沉井與沉箱結(jié)構(gòu)

1、8 沉井與沉箱結(jié)構(gòu)丁文其 教授同濟(jì)大學(xué)地下建筑與工程系橋梁基礎(chǔ)隧道豎井電力設(shè)施垃圾處理地下停車(chē)庫(kù)泵站設(shè)施連續(xù)隧道防波提地鐵車(chē)站現(xiàn)代壓氣沉箱技術(shù) 8.1 概述不同斷面形狀（如圓形，矩形，多邊形等）的井筒或箱體，按邊排土邊下沉的方式使其沉入地下，即沉井或沉箱。沉井也稱為開(kāi)口沉箱，沉箱也稱為閉口沉箱。由于閉口沉箱下沉施工時(shí)采用壓氣排水的施工方法，故通常稱其為壓氣沉箱。沉井（沉箱）施工法是深基礎(chǔ)施工中采用的主要施工方法之一，它與基坑放坡施工相比，具有占地面積小、挖土量少，對(duì)鄰近建筑物影響比較小等優(yōu)點(diǎn)。在工程用地與環(huán)境條件受到限制或埋深較大的地下構(gòu)筑物工程中被廣泛應(yīng)用。在市政工程中，沉井（沉箱）常用于橋

2、梁墩臺(tái)基礎(chǔ)、取水構(gòu)筑物、排水泵站、大型排水窨井、盾構(gòu)或頂管的工作井等工程。沉井（沉箱）結(jié)構(gòu)通常具有以下幾個(gè)特點(diǎn)軀體結(jié)構(gòu)剛性大，斷面大，承載力高，抗?jié)B能力強(qiáng)，耐久性能好，內(nèi)部空間可有效利用；施工場(chǎng)地占地面積較小，可靠性良好；適用土質(zhì)范圍廣（淤泥土，砂土，粘土，砂礫等土層均可施工）；施工深度大；施工時(shí)周?chē)馏w變形較小，因此對(duì)鄰近建筑（構(gòu)筑）物的影響小，適合近接施工。尤其是壓氣沉箱工法對(duì)周?chē)貙映两翟斐傻挠绊憳O小，具有良好的抗震性能。8.2沉井結(jié)構(gòu)p 沉井通常為一個(gè)上無(wú)蓋下無(wú)底的井筒狀結(jié)構(gòu)物，現(xiàn)常用鋼筋混凝土制成。p 施工時(shí)先在建筑地點(diǎn)整平地面，制作第一節(jié)沉井，接著在井壁的圍護(hù)下，從井底挖土，隨著土

3、體的不斷挖深，沉井因自重作用克服井壁土的摩阻力而逐漸下沉。p 當(dāng)?shù)谝还?jié)井筒露出地面不多時(shí)停止開(kāi)挖下沉，接高井筒，待到達(dá)規(guī)定強(qiáng)度后再挖土下沉。這樣交替操作一直下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高，然后封底，澆筑鋼筋混凝土底、頂板等工作，做成地下建筑物。a)b)c)挖土頂板設(shè)計(jì)標(biāo)高井孔(填塞)(或不填塞)封底混凝土8.2沉井結(jié)構(gòu)p 這種利用結(jié)構(gòu)自重作用而下沉如土的井筒狀結(jié)構(gòu)物就稱“沉井”。實(shí)質(zhì)上是將一個(gè)在地面筑成的“半成品”沉入土中，然后在地下完成整個(gè)結(jié)構(gòu)物的施工。p 它與基坑法區(qū)別就是，沉井在施工過(guò)程中，井壁成了阻擋水、土壓力，防止土體坍塌的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，從而省去大量的支撐和板樁工作，減少了土方開(kāi)挖量。p 沉井結(jié)構(gòu)的單體

4、造價(jià)較低，主體的混凝土都在地面上澆筑，質(zhì)量較易保證，不存在接頭的強(qiáng)度和漏水問(wèn)題，可采用橫向主筋構(gòu)成較經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)體系。在一定的場(chǎng)合下，是一種不可取代的較佳方案。8.2.1沉井的類型沉井按其構(gòu)造形式可分為連續(xù)沉井(多用于隧道工程井)和單獨(dú)沉井(多用于工業(yè)、民防地下建筑)；按平面形狀可分為圓形沉井、矩形沉井、方形沉井或多邊形沉井等。1隧道連續(xù)沉井p 在兩個(gè)沉井之間采用有橡膠止水帶的柔性接頭。沉井長(zhǎng)度主要考慮各段沉井的不均勻沉降、變溫影響和混凝土凝固收縮應(yīng)力等因素加以確定。p 沉井橫斷面的寬度應(yīng)由隧道的幾何設(shè)計(jì)來(lái)確定，一般應(yīng)能容納所需車(chē)道、風(fēng)道、走道等。在曲線段中還應(yīng)按車(chē)速和曲率半徑等考慮適當(dāng)加寬。雙

