第四章沉井基础

1、1扬州大学建工学院扬州大学建工学院路桥教研室路桥教研室张静张静 制作制作基础工程基础工程2第四章第四章 沉井基础及地下连续墙沉井基础及地下连续墙本章主要内容：本章主要内容： 重点掌握沉井基础的概念及其设计要点和施工程序；对地下连重点掌握沉井基础的概念及其设计要点和施工程序；对地下连续墙的构造作适当的了解。续墙的构造作适当的了解。3第一节第一节 沉井的基本概念、作用及适用条件沉井的基本概念、作用及适用条件一、沉井的基本概念一、沉井的基本概念 井筒状的结构物，它是以井内挖土，依靠自身重量克服井井筒状的结构物，它是以井内挖土，依靠自身重量克服井壁摩阻力后下沉至设计标高，经过砼封底，并填塞井孔，使其成

2、为壁摩阻力后下沉至设计标高，经过砼封底，并填塞井孔，使其成为桥梁墩台或其它结构物的基础；桥梁墩台或其它结构物的基础； 为保证沉井顺利下沉，沉井重力（不排水下沉时，扣除浮为保证沉井顺利下沉，沉井重力（不排水下沉时，扣除浮重）必须大于井壁与土体间的摩阻力。重）必须大于井壁与土体间的摩阻力。4第一节第一节 沉井的基本概念、作用及适用条件沉井的基本概念、作用及适用条件二、沉井的特点二、沉井的特点 1 1、埋深可以很大，整体性强，稳定性好，能承受较大的垂直、埋深可以很大，整体性强，稳定性好，能承受较大的垂直荷载和水平荷载，既是基础，又是施工时的挡土和挡水围堰结构物，荷载和水平荷载，既是基础，又是施工时的

3、挡土和挡水围堰结构物，施工工艺也不复杂；施工工艺也不复杂； 2 2、施工期较长，对细砂及粉砂类土在井内抽水易产生流砂现、施工期较长，对细砂及粉砂类土在井内抽水易产生流砂现象，造成沉井倾斜，在下沉过程中遇到的大孤石、树干或井底岩层象，造成沉井倾斜，在下沉过程中遇到的大孤石、树干或井底岩层表面倾斜过大，均会给施工带来困难。表面倾斜过大，均会给施工带来困难。5第一节第一节 沉井的基本概念、作用及适用条件沉井的基本概念、作用及适用条件三、沉井基础的适用条件三、沉井基础的适用条件 1 1、上部荷载较大，表层地基承载力不足，做扩大基础开挖工、上部荷载较大，表层地基承载力不足，做扩大基础开挖工作量大，以及支

4、撑困难，但在一定的深度下有好的持力层，采用沉作量大，以及支撑困难，但在一定的深度下有好的持力层，采用沉井基础和其它深基础比较，经济上较为合理时；井基础和其它深基础比较，经济上较为合理时； 2 2、在山区河流中，虽土质较好，但冲刷大，或河流中有较大、在山区河流中，虽土质较好，但冲刷大，或河流中有较大卵石不便桩基础施工时；卵石不便桩基础施工时； 3 3、岩石表面较平坦且覆盖层薄，但河水较深，采用扩大基础、岩石表面较平坦且覆盖层薄，但河水较深，采用扩大基础施工围堰有困难时；施工围堰有困难时； 4 4、河床中有流砂、蛮石、树干或老桥基础等难于消除的障碍、河床中有流砂、蛮石、树干或老桥基础等难于消除的障

5、碍物时，或岩层表面倾斜过大的岩石上，不宜采用沉井基础。物时，或岩层表面倾斜过大的岩石上，不宜采用沉井基础。6第二节第二节 沉井的类型和构造沉井的类型和构造一、沉井的分类一、沉井的分类 1 1、按下沉方式分类、按下沉方式分类 就地制造下沉的沉井（筑岛）就地制造下沉的沉井（筑岛） 浮运沉井浮运沉井7第二节第二节 沉井的类型和构造沉井的类型和构造 2 2、按材料分类、按材料分类 砼沉井砼沉井 适用于深度不大（适用于深度不大（4 47 7m m）的软土层中，能抗压，但抗拉能）的软土层中，能抗压，但抗拉能力低，宜做成圆形力低，宜做成圆形 钢筋混凝土沉井钢筋混凝土沉井 下沉深度可以较大，应用得较多是井壁采

