沉井基礎(chǔ)基礎(chǔ)工程

1、土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）1 第四章 沉井基礎(chǔ) 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）2 內(nèi)容提要 41概述 42沉井基礎(chǔ)的類型和構(gòu)造 43沉井的施工 44沉井基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）3 41概述 一、什么是沉井基礎(chǔ) 二、沉井基礎(chǔ)的特點(diǎn) 三、沉井工法進(jìn)展 四、沉井基礎(chǔ)的適用范圍 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）4 一、什么是沉井基礎(chǔ) （a） （b） 沉井基礎(chǔ)是由上、下開口的井筒狀結(jié)構(gòu)物下沉至設(shè)計(jì)高程所 形成的基礎(chǔ)。其主要施工方式是采用人工或機(jī)械方法清除井內(nèi)土 石，利用其自重和其它輔助下沉方式逐節(jié)下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高，在澆 筑混凝土封底以后可形成沉井基礎(chǔ)。 土木工程學(xué)院巖土工

2、程系（張俊云）5 江陰長(zhǎng)江公路大橋沉井基礎(chǔ)（19941999年） 我國(guó)首座跨徑超千米（1385m）的特大型鋼箱梁懸索橋 梁，也是20世紀(jì)“中國(guó)第一、世界第四”大鋼箱梁懸索橋。 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）6 北岸 南岸 大橋的南北兩個(gè)錨錠要一起 “拉住”大橋主纜，主纜拉力為 6.4萬(wàn)噸，而北錨錠處在沖積平原 上，采用了當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)平面尺寸最 大的沉井基礎(chǔ)，沉井平面尺寸為 69m長(zhǎng)、51m寬，面積足有10個(gè) 籃球場(chǎng)大，埋深58m。 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）7 南京長(zhǎng)江大橋沉井基礎(chǔ)（19601968年） 第一座由新中國(guó)自主設(shè)計(jì)建造的雙層雙線公鐵兩用橋，曾 以“最長(zhǎng)的公鐵兩用橋”載入吉尼斯世

3、界紀(jì)錄大全。 9個(gè)橋 墩基礎(chǔ)分別采用重型混凝土沉井、鋼沉井圍堰管柱、浮式鋼筋 混凝土沉井、鋼板樁圍堰管柱等基礎(chǔ)。 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）8 （1）位于淺水面覆蓋層深厚墩址處，采用重型混凝土沉井， 穿越深度達(dá)54.87m，在國(guó)內(nèi)首創(chuàng)記錄； （2）在基巖好而覆蓋層較厚墩位處，選用鋼板樁圍堰管柱 基礎(chǔ)；并首次采用大直徑3.6m先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管柱； （3）在基巖較好，覆蓋層較厚，但水位甚深的墩位處，采 用首創(chuàng)的浮式鋼沉井加管柱的復(fù)合基礎(chǔ)； （4）在水深、覆蓋層厚，但基巖強(qiáng)度較低的墩位處，采用 浮式鋼筋混凝土沉井，上部為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，下部為鋼與鋼 筋混凝土組合結(jié)構(gòu)。 利用鋼氣筒充、泄氣來(lái)

4、浮托糾編，清基 潛水作業(yè)深達(dá)65m。 南京長(zhǎng)江大橋基礎(chǔ)型式 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）9 浮式鋼沉井加管柱浮式鋼筋混凝土沉井 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）10 主跨1991m，為目前世界上跨度最大的懸索橋，最大施 工水深60m，兩主塔分別采用直徑80m高70m和78m67m 的浮式鋼殼沉井，壁厚12m，分為16個(gè)艙，是目前規(guī)模最大 的橋梁沉井基礎(chǔ)。 日本明石海峽大橋（19881998） 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）11 二、沉井基礎(chǔ)的特點(diǎn) （1）整體剛度大、承載力高、抗震性好，且內(nèi)部空間 可以利用； （2）埋置深度大，如日本采用壁外噴射高壓空氣施工 的沉井基礎(chǔ)的下沉深度超過了20