5、腳下框架取土坑 縱撐上框架端衡撐井壁橫撐b)c)a)26cm0.9cm后澆混凝土預(yù)埋鋼筋瀝青纖維板（厚5cm）橡膠止水帶橫梁側(cè) 井墻 壁（預(yù)埋鋼板平橡膠止水帶鋼板100-150號(hào)混凝土墊層15cm墊沙層（細(xì)紗）20-30cm煤渣回填土檢查用的通道通風(fēng)道鋼筋混凝土矩形隧道沉井砂土墊層鋼筋混凝土起爆層偽裝土地面路面吊車(chē)頂鋼筋混凝土車(chē)道板a)使用階段隧道截面示意圖 b)施工階段連續(xù)沉井示意圖 c)防水接頭構(gòu)造圖p 沉井高度主要由車(chē)道的凈空要求確定。同時(shí)還要考慮路面鋪裝、車(chē)道板、吊頂結(jié)構(gòu)以及相鄰沉井間沉降差等所需高度。p 為保證沉井施工階段結(jié)構(gòu)剛度，在沉井頂部和底部均設(shè)置投橫向支撐數(shù)道，與井壁部分p

6、構(gòu)成剛勁的上、下框架。井寬較大時(shí)，下框架中尚可加設(shè)縱向支撐一道。由縱、橫支撐(梁)p 分隔成的取土井，其尺寸應(yīng)保證抓斗挖土。上下端橫梁還可起支承臨時(shí)鋼封門(mén)的作用，使沉p 井下沉?xí)r，縱向兩端的土體不擠入井內(nèi)(下沉完畢，鋼封門(mén)即可拆除)。p 沉井下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，就可封底，并澆筑底板、內(nèi)隔墻和頂板。頂板上方可設(shè)置鋼筋混凝土成層式防爆層。2平戰(zhàn)結(jié)合用的人防工事沉井p 圖83所示的矩形沉井，是平戰(zhàn)結(jié)合用地下倉(cāng)庫(kù)之一例。平面尺寸為3l19m2，壁厚80cm，頂板厚35cm，底板厚80cm。沉井分上下兩層。下層由于使用需要，分隔成許多小間；上層兩側(cè)為“三防”設(shè)施房間，中間作為大廳，平時(shí)可利用作為會(huì)場(chǎng)，戰(zhàn)時(shí)

7、可作為臨時(shí)救護(hù)所。p 為了加強(qiáng)沉井施工下沉過(guò)程中的整體剛度，井內(nèi)設(shè)上、下若干橫撐，到使用階段安上樓板，隔墻就可分隔成許多房間。350280020024008008008003545a)97509750450055005500550055004500450055005500550055004500b)c)160079106.91m3.18m4.68m28002.60m淤泥質(zhì)亞粘土填土a)人防工事結(jié)構(gòu)剖面圖 b)頂層結(jié)構(gòu)剖面圖 c)底層結(jié)構(gòu)剖面圖31.82tm31.7tm31.93tm入孔凹槽刃腳封底內(nèi)墻井壁頂板取土孔8.2.2沉井的構(gòu)造井壁(側(cè)壁)；刃腳；內(nèi)隔墻；封底和頂蓋板，底梁和框架。1井壁