6、用砼，下部刃脚下沉深度可以较大，应用得较多是井壁采用砼，下部刃脚采用钢筋混凝土采用钢筋混凝土 竹筋砼沉井竹筋砼沉井 适用于南方竹地区适用于南方竹地区 钢沉井钢沉井 砖石沉井砖石沉井 木沉井木沉井8第二节第二节 沉井的类型和构造沉井的类型和构造 3 3、外观分类、外观分类 按沉井的平面形状按沉井的平面形状 沉井基础的平面尺寸常决定于墩（台）底部的形状，同时沉井基础的平面尺寸常决定于墩（台）底部的形状，同时满足地基容许承载力的要求满足地基容许承载力的要求 为了保证下沉的稳定性，矩形的长、短边之比为了保证下沉的稳定性，矩形的长、短边之比33，当墩，当墩台长宽较接近时，可采用圆形沉井或方沉井台长宽较接

7、近时，可采用圆形沉井或方沉井 襟边：一般不小于襟边：一般不小于0.20.2m m, ,也不小于全高的也不小于全高的1/501/50；对于浮运；对于浮运沉井，不小于沉井，不小于0.40.4m m 对平面尺寸较大的沉井，可在沉井中设隔墙，使沉井由单对平面尺寸较大的沉井，可在沉井中设隔墙，使沉井由单孔变成双孔或多孔孔变成双孔或多孔 圆形圆形 适用于河水主流方向易变的河流适用于河水主流方向易变的河流 矩形、圆端形沉井矩形、圆端形沉井 跟流水方向是否顺畅跟流水方向是否顺畅9第二节第二节 沉井的类型和构造沉井的类型和构造 圆形圆形 适用于河水主流方向易变的河流适用于河水主流方向易变的河流 下沉过程中容易控

8、制方向下沉过程中容易控制方向 在侧向压力作用下，井壁只受轴向力在侧向压力作用下，井壁只受轴向力或稍受挠曲或稍受挠曲 矩形矩形 制作简单、基础受力有利制作简单、基础受力有利 能配合墩台底部平面形状能配合墩台底部平面形状 在侧向压力作用下，井壁受到较大的在侧向压力作用下，井壁受到较大的挠曲力矩挠曲力矩 阻水系数较大，冲刷较严重阻水系数较大，冲刷较严重 圆端形沉井圆端形沉井 跟流水方向是否顺畅跟流水方向是否顺畅 下沉、受力条件、阻水冲刷均较矩形有利，但制作较复杂下沉、受力条件、阻水冲刷均较矩形有利，但制作较复杂10第二节第二节 沉井的类型和构造沉井的类型和构造 按沉井的立面形状按沉井的立面形状 视沉

9、井需通过的土层性质和下沉深度而定视沉井需通过的土层性质和下沉深度而定 竖直式竖直式 下沉不易倾斜，接长简单，模板可重复使用下沉不易倾斜，接长简单，模板可重复使用 适用于土质较松软，下沉深度不大适用于土质较松软，下沉深度不大 倾斜式倾斜式阶梯形阶梯形 可减少井壁与土的摩阻力可减少井壁与土的摩阻力 施工较复杂施工较复杂 倾斜式的井壁坡度一般倾斜式的井壁坡度一般1/201/201/401/40；阶梯形井壁的台阶宽度约为阶梯形井壁的台阶宽度约为100100200200mmmm 适用于土质较密实，下沉深度较大适用于土质较密实，下沉深度较大 11第二节第二节 沉井的类型和构造沉井的类型和构造二、沉井基础的

10、构造二、沉井基础的构造 井壁井壁 刃脚刃脚 隔墙隔墙 井孔井孔 凹槽凹槽 射水管射水管 封底封底 盖板盖板 12第二节第二节 沉井的类型和构造沉井的类型和构造 1 1、井壁、井壁 沉井的主体部分，同时在在沉井下沉过程中起挡土、挡水沉井的主体部分，同时在在沉井下沉过程中起挡土、挡水及利用本身重量克服土与井壁之间的摩阻力的作用；及利用本身重量克服土与井壁之间的摩阻力的作用； 必须具有足够的强度和一定的厚度，根据井壁在施工中的必须具有足够的强度和一定的厚度，根据井壁在施工中的受力情况，可以考虑井壁内配置竖向及水平向钢筋，以增加井壁强受力情况，可以考虑井壁内配置竖向及水平向钢筋，以增加井壁强度；度；

11、厚度按下沉需要的重量、强度、便于取土和清基而定，一厚度按下沉需要的重量、强度、便于取土和清基而定，一般为般为0.800.801.20m1.20m。对于钢筋混凝土薄壁沉井则不受此限制；。对于钢筋混凝土薄壁沉井则不受此限制； 分节预制（一般分节预制（一般5m5m），砼标号），砼标号C15C15，并保证不漏水；，并保证不漏水； 底节沉井有混凝土（适用于下沉深度不大的软弱土层）、底节沉井有混凝土（适用于下沉深度不大的软弱土层）、少筋钢筋混凝土（少筋钢筋混凝土（0.05%0.05%）、钢筋混凝土（）、钢筋混凝土（0.1%0.1%）、钢等几种形式。）、钢等几种形式。13第二节第二节 沉井的类型和构造沉井的