5、0m； （3）適用土質(zhì)范圍廣（淤泥土、砂土、黏土、巖層等 均可施工）； （4）施工給周圍地層造成的變位小，故對(duì)鄰近建筑物 的影響小，較適于近接施工； （5）沉井本身可兼做圍護(hù)結(jié)構(gòu)，且施工階段不需對(duì)地 基進(jìn)行特殊處理，既安全又經(jīng)濟(jì)。 優(yōu)點(diǎn) 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）12 缺點(diǎn) （1）施工期較長(zhǎng)； （2）對(duì)粉細(xì)砂類土在井內(nèi)抽水易發(fā)生流砂現(xiàn)象，造 成沉井傾斜； （3）沉井下沉過程中遇到的大孤石、樹干或井底巖 層表面傾斜過大，均會(huì)給施工帶來(lái)一定困難。 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）13 三、沉井工法進(jìn)展 （1）工法于18世紀(jì)在法國(guó)和英國(guó)的造橋工程中得以應(yīng)用，井 筒的材料為磚、石、木。 （2）1

6、9世紀(jì)后半葉，歐美開始使用鋼筋混凝土制作井筒。這 一時(shí)期的最大沉井工程實(shí)例當(dāng)屬1890年竣工的倫敦塔橋中支承 塔的兩座巨大沉井橋墩基礎(chǔ)工程。 （3）日本在1913年首例鋼筋混凝土沉井成功構(gòu)筑，此后相當(dāng) 一段時(shí)間內(nèi)多為鋼筋混凝土純自沉沉井工法。 （4）為解決沉井難以下沉、傾斜、偏心等問題，相繼開發(fā)了 射氣、射水、加泥漿套等一系列助沉措施。1965年日本首先完 成了地錨反力壓沉沉井工法實(shí)例，使難沉、傾斜、偏心等問題 基本得到解決。 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）14 倫敦塔橋 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）15 （5）自20世紀(jì)50年代起，我國(guó)已將沉井技術(shù)應(yīng)用于各項(xiàng)工程 中，從橋墩基礎(chǔ)到江邊取

7、水泵房，從地下廠房（如上海高橋熱 電廠，直徑60m，1971年）到煤礦豎井（如大屯煤礦主井，80m 深，1970年）。最大沉井面積達(dá)到3500m2（江陰長(zhǎng)江大橋北錨 錠沉井，長(zhǎng)69m、寬51m、高58m，1996年）。各項(xiàng)新型施工技 術(shù)被開發(fā)研制并應(yīng)用于實(shí)際工程中，從最早19461963年間利用 噴射壓縮空氣和觸變泥漿下沉，到江陰長(zhǎng)江大橋北錨沉井噴射 高壓空氣減阻法下沉，以及振動(dòng)法下沉技術(shù)等。 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）16 四、沉井基礎(chǔ)的適用范圍 沉井基礎(chǔ)廣泛應(yīng)用于橋梁基礎(chǔ)、高層建筑基礎(chǔ)、地下構(gòu) 筑物基礎(chǔ)、隧道及采礦業(yè)豎井等，一般在下列情況可考慮采 用沉井基礎(chǔ)： （1）上部荷載較大，擴(kuò)

8、大基礎(chǔ)開挖工作量大支撐困難，采 用沉井基礎(chǔ)經(jīng)濟(jì)上較為合理； （2）河水較深，采用擴(kuò)大基礎(chǔ)施工圍堰制作有困難； （3）山區(qū)河流，沖刷大/有較大卵石不便樁基礎(chǔ)施工。 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）17 42沉井基礎(chǔ)的類型和構(gòu)造 一、沉井基礎(chǔ)的類型 二、一般沉井的構(gòu)造 三、浮運(yùn)沉井的構(gòu)造 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）18 u 按施工方法分類 一般沉井：直接在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的位置上制造，然后 挖土下沉的沉井。當(dāng)基礎(chǔ)位于水中而水深不大時(shí)，也 可先人工筑島，再在島上修筑沉井并下沉到位。 一、沉井基礎(chǔ)的類型 浮運(yùn)沉井：先在岸邊制造，再浮運(yùn)就位下沉的沉 井。通常在深水地區(qū)（如水深大于10m），或水流流 速大，