8、 p 一般應(yīng)配置兩層豎向鋼筋及水平鋼筋，以承受彎曲應(yīng)力。同時(shí)要有足夠的重量。井壁厚度主要決定于沉井大小、下沉深度以及土壤的力學(xué)性質(zhì)。p 先假定井壁厚度，再進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。厚度一般為0412m。有戰(zhàn)時(shí)防護(hù)要求的，井壁厚度可達(dá)1518m。8.2.2沉井的構(gòu)造p 井壁的縱斷面形狀有上下等厚的直墻形、階梯形 當(dāng)土質(zhì)松軟、摩擦力不大，下沉深度不深時(shí)可采用直墻形。其優(yōu)點(diǎn)是周?chē)翆幽茌^好地約束井壁，易于控制垂直下沉。接長(zhǎng)井壁亦簡(jiǎn)單，模板能多次使用。此外，沉井下沉?xí)r，周?chē)恋臄_動(dòng)影響范圍小，可以減少對(duì)四周建筑物的影響，故特別適用于市區(qū)較密集的建筑群中間。 當(dāng)土質(zhì)松軟，下沉深度較深時(shí)，考慮到水土壓力隨著深度的不斷

9、增大，使井壁在不同高程受力的差異較大，將井壁外側(cè)仍做成直線形，內(nèi)側(cè)做成階梯形，以減小沉井的截面尺寸，節(jié)省材料。 當(dāng)土層密實(shí)，且下沉深度很大時(shí)，為了減少井壁問(wèn)的摩擦力而不使沉井過(guò)分加大自重，常在外壁做成一個(gè)(或幾個(gè))臺(tái)階的階梯形井壁。臺(tái)階設(shè)在每節(jié)沉井接縫處，寬度一般為1020cm。最下面一級(jí)階梯宜設(shè)于h1(1/41/3)H高度處(見(jiàn)圖85b)，或h11222 m處。h1過(guò)小不能起導(dǎo)向作用，容易使沉井發(fā)生傾斜。施工時(shí)一般在階梯面所形成的槽孔中灌填黃沙或護(hù)壁泥漿以減少摩擦力并防止土體破壞過(guò)大。b2b1h2h1LHc)b)a)2刃腳 刃腳的主要功用是減少下沉阻力。 刃腳還應(yīng)具有一定的強(qiáng)度，以免下沉過(guò)程

10、中損壞。 刃腳底的水平面稱為踏面。踏面寬度一般為1030cm，視所通過(guò)土質(zhì)的軟硬及井壁厚度而定。 刃腳內(nèi)側(cè)的傾角一般為4060。 刃腳的高度當(dāng)沉井濕封底時(shí)，取1.5m左右，干封底時(shí)，取0.6m左右。 沉井重，土質(zhì)軟時(shí)，踏面要寬些。相反，沉井輕，又要穿過(guò)硬土層時(shí)。踏面要窄些，有時(shí)甚至要用角鋼加固的鋼刃腳。12540205035 45807080608010015080a)b)c)d)e)703內(nèi)隔墻p 內(nèi)隔墻的主要作用是增加沉井在下沉過(guò)程中的剛度并減小井壁跨徑。同時(shí)又把整個(gè)沉井孔(取土井)，使挖土和下沉可以較均衡地進(jìn)行，分隔成多個(gè)施工井也便于沉井偏斜時(shí)的糾偏。p 內(nèi)隔墻的底面一般應(yīng)比井壁刃腳踏面

11、高出0.51.0m，以免土壤頂住內(nèi)墻妨礙沉井下沉。但當(dāng)穿越軟土層時(shí)，為了防止沉井“突沉”，也可與井壁刃腳踏面齊平。p 隔墻的厚度一般為0.5m左右。隔墻下部應(yīng)設(shè)過(guò)人孔，供施工人員于各取土井間往來(lái)之用。人孔的尺寸一般為0.81.2m1.11.2m左右。p 取土井井孔尺寸除應(yīng)滿足使用要求之外，還應(yīng)保證挖土機(jī)具可在井孔中自由升降，不受阻礙。如用挖泥斗取土?xí)r，井孔的最小邊長(zhǎng)應(yīng)大于挖泥斗張開(kāi)尺寸再加0.501.0m，一般不小于2.5m。井孔的布置應(yīng)力求簡(jiǎn)單、對(duì)稱。4封底及頂蓋 封底可分濕封底(即水下澆筑混凝土)和干封底兩種。 為了使封底混凝上和底板與井壁間有更好的聯(lián)結(jié)，以傳遞基底反力，使沉井成為空間結(jié)構(gòu)

