沉井基础讲义PPT（共151页）

1、第五章：沉井基础 （Open Caisson Foundation）1. 沉井的基本概念、作用及适用条件2. 沉井的类型和构造 3. 沉井作为整体深基础的设计和计算4. 沉井施工过程中的结构计算5. 沉井施工简介6. 地下连续墙简介1沉井的基本概念、作用及适用条件 沉井的基本形态 沉井是一个柱体井筒状结构物，井壁为刚度比较大的钢筋混凝土，在井内挖土并靠自身重量克服井壁与土的摩擦下沉至设计标高，封底填塞后形成基础。沉井施工动画演示 沉井的特点 优点： 埋置深度大（大型沉井可以下沉几十米）； 整体性强、稳定性好、有较大的承载面积，可以承受较大的竖向和水平荷载； 施工技术简单，施工时不需要板桩围护，

2、本身具有挡土与挡水的功能； 适用范围广，尤其是存在较大卵石不便于桩基施工的地基； 可以作为施工中事故处理、组合基础的一部分来应用。 缺点： 施工期较长（不能连续施工）； 遇有难于清除的障碍物（流砂、树干、大块孤石、旧桥基等）时下沉困难； 河床覆盖层下存在倾斜度较大岩层，沉井不易稳定。 沉井的适用条件 上部荷载较大、稳定性要求较高、良好持力层埋深较大，可与其他深基础进行比较； 深水大河，冲刷大，或有较大卵石不便于桩基施工； 岩石表面平坦、埋置浅、河水较深，不适宜用扩大基础的情况。 2沉井的类型和构造 沉井基础的类型 按沉井的施工方法分类 现浇沉井在基础设计位置就地浇筑预制沉井，达到强度后挖土沉井

3、下沉，对于水中基础，则先筑岛再在岛上筑井下沉。 浮运沉井在深水区域筑岛困难或不经济，当河流流速不大时可采用岸边浇筑浮运就位下沉。 按沉井的形状分类 按沉井的平面形状分类 圆形下沉过程中易于控制方向，受力合理。 圆端形平面布置较合理，受力条件较好，但制作较复杂； 矩形制作简单，基础受力有利，与上部结构较易配合，但结构易受挠曲力矩作用。 按沉井的立面形状分类 竖直式下沉中不易倾斜，但井壁摩阻力较大，一般适于入土不深或软土中使用； 倾斜式井壁摩阻力小，但施工复杂，下沉中易倾斜，适于深度大、土质较密实地基； 台阶式同上。 按沉井的建筑材料分类 无筋或少筋混凝土沉井主要用于小尺寸沉井，井壁较厚，适于覆盖

4、层较松软，下沉深度不大的基础（47m）。 钢筋混凝土沉井下沉深度大，适用性强，可做成薄壁结构，可根据具体情况做成各种合理的结构形式和厚度。 钢沉井强度高、质量轻、易于施工，宜于做浮运沉井，尽量重复使用。 沉井基础的构造 沉井的轮廓尺寸 沉井的平面形状选择沉井的平面形状取决于墩台底部的形状。 矩形沉井的长宽比不宜大于3； 当墩台的长宽比较接近时，可采用方形或圆形沉井； 沉井的轮廓尺寸 沉井顶面尺寸为墩台底部尺寸加襟边宽度； 襟边宽度不宜小于0.2m，也不宜小于沉井高度的1/50，浮运沉井不小于0.4m； 墩台身的边缘应尽可能支承于井壁上或盖板支承面上； 沉井高度与上部结构、水文地质条件、地基土层

5、的承载力等因素有关，根据墩底标高及沉井埋深确定沉井高度； 高度较大的沉井采用分节制造和下沉，每节高度不宜大于5m，底节沉井若支承于松软土层中，高度不大于沉井宽度的0.8倍； 沉井的一般构造 沉井一般由井壁、刃脚、隔墙、井孔、凹槽、封底混凝土、顶盖板等构成。 井壁 井壁的功能 构成沉井的主体部分及外形尺寸； 施工过程中挡土、挡水、获得下沉重力； 施工结束后成为基础的一部分，起传递荷载的作用； 井壁的厚度与构造要求与结构强度、下沉需要的自重、便于取土清基等因素有关。 一般井壁厚度取8001500mm； 钢筋混凝土薄壁沉井及钢制薄壁浮运沉井的壁厚不受上述限制； 井壁混凝土强度C15； 沉井底节混凝土

