉井(多用于工业、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)、地下连续墙施工外，亦可采用连续沉井施工。在两个沉井之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。

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、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、吊顶结构以及相邻沉井间沉降差等所需高度。沉井下沉到设计标高后，就可封底，并浇筑底板、内隔墙和顶板。顶板上方可设置钢筋混凝土成层式防爆层。

○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，可采用沉井施工。

沉井可分上下两层。下层由于使用需要，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，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。

3. 沉井的构造

井壁(侧壁)；刃脚；内隔墙；封底和顶盖板，底梁和框架。

○1井壁

井壁是沉井的主要部分，应有足够的厚度与强度，为了承受在下沉过程中各种最不利荷载组合(水土压力)所产生的内力。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，以承受弯曲应力。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。因此，井壁厚度主要决定于沉井大小、下沉深度以及岩土的力学性质。

一般应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。井壁厚度主要决定于沉井大小、下沉深度以及土壤的力学性质。

先假定井壁厚度，再进行强度验算。厚度一般为0．4～1．2m。有战时防护要求的，井壁厚度可达1．5～1．8m。

井壁的纵断面形状有上下等厚的直墙形、阶梯形

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。接长井壁亦简单，模板能多次使用。此外，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，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，将井壁外侧仍做成直线形，内侧做成阶梯形，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，为了减少井壁问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。台阶设在每节沉井接缝处，宽度△一般为10～20cm。最下面一级阶梯宜设于h1＝(1/4~1/3)H高度处(见图b)，或h1＝1．2～2．2 m处。h1过小不能起导向作用，容易使沉井发生倾斜。施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。

○2刃脚

井壁最下端一般都做成刀刃状的“刃脚”。刃脚的主要功用是减少下沉阻力。刃脚还应具有一定的强度，以免下沉过程中损坏。刃脚底的水平面称为踏面。踏面宽度一般为10～30cm，视所通过土质的软硬及井壁厚度而定。刃脚内侧的倾角一般为40°～60°。刃脚的高度当沉井湿封底时，取1.5m左右，干封底时，取0.6m左右。

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

内隔墙的主要作用是增加沉井在下沉过程中的刚度并减小井壁跨径。同时又把整个沉井孔(取土井)，使挖土和下沉可以较均衡地进行，分隔成多个施工井也便于沉井偏斜时的纠偏。内隔墙的底面一般应比井壁刃脚踏面高出0.5~1.0m，以免土壤顶住内墙妨碍沉井下沉。但当穿越软土层时，为了防止沉井“突沉”，也可与井壁刃脚踏面齐平。

隔墙的厚度一般为0.5m左右。隔墙下部应设过人孔，供施工人员于各取土井间往来之用。人孔的尺寸一般为0.8×1.2m~1.1~1.2m左右。

○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有集水井内。封底可分湿封底(即水下浇筑混凝土)和干封底两种。有的在井底设有集水井排水。封底完毕，待混凝土结硬后即可在其上方浇筑钢筋混凝土底板。

为了使封底混凝上和底板与井壁间有更好的联结，以传递基底反力，使沉井成为空间结构受力，常于刃脚上方的井壁上预留凹槽。如在特殊情况下，预计有可能需改用气压沉箱时，亦可预设凹槽，以便必要时在该处浇筑钢筋混凝土盖板。

凹槽底面一般距刃脚踏面2.5m以上。槽高约1.0m，近于封底混凝土的厚度，以保证封底工作顺利进行。凹入深度约0.15~0.25m。

当沉井作为地下结构物时多采用钢筋混凝土顶板。

○5底梁和框架

在比较大型的沉井中，如由于使用要求，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。有的沉井因高度较大，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，以减少井壁(于顶、底板之间)的跨度，使整个沉井结构布置合理、经济。

在松软地层中下沉沉井，底梁的设置还可防止沉井“突沉”和“超沉”，便于纠偏和分格封底，以争取采用干封底。但纵横底梁不宜过多，以免增加结构造价，施工费时，甚至增大阻力，影响下沉。

4. 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。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