12、受力，常于刃腳上方的井壁上預(yù)留凹槽。如在特殊情況下，預(yù)計(jì)有可能需改用氣壓沉箱時(shí)，亦可預(yù)設(shè)凹槽，以便必要時(shí)在該處澆筑鋼筋混凝土蓋板。 凹槽底面一般距刃腳踏面2.5m以上。槽高約1.0m，近于封底混凝土的厚度，以保證封底工作順利進(jìn)行。凹入深度約0.150.25m。 當(dāng)沉井作為地下結(jié)構(gòu)物時(shí)多采用鋼筋混凝土頂板。5底梁和框架p在比較大型的沉井中，如由于使用要求，不能設(shè)置內(nèi)隔墻，則可在沉井底部增設(shè)底梁，并構(gòu)成框架以增加沉井在施工下沉階段和使用階段的整體剛度。有的沉井因高度較大，常于井壁不同高度設(shè)置若干道由縱橫大梁組成的水平框架，以減少井壁(于頂、底板之間)的跨度，使整個(gè)沉井結(jié)構(gòu)布置合理、經(jīng)濟(jì)。p在松軟地

13、層中下沉沉井，底梁的設(shè)置還可防止沉井“突沉”和“超沉”，便于糾偏和分格封底，以爭(zhēng)取采用干封底。但縱橫底梁不宜過(guò)多，以免增加結(jié)構(gòu)造價(jià)，施工費(fèi)時(shí)，甚至增大阻力，影響下沉。8.2.3沉井的結(jié)構(gòu)計(jì)算p沉井結(jié)構(gòu)在施工階段必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以保證沉井能穩(wěn)定、可靠地下沉到擬定的設(shè)計(jì)標(biāo)高。p待沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高，全部結(jié)構(gòu)澆筑完畢并正式交付使用后，結(jié)構(gòu)的傳力體系、荷載和受力狀態(tài)均與沉井在施工下沉階段很不相同。因此，應(yīng)保證沉井結(jié)構(gòu)在這兩階段中均有足夠的安全度。沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要環(huán)節(jié)可大致歸納如下(一) 沉井建筑平面布置的確定；(二) 沉井主要尺寸的確定和下沉系數(shù)的驗(yàn)算。1參考已建類似的沉井結(jié)構(gòu)，初定沉井的幾個(gè)主

14、要尺寸，如沉井平面尺寸、沉井高度、井孔尺寸及井壁厚度等，并估算下沉系數(shù)，以控制沉速；2估算沉井的抗浮系數(shù)，以控制底板的厚度等。(三) 施工階段強(qiáng)度計(jì)算1井壁板的內(nèi)力計(jì)算；2刃腳的撓曲計(jì)算；3底橫梁、頂橫梁的內(nèi)力計(jì)算，4其它。(四) 使用階段的強(qiáng)度計(jì)算(包括承受動(dòng)裁)1按封閉框架(水平方向的或垂直方向的)或圓池結(jié)構(gòu)來(lái)計(jì)算井壁并配筋；2頂板及底板的內(nèi)力計(jì)算及配筋。一、沉井下沉系數(shù)的確定 下沉系數(shù)式中G沉井在施工階段的自重(kN)應(yīng)包括井壁和上、下橫粱和隔墻的重量以及施工時(shí)臨時(shí)鋼封門(mén)等的重量。當(dāng)采用不排水下沉?xí)r，尚應(yīng)考慮水的浮力使井重減輕的影響。Rr刃腳踏面下正面阻力的總和(kN)，如沉井有隔墻、底

15、橫梁，其正面阻力均應(yīng)計(jì)入，刃腳踏面上每單位面積所受的阻力，視土質(zhì)情況而異，詳見(jiàn)表81。一般在踏面處作均勻分布，在斜面處，可按三角形分布計(jì)算。Rj沉井井壁與土壤間的總摩擦力(kN)， 1r1.101.25jGKRR00fRfF1 122012f.nnnhf hf hfhhh土壤類型土對(duì)單位井壁的面積摩擦力（kN/m2）刃 腳 下 土 壤 單 位 面 積 阻 力（kN/m2）土壤密度小含水量多土壤密度大含水量小土壤軟弱含水量多土壤緊實(shí)含水量少沙性土1225粘性土12.52550100200350500泥漿套35p 根據(jù)上海地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，在缺乏可靠實(shí)測(cè)資料時(shí)，對(duì)于井深80m以內(nèi)的沉井，其側(cè)面摩擦力值f0