9、或有通航要求，人工筑島困難或不經(jīng)濟(jì)時(shí)，可 采用浮運(yùn)沉井。 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）19 u 按形狀分類 按平面形狀分 矩形 圓端形圓形 按立面形狀分 柱形：構(gòu)造簡(jiǎn)單，挖土較均勻，井壁接 長(zhǎng)較簡(jiǎn)單，模板可重復(fù)使用 階梯形：除底節(jié)外，其他各節(jié)井壁與土的 摩擦力較小，但施工較復(fù)雜，消耗模板多 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）20 混凝土沉井 鋼筋混凝土沉井 鋼殼沉井 u 按建筑材料的分類 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）21 二、 一般沉井的構(gòu)造 （1）井壁 （2）刃腳 （3）隔墻 （4）井孔 （5）凹槽 （6）射水管組 （7）封底 （8）頂板 1 4 6 5 2 7 8 3 土木工程學(xué)院巖

10、土工程系（張俊云）22 （1）井壁：沉井的主體， 在沉井的下沉過程中起擋土、 擋水及利用本身自重下沉的作 用，在施工完畢后，井壁又成 為傳遞上部荷載的基礎(chǔ)或基礎(chǔ) 的一部分。井壁必須具有足夠 的強(qiáng)度和一定的厚度，并應(yīng)根 據(jù)施工過程中的受力情況配置 豎向及水平向鋼筋。沉井的壁 厚一般可取為0.801.50m，最 薄不宜小于0.4m，混凝土的強(qiáng) 度等級(jí)不低于C15。 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）23 （2）刃腳：刃腳是井壁下端較尖 利的部分，其作用是利于沉井切土 下沉。在松軟的地層中下沉?xí)r，刃 腳底面可做成平面（稱踏面），其 寬度一般為0.10.2m，土質(zhì)很軟時(shí)可 適當(dāng)放寬。若下沉深度大，土質(zhì)較

11、 硬，刃腳底面應(yīng)以型鋼（角鋼或槽 鋼）加強(qiáng)，以防刃腳損壞。刃腳內(nèi) 側(cè)斜面與水平面夾角不宜小于45。 刃腳高度根據(jù)井壁厚度和方便抽除 墊木的需要而定，一般大于1.0m， 混凝土的強(qiáng)度等級(jí)宜大于C20。 45 0 .1 5 m 0 .5 m 0.5m 0 .8 - 1 .5 m 角 鋼 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）24 （3）內(nèi)隔墻：隔墻的作用是 將沉井空腔分隔成多個(gè)井孔， 便于控制挖土下沉并增加沉井 剛度，還可減小井壁的橫向撓 曲應(yīng)力。隔墻的厚度一般小于 井壁，通?？扇?.51.0m。隔 墻底面應(yīng)高出刃腳根部0.5m以 上，避免被土擱住而妨礙下沉。 如采用人工挖土，還應(yīng)在隔墻 下端設(shè)置過人

12、孔，以便工作人 員在井孔間往來(lái)。 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）25 （4）井孔：井孔是挖土和運(yùn)土的 工作場(chǎng)所和通道。其尺寸應(yīng)滿足施 工要求，最小邊長(zhǎng)不宜小于3m。井 孔應(yīng)對(duì)稱布置，以便對(duì)稱挖土，保 證沉井能均勻下沉。 （5）凹槽：凹槽位于刃腳內(nèi)側(cè)的 上方，高度通常取1.0m，深度一般為 150300mm。凹槽的作用是使井壁與 封底混凝土很好地結(jié)合，使沉井底面 的地基反力更好地傳給井壁。 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）26 （6）射水管：壓入高壓水 把井壁四周的土沖松，以減少 摩擦力和端部阻力。一般水壓 不小于600kPa。 （7）封底 ：防止地下水滲 入井內(nèi)，澆注的混凝土底板。 混凝土的