6、的含钢量，对于钢筋混凝土0.1%，对于少筋混凝土0.05%。 刃脚井壁下端的斜形尖利部分，用以切土下沉。 刃脚根据地质情况，可采用尖刃脚或带踏面刃脚； 刃脚踏面宽度一般100200mm，软土可适当放宽； 刃脚斜面与水平面间的夹角45； 井内隔墙底面比刃脚底面至少高出500mm； 刃脚高度一般1.0m； 刃脚底面以型钢加强； 刃脚混凝土强度等级C20。 隔墙当沉井平面尺寸较大，可设置隔墙（内壁）将沉井分为几个井孔。 隔墙的功能 缩短井壁的跨度，减小井壁的挠曲应力； 增强沉井的整体刚度，便于掌握井孔挖土位置和速度，控制下沉方向。 隔墙的尺寸与构造要求 隔墙间距56m； 厚度可比井壁小200400m

7、m； 隔墙底面高出刃脚底面0.5m以上（既要支承刃脚，又要避免阻碍沉井的下沉）； 排水下沉的沉井，宜在隔墙下部设置过人孔，便于施工。 井孔（取土井） 井孔的功能沉井下沉取土的通道。 井孔的尺寸与构造要求。 井孔尺寸应满足施工要求； 井孔布置应对称于沉井中心轴； 井孔的最小边长3.0m（采用抓泥斗挖土）。 凹槽 凹槽的功能 增强封底混凝土与井壁的联结强度； 将封底混凝土承受的地基反力传递给井壁。 凹槽的尺寸与构造要求 在沉井外壁内侧离刃脚踏面约2m处设置水平槽状结构； 凹槽深度约150250mm，高度约1000mm； 当井孔采用混凝土或圬工填实时，也可不设凹槽。 射水管 射水管的功能通过在井壁预

8、埋射水管，帮助沉井穿透较好土层，达到比较深的深度。 射水管的尺寸与构造要求 射水管在井壁内均匀布置，以利于通过控制水压和水量来调整下沉方向； 射水管一般水压600kPa。 封底和盖板 封底的功能沉井下沉到设计标高后，为使沉井形成一个整体受力结构，将井底的地基反力传至井壁。 封底的构造要求 封底混凝土顶面高出凹槽的高度500mm； 封底混凝土厚度井孔最小边长的1.5倍（经验值）； 封底混凝土一般在水下浇筑，混凝土强度等级C20，岩石地基可用C15； 盖板的功能 井孔内是否填实，采用什么材料填实，主要依据沉井受力及稳定性要求而定； 在满足稳定性等要求的条件下，为节省材料、减轻自重，可采用空心沉井基

9、础或仅填砂砾，此时为承受上部构造，需要在沉井顶部设置钢筋混凝土盖板。 盖板的构造要求 盖板厚度一般取1.52.0m； 钢筋由计算决定。 浮运沉井的构造 不带气筒的浮运沉井 带气筒的浮运沉井 不带气筒的浮运沉井 适用性 水深不大； 流速不大； 河床平缓； 冲刷较小。 施工工艺 岸边制造； 通过滑道下水； 浮运到位； 接高下沉。 使用材料钢材、木材、钢筋混凝土、钢丝网及水泥等。 构造形式 双壁浮运沉井（钢丝网薄壁、钢薄壁：用于平面尺寸较大沉井） 带临时性井底的浮运沉井 钢丝网水泥薄壁沉井由内、外壁组成的空心井壁沉井，入水后自浮于水中，浮运到位后向井壁腔内灌水下沉落于河床，再逐格对称灌注水下混凝土，

10、使薄壁空腔沉井成为普通的重力式沉井。（特点制造简单、施工方便、节省钢材）；在底节井孔下端的刃脚处设置可拆除的临时性井底，使沉井成为一个浮体，浮运到位后，向井孔内灌水，沉井下沉，落床稳定后灌注井壁混凝土，即可拆除支撑打开临时性井底，按一般沉井施工。 带钢气筒的浮运沉井 适用性 河水较深； 水流较急； 沉井较大； 分孔较多。 施工工艺 在井孔位置装置钢气筒； 向气筒内打气增大浮力（钢气筒是沉井内的防水结构，利用压缩空气排出气筒内的水）； 构造形式 双壁自浮底节； 单壁钢壳； 钢气筒。 组合式沉井下部桩基础+上部沉井。 适用性 采用低承台桩基础，围水开挖基坑浇筑承台存在困难； 沉井刃脚遇倾斜度较大的

11、岩层； 沉井范围内地基土软硬不匀而水深较大。 施工工艺 按尺寸制作沉井，下沉到预定标高； 浇筑封底混凝土和桩承台，并预留孔位； 在预留孔位钻孔灌注成桩。3沉井的施工 旱地上沉井的施工 在旱地上进行沉井施工，一般比较容易，其主要工序如图示：铺砂垫层、垫木 制作底节沉井 拆除垫木、开始下沉 沉井接高下沉 沉井下沉至设计标高 沉井封底、填充井孔 平整场地 清理杂物、平整地面； 如地下水位较低，为减小沉井下沉深度，可开挖基坑，坑底高出地下水面0.51.0m； 如土质松软，在平整场地夯实后，再铺垫0.30.5m厚的砂砾层。 制作底节沉井 刃脚踏面处铺设垫木使底节沉井重量在垫木下产生的压应力100kPa；