12、类型和构造 2 2、刃脚、刃脚 井壁下端形如楔状的部分，有尖刃脚或带踏面的刃脚；井壁下端形如楔状的部分，有尖刃脚或带踏面的刃脚； 在自重作用下易于切土下沉，刃脚底面宽度在自重作用下易于切土下沉，刃脚底面宽度100100200mm200mm，对软土可适当放宽；对软土可适当放宽； 对于土质坚硬，下沉深度较大，对于土质坚硬，下沉深度较大，刃脚底面应以型钢加强，以防刃脚损坏；刃脚底面应以型钢加强，以防刃脚损坏； 刃脚内侧斜面与水平面的夹角刃脚内侧斜面与水平面的夹角应大于应大于4545，标号，标号C20C20； 刃脚高度根据井壁厚度确定，刃脚高度根据井壁厚度确定，同时应便于抽除垫木；同时应便于抽除垫木；

13、 高低刃脚高低刃脚14第二节第二节 沉井的类型和构造沉井的类型和构造 3 3、隔墙、隔墙 以加强沉井的整体刚度，使井壁的挠曲应力减小，同时把以加强沉井的整体刚度，使井壁的挠曲应力减小，同时把井孔分隔成若干个井孔，有利于控制挖土下沉的方向；井孔分隔成若干个井孔，有利于控制挖土下沉的方向； 隔墙壁厚一般小于井壁，隔墙底面标高应比刃脚底高出隔墙壁厚一般小于井壁，隔墙底面标高应比刃脚底高出0.5m0.5m以上，以免隔墙下的土搁住沉井而妨碍下沉；以上，以免隔墙下的土搁住沉井而妨碍下沉； 设置人孔，便于工人在井孔内往来。设置人孔，便于工人在井孔内往来。15第二节第二节 沉井的类型和构造沉井的类型和构造 4

14、 4、井孔、井孔 挖土排土的工作场所和通道；挖土排土的工作场所和通道； 井孔的布置应简单对称，使沉井均匀下沉，尺寸应满足施井孔的布置应简单对称，使沉井均匀下沉，尺寸应满足施工要求，宽度（直径）工要求，宽度（直径）3m3m。 5 5、凹槽、凹槽 设在取土井孔下端近刃脚处，使封底砼与井壁有较好的接设在取土井孔下端近刃脚处，使封底砼与井壁有较好的接合，使封底砼底面的反力更好地传给井壁；合，使封底砼底面的反力更好地传给井壁； 凹槽深度约为凹槽深度约为0.150.150.25m0.25m，高约，高约1.0m1.0m。 6 6、射水管、射水管 井壁内预埋射水管组，应均匀布置，以利于控制水压和水井壁内预埋射

15、水管组，应均匀布置，以利于控制水压和水量来调整下沉方向，一般水压量来调整下沉方向，一般水压600kPa600kPa。16第二节第二节 沉井的类型和构造沉井的类型和构造 7 7、封底和盖板、封底和盖板 沉井沉至设计标高进行清基后，便进行浇筑封底砼，砼达沉井沉至设计标高进行清基后，便进行浇筑封底砼，砼达到设计强度时，可从井孔内抽干水并填以砼或其它圬工材料，如井到设计强度时，可从井孔内抽干水并填以砼或其它圬工材料，如井孔内不填料或仅填以砂砾，则应在沉井顶面浇筑钢筋混凝土盖板；孔内不填料或仅填以砂砾，则应在沉井顶面浇筑钢筋混凝土盖板； 封底砼应有一定的厚度：由经验可取为封底砼应有一定的厚度：由经验可取

16、为最小边长的最小边长的1.51.5倍，顶面应高出刃脚根部倍，顶面应高出刃脚根部0.5m0.5m，并浇筑至凹槽上端；，并浇筑至凹槽上端； 对于岩石地基，混凝土等级对于岩石地基，混凝土等级C15C15；对于一般地基，混凝；对于一般地基，混凝土等级土等级C20C20；或者根据计算确定；或者根据计算确定； 盖板厚度盖板厚度1.51.52.0m2.0m； 井孔中充填砼时，其等级井孔中充填砼时，其等级C10C10； 沉井填料：贫级配砼、片石砼、填砌片石、无冻冰地区亦沉井填料：贫级配砼、片石砼、填砌片石、无冻冰地区亦有采用粗砂和砂砾填料；有采用粗砂和砂砾填料； 当外力不大时，也可采用空心沉井。当外力不大时，