13、強(qiáng)度等級(jí)一般不低于 C15。 （8）頂板：鋼筋混凝土， 頂蓋達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方可砌筑墩、 臺(tái)及其它結(jié)構(gòu)。 1 4 6 5 2 7 8 3 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）27 三、浮運(yùn)沉井的構(gòu)造 u不帶氣筒的浮運(yùn)沉井 不帶氣筒的浮式沉井適應(yīng)于水深較淺、流速不大、河床 較平、沖刷較小的自然條件。一般在岸邊制造，通過滑道拖 拉下水，浮運(yùn)到墩位，再接高下沉到河床。這種沉井可用鋼、 木、鋼筋混凝土、鋼絲網(wǎng)及水泥等材料組合。 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）28 單壁鋼殼 鋼氣筒底 雙壁鋼沉 井底節(jié) 鋼氣筒 探測(cè)管 豎向框架 內(nèi)井壁板 隔板 外井壁板 底板 豎直框架 外井壁板 井孔 內(nèi)井壁板 隔板 單壁鋼殼

14、 鋼氣筒 探測(cè)管 水平圓環(huán) 外壁板 豎直肋骨角鋼 圓環(huán)外弦桿 圓環(huán)綴角 圓環(huán)內(nèi)弦桿 內(nèi)壁板 豎直肋骨角鋼 雙壁鋼殼細(xì)部結(jié)構(gòu) u帶鋼氣筒的浮運(yùn)沉井 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）29 帶鋼氣筒的浮運(yùn)沉井適用于水深流急的巨型沉井。它主 要由雙壁的沉井底節(jié)、單壁鋼殼、鋼氣筒等組成。雙壁鋼沉 井底節(jié)是一個(gè)可以自浮于水中的殼體結(jié)構(gòu)；底節(jié)能上能下的 井壁采用單壁鋼殼，它一般由6mm厚的鋼板及若干豎向肋骨 角鋼構(gòu)成，并以水平圓環(huán)作承受壁外水壓時(shí)的支撐，鋼殼沿 高度可分為幾節(jié)，在接高時(shí)拼焊，單壁鋼殼既是防水結(jié)構(gòu)， 又是接高時(shí)灌注沉井外圈混凝土的模板一部分；鋼氣筒是沉 井內(nèi)部的防水結(jié)構(gòu)，它依據(jù)壓縮空氣排開氣筒

15、內(nèi)水提供浮式 沉井在接高過程中所需的浮力。同時(shí)在懸浮下沉中可以通過 在氣筒充氣或放氣及不同氣筒內(nèi)的氣壓調(diào)節(jié)使沉井可以上浮、 下沉及調(diào)正偏斜，落入河床后如偏移過大，還可將氣筒全部 充氣，使沉井重新浮起，重新定位下沉。 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）30 雙壁鋼殼底節(jié)浮式沉井，是近年來(lái)橋梁工程中廣泛應(yīng) 用的沉井基礎(chǔ)，特別是在深水流急的河段。它可在工廠分 段制做，現(xiàn)場(chǎng)拼裝成型，下水浮運(yùn)到位下沉。 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）31 43沉井的施工 一、一般沉井的施工過程 二、沉井施工的技術(shù)特點(diǎn)及注意問題 三、沉井下沉常見問題及處理方法 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）32 （a）制作第一節(jié)沉井；