12、 布设刃脚角钢、竖立内模、绑扎钢筋、立外模，浇筑混凝土； 拆模和抽垫木 沉井混凝土强度达到70%的设计值后可拆模； 沉井强度达到设计值后可抽出垫木； 抽出垫木应按分区、依次、对称、同步的原则进行，以避免沉井开裂、移动、倾斜； 抽垫木时要随抽随时用砂土回填捣实，注意防止沉井的倾斜。 挖土下沉排水下沉、不排水下沉 排水下挖 土层比较稳定； 渗水量较小； 排水时不会产生涌土或流砂的现象； 人工挖土必须采用排水下沉（排水下沉也可用机械挖土）； 人工挖土下沉可使沉井均匀下沉； 人工可清楚井下障碍物。 不排水下挖 一般采用机械挖土； 采用吸泥机挖土时，要不断向井内灌水，使井内水位高出井外12m。 沉井接高

13、底节沉井顶面沉至离地面一定高度时，停止挖土，接筑第2节沉井。 接筑前应使第一节沉井位置正直或尽量纠正倾斜； 凿毛顶面； 立模浇筑混凝土； 待混凝土强度达到设计值后再拆模继续挖土下沉。 筑井顶围堰当沉井顶面低于地面或水面，可在沉井上接筑围堰，其尺寸略小于沉井，下端与沉井顶部预埋锚杆相连，墩台身出水后可拆除。 地基检验与处理沉井沉至设计标高后，要进行基底检验（不排水下沉的沉井可用潜水员下水检验）。 检验的主要内容： 地质情况与地基承载力是否符合设计要求； 基底平整度； 处理的主要内容： 清楚基底浮泥软土，防止封底混凝土和基底间掺有有害夹层； 基底为岩层时，清除岩面残留物（风化岩碎石、卵石、砂石等）

14、； 岩石基底倾斜时，将岩面凿成台阶或榫槽； 基底为砂土或粘性土时，可在基底铺设一层砾石或碎石至刃脚底面以上200mm。 沉井封底、井孔填充、浇筑顶盖板 沉井封底 基底检验合格后即行封底； 对于排水下沉的沉井，在清基时若渗水量较小，按普通混凝土浇筑方式进行封底； 对于渗水量大和不排水下沉的沉井，可采用刚性导管法浇注水下混凝土或水下压浆混凝土封底。 井孔是否填充，按设计要求而定；不排水封底的沉井，应在封底混凝土强度满足抽水后的应力要求时方可抽水。 沉井为空心或井孔仅填砂砾时，沉井顶面应浇筑钢筋混凝土顶盖板，以支持墩身。 水中沉井的施工 筑岛法 适用条件流速不大、沉井位于浅水或可能被水淹没的岸滩（施

15、工期最大水深不超过34m） 人工筑岛要求 岛面标高应比施工期最高水位高出0.50.7m，有流冰时可适当提高； 筑岛平面尺寸应满足沉井制作及抽垫木等施工要求： 无围堰筑岛，在沉井周围设置2m宽的护道； 有围堰筑岛时，护道宽度b按下式确定：H筑岛高度； 筑岛土饱和时的内摩擦角。 护道宽度在任何情况下不应小于1.5m，当实际的护道宽度小于计算值时，应考虑沉井重力对围堰产生的侧压力影响； 筑岛压缩水面较大时，可采用板桩围堰筑岛，并考虑岛体稳定性。 筑岛材料用透水性好，易于压实的砂土或碎石土，岛面地基土承载力应满足底节沉井混凝土产生的最大压应力要求。 无围堰筑岛临水面坡度，一般可采用1：1.751：3。

16、有围堰筑岛要防止围堰漏土，以避免沉井制造或下沉过程中，产生岛面沉降变形或失稳。 浮运沉井施工 沉井制作与下水 岸边制作； 利用滑道下水； 牵引到设计墩位。 浮运方式（详细介绍见沉井构造部分） 双壁浮运沉井； 带临时性井底的浮运沉井； 带钢浮筒的浮运沉井。 钢丝网水泥薄壁沉井带临时性井底的浮运沉井 沉井下沉过程中遇到的问题及处理 沉井发生倾斜与纠偏 沉井发生偏移的原因 土岛的水下部分由于水流冲刷或板桩漏土，造成岛面一侧土体松软； 井下平面土质软硬不匀； 未按规定程序对称抽出垫木或未及时填砂夯实； 下沉除土不匀匀，井内底面高差过大； 排水下沉沉井内除土时发生流砂； 刃脚下存在软土夹层，掏空过多，沉