17、也可采用空心沉井。17第三节第三节 沉井的施工沉井的施工 施工前，应对沉井入土地层及基底岩面地质资料进行分析施工前，应对沉井入土地层及基底岩面地质资料进行分析研究，制订切实可行的下沉方案，同时应对附近的路堤建筑物和施研究，制订切实可行的下沉方案，同时应对附近的路堤建筑物和施工设备采取有效的防护措施，注意进行沉降观测，对于采用排水下工设备采取有效的防护措施，注意进行沉降观测，对于采用排水下沉时尤其应该注意；沉时尤其应该注意； 施工方法包括旱地施工、水中筑岛施工及浮运沉井施工等施工方法包括旱地施工、水中筑岛施工及浮运沉井施工等三种。三种。18第三节第三节 沉井的施工沉井的施工一、旱地上沉井的施工一

18、、旱地上沉井的施工 就地制造就地制造挖土下沉挖土下沉封底封底充填井孔充填井孔浇筑顶板浇筑顶板 19第三节第三节 沉井的施工沉井的施工 1 1、整平场地、整平场地 土质较好时，清除杂物，整平原地面，或挖一浅坑，坑底高土质较好时，清除杂物，整平原地面，或挖一浅坑，坑底高出地下水位出地下水位0.50.51.0m1.0m； 土质松软时，应整平夯实或换土夯实，一般情况下，应铺上土质松软时，应整平夯实或换土夯实，一般情况下，应铺上0.5m0.5m厚的砂或砂砾层。厚的砂或砂砾层。 2 2、制造第一节沉井、制造第一节沉井 在刃脚踏面位置处对称铺满一层垫木，使沉井重量在垫木下在刃脚踏面位置处对称铺满一层垫木，使

19、沉井重量在垫木下产生的压应力不大于产生的压应力不大于100kPa100kPa，同时考虑抽除垫木方便；，同时考虑抽除垫木方便； 在刃脚位置处放上刃脚角钢，立内模、绑扎钢筋，立外模，在刃脚位置处放上刃脚角钢，立内模、绑扎钢筋，立外模，浇筑第一节沉井砼。浇筑第一节沉井砼。20第三节第三节 沉井的施工沉井的施工 3 3、拆模及抽垫、拆模及抽垫 达到达到70%70%的设计强度时可拆除模板，达设计强度抽撤垫木；的设计强度时可拆除模板，达设计强度抽撤垫木； 抽撤垫木按下列顺序进行，以免沉井开裂、移动、倾斜；抽撤垫木按下列顺序进行，以免沉井开裂、移动、倾斜； 内隔墙下的垫木；内隔墙下的垫木； 短边下的垫木；短

20、边下的垫木； 长边下的垫木；长边下的垫木； 以定位垫木为中心，对称地由远及近，最后拆除定位垫木；以定位垫木为中心，对称地由远及近，最后拆除定位垫木； 抽除一根垫木应立即用砂回填并进行捣实。抽除一根垫木应立即用砂回填并进行捣实。 21第三节第三节 沉井的施工沉井的施工 4 4、挖土下沉、挖土下沉 排水下沉排水下沉 可利用人工挖土，使均匀下沉，并能清除井下障碍物；可利用人工挖土，使均匀下沉，并能清除井下障碍物； 适用于土层渗水量不大且排水不会产生大量流砂的较稳定适用于土层渗水量不大且排水不会产生大量流砂的较稳定土层；土层； 不排水下沉不排水下沉 一般利用机械挖土；一般利用机械挖土； 常向井内加水维

21、持井内水位高出井外水位常向井内加水维持井内水位高出井外水位1 12m2m，防止产，防止产生涌土和流砂现象。生涌土和流砂现象。22第三节第三节 沉井的施工沉井的施工 5 5、接高沉井、接高沉井 第一节沉井顶面下沉距地面还剩第一节沉井顶面下沉距地面还剩1 12m2m时，接筑第二节沉时，接筑第二节沉井，应使第一节沉井位置正直，凿毛顶面，立模浇筑，待达到设计井，应使第一节沉井位置正直，凿毛顶面，立模浇筑，待达到设计强度要求后拆模下沉。强度要求后拆模下沉。 6 6、筑井顶围堰、筑井顶围堰 沉井顶面低于地面或水面时采用；沉井顶面低于地面或水面时采用； 围围堰的平面尺寸堰的平面尺寸r略小于沉井，其下端预埋锚

22、杆相连；略小于沉井，其下端预埋锚杆相连； 待承台出水后方可拆除。待承台出水后方可拆除。23第三节第三节 沉井的施工沉井的施工 7 7、地基检验及处理、地基检验及处理 检验地质情况及地基平整情况，使承载力满足设计要求，检验地质情况及地基平整情况，使承载力满足设计要求，使封底砼与沉井井壁保持较好的连接使封底砼与沉井井壁保持较好的连接 地基检验地基检验 排水下沉排水下沉可直接进行检查；可直接进行检查； 不排水下沉不排水下沉由潜水工进行检查或钻取土样鉴定；由潜水工进行检查或钻取土样鉴定； 地基处理地基处理 砂土或粘性土砂土或粘性土其上铺一层砾石至刃脚底面以上其上铺一层砾石至刃脚底面以上20cm20cm