16、（b）抽墊挖土下沉；（c）沉井接高下沉；（d）封底 一、一般沉井的施工過程 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）33 大型沉井下沉施工中的照片 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）34 刃腳下木墊板 橋中線 -剖面 -剖面 枕木 墊木布置實(shí)例 一般沉井施工具體步驟 首節(jié)沉井制作 （1）清整場(chǎng)地 （2）制作第一節(jié)沉井 在刃腳處對(duì)稱地鋪滿墊木 ，然后立內(nèi)模，綁扎鋼筋， 再立外模并澆筑第一節(jié)沉井。 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）35 （3）拆模及抽墊 拆模順序：井孔模板、外側(cè)模板、隔墻支撐及模板、 刃腳面支撐及模板。 抽墊順序：內(nèi)壁、短邊及長(zhǎng)邊下對(duì)稱同步。長(zhǎng)邊下隔 1根撤1根，最后以定位樁為中心由遠(yuǎn)而近對(duì)

17、稱撤除。 （4）挖土下沉 排水挖土下沉：當(dāng)沉井穿過的土層較穩(wěn)定，不會(huì)因排 水而產(chǎn)生大量流砂時(shí)，可采用排水挖土下沉。 不排水挖土下沉：當(dāng)上層不穩(wěn)定、地下水涌水量很大， 為防止因內(nèi)排水而產(chǎn)生流砂等不利現(xiàn)象，需用不排水挖土 下沉。 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）36 （5）接高沉井 當(dāng)?shù)谝还?jié)沉井下沉至一定深度（井頂露出地面不小于0.5m， 或露出水面不小于1.5m）時(shí)應(yīng)停止挖土并接筑下節(jié)沉井。 第二節(jié)沉井的制作 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）37 （6）設(shè)置井頂防水圍堰 若沉井頂面低于地面或水面，應(yīng)在井頂接筑臨時(shí)性防 水圍堰，圍堰的平面尺寸略小于沉井的外圍尺寸，其下端 與井頂上的預(yù)埋件相連 （7

18、）基底檢驗(yàn)和處理 沉井沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，應(yīng)檢驗(yàn)基底地質(zhì)情況是否與設(shè) 計(jì)相符。排水下沉?xí)r可直接檢驗(yàn)；不排水下沉則應(yīng)進(jìn)行水 下檢驗(yàn)，必要時(shí)可用鉆機(jī)取樣進(jìn)行檢驗(yàn)。 當(dāng)基底達(dá)設(shè)計(jì)要求后，應(yīng)對(duì)地基進(jìn)行必要的處理。對(duì) 于砂土或粗粒土地基，一般可在井底鋪一層礫石或碎石至 刃腳底面以上200mm。對(duì)于巖石地基則應(yīng)鑿除風(fēng)化巖層， 若巖層傾斜，還應(yīng)鑿成階梯形。要確保將井底的浮土和軟 土等清除干凈，以利于封底混凝土與地基結(jié)合緊密。 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）38 （8）沉井封底 基底檢驗(yàn)合格后應(yīng)及時(shí)封底。排水下沉?xí)r，如滲水的 上升速度6mm/min可采用普通混凝土封底；否則宜用水 下混凝土封底。若沉井面積大，可

19、采用多導(dǎo)管先外后內(nèi)、 先低后高依次澆筑。封底一般為素混凝土，但必須與地基 緊密結(jié)合，不得存在有害的夾層、夾縫等。 （9）井孔填充和頂板澆筑 封底混凝土達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度后可排干井孔中的水并填充井 孔。如井孔中不填充或僅填礫石等散體材料，則井頂應(yīng)澆 筑鋼筋混凝土頂板以支承上部結(jié)構(gòu)，頂板的澆筑應(yīng)保持無(wú) 水施工。然后修建井上構(gòu)筑物，并隨后拆除臨時(shí)性的井頂 圍堰。 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）39 沉井施工流程 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）40 二、沉井施工技術(shù)特點(diǎn)及注意問題 （1）沉井在結(jié)構(gòu)制作階段只是施工過程的中間階段，不是 最后的穩(wěn)定狀態(tài)，這是與任何其他類型的工程結(jié)構(gòu)和建筑不同 的。有的沉井面積