17、井突然下沉； 刃脚一侧或一角遇障碍物，未及时发现与处理； 井内弃土堆积在沉井外一侧，或河床高差过大，侧压力使沉井发生水平位移。 沉井纠偏扶正 纠正倾斜 偏侧除土 偏压重 顶部加水平力 高压射水 偏侧压气（空气幕沉井） 纠正位移偏侧除土 沉井底面中心向墩位设计中心倾斜 均匀除土 沉井底面中心线下沉至设计中心线 在另一侧除土扶正 纠正扭转 在一对角线两角偏出除土，在另两角偏填土，利用刃脚下不相等的土压形成扭矩，使沉井在下沉过程中逐步纠正扭转角度。 清除障碍物人工排除；少量炸药爆破； 切割。 沉井下沉的助沉措施 沉井下沉困难的原因 井壁摩阻力； 障碍物。 助沉措施（主要针对井壁阻力） 临时助沉措施压

18、重与排水增大自重或压重；对于不排水下沉的沉井，强制排水增大自重；井壁外饱水降低摩阻力井壁外是粘土层时，沿井壁射水降低摩阻力； 炮振法助沉刃脚下已挖空时，在井底少量装药爆破，使沉井下沉。 助沉设计 构造法沉井外壁设计成台阶式、斜坡式（钟形）等； 预埋管法预先在井壁预埋管组助沉。 泥浆润滑套下沉法 空气幕下沉法（壁后压气法） 泥浆润滑套下沉法 基本原理在井壁外围与土层之间压入泥浆隔离层形成泥浆润滑套，减小摩阻力。 基本构成 压浆管； 储浆台阶； 泥浆射口挡板； 泥浆地表围圈。 施工工艺 在井壁内预埋压浆管（管径3850mm）； 压浆管间距34m； 射口方向与井壁成45角； 储浆台设在距刃脚底面23

19、米处； 储浆台阶的宽度即泥浆套厚度（100200mm）； 为防止泥浆直接喷射到土壁上，射口设置挡板； 在地面沉井外围设置泥浆地表围圈； 泥浆由粘土、水、添加剂（碳酸钠）等组成。 泥浆地表围圈的作用 确保泥浆套厚度； 防止表层土的塌落； 储存泥浆； 调整压浆管出浆的不平衡。 后处理沉井下沉至设计标高后，应排除泥浆、或用水泥砂浆强制置换泥浆。 空气幕下沉法（壁后压气法） 基本原理通过预埋的管道从井壁出气口（气龛）喷出压缩空气，在井壁周围形成空气幕，使周围土质松动或液化，减小摩阻力。 基本构成 出气口（气龛）； 井壁内预埋管； 风压机； 风包； 地面风管。 施工工艺 出气孔（1mm）设置在气龛内（1

20、50mm50mm）； 平均1.01.6m2设置一个气龛； 刃脚以上3米范围内不设气龛； 风压应大于最深喷气孔的水压力+管路损耗，一般按最深 孔理论水压的1.41.6倍取； 停气时自下而上进行，缓慢降压。 适用条件地下水位较高的细、粉砂类土及粘土层。 优点（主跨1385m悬索结构的江阴长江大桥主塔北锚碇特大基础采用空气幕沉井） 设备简单； 沉井下沉控制容易； 可在水下施工； 下沉到位后，摩阻力较易恢复。 4沉井作为整体深基础的设计和计算 沉井的设计计算内容 使用期作为基础的设计计算 施工期沉井的结构计算 沉井基础的尺寸拟定 根据墩台尺寸拟定沉井的平面尺寸 类似于刚性扩大基础的平面尺寸拟定方法。

21、襟边沉井全高的1/50，且200mm； 浮式沉井另加200mm； 沉井顶部设置围堰，襟边宽度满足安装墩台身模板要求。 根据地基容许承载力确定沉井平面尺寸（根据地基容许承载力确定基底平面尺寸）。 墩台身尽可能支承在井壁或顶盖板的支承面上； 矩形沉井的长宽比3。 沉井高度 沉井顶面标高确定与扩大基础顶面标高确定要求相同； 沉井底面标高按地基持力层确定。 细部尺寸 沉井细部尺寸按构造要求初拟尺寸，并经验算调整。 沉井作为整体深基础的设计与计算 计算方法 刚性扩大基础计算方法 适用条件基础埋深较浅，一般埋深小于地面线或最大冲刷线以下5.0m。 计算假定不考虑基础侧面土的横向抗力的影响。 验算内容验算地

