沉井式结构

二、沉井的构造 底梁和框架
在比较大型的沉井中，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。 沉井高度较大，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，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。 在松软地层中沉井，底梁的设置还可以防止沉井“突沉”和 “超沉”，便于纠偏和分格封底，以争取采用干封底。 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。
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第二节 沉井结构设计 第一种情况 刃脚向外挠曲的计算（配置内侧竖直钢筋）
沿井壁周边取1.0m宽的截条作为计算单元 ①计算井壁自重——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； ② 计算刃脚自重
g 混凝土 hk a 2
③计算刃脚上的水、土压力——主动土压力可按朗金理论计算
井壁 中间底横梁 两端底横梁 中间顶横梁 两端顶横梁
第二节 沉井结构设计
解：1)计算沉井自重G 序 号 构 件 数 量 高 （m） 宽 （m） 长 （m） 材料比 重/kN / ㎡ 重量
1 2
3
井壁 中间底横梁 两端底横梁 中间顶横梁 两端顶横梁
沉井自重
2 3 2 3 2
7.6 1.2 1.2 0.6 0.6
第八章 第一节
沉井式结构
概述
沉井的概念
沉井的特点 沉井类型 沉井构造
第二节
第三节
沉井结构设计
沉井的施工
第一节 概述 一、沉井的概念
沉井是一个上无盖下无底的井筒状结构物，利用结构自重 作用而下沉入土，即在地面筑成的“半成品”沉入土中， 在地下完成结构物施工。
应用范围
沉井一般沉到较坚实的土层上，充分利用深层土承载能力。 深基础:桥梁墩台基础、 地下结构：取水构筑物、污水泵站、地下工业厂房、地下 仓库、盾构拼装井、矿井、地下其他构筑物
取入土全深范围内为常数的假定
F0 Uh0 (m 2 )
摩擦力不仅与土的种类有关，还与土的埋藏深度有关
第二节 沉井结构设计
例
计算某连续沉井（两端无钢封门）下沉接近设计标高时的下沉系数。 （井壁平均极限摩擦力为15kN/㎡，刃脚极限正面阻力 100 kN/㎡，结 构尺寸见下表。） 序 号 1 2 3 构 件 数 量 2 3 2 3 2 高 （m） 7.6 1.2 1.2 0.6 0.6 宽 （m） 0.8 0.7 0.8 0.7 0.8 长 （m ） 28.0 12.2 12.2 12.2 12.2 材料比 重/kN / ㎡ 26 26 26 26 26
E hk tan 2 ( 45 ) 2
④计算刃脚上的土对井壁的摩擦力
T fE
第二节 沉井结构设计
⑤计算刃脚下土的反力， 即踏面上土反力和斜面上土反力
R j V1 V2 G g T T G g T V1 2a V b 2
第一节 概述 宝山钢铁厂取水泵房
第一节 概述 二、沉井的特点 优点
埋置深度大，整体性强、稳定性好，能承受较大荷载； 下沉过程中无需设置坑壁支撑或板桩围壁，简化了施工； 沉井施工时对邻近建筑物影响较小。
缺点
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。
踏面宽度 10～30㎝ 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。
二、沉井的构造
内隔墙
内隔墙 增加沉井在下沉过程中的刚度并减小井壁跨径 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。
三、刃脚计算
对截面m-n中点0的弯矩M为
a b 2 M V1 ( 0.05) V2 ( 0.05) U ( 0.8) 2 3 3 0.35 0.45 2 162.6( 0.05) 104.6( 0.05) 115( 0.8) 2 3 3 87.5kN m
第二节 沉井结构设计 例 验算大型圆形沉井的“抗浮系数”。
已知沉井直径 D=68m ，底板浇毕后的沉井自重为 650100kN ，井壁土壤间摩擦力f0=20kN/m2，5m内按三角形分布，沉井 入土深度为h0=25m，封底时的地下水静水头H=24m。
第二节 沉井结构设计
解：
井壁侧面摩擦力
R j U (h0 2.5) f0 68(26.5 2.5) 20 102542 kN
由于弯矩甚小，仅需按构造配筋 即可，选用 20@ 200
第二节 沉井结构设计
第二种情况，沉到设计标高
刃脚向内挠曲，通过计算配置内侧竖直钢筋。
椭圆形：对水流阻力小，多用于桥梁墩台基础、江心泵站 多边形、多孔井字形
一、概述 三 沉井分类
按竖向剖面形状 圆柱形：不易发生倾斜、对周围土体扰动小
侧向摩擦力大、井壁容易拉裂 多用于入土不深、土质松散情况
阶梯形：
外壁阶梯形：减小摩擦力、扰动大、节省材料 内壁阶梯形：节省材料、减小扰动、避免下沉过快
2.估算沉井的抗浮系数，以控制底板的厚度等。.
（三）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；
第二节 沉井结构设计 一、沉井结构设计计算主要环节
（四）使用阶段的强度计算（包括承受动载）
1．按封闭框架（水平方向的或垂直方向的）或圆池结构来计
算井壁并配筋；
一、概述 三、沉井分类
按平面形状
圆形:制作简单、易于控制下沉、受力性能好、
周长小，侧面摩擦力小、对周围的土体扰动小 建筑面积不能充分利用
方形、矩形：制作方便、水平压力产生弯矩，使用方便
受力情况不好、对周围土体扰动大、土压力和摩擦力不均匀
两孔、多孔：孔间有隔墙或横梁，改变井壁和底板的受力状况
施工易于控制、多适用于平面尺寸大的沉井
浮力Q