20、達(dá)到數(shù)千平方米，數(shù)十米高，上千立方米混 凝土，重量上萬(wàn)噸，其尺寸及體量使任何工程技術(shù)人員不得不 把它當(dāng)成永久性的建筑結(jié)構(gòu)來(lái)考慮，施工方法又必須考慮制作 完成以后還要下沉的特點(diǎn)，有時(shí)候下沉和制作還要交替進(jìn)行。 （2）沉井從開始下沉直到封底完成之前，整個(gè)施工過程都 處于運(yùn)動(dòng)的不穩(wěn)定狀態(tài)之中，而影響運(yùn)動(dòng)的因素又十分復(fù)雜， 既有結(jié)構(gòu)本身的體型尺寸、重量、構(gòu)造特征因素，又有外部環(huán) 境的地形地貌、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件因素，還有施工作業(yè) 的方法措施、施工程序、控制手段等，這些因素綜合影響的結(jié) 果，決定了沉井能否順利下沉到預(yù)定的位置，進(jìn)行封底。 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）41 u設(shè)計(jì)必須考慮施工，成了

21、更加突出的原則； u施工過程的復(fù)雜性，決定了施工手段的多樣性； u施工外部條件的不確定性，使施工過程的監(jiān)測(cè)和 控制及應(yīng)變對(duì)策成為成功實(shí)施的關(guān)鍵。 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）42 u1井筒傾斜和偏移 u2刃腳下遇障礙物 u3井壁上的摩擦力過大 三、下沉?xí)r常見問題及處理方法 高壓射水：利用高壓水流的沖擊力沖松井筒四周的土層， 射水管路可以預(yù)埋在井壁內(nèi)，也可在下沉?xí)r插入井壁與土之 間。 泥漿套法：下沉?xí)r通過預(yù)埋的管路把特制的泥漿泵入井 壁與土層之間，在井筒四周形成泥漿套，使土層對(duì)井壁的磨 擦變成泥漿對(duì)井壁的摩擦，從而減小井壁上的摩擦力。 空氣幕法：下沉?xí)r向管路系統(tǒng)輸送壓縮空氣，高壓氣流 從氣龕

22、底的小孔噴出并沿井壁外表上升，在井筒周圍形成空 氣幕，同時(shí)借助于氣流的沖擊力使井筒周圍的土體松動(dòng)或液 化以達(dá)到減小摩擦力的目的。 泥 漿 套 壓 入 泥 漿 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）43 44沉井基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 一、設(shè)計(jì)流程 二、沉井尺寸的擬定 三、沉井在施工過程中的檢算 四、沉井在作用條件下的檢算 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）44 收集設(shè)計(jì)所需的資料 確定沉井尺寸 施工過程檢算 下沉能力檢 算 底節(jié)沉井豎 向撓曲檢算 刃腳受力檢 算 井壁受力檢 算 封底及底板 檢算 運(yùn)營(yíng)期檢算 基礎(chǔ)底面應(yīng) 力檢算 基礎(chǔ)側(cè)面水平 壓應(yīng)力檢算 墩臺(tái)頂面水平 位移檢算 最終確定沉井尺寸 繪制施工圖

23、結(jié)束 否 是 是 否 一、設(shè)計(jì)流程 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）45 二、沉井尺寸的擬定 u沉井的平面形狀和尺寸 u沉井的高度和分節(jié) u取土井孔的布置和大小 u井壁的厚度 u刃腳的形狀和尺寸 u封底混凝土和頂蓋的厚度 1 4 6 5 2 7 8 3 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）46 （1）沉井的平面形狀：常取決于上部結(jié)構(gòu)（或橋梁墩 臺(tái)）底部的形狀。對(duì)于矩形沉井，為方便下沉過程的控 制，矩形的長(zhǎng)短邊之比不宜大于3。若上部結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)寬比 較為接近，可采用方形或圓形沉井。 （2）沉井的頂面尺寸：為結(jié)構(gòu)物底部尺寸加上兩側(cè)的 襟邊寬度。沉井的襟邊寬度不宜小于0.2m，且應(yīng)大于沉 井全高的1/50，