22、基承载力；沉井基础的稳定性与沉降。 刚性深基础计算方法 适用条件基础埋深较大，一般埋深大于地面线或最大冲刷线以下5.0m，h2.5（？）。 计算假定 土的水平向弹性抗力按“m”法考虑（水平向地基系数随深度成比例增大）； 不考虑基础侧面的粘着力和摩阻力（只考虑基础侧面土的水平抗力）； 基础刚度无穷大，基础本身无挠曲变形，只有转动。 计算内容 水平力作用位置计算 水平力作用下地基应力的计算 应力验算 墩台顶水平位移计算 非岩石地基上刚性深基础的计算 计算基本原理叠加原理、等效作用原理。 将比较复杂的受力状态转化为两种比较简单的受力状态的叠加作用（利用刚体假定）； 水平力和弯矩的作用等效为一个水平力

23、的作用（为等效弯矩作用，改变水平力作用位置）； 简化后作用在沉井上的荷载为： 中心作用荷载N； 等效水平荷载H。 等效水平力作用位置计算 等效水平力距基底的作用高度：Mi地面线或局部冲刷线以上所有水平力、弯矩、偏心竖向力对基础底面形心的总弯矩。（仅有竖向力与水平力时： ；仅有中心竖向力时： ） 等效水平力作用下地基应力的计算 在水平力H的作用下，沉井绕位于地面（或局部冲刷线）以下深度z0处的A点转动角度，地面下任意深度Z处基础产生的水平位移x、土的水平抗力pzx、基础底面竖向土抗力pd/2分别用下式表示：（二次抛物线分布） （水平面上的竖向地基系数C0不变，C0不得小于10m0）以上计算式中有

24、2个未知量，即：z0、建立静力平衡方程，解出未知量 z0、：bl基础计算宽度（可以参照第4章“m”法计算确定）；W基础底面截面模量。联立求解后得到： 对O点取力矩 上式中，深度h处沉井侧面土的水平向地基系数Ch与沉井底面土的竖向地基系数的比值： 将求出的参数Z0、相应表达式中，可求得地基应力计算式： 应力验算 基底应力验算基底应力验算条件：fah沉井底面处土的容许压应力（按浅基础P.32式（2-10）确定；考虑水平力H与竖向力N共同作用时的压应力计算： 基础侧面水平压应力验算 机理及计算假定因刚性基础的破坏就是周围土体的破坏，假定达到破坏时基础侧面土体达到极限平衡状态，基础一侧处于主动土压力，

25、另一侧处于被动土压力，则任意深度处基础对土产生的水平压力（或称土对基础作用的水平土抗力），应小于相应深度处地基土对基础产生的净土压力ZX（被动土压力pp和主动土压力pa之差即是基础侧面水平抗力极限值）。 基础侧面水平压应力验算pzx任意深度z处基础对土产生的水平压力，可按p.194式5-7）计算；pp-pa基础侧面地基土的水平抗力极限值。 考虑上部结构类型不同及荷载作用情况不同的影响，引入系数1、2：1：考虑上部结构形式的系数，静定结构1=1.0，超静定结构1=0.7；2：考虑结构重力在总荷载中所占百分比的系数：Mg：结构重力对基础底面重心产生的弯矩；M：全部荷载对基础底面重心产生的总弯矩。根

26、据朗肯土压力理论，主动及被动土压力：代入前式，可以得到基础侧面水平压应力验算的一般式：事实上，上式两侧都是与深度有关的变量。 根据测试，最大水平应力位置大致在z/3和z=h处，则可以根据P.194式（5-7）计算出该深度处的基础对土产生的水平压力 ，同时利用上式确定该深度处的基础侧面水平抗力极限值，则可以对该深度处的基础侧面水平压应力进行验算： 基础截面弯矩计算 因需要验算沉井截面强度并配筋，要算出地面或最大冲刷线以下深度Z处截面上的弯矩： 墩台顶水平位移计算与校核墩台顶的水平位移：h0地面至墩台顶的高度；0在h0范围墩台身弹性挠曲变形引起在墩台顶的水平位移。 一般转角很小，用代替tan影响不

27、大。同时，基础实际刚度并非无穷大，考虑基础实际刚度对地面处水平位移及对地面处转角的影响，用系数K1、K2表示（见p.170表5-1）：L相邻跨中最小跨的跨度，L25m时，按25m计算。 基底嵌入岩基内的刚性深基础的计算 计算要点 基底嵌入岩基，基底无水平位移，基础转动中心与基底中心重合：z0=h； 基础转动时，基底嵌入岩基处基底岩基对基础作用有水平力P，由于力臂很小（嵌入深度不大），其对基础底面的弯矩可忽略，但要验算在P作用下嵌固处基础的抗剪强度。 水平力H作用下的地基应力计算因只有一个未知量，只要建立一个静力平衡方程：解得：其中，由此可得： 应力验算 基底应力验算基底边缘处的应力： 基础侧面