16、幾乎都取1520kN/m2。后者適于沉入深度20m以內(nèi)的粘土、亞鉆土中的沉井。p 在實(shí)際工作中，井壁摩擦力的分布形式，有許多不同的假定。p 一種是假定在深度05m范圍內(nèi)單位面積摩擦力按三角形分布，5m以下為常數(shù)，總摩阻力p 一種是取入土全深范圍內(nèi)為常數(shù)的假定00002.5JRfFFU h-0hhh-50h0n21hhhh0f0f0n21ffff55f)e)d)c)b)a)2042h tgtg42nnnnhtgtg00FUp 另一種假定認(rèn)為摩擦力不僅與土的種類有關(guān)，還與土的埋藏深度有關(guān)。采用了摩擦力等于朗金主動(dòng)土壓力與土和井壁間的摩擦系數(shù)之乘積(一般取極限摩擦系數(shù)為0.40.5)。側(cè)面摩擦力將是

17、隨著深度而增加的梯形分布，或近似于三角形分布。p 對(duì)于小型薄壁階梯形井壁的圓形沉井，它的側(cè)面摩擦力亦有多種不同的取法，上海地區(qū)采用圖8-7e、f所示的假定。p 側(cè)面單位摩擦力的量值及分布規(guī)律還遠(yuǎn)未了解清楚,例如在上海從實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)多數(shù)輕型沉井的下沉系數(shù)小于l，一般在0.650.9之間，多數(shù)在0.70.8，僅個(gè)別大于1.0。在施工中，除了個(gè)別沉井需要壓重外(主要原因施工中途停頓或由排水下沉改為不排水下沉)一般都能下沉到預(yù)定標(biāo)高。近年來(lái)在工程實(shí)踐中亦逐漸采用直接測(cè)量或間接測(cè)量摩擦力的方法，對(duì)摩擦力的大小、分布規(guī)律作進(jìn)一步研究。p實(shí)際上沉井的沉降系數(shù)K1在整個(gè)下沉過(guò)程中，不會(huì)是常數(shù)，有時(shí)可能大于1.0

18、，有時(shí)接近于1.0，有時(shí)會(huì)等于1.0。如開(kāi)始下沉?xí)rK1必大于1.0，在沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)K1應(yīng)近于1.0，一般保持在K11.101.25左右。p在分節(jié)澆筑分節(jié)下沉?xí)r，應(yīng)在下節(jié)沉井混凝土澆筑完畢而還未開(kāi)始下沉?xí)r，保持K1l，并具有一定的安全系數(shù)。二、沉井抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算p 沉井沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，即著手進(jìn)行封底工作，鋪設(shè)墊層并澆筑鋼筋混凝土底板，由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)和頂蓋等還未施工，此時(shí)整個(gè)沉井向下荷載為最小。待到內(nèi)部結(jié)構(gòu)，設(shè)備安裝及頂蓋施工完畢，所需時(shí)間可能很長(zhǎng)，而底板下的水壓力能逐漸增長(zhǎng)到靜力水頭，會(huì)對(duì)沉井發(fā)生最大的浮力作用。p抗浮系數(shù)p 抗浮系數(shù) 的大小可由底板的厚度來(lái)調(diào)整。p 對(duì)于浮力的取值，歷來(lái)是有爭(zhēng)論的

19、問(wèn)題之一。實(shí)踐證明，在江河之中或沿岸施工的沉井，或是埋置于滲透性很大的砂土內(nèi)的沉井，其水浮力即等于靜力水頭。在粘性土中，尚缺乏較好的驗(yàn)證。p 關(guān)于井壁側(cè)面摩擦力在抗浮時(shí)能否發(fā)揮作用。有的認(rèn)為抗浮計(jì)算時(shí)該摩擦力不能計(jì)入，只能作為附加的安全度來(lái)考慮。21.051.1jGRKQ通過(guò)大量調(diào)查，已建的各種沉井一般都沒(méi)有上浮現(xiàn)象。說(shuō)明沉井上浮時(shí)土的極限摩擦力很大，而一般設(shè)計(jì)估用的數(shù)值往往偏小，因此在驗(yàn)算上浮穩(wěn)定時(shí)以計(jì)入井壁摩擦力為合理；在粘性土中，因它的滲透系數(shù)很小，地下水補(bǔ)給非常緩慢，沉井的浮升也必然極為緩慢，在發(fā)生明顯浮升之前，內(nèi)部結(jié)構(gòu)、設(shè)備、頂蓋等重量已經(jīng)作用上去，故不再存在浮升問(wèn)題。措施：在施工階