23、； 风化岩石风化岩石凿除风化岩；凿除风化岩； 岩石倾斜岩石倾斜应凿成阶梯形；应凿成阶梯形； 局部孔洞局部孔洞清除软层用水泥砂浆封堵。清除软层用水泥砂浆封堵。24第三节第三节 沉井的施工沉井的施工 8 8、封底、充填井孔及浇筑盖板、封底、充填井孔及浇筑盖板 地基检验、处理合格后，应立即进行封底；地基检验、处理合格后，应立即进行封底； 对于不排水下沉，可采用对于不排水下沉，可采用导管法导管法浇筑水下砼；浇筑水下砼； 待封底砼达到一定强度后，抽干井孔内的水，充填井孔；待封底砼达到一定强度后，抽干井孔内的水，充填井孔； 浇筑盖板。浇筑盖板。25第三节第三节 沉井的施工沉井的施工二、水中沉井施工二、水中

24、沉井施工 1 1、筑岛法、筑岛法 适用于流速不大，适用于流速不大，h h3 34m4m； 材料为砂、砾石，周围用草材料为砂、砾石，周围用草袋围堰或围堰防护；袋围堰或围堰防护； 岛面应比沉井周围宽出岛面应比沉井周围宽出2m2m以以上，作为护道，并应高出施工最高水上，作为护道，并应高出施工最高水位位0.5m0.5m以上；以上； 砂岛地基强度应满足要求；砂岛地基强度应满足要求； 压缩水面较大时，可采用压缩水面较大时，可采用钢板桩围堰筑岛。钢板桩围堰筑岛。26第三节第三节 沉井的施工沉井的施工 2 2、浮运沉井、浮运沉井 水位较深、流速较大时；水位较深、流速较大时； 沉井在岸上预制，一般做成空心井壁或

25、采用其它措施；沉井在岸上预制，一般做成空心井壁或采用其它措施； 利用在岸边铺成的滑道滑入水中，利用绳索引至设计墩位，利用在岸边铺成的滑道滑入水中，利用绳索引至设计墩位，并使沉井浮于水上；或采用其它方法施工，如浮船坞或利用潮汐；并使沉井浮于水上；或采用其它方法施工，如浮船坞或利用潮汐； 就位后，用砼或水灌入空体，徐徐下沉至河床；就位后，用砼或水灌入空体，徐徐下沉至河床； 接长可在悬浮状态中进行。接长可在悬浮状态中进行。27第三节第三节 沉井的施工沉井的施工三、经常遇到的问题及处理方法三、经常遇到的问题及处理方法 1 1、沉井产生倾斜和偏移、沉井产生倾斜和偏移 随时观测随时观测 原因原因 土岛表面

26、松软，下沉不均；土岛表面松软，下沉不均； 河底土质软硬不均；河底土质软硬不均； 挖土不对称；挖土不对称； 井内发生流砂，沉井突然下沉；井内发生流砂，沉井突然下沉； 刃脚遇到障碍物，而未及时发现；刃脚遇到障碍物，而未及时发现； 井内挖除的土方堆在沉井外一侧，受压偏移；井内挖除的土方堆在沉井外一侧，受压偏移； 水流冲击一侧土体等；水流冲击一侧土体等；28第三节第三节 沉井的施工沉井的施工 对应的处理方法对应的处理方法 发生倾斜可采用下述方法纠正：发生倾斜可采用下述方法纠正： 在沉井高的一侧集中挖土，在低的一侧回填砂石；在沉井高的一侧集中挖土，在低的一侧回填砂石； 在沉井高的一侧加重物或用高压射水冲

27、松土层；在沉井高的一侧加重物或用高压射水冲松土层； 必要时可在沉井顶面施加水平力扶正。必要时可在沉井顶面施加水平力扶正。 纠正沉井中心位置发生偏移的方法是先使沉井倾斜，然纠正沉井中心位置发生偏移的方法是先使沉井倾斜，然后均匀除土，使沉井底中心线下沉至设计中心线后，再进行纠偏。后均匀除土，使沉井底中心线下沉至设计中心线后，再进行纠偏。 29第三节第三节 沉井的施工沉井的施工 2 2、下沉困难、下沉困难 原因原因 自身重力克服不了井壁摩阻力，或刃脚下遇到大的障碍物自身重力克服不了井壁摩阻力，或刃脚下遇到大的障碍物 措施措施 增加自重增加自重 可提前浇筑上一节沉井，或在沉井顶上压重物；对不排水可提前