28、水平压应力验算 出现最大水平压应力的位置在h/2处，根据前述同样概念，基础侧面水平压应力验算式： 基础截面弯矩计算 地面以下Z深度处基础截面上的弯矩： 嵌固处水平力P的计算 根据静力平衡条件X=0的条件，可求得基底嵌固处水平阻力P： 墩台顶面水平位移4沉井施工过程中的结构计算 沉井在施工过程中，会受到不同荷载并处于不同的工作状态，沉井的结构强度应满足不同施工阶段的最不利荷载下的受力要求。 沉井自重下沉验算 校核方法 一般情况下，为使沉井顺利下沉，沉井自重下沉的重量土对井壁的摩阻力：QTQ沉井自重（kN），如不排水下沉，扣除水的浮力；T土对井壁的总摩阻力，T=fihiui，土对井壁产生的单位面积

29、摩阻力，如无实测资料，可按下表确定。土的名称摩阻力标准值（kPa）土的名称摩阻力标准值（kPa）可塑软塑粘性土1020砂卵石1830硬塑粘性土2550砂砾石1520砂类土1225软土1218泥浆套35井壁与土体间的摩阻力标准值 fi 助沉措施 增大壁厚或调整取土井尺寸； 改用排水下沉； 增加附加荷载； 射水助沉； 泥浆润滑或壁后压气等。 底节沉井的竖向挠曲验算 底节沉井在抽出垫木下沉过程中，可按承受自重作用的梁计算井壁内产生的竖向挠曲应力并进行强度校核。 抽出垫木设置支承点时，可按底节沉井受力最有利的位置设置，使底节沉井在支承点处产生的负弯矩与跨中产生的正弯矩基本相等。沉井下沉过程中支承点的设

30、置与排水与不排水条件有关。 排水下沉 排水下沉挖土可人为控制，沉井支承点始终可以控制在最有利的位置，布置原则如下： 沉井长宽比1.5，支承点设在长边，支承点间距0.7L，验算井壁顶部与下部弯曲抗拉强度； 圆形沉井支承在相互垂直直径的4个支点上。 不排水下沉 水下挖土无法控制，可按最不利布置确定支承点并进行验算： 产生最大正弯矩支承在矩形的短边角点（按简支梁计算跨中内力及抗裂）； 产生最大负弯矩支承在矩形的长边中点（按悬臂梁计算支点内力及抗裂）； 产生最大负弯矩圆形沉井支承在直径上两个支点上（按圆环梁计算内力及抗裂）。 沉井刃脚受力计算 沉井刃脚在沉井下沉过程中，有时切入土中，有时悬空，是沉井受

31、力最大、最复杂的部分。 简化方法 将刃脚承担的荷载分解为分别由竖直的悬臂梁承担和由刃脚构成的水平框架承担两个部分。计算时，首先进行水平力的分配，再分别按悬臂梁及水平框架模式进行内力及配筋计算。 刃脚计算中的水平力分配 作用在刃脚外侧水平力，由刃脚的悬臂作用和水平框架作用共同承担，外侧水平力要进行分配。 竖直方向 刃脚竖直方向视为悬臂梁，悬臂长度等于刃脚斜面部分高度。当隔墙的底面距刃脚底面为500mm，或大于500mm而有垂直埂肋时，作用于悬臂部分的水平荷载应乘以悬臂作用折减系数（刃脚悬臂作用的分配系数）：L1支承在隔墙间的井壁最大计算跨度；hk刃脚斜面部分高度。 水平方向 刃脚在水平方向视为闭

32、合框架，当满足上述同样要求，隔墙参与闭合框架作用，作用于闭合框架部分的水平荷载应乘以框架作用折减系数（闭合框架作用的分配系数）：L2支承在隔墙间的井壁最小计算跨度。 分配条件 当隔墙底面与刃脚底面的距离不满足上述要求时，则不考虑分配，全部外侧水平力由固定于井壁下部的悬臂梁承担，即=1.0。刃脚不再起水平框架作用，但仍按构造要求布置水平配筋，使其能承受一定的正、负弯矩。 经过分配后，可以将刃脚受力情况按竖向、横向两个方向进行计算。 刃脚竖向内力计算 一般取单宽悬臂梁进行受力分析，悬臂固定于井壁下部，梁的跨度即是刃脚高度。 刃脚向外挠曲计算 最不利状态沉井下沉、刃脚内侧切入土中约1.0m，在地面已