20、段設(shè)置臨時(shí)倒濾層和集水井，抽去地下水，以消除地下水的浮托力；或在施工階段降低地下水位。一般要求使用期間的抗浮系數(shù)1.20三、刃腳計(jì)算p井壁刃腳部分在下沉過(guò)程中經(jīng)常切入土內(nèi)，形成一懸臀作用，因此必須驗(yàn)算刃腳部分向外和向內(nèi)撓曲的懸臂狀態(tài)受力情況，并據(jù)此進(jìn)行刃腳內(nèi)側(cè)和外側(cè)豎向鋼筋和水平鋼筋的配筋計(jì)算。p第一種情況，刃腳向外撓曲的計(jì)算(配置內(nèi)側(cè)豎直鋼筋)計(jì)算步驟如下：p計(jì)算井壁自重G沿井壁周長(zhǎng)單位寬度上的沉井自重(按全井高度計(jì)算)，不排水挖土?xí)r應(yīng)扣除浸入水中部分的浮力；p計(jì)算刃腳自重g按下式計(jì)算；p計(jì)算刃腳上的水、土壓力E主動(dòng)土壓力可按朗金理論計(jì)算p在計(jì)算刃腳向外撓曲時(shí)，作用在刃腳外側(cè)的計(jì)算土壓力和水

21、壓力的總和應(yīng)不超過(guò)靜水壓力的70，否則就按70的靜水壓力計(jì)算。2kagh混凝土2tan452kEhp 計(jì)算刃腳上的土對(duì)井壁的摩擦力p 計(jì)算刃腳下土的反力 ，即踏面上土反力V1和斜面上土反力R，假定其作用方向與斜面法線成角(即摩擦角，按1020估用，有時(shí)也可取到30)。并將R分解成豎直的和水平的兩個(gè)分力 和U(均假定為三角形分布)。p 根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)可知，在刃腳向外撓曲時(shí)，起主要因素作用的是刃腳下土壤的正面阻力，即 V1、V2 和U的大小，而土壓力 、側(cè)面摩擦力 和刃腳自重g三者在計(jì)算中所占的比重很小，實(shí)用上可忽略不計(jì)，其結(jié)果則稍偏安全。p 確定刃腳內(nèi)側(cè)豎直鋼筋p 按以上所求得作用在刃腳上的各

22、個(gè)外力的大小、方向和作用點(diǎn)后，即可求對(duì)刃腳根部m-n截面上的軸向力N、剪力Q以及對(duì)截面中心O點(diǎn)的力矩M。然后根據(jù)M、Q、N的大小計(jì)算刃腳內(nèi)側(cè)的豎直鋼筋。鋼筋面積不得小于根部總截面的0.10.15。并伸入懸臂根部以上足夠的錨固長(zhǎng)度。22TEhkk2h33b+2ajR21VVa/2aUGQRnmGNMOgbcamb)a)第二種情況，刃腳向內(nèi)撓曲，配置外側(cè)豎直鋼筋。p 當(dāng)沉井沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高，為利于下沉，刃腳下的土常被掏空或部分掏空，井壁傳遞的自重全部由壁外土壤摩擦力承擔(dān)，而此時(shí)井壁外側(cè)作用最大的水、土壓力，使刃腳產(chǎn)生最大的向內(nèi)撓曲。p 刃腳自重g和刃腳外側(cè)可忽略不計(jì)。起決定性作用的是刃腳外側(cè)的水土壓力

23、W及E。PEWPobahc)a)1hh0TG刃腳被掏空nmII下沉道接近設(shè)計(jì)位置b)PPEWgMNQnmEWp水壓力W可按下列情況計(jì)算不排水下沉?xí)r，井壁外側(cè)水壓力值按100計(jì)算，內(nèi)側(cè)水壓力值一般按50計(jì)算，但也可按施工中可能出現(xiàn)的水頭差計(jì)算；排水下沉?xí)r，在不透水的土中，可按靜水壓力的70計(jì)算，在透水土中，可按靜水壓力的100計(jì)算。p水土壓力求出后即可求得根部m-n截面處的彎矩M和剪力Q、軸力N。p如井壁刃腳附近設(shè)有槽口，當(dāng)h125cm時(shí)，驗(yàn)算截面定在m-n線上，如h125cm時(shí)，驗(yàn)算截面定在I-I截面。四、施工階段井壁計(jì)算p須按沉井在施工過(guò)程中的傳力體系合理確定其計(jì)算圖式，隨后配置水平和豎直方