24、浮運(yùn)沉井的襟邊寬度不宜小于0.4m，如沉 井頂面需設(shè)置圍堰，其襟邊寬度尚應(yīng)滿足圍堰的構(gòu)造需 要。此外還應(yīng)注意使上部建筑物的邊緣盡可能置于井壁 上或頂板的支承位置處。 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）47 （3）沉井的入土深度：須根據(jù)上部結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì) 條件及各土層的承載力等因素確定。 （4）沉井分節(jié)：入土深度較大的沉井應(yīng)分節(jié)制造和 下沉，每節(jié)的高度不宜大于5m；當(dāng)?shù)坠?jié)沉井在松軟土 層中下沉?xí)r，還不應(yīng)大于沉井寬度的0.8倍；若底節(jié)沉 井的高度和重量過大，將給制模、筑島時(shí)的島面處理 和抽除墊木等工作帶來(lái)困難。 （5）其他尺寸：如取土井孔的布置和大小、井壁的 厚度、刃腳的形狀和尺寸、封底混凝土和頂蓋

25、的厚度 等先根據(jù)前述的沉井構(gòu)造取值。 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）48 三、沉井在施工過程中的檢算 沉井的下沉能力驗(yàn)算 刃腳受力計(jì)算 井壁受力計(jì)算 底節(jié)沉井驗(yàn)算 混凝土封底及頂板計(jì)算 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）49 沉井的下沉能力驗(yàn)算 Q K R m (2.5) fE Ru hq m i i i ql q l Rr 主要為刃腳踏面的正面阻力，其 值等于刃腳踏面總面積與地基土極限承 載力之積。 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）50 例41某矩形沉井，長(zhǎng)20m，寬18m，高16m，井壁 厚度0.8m。設(shè)橫隔墻一道，寬18.4m，高13.5m，厚0.5m； 豎隔墻兩道，寬16.4m，高13

26、.5m，厚0.5m。刃腳踏面寬度 為0.2m。在黏性土中采取排水下沉干封底，試計(jì)算沉井下 沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高處的“下沉系數(shù)”。 隔墻 井壁 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）51 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）52 刃腳受力計(jì)算 1個(gè)三維問題轉(zhuǎn)為2個(gè)二維問題求解 根據(jù)懸臂梁及水平 框架兩者的變位關(guān) 系得各自的外力分 配系數(shù)： 4 1 44 k1 0.1 1.0 0.05 L hL 4 k 44 k2 0.1 0.05 h hL 刃腳受力 豎向受力（懸臂梁） 橫向受力（水平框架） 向外撓曲 向內(nèi)撓曲 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）53 wa e 1 T WE w a e 1 V 2 V V R a

27、b g Q M N U 1.0m hk 刃腳豎向受力分析 一般可取單位寬度井壁，將刃腳視為固定在井壁上 的懸臂梁，分別按刃腳向外撓曲和向內(nèi)撓曲兩種最不利 情況分析。 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）54 （1）向外撓曲 沉井下沉過程中，應(yīng)根據(jù)沉井接高等具體情況，取最不利位置， 按刃腳內(nèi)側(cè)切入土中1.0m，檢算刃腳向外撓曲強(qiáng)度。 其最不利位置可以這樣來(lái)分析：刃腳向外的彎矩由刃腳下土的 反力所產(chǎn)生，當(dāng)它比外側(cè)壓力產(chǎn)生的向內(nèi)的最大彎矩大時(shí)，就是最 不利位置。例如，對(duì)于分節(jié)澆注一次下沉的沉井一般就是剛開始下 沉，刃腳切入土中一定深度（取為1m）為最不利位置。而對(duì)于分節(jié) 澆注逐節(jié)下沉的沉井，當(dāng)整個(gè)沉井澆