33、接高一节沉井，刃脚受井孔内土体的侧向土压力作用，在根部产生向外的最大弯矩。a1hk 刃脚所受各力 刃脚外侧的主动土压力及水压力； 土对刃脚外侧摩阻力； 刃脚下土的抵抗力； 刃脚自重。 各力的计算刃脚外侧单位宽度上的土压力及水压力计算土压力：水压力：刃脚外侧土压力及水压力的合力：作用位置：为不使计算的土压力与水压力过大（偏于不安全），公桥基规规定：作用于井壁外侧的计算土压力与水压力的合力不大于静水压力的70%，否则按静水压力的70%计算。 刃脚外侧单位宽度上的摩阻力计算按以下2式计算，按最不利原则取其较大者：（？）hk刃脚斜面部分高度；土与井壁间单位面积上的摩阻力；E刃脚外侧单位宽度总主动土压力

34、， 刃脚下土的抵抗力计算刃脚下单位宽度承受的竖向反力：q单位宽度井壁自重，不排水施工时扣除浮力；T沉井入土部分单位宽度上的总摩阻力，可以下2式计算并取较小者：（？）E沉井入土部分单位宽度上总主动土压力。为计算确定刃脚底反力作用在斜面上的水平分力H及作用位置，令：R=v1+v2（R为已知）v1作用在刃脚踏面上的竖向反力，按均匀分布考虑，v2作用在刃脚斜面上的竖向分力（水平分力H），按三角形分布考虑，b2刃脚切入土中1.0m时刃脚斜面的水平投影长度，根据上述关系： 联立上述2式，可以求得v1、v2的计算表达式：根据竖向分力v2与水平分力H的关系：2土与刃脚斜面间的外摩擦角，通常可以取：（土的内摩擦

35、角） 水平分力同样按三角形分布考虑，H的作用点位于地面与刃脚底面间离刃脚底面1/3处。刃脚自重计算根据几何关系：刃脚自重g的作用点距刃脚根部中心轴的距离： 刃脚根部中心轴处的内力计算 注意点：作用在刃脚部分的各水平力均应按分配系数进行折减；注意各力的正负方向，并在相应的计算公式里体现；对刃脚根部进行相应的强度验算与配筋计算；一般刃脚的钢筋配筋率0.1%；悬臂部分刃脚的竖直钢筋应伸入根部以上0.5L1（L1：支承于隔墙间的井壁最大计算跨度）。 刃脚向内挠曲计算 最不利状态沉井下沉至设计标高，刃脚踏面下的土已挖空而尚未浇筑封底混凝土，此时刃脚外侧作用最大土压力和水压力，产生向内弯曲的最大弯矩。 作

36、用荷载 刃脚外侧主动土压力、水压力； 土对刃脚外侧的摩阻力； 刃脚自重。T1 荷载计算刃脚外侧单位宽度井壁上的主动土压力及水压力、刃脚自重的计算方法与前面相同；水压力计算：不排水下沉井壁外侧水压力值按100%计算，内侧水压力值按50%计算，或按施工中可能出现的水位差计算。排水下沉在不透水土中，按静水压力的70%计算； 在透水性土中，按静水压力的100%计算。计算所得的水平力均按分配系数进行折减；作用在刃脚外侧单位宽度的摩阻力，仍按以下2式计算，但取其较小者： 刃脚根部中心轴处的内力计算按上述相同方法求出刃脚根部的内力，并进行强度验算与配筋计算，同样需要满足刃脚的最小配筋率0.1%，悬臂部分刃脚

37、的竖直钢筋应伸入根部以上0.5L1的条件。 刃脚水平内力计算 最不利状态沉井下沉至设计标高，刃脚踏面下的土已挖空，尚未浇筑封底混凝土。 工作状态封闭的水平框架，承受最大的水平均布荷载。 荷载分配在将刃脚作为单位宽度的悬臂梁计算时，已考虑了水平力悬臂折减系数，则作用于水平框架上的水平力应乘以折减系数，以此作为水平框架上的外力，求出框架的弯矩及轴向内力，并计算框架的水平钢筋用量。水平框架计算图 内力计算关于框架的内力计算，可以利用各种计算手册进行计算，沉井常见的框架形式有单孔矩形框架、单孔圆端形框架、双孔矩形框架、双孔圆端形框架、圆形沉井的内力计算公式。计算出内力M、N、Q后，可根据内力计算刃脚的

38、水平钢筋。当框架跨度很小，水平钢筋可不必按正负弯矩进行弯起，而按正负弯矩的需要布置成内外两圈钢筋。 井壁受力计算 竖向验算； 水平向验算。 井壁竖向拉力验算 沉井下沉过程中，刃脚下已挖空，而上层土摩阻力较大，沉井处于悬吊状态，在下部沉井自重作用下井壁处于受拉状态。此时，需要验算的内容包括： 井壁的竖向拉力，并据此配置井壁受拉钢筋； 沉井分节之间的锚固钢筋。 上层土比较坚硬，摩阻力较大。沉井最大拉力Smax发生在硬土层与软土层的界面处：Qmax硬土与软土交界面处以下部分沉井的最大重力；T土层界面处以下井壁与土之间的摩阻力。 根据地质条件可以明确判断软硬土层的位置 沉井周围土质比较均匀 不能明确判