28、浇筑上一节沉井，或在沉井顶上压重物；对不排水下沉的沉井，可以抽出井内的水以增加沉井自重；下沉的沉井，可以抽出井内的水以增加沉井自重； 减小摩阻力减小摩阻力 设计为阶梯形，并尽量使外观光滑；设计为阶梯形，并尽量使外观光滑； 预埋高压射水管；预埋高压射水管； 采用泥浆润滑套（粘土采用泥浆润滑套（粘土35%35%45%45%，水，水55%55%65%65%，碳酸钠，碳酸钠0.4%0.4%0.6%0.6%）或空气幕（壁后压气沉井）等。）或空气幕（壁后压气沉井）等。30第四节第四节 沉井的设计与计算沉井的设计与计算 设计计算内容：设计计算内容： 1 1、作为整体深基础的计算；、作为整体深基础的计算； 2

29、 2、沉井结构在施工过程中的计算；、沉井结构在施工过程中的计算； 使沉井顺利下沉所必须的重力；使沉井顺利下沉所必须的重力； 在各种受力的情况下井壁及刃脚的应力，并据此确定其尺在各种受力的情况下井壁及刃脚的应力，并据此确定其尺寸、形式和使用材料；寸、形式和使用材料； 混凝土封底的厚度等；混凝土封底的厚度等； 对高低刃脚的沉井基础，验算倾覆和滑动稳定性时，应考对高低刃脚的沉井基础，验算倾覆和滑动稳定性时，应考虑岩面倾斜的不利因素，并采取必要的措施。虑岩面倾斜的不利因素，并采取必要的措施。31第四节第四节 沉井的设计与计算沉井的设计与计算一、沉井作为整体深基础的设计与计算一、沉井作为整体深基础的设计

30、与计算 埋置深度埋置深度5m5m时，可按浅基础设计计算的规定，验算地基时，可按浅基础设计计算的规定，验算地基的强度，沉井的稳定性和沉降，使其符合容许值的要求；的强度，沉井的稳定性和沉降，使其符合容许值的要求； 埋置深度埋置深度5m5m时，不能忽略时，不能忽略 对沉井的约束作用，同时沉对沉井的约束作用，同时沉井在横向作用下只能发生转动，而无挠曲变形，即采用刚性桩的井在横向作用下只能发生转动，而无挠曲变形，即采用刚性桩的“m m”法进行计算。法进行计算。 基本假定基本假定 1 1、地基土作为弹性变形介质，、地基土作为弹性变形介质，C=mZC=mZ； 2 2、不考虑基础和土之间的粘着力和摩阻力；、不

31、考虑基础和土之间的粘着力和摩阻力； 3 3、沉井的刚度与土的刚度之比可以认为是无限大。、沉井的刚度与土的刚度之比可以认为是无限大。cz32第四节第四节 沉井的设计与计算沉井的设计与计算 非岩石地基上沉井基础的计算非岩石地基上沉井基础的计算 沉井基础受到水平力沉井基础受到水平力H H及偏心竖向力及偏心竖向力N N作用时，可以把这些外力作用时，可以把这些外力转变成中心荷载和水平力的共同作用，其转变后的水平力转变成中心荷载和水平力的共同作用，其转变后的水平力H H作用的作用的高度为高度为：HMHHlNe33第四节第四节 沉井的设计与计算沉井的设计与计算 1 1、沉井在水平力、沉井在水平力H H作用下

32、作用下 的计算的计算 沉井将围绕位于地面下沉井将围绕位于地面下 深度处的深度处的A A点转动点转动角，则地面下深角，则地面下深度度z z处沉井基础产生的水平位移处沉井基础产生的水平位移 为：为： 则：则： 其中：其中： 转动中心转动中心A A离地面的距离；离地面的距离； 深度深度z z处水平向的地基系数；处水平向的地基系数； zx0zxtgzzx)(00zzCtgzzCCxzzzx)(0tgzzmz)(034第四节第四节 沉井的设计与计算沉井的设计与计算 的计算的计算 基础底面处的压应力，考虑到该水平面上的竖向地基系数基础底面处的压应力，考虑到该水平面上的竖向地基系数C C0 0不不变，故其压

33、应力图形与基础竖向位移图相同，即：变，故其压应力图形与基础竖向位移图相同，即： 其中：其中： H H作用下产生的竖向应力。作用下产生的竖向应力。2dtgdCCd201022d35第四节第四节 沉井的设计与计算沉井的设计与计算 z z0 0、的求解的求解 得出：得出： 其中：其中： 将求得的将求得的z z0 0、tgtg代入，得：代入，得：0)(000101dzzzzmtgbHdzbHXhhzx000211WzdzbHhMhdzx)3(26)4(1210hhbdWhhbzAmhHWdhbmhhhHtg6)18()32(1231100CmhCCh)(60zzzAhHzxAdHd3236第四节第四节