24、向的兩種鋼筋。p由于沉井型狀各異，施工的具體技術(shù)措施亦不盡相同，因此應(yīng)按其具體情況作出分析與判斷。PP121P2P(M)圖(Q)圖LBCL =0.7L2L =0.15L1L =0.15L1定位墊木端井壁橫梁qa)b)沉井在豎直平面內(nèi)的受彎計(jì)算沉井抽承墊木計(jì)算p根據(jù)不同的支承情況，對(duì)井壁作抗裂和強(qiáng)度驗(yàn)算。沉井支承在兩點(diǎn)“定位墊木”上時(shí)沉井支承在三支點(diǎn)上時(shí)抽承墊木的順序多數(shù)是：先抽四角，再抽跨中，并不斷擴(kuò)大抽拆范圍，最后抽除定位墊木。由于早先回塞的砂子在后來(lái)的墊木抽完以后被一再壓實(shí)，逐漸變成了支承點(diǎn)。因而形成了三支點(diǎn)的兩跨連續(xù)梁。對(duì)于圓形沉井一般按支承于相互垂直的直徑方向的四個(gè)支點(diǎn)驗(yàn)算。將圓形沉井

25、井壁看作是連續(xù)水平的圓環(huán)梁，在均布荷載q（沉井自重）作用下可按表84查得其剪力、彎矩和扭矩。a)b)1L/2L/2q 沉井自重PP121P2Pq 計(jì)算圓環(huán)梁的內(nèi)力系數(shù)表 表 8-1 圓環(huán)梁支柱數(shù) 最大剪力 彎 矩 最 大 扭 矩 支柱軸線與最大扭矩截面之間的中心 角 在兩支柱見(jiàn)的跨中 支 柱 上 4 04R q 200.03524 q R 200.06430 q R 200.01060 q R 19 21 6 06R q 200.01500q R 200.02964 q R 200.00302q R 12 44 8 08R q 200.00832 q R 200.01654 q R 200.0

26、0126q R 9 33 12 012R q 200.00380q R 200.00730q R 200.00036 q R 6 21 井壁垂直受拉計(jì)算井壁豎直鋼筋驗(yàn)算p 沉井偏斜之后，必須及時(shí)糾偏，此時(shí)產(chǎn)生了縱向彎曲并使井壁受到垂直方向拉力，在設(shè)計(jì)時(shí)一般假定沉井下沉將達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，上部井壁被土夾住，而刃腳下的土已全部掏空，形成“吊空”現(xiàn)象，并按此“吊空”現(xiàn)象來(lái)驗(yàn)算井壁的抗裂性或受拉強(qiáng)度。p 上海地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范和交通部頒布的公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范等規(guī)范規(guī)定井壁斷面上最大拉力為25的井重（即四分之一井重），拉斷位置在沉井的二分之一高度處。而日本規(guī)定為50井重，蘇聯(lián)采用的規(guī)范規(guī)定為65井重。井壁垂直受

27、拉計(jì)算井壁豎直鋼筋驗(yàn)算p 對(duì)變截面的井壁，每段井壁都應(yīng)進(jìn)行拉力計(jì)算。p 對(duì)采用泥漿潤(rùn)滑套下沉的沉井，雖然沉井在泥漿套內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)箍住“吊空”現(xiàn)象，但糾偏時(shí)的縱向彎矩，也仍會(huì)產(chǎn)生，只在程度上大為減小，此時(shí)仍應(yīng)設(shè)置縱筋，一般可按全斷面之0.25配置。在水土壓力作用下的井壁計(jì)算井壁水平鋼筋計(jì)算p 水土壓力求得后，應(yīng)沿井的高度方向分段進(jìn)行井壁計(jì)算。p 當(dāng)沉井沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高，刃腳下的土已掏空，此時(shí)井壁承受最大的水土壓力。一般砂性土采用水、土分算，粘性土采用水土合算，并采用三角形直線分布。p 在日本土壓力按靜止土壓力計(jì)算，假定在深度15m以上按三角形直線分布，15m以下土壓作為常量，不隨深度增加。B1取 B井