39、断产生最大摩阻力的土层位置，可近似假定井壁上的摩阻力沿井壁为倒三角形分布。地面处摩阻力最大，刃脚底面处为0。按图示计算模式：距刃脚底面x处井壁的拉力：由， 得到：代入前式可求得： 强度验算与配筋计算 根据求得的Smax可以验算井壁是否需要设竖向受拉钢筋； 对于不排水下沉，由于浮力的存在，井壁受到的竖向拉力很小，可不进行此项验算； 沉井分节处拉力全由钢筋承担，钢筋抗拉安全系数1.25，同时验算钢筋的锚固长度。 井壁水平内力计算 最不利状态沉井沉至设计标高，刃脚下土已挖空尚未封底。 计算图式与刃脚水平方向内力计算相同，按平面封闭框架计算内力，但井壁上的土压力与水压力计算，不考虑折减系数。 计算荷载

40、 土压力； 水压力； 刃脚作为悬臂作用（向内挠曲），通过刃脚固端传来的 水平剪力。 计算方法选取刃脚根部以上、厚度为的水平框架，计算在周围均布荷载作用下框架内力与配筋。 注意点：分节浇筑，且各节井壁厚度不同，在各变截面处（井壁厚度变化最下端处）取单位高度1.0m的水平框架计算，控制该厚度井壁受力，各水平力不乘以折减系数（分配系数）；采用泥浆润滑套下沉的沉井，泥浆压力要大于土压力和水压力，井壁压力按泥浆压力计算（泥浆容重乘以泥浆高度）；采用空气幕下沉的沉井，井壁压力与普通沉井的计算相同。 内隔墙的计算主要验算底节沉井的内隔墙，依据内隔墙与井壁的相对刚度确定内隔墙与井壁的连接。 最不利状态隔墙下土

41、已挖空。 作用荷载 隔墙自重； 浇筑第2节沉井时内隔墙混凝土的重力作用； 刃脚悬臂作用（向外挠曲）对隔墙产生的附加弯矩（排水下沉的沉井一般隔墙开有过人孔，减弱了隔墙的截面的抗弯能力），引起隔墙下缘拉力而使隔墙下缘开裂。 计算模式 两端铰支梁计算模式隔墙厚度t2井壁厚度t1，两者刚度（t23/l2t13/l1）相差很大，将隔墙视为两端铰支于井壁上的梁； 两端固接梁计算模式隔墙厚度t2与井壁厚度t1比较接近，两者刚度相差不大，将隔墙视为两端固接于井壁上的梁。隔墙计算图式 混凝土封底及顶盖的计算 封底混凝土计算 计算原则根据基底反力条件验算封底混凝土的厚度。 作用荷载 施工阶段沉井自重作用产生的基底

42、反力、浮托力（不排水施工时可以不考虑）； 使用阶段井孔内不填塞时，按使用阶段基础承受的最大设计反力验算封底层厚度（有其他填塞物，如水、砂石时，可计入其对封底混凝土的压重作用）。 计算图式支承在凹槽或隔墙底面刃脚斜面上的周边支承双向板，承受均布荷载作用； 沿井孔刃脚斜面高度截面上的抗剪强度。 验算方法按双向板（矩形或圆端形）或圆板（圆形）进行厚度验算周边支承双向板承受均布荷载时的最大弯矩按下表计算，底板与井壁的连接一般按简支考虑，当底板与井壁有可靠连接时（如预埋连接钢筋）也可按弹性固定考虑：最终，封底混凝土底板的厚度应按上述两种方法计算并取其控制情况确定底板厚度。 上表中弯矩系数是按泊桑比=0的

43、理想材料计算得到，而实际混凝土和钢筋混凝土的泊桑比=1/6，则实际的弯矩计算式：周边支承的圆形板在均布荷载作用下，板中心点的弯矩：d圆板计算直径（取刃脚斜面一半计）。求出弯矩后，封底混凝土厚度的验算：si荷载安全系数，si =1.1；m材料安全系数，m =2.31；b计算宽度，b=1.0m；Rwj混凝土弯曲抗拉极限强度。 为简化计算，也可采用板桩封底验算公式（2-29）进行初步估算。沿井孔刃脚斜面高度截面上的抗剪强度 考虑在井孔范围内封底混凝土沿刃脚斜面高度截面上的剪力验算，如剪应力不满足底板的抗剪强度，应增大底板厚度。 沉井顶盖板计算 计算图式支承在井壁与隔墙上的双向板或圆板。 计算情况墩身底面较大，部分支承在井壁上，顶盖板只承受浇注墩身混凝土的均布荷载来计算板的内力，但不需