34、 沉井的设计与计算沉井的设计与计算 2 2、考虑、考虑N N作用下作用下 基底边缘处的压应力为：基底边缘处的压应力为： 其中：其中： 基础底面积；基础底面积； 离地面或最大冲刷线以下深度离地面或最大冲刷线以下深度z z处基础截面上的弯矩为：处基础截面上的弯矩为：AdHAN30maxmin0A1011)()(dzzzbzhHMzzxz)2(2)(031zzhAzHbzhH37第四节第四节 沉井的设计与计算沉井的设计与计算 基底嵌入岩层内的计算方法基底嵌入岩层内的计算方法 1 1、沉井在水平力、沉井在水平力H H作用下作用下 的计算的计算 沉井基础的旋转中心沉井基础的旋转中心A A与基底中心相吻合

35、，即与基底中心相吻合，即 ，则地面下，则地面下深度深度z z处沉井基础产生的水平位移处沉井基础产生的水平位移 为：为： 则：则： 的计算的计算zxhz 0 xtgzhx)( tgzhmztgzhCCxzzzx)()(2dtgmhdtgdCd220238第四节第四节 沉井的设计与计算沉井的设计与计算 的求解的求解 得出：得出： 则：则：0)()(00211WdzzhbhhHMhdzxAmhDHtg12631WdhbDDhHzzhzx)( DHdd2239第四节第四节 沉井的设计与计算沉井的设计与计算 2 2、考虑、考虑N N作用时作用时 基底边缘处的压应力为：基底边缘处的压应力为： 离地面或最大

36、冲刷线以下深度离地面或最大冲刷线以下深度z z处基础截面上的弯矩为：处基础截面上的弯矩为：DHdAN20maxmin)2(12)(31zhDhzHbzhHMz40第四节第四节 沉井的设计与计算沉井的设计与计算 墩台顶面的水平位移墩台顶面的水平位移 也可简化为：也可简化为： 或或 其中：其中： 墩台顶面的水平位移；墩台顶面的水平位移； 在地面到墩台顶范围在地面到墩台顶范围 内墩台身的弹性挠曲变形；内墩台身的弹性挠曲变形； 地面处的水平位移；地面处的水平位移； 地面到墩台顶范围内的水平位移。地面到墩台顶范围内的水平位移。020)(tghz02210)(hKKz0221)(KhhK02htgz0tg

37、h241第四节第四节 沉井的设计与计算沉井的设计与计算 验算验算 1 1、基底应力验算、基底应力验算 其中：其中： 沉井底面处土的容许压应力；沉井底面处土的容许压应力； 2 2、墩台顶水平位移验算、墩台顶水平位移验算 其中：其中：L L为相邻墩台间的最小跨径长度（为相邻墩台间的最小跨径长度（L25mL25m）。）。hmaxhL5 . 042第三节第三节 刚性扩大基础的验算刚性扩大基础的验算第四节第四节 沉井的设计与计算沉井的设计与计算 3 3、横向抗力验算、横向抗力验算 其中：其中： 则：则：apzxpp )245(2)245(2ctgztgpp)245(2)245(2ctgztgpa)(co

38、s4cztgzx43第四节第四节 沉井的设计与计算沉井的设计与计算二、沉井施工过程中的结构强度计算二、沉井施工过程中的结构强度计算 容许应力法容许应力法 针对沉井各部分在施工过程中的最不利受力情况，首先拟针对沉井各部分在施工过程中的最不利受力情况，首先拟定出相应的计算图式，然后计算截面应力，进行必要的配筋，保证定出相应的计算图式，然后计算截面应力，进行必要的配筋，保证井体结构在施工各阶段中的强度和稳定性。井体结构在施工各阶段中的强度和稳定性。 1 1、沉井自重下沉验算、沉井自重下沉验算 其中：其中： 下沉系数；下沉系数； 沉井自重（对不排水下沉的沉井应扣除水的浮力）；沉井自重（对不排水下沉的沉

39、井应扣除水的浮力）； 土对井壁的总摩阻力，土对井壁的总摩阻力， ； 当不能满足时，可加厚井壁进行验算，直至满足要求为止或考当不能满足时，可加厚井壁进行验算，直至满足要求为止或考虑施工中采用顶上压重、射水助沉及采用泥浆润滑套等相应措施。虑施工中采用顶上压重、射水助沉及采用泥浆润滑套等相应措施。1TQKKQTiiiuhfT44第四节第四节 沉井的设计与计算沉井的设计与计算 2 2、底节沉井的竖向挠曲验算、底节沉井的竖向挠曲验算 沉井可按承受自重的梁计算井壁产生的竖向挠曲应力沉井可按承受自重的梁计算井壁产生的竖向挠曲应力 不能满足，应增加第一节沉井高度，或在井壁设置横向钢不能满足，应增加第一节沉井高