4
68 2 24 10 871603 kN
施工阶段（底板浇比后）之抗浮稳定验算
K2 G Rf Q 650100 1025420 0.86 1.05 871603
采取措施：增加重量、减小浮力
第二节 沉井结构设计
（三）刃脚计算
第一种情况:在刚开始下沉时 刃脚受力向外挠曲,通过计算配置内侧竖直钢筋。
土质松软、摩擦力小、下沉深度小 直墙式 土质松软、下沉深度深 井壁外侧直线形内侧阶梯形 土质密实、下沉深度大 外壁做成阶梯形井壁
减小摩擦力的措施
触变泥浆润滑、壁外喷射高压空气
二、沉井的构造
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。 刃脚形式的选择
G —沉井在施工阶段自重，井壁+上、下横梁+隔墙+临时钢封门，不排水下 沉时为G-B。 Rr —刃角踏面下正面阻力之和，与土质情况有关； Rf —井壁与土层的总摩擦力。
第二节 沉井结构设计 井壁摩擦力的假定
在深度0～5m范围内单位面积摩擦力按三角形分布，5m以 下为常数
R f f 0 F0 f 0 U (h0 2.5)
第八章 第一节 第二节
沉井式结构
概述 沉井结构设计
沉井结构设计的主要环节 沉井的结构计算
第三节
沉井的施工
第二节 沉井结构设计 一、沉井结构设计的主要环节
（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. 参考已建类似的沉井结构，初定沉井的几个主要尺寸，估算下沉系数 ，以控制沉速；
2 28.0 0.7 39.2m 2
刃脚土极限阻力
39.2 100 3920 kN
10965 10965 下沉系数 K1 1.08 6380 3920 10200
第二节 沉井结构设计 （二）沉井施工期间的抗浮稳定验算
抗浮系数
K2 G Rj Q 1.05 ~ 1.1
（六）使用阶段的强度计算
沉井结构在使用阶段的强度验算、地基强度和变形验算 沉井抗浮、抗滑移和抗倾覆稳定性验算
第二节 沉井结构设计 （一）沉井下沉系数的确定 下沉系数计算公式
K1 G 1.10 ~ 1.25 R f Rr
R f f 0 F0
f0 f1h1 f 2 h2 f n hn h1 h2 hn
按沉井的建筑材科的分类
混凝土沉井 钢筋混凝士沉井 钢壳沉井
按沉井的构造形式:
隧道连续沉井
三、沉井图例 单独沉井 平战结合用的人防工事沉井
四、沉井的构造
二、沉井的构造
井壁
沉井的主要部分，要有足够的强度和厚度。 井壁厚度决定于沉井大小、下沉深度以及土壤的力学性 质以及沉井能在足够的自重下顺利下沉 井壁断面形式的选择
0.8 0.7 0.8 0.7 0.8
28.0 12.2 12.2 12.2 12.2
26 26 26 26 26
8852 799 609 400 305
10965 kN
第二节 沉井结构设计
2)土对井壁总摩擦力
2 28.0 7.6 15 6380 kN
3)刃脚阻力 刃脚底面接触面积
第一节 概述 泰州长江大桥中塔沉井基础
沉井基础长58米，宽44米，总高度为76米，沉井沉入19 米深水和55米河床覆盖层，封底混凝土厚11m.
第一节 概述
国外采用沉井基础的桥梁

日本明石海峡大桥，最大施 工水深60m，两主塔分别采用 直径80m*高70m和78m*67m的 浮式钢壳沉井，壁厚12m，分 为16个舱，是目前规模最大 的桥梁沉井基础
G T V2 1 2a / b U V2 tan( )
第二节 沉井结构设计
⑥确定刃脚内侧竖直钢筋 按以上所求得作用在刃脚上的各个外力的大小、方向 和作用点后，即可求对刃脚根部m-n截面上的轴向力N、剪
力Q以及对截面中心点的力矩M。然后根据M、Q、N的大小
计算刃脚内侧的竖直钢筋， 分次沉降的沉井的计算 最不利的阶段
2．顶板及底板的内力计算及配筋。 3. 地基强度和变形验算。
第二节 沉井结构设计 二、沉井结构计算的主要内容
（一）沉井尺寸的估算
（二）下沉系数的计算
（三）抗浮系数的计算 （四）荷载计算 （五）施工阶段的强度计算
平面框架内力和截面设计、刃脚内力和截面设计、井壁内力和截面设计
底梁设计、封底混凝土厚度和底板内力和截面设计
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。
二、沉井的构造
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（即水下灌筑混凝土）和干封封底两种。 封底完毕，待混凝土结硬后在上方浇筑钢筋混凝土底板。 当沉井作为地下结构物时多采用钢筋混凝土顶板。
第二节 沉井结构设计
例 设某矩形沉井封底前井自重 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=35㎝，b=45㎝，刃脚高80㎝。
三、刃脚计算
求单位周长上沉井自重
G 27786 267 kN / m 104
G T 267.2 0 104.6kN 2a 2 0.35 1 1 b 0.45
斜面下土的竖直反力
V2
V1 G V2 267.2 104.6 162.6kN
作用在斜面上的水平反力
U V2 t an( )
U 104.6 tan( 60 40 12 40) 115kN
抗浮系数的大小由底板厚度来调整 ①沉井上浮时土的极限摩擦力很大，而一般设计估用的数值往 往偏小，因此在验算上浮稳定时以计入井壁摩擦力较为合 理； ②在粘性土中，因它的渗透系数很小，地下水补结非常缓慢， 沉井的浮升也必然极为缓慢，在发生明显浮升之前，内部 结构、设备、顶盖等重量已经作用上去，故不再存在浮升 问题。