28、筑完畢時(shí)，刃腳下的土的反力 無(wú)疑達(dá)到最大，但這時(shí)外側(cè)的土壓力和水壓力也已很大，兩者抵消 后，刃腳的向外彎矩不一定是最大。所以，這種情況下產(chǎn)生最大向 外彎矩的最不利位置可能是下沉過程中剛澆筑完某一節(jié)沉井開始繼 續(xù)下沉?xí)r。可根據(jù)具體的水文地質(zhì)情況和施工方法等選擇幾個(gè)情況 進(jìn)行比較分析，以求出刃腳的最大向外彎矩。 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）55 wa e 1 T WE w a e 1 V 2 V V R a b g Q M N U 1.0m hk 外側(cè)的土、水壓力合力(W+E) k 2 e we w pp WEh 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）56 wa e 1 T WE w a e 1 V

29、 2 V V R a b g Q M N U 1.0m hk 土的豎向反力R v0 RGT 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）57 wa e 1 T WE w a e 1 V 2 V V R a b g Q M N U 1.0m hk 土的豎向反力R的分解 1v 2 2 a VR ab 2v 2 b VR ab 2 tanUV 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）58 wa e 1 T WE w a e 1 V 2 V V R a b g Q M N U 1.0m hk 刃腳外側(cè)高度上的摩阻力T1 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）59 wa e 1 T WE w a e 1 V 2 V V R a

30、b g Q M N U 1.0m hk 刃腳單位寬度自重g kk 2 a gh 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）60 外側(cè)的土、水壓力合力 土的豎向反力 刃腳外側(cè)高度上的摩阻力 刃腳單位寬度自重 wa e 1 T WE w a e 1 V 2 V V R a b g Q M N U 1.0m hk 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）61 最不利位置是沉井已下沉至設(shè)計(jì)標(biāo) 高，刃腳下土體已挖除而尚未澆筑封底 混凝土，此時(shí)可將刃腳視為固定在井壁 上的懸臂梁。 1 （2）向內(nèi)撓曲 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）62 當(dāng)沉井下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高，刃 腳下土已挖除但未澆筑封底混凝 土?xí)r，刃腳所受水平壓力最大，

31、處于最不利狀態(tài)。此時(shí)可將刃腳 視為水平框架進(jìn)行計(jì)算。 作用于刃腳上的外力與計(jì)算 刃腳向內(nèi)撓曲時(shí)一樣，但所有水 平力應(yīng)乘以分配系數(shù)，以此求 得水平框架的控制內(nèi)力，再配置 刃腳所需的水平鋼筋。 2 1 16 ql M 2 2 ql N 1 2 ql Q 刃腳水平受力分析 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）63 2 2 x GxGx S hh max 4 G S 井壁受力計(jì)算 井壁豎向拉應(yīng)力驗(yàn)算 距刃腳底面x高度處的截面總拉力 0 dx dS x hx 2 1 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）64 當(dāng)沉井沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高， 刃腳下土已挖除而尚未封底 時(shí)，井壁承受的土、水壓力 為最大，此時(shí)應(yīng)按水平框架 分析內(nèi)力，驗(yàn)算井壁材料強(qiáng) 度，其計(jì)算方法與刃腳框架 計(jì)算相同。 1 m 1 m1 m 1 m 地 面 1 m ea 1 m 井壁水平受力計(jì)算 土木工程學(xué)院巖土工程系（張俊云）6565 底節(jié)沉井的豎向撓曲驗(yàn)算 排水挖土下沉 當(dāng)排水挖土下沉?xí)r，沉井的支承位 置可以控制在受力最有利的位置。對(duì)于 長(zhǎng)方形或圓端形沉井，當(dāng)其長(zhǎng)邊大于1.5 倍短邊時(shí)，支承點(diǎn)可設(shè)于長(zhǎng)邊，兩支點(diǎn) 的間距等于0.7倍邊長(zhǎng)，以