40、度，或在井壁设置横向钢筋以防止沉井竖向开裂；筋以防止沉井竖向开裂； 排水挖土下沉排水挖土下沉 不排水挖土下沉不排水挖土下沉 如底节沉井内隔墙的跨径较大，需验算内隔墙的抗拉强度。如底节沉井内隔墙的跨径较大，需验算内隔墙的抗拉强度。45第四节第四节 沉井的设计与计算沉井的设计与计算 3 3、沉井刃脚受力计算、沉井刃脚受力计算 刃脚结构分析刃脚结构分析 受力特点受力特点 刃脚切入土中时，受到向外弯曲应力；刃脚切入土中时，受到向外弯曲应力； 挖空刃脚下的土时，受到向内弯曲应力；挖空刃脚下的土时，受到向内弯曲应力； 结构分析结构分析 平面上是一个水平闭合框架，竖向上是一个固定在井壁上平面上是一个水平闭合

41、框架，竖向上是一个固定在井壁上的悬臂梁。根据悬臂及水平框架两者的变位关系，得到水平外力的的悬臂梁。根据悬臂及水平框架两者的变位关系，得到水平外力的分配系数。分配系数。 刃脚悬臂部分的分配系数刃脚悬臂部分的分配系数 （ ）：）： 刃脚框架部分的分配系数刃脚框架部分的分配系数 ：0 . 14144105. 01 . 0LhLk424405. 0Lhhkk46第四节第四节 沉井的设计与计算沉井的设计与计算 式中：式中： L L1 1支承于隔墙间的井壁最大计算跨度；支承于隔墙间的井壁最大计算跨度； L L2 2支承于隔墙间的井壁最小计算跨度；支承于隔墙间的井壁最小计算跨度； 刃脚斜面部分的高度；刃脚斜

42、面部分的高度； 只适用于内隔墙底面高出刃脚底面不超过只适用于内隔墙底面高出刃脚底面不超过0.5m0.5m或大于或大于0.5m0.5m而有垂直埂肋时；而有垂直埂肋时； 当内隔墙底面高出刃脚底面当内隔墙底面高出刃脚底面0.5m0.5m且无垂直埂肋且无垂直埂肋时，时， 。此时刃脚不起水平框架作用，但仍按构造要求布置。此时刃脚不起水平框架作用，但仍按构造要求布置水平钢筋，能承受一定的正负弯矩。水平钢筋，能承受一定的正负弯矩。kh0 . 147第四节第四节 沉井的设计与计算沉井的设计与计算 刃脚竖向受力分析刃脚竖向受力分析 一般截取单位宽度井壁分析，悬臂梁的跨度即为刃脚高度一般截取单位宽度井壁分析，悬臂

43、梁的跨度即为刃脚高度 向外挠曲的内力计算向外挠曲的内力计算 最不利情况：刃脚内侧切最不利情况：刃脚内侧切入土中深度约入土中深度约1.0m1.0m，此时上节沉井，此时上节沉井已接上，且沉井上部露出地面或水已接上，且沉井上部露出地面或水面约一节沉井高度时；面约一节沉井高度时； 外力：刃脚外侧的主动土外力：刃脚外侧的主动土压力及水压力、沉井自重、土对刃压力及水压力、沉井自重、土对刃脚外侧的摩阻力以及刃脚下土的抵脚外侧的摩阻力以及刃脚下土的抵抗力。抗力。 48第四节第四节 沉井的设计与计算沉井的设计与计算 刃脚向内挠曲的内力计算刃脚向内挠曲的内力计算 最不利情况：沉井下沉至设计标高，最不利情况：沉井下

44、沉至设计标高，刃脚下的土已挖空而尚未封底。刃脚下的土已挖空而尚未封底。 外力：刃脚外侧的土压力、水压力、外力：刃脚外侧的土压力、水压力、摩阻力以及刃脚本身的重量。摩阻力以及刃脚本身的重量。 但计算水压力时应注意：但计算水压力时应注意： 不排水下沉沉井：井外侧水压力值以不排水下沉沉井：井外侧水压力值以100%100%计算，井内侧水计算，井内侧水压力值以压力值以50%50%计算或按施工可能出现的水头差计算；计算或按施工可能出现的水头差计算； 排水下沉沉井：对于不透水土，可按静水压力的排水下沉沉井：对于不透水土，可按静水压力的70%70%计算；计算；对于透水土，可按静水压力的对于透水土，可按静水压力的100%100%计算。计算。49第四节第四节 沉井的设计与计算沉井的设计与计算 刃脚水平钢筋计