28、底設(shè)計(jì)標(biāo)高d22d1dd1112Q1兩端鉸接橫隔墻沉井刃腳懸臂梁在水土壓力作用下的井壁計(jì)算井壁水平鋼筋計(jì)算a)b)c)d)abcd橫梁圈梁井壁水平剖面豎向剖面2hh1無(wú)橫隔墻的沉井結(jié)構(gòu)無(wú)橫隔墻的沉井結(jié)構(gòu)L2/h1.5h/L1或L2/h 1.5h/L11.5（一）沉井底板計(jì)算 作用在沉井的底板上荷載 qP-g 式中 P底板下最大的靜水壓力(kN/m2)； g底板自重(kN/m2)。 底板的計(jì)算圖式可根據(jù)底板兩側(cè)井壁和底橫粱上的支承情況確定：可按單向板或雙向板計(jì)算內(nèi)力并配筋。 e底板凈跨度-P g+MM-Q-MQ靜水壓力P地板自重g（二）沉井底梁計(jì)算p 作用在底橫梁上的反力可按下式計(jì)算p 底橫梁與

29、井壁的聯(lián)結(jié)介于固端與鉸支之間，此時(shí)底橫梁跨中的彎矩系數(shù)可取用1/16，支點(diǎn)處的彎矩系數(shù)取用+1/16。qq bqkN m梁梁+116+161161116+2端中2161端+21五、水下封底混凝土厚度的確定p 如果排水下沉的沉井，其基底適處于不透水的粘土層中或基底雖有涌水、翻砂，但數(shù)量不大時(shí)，應(yīng)力爭(zhēng)采用干封底。p 保證封底混凝土的質(zhì)量，并減小封底混凝土的厚度。p 根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)一般可取0.61.2m不等。五、水下封底混凝土厚度的確定p 只有水文地質(zhì)條件極為不利時(shí)才采用水下混凝土封底，又稱濕封底。p 如位于江中、江邊的沉井工程，在下沉過(guò)程中常要采取不排水下沉；p 在地層極不穩(wěn)定時(shí)，為防止流沙，涌泥、

30、突沉、超沉以及傾側(cè)歪斜，也需要采用灌水下沉。p 有時(shí)即使沉井停在不透水粘土層，但其厚度不足以抵抗地下水的“頂破”(涌水)作用，即由底層含水砂層中的地下水壓力所引起的破壞，以致產(chǎn)生沉井施工中非常嚴(yán)重的事故，則亦須采用水下封底的辦法。Hha)b)DCHDCHp 當(dāng) 粘土層厚度H足夠，不會(huì)發(fā)生“頂破”；p 當(dāng) 則會(huì)發(fā)生“頂破”，此時(shí)井孔中灌水高度必須滿足p 即井內(nèi)外的水位差，決不能超過(guò)A HCUHADA HCUHADAHAHCUHADmaxCUAhp 水下封底混凝土的厚度，應(yīng)根據(jù)抗浮和強(qiáng)度兩個(gè)條件確定 (1)按抗浮條件 沉井封底抽水后，在底面最大水浮力的作用下，沉井結(jié)構(gòu)是否會(huì)上浮，用抗浮系數(shù)來(lái)衡量井

31、的穩(wěn)定性，并進(jìn)行最小封底混凝土厚度計(jì)算，此時(shí)井內(nèi)水已抽干，井內(nèi)水重不能再計(jì)入，且要保證足夠的抗浮系數(shù)。(2)按封底素混凝土的強(qiáng)度條件來(lái)決定封底，將井內(nèi)水抽干，在尚未做鋼筋混凝土底板以前，封底混凝土將受到可能產(chǎn)生的最大水壓作用，其向上荷載值即為地下水頭高度(浮力)減去封底混凝土重量。封底混凝土作為一塊素混凝土板除驗(yàn)算承受水浮力產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力外，還應(yīng)驗(yàn)算沿刃腳斜面高度截面上產(chǎn)生的剪應(yīng)力剪切面封頂混凝土h8.3沉箱結(jié)構(gòu) 指壓氣沉箱結(jié)構(gòu) 茶杯 壓縮空氣 P a2= P w1 =1.0kN/m3（d-d） Pa2=Pw2 =Pa1+Pw2 =1.0kN/m3d 將茶杯放在水面上，下沉 到 d 時(shí)茶杯內(nèi)的空氣被壓 縮，水進(jìn)入茶杯維持 Pa2Pw1 向茶杯內(nèi)送入壓縮