(7.1.1)-7-1概述及沉井结构的类型与构造

地下建筑结构

第7章沉井与沉箱结构

知识点1概述及沉井结构的类型与构造

现代压气沉箱技术桥梁基础隧道竖井电力设施垃圾处理地下停车库泵站设施连续隧道防波堤地铁车站压气沉箱工法沉井或沉箱的概念不同断面形状的井筒或箱体，利用结构自重作用下按边排土边下沉的方式使其沉入地下，即在地面筑成的“半成品”沉入土中，在地下完成结构物施工。沉井也称为开口沉箱，沉箱也称为闭合沉井。压气沉箱：闭口沉箱下沉施工时采用压气排水的施工方法。7.1概述优点：占地面积小、挖土量少，对邻近建筑物影响比较小等。在工程用地与环境条件受到限制或埋深较大的地下构筑物工程中被广泛应用。沉井（沉箱）施工法是深基础施工中采用的主要施工方法之一。在市政工程，沉井（沉箱）常用于桥梁墩台基础、取水构筑物、排水泵站、大型排水窨井、盾构或顶管的工作井等工程。7.1概述沉井（沉箱）结构的特点：躯体结构刚性大，断面大，承载力高，抗渗能力强，耐久性能好，内部空间可有效利用；施工场地占地面积较小，可靠性良好；适用土质范围广，淤泥土、砂土、黏土、砂砾土等土层均可施工；施工深度大；施工时周围土体变形较小，对邻近建筑物的影响小，适合近接施工；具有良好的抗震性能。7.1概述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、盾构工作井、矿井、地下其他构筑物。7.2沉井结构施工工艺：制作安放刃脚→分节浇筑沉井和开挖下沉→井内混凝土施工。7.2沉井结构五峰山大桥北锚碇超大沉井-世界最大陆地沉井五峰山大桥全长6409m，主跨1092m，世界首座高速铁路悬索桥和世界上已建成的跨度最大、运行速度最快、运行荷载最大的公铁两用悬索桥。北锚碇沉井长100.7m、宽72.1m、高56m，共10节，不论体积还是重量都是名副其实的“世界第一沉井”。7.2沉井结构常泰长江大桥5号沉井-世界最大钢沉井沉井底面尺寸横桥向长95m，纵桥向宽57.8m，横截面积约有13个篮球场大小，总高72m，相当于24层楼高。7.2沉井结构常泰长江大桥5号沉井-世界最大钢沉井7.2沉井结构安徽理工大学-城市地下空间工程常泰长江大桥5号沉井-世界最大钢沉井7.2沉井结构泰州长江大桥中塔沉井基础-神州第一沉井沉井基础长58m，宽44m，总高度为76m，沉井沉入19m深水和55m河床覆盖层，封底混凝土厚11m。7.2沉井结构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之一。

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。

7.2沉井结构按沉井的构造形式：连续沉井和单独沉井；按平面形状分类：圆形、方形、矩形、两孔、多孔、椭圆形、多边形、多孔井字形；按竖向剖面形状分类：圆柱形、阶梯形；按沉井的建筑材料的分类：混凝土沉井、钢筋混凝士沉井、钢壳沉井。7.2.1沉井的类型1.隧道连续沉井在两个沉井之间采用有橡胶止水带的柔性接头。沉井长度主要考虑各段沉井的不均匀沉降、变温影响和混凝土凝固收缩应力等因素加以确定，一般25~35m；沉井横断面的宽度应由隧道的几何设计来确定，一般应能容纳所需车道、风道、走道等。在曲线段中还应按车速和曲率半径等考虑适当加宽。7.2.1沉井的类型a)使用阶段隧道截面示意图

b)施工阶段连续沉井示意图

c)防水接头构造图1.隧道连续沉井沉井高度主要由车道的净空要求确定。同时还要考虑路面铺装、车道板、吊顶结构以及相邻沉井间沉降差等所需高度。为保证沉井施工阶段结构刚度，在沉井顶部和底部均设置横向支撑数道，与井壁部分构成上、下框架。井宽较大时，下框架中尚可加设纵向支撑一道。沉井下沉到设计标高后，就可封底，并浇筑底板、内隔墙和顶板。顶板上方可设置钢筋混凝土成层式防爆层。7.2.1沉井的类型2.平战结合用的人防工事沉井图示的矩形沉井，是平战结合用地下仓库之一例。沉井分上下两层。下层由于使用需要，分隔成许多小间；上层两侧为“三防”设施房间，中间作为大厅，平时可利用作为会场，战时可作为临时救护所。为了加强沉井施工下沉过程中的整体刚度，井内设上、下若干横撑，到使用阶段安上楼板，隔墙就可分隔成许多房间。7.2.1沉井的类型井壁(侧壁)；刃脚；内隔墙；封底和顶盖板，底梁和框架。7.2.2沉井的构造1.井壁一般应配置两层竖向钢筋及水平钢筋，以承受弯曲应力。同时要有足够的重量。井壁厚度主要决定于沉井大小、下沉深度以及土壤的力学性质。先假定井壁厚度，再进行强度验算。厚度一般为0.4～1.2m。有战时防护要求的，井壁厚度可达1.5～1.8m。7.2.2沉井的构造1.井壁井壁的纵断面形状有上下等厚的直墙形、阶梯形。当土质松软、摩擦力不大，下沉深度不深时可采用直墙形。其优点是周围土层能较好地约束井壁，易于控制垂直下沉。接长井壁亦简单，模板能多次使用。此外，沉井下沉时，周围土的扰动影响范围小，可以减少对四周建筑物的影响，故特别适用于市区较密集的建筑群中间。7.2.2沉井的构造1.井壁井壁的纵断面形状有上下等厚的直墙形、阶梯形当土质松软，下沉深度较深时，考虑到水土压力随着深度的不断增大，使井壁在不同高程受力的差异较大，将井壁外侧仍做成直线形，内侧做成阶梯形，以减小沉井的截面尺寸，节省材料。7.2.2沉井的构造1.井壁当土层密实，且下沉深度很大时，为了减少井壁间的摩擦力而不使沉井过分加大自重，常在外壁做成一个(或几个)台阶的阶梯形井壁。台阶设在每节沉井接缝处，宽度∆一般为10～20cm。最下面一级阶梯宜设于h1＝(1/4~1/3)H高度处，或h1＝1.2～2.2m处。h1过小不能起导向作用，容易使沉井发生倾斜。施工时一般在阶梯面所形成的槽孔中灌填黄沙或护壁泥浆以减少

摩擦力并防止土体破坏过大。7.2.2沉井的构造2.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。刃脚底的水平面称为踏面。踏面宽度一般为10～30cm，视所通过土质的软硬及井壁厚度而定。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。沉井重，土质软时，踏面要宽些。相反，沉井轻，又要穿过硬土层时，踏面要窄些，有时甚至要用角钢加固的钢刃脚。7.2.2沉井的构造3.内隔墙内隔墙的主要作用是增加沉井在下沉过程中的刚度并减小井壁跨径。同时又把整个沉井孔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，分隔成多个施工井也便于沉井偏斜时的纠偏。内隔墙的底面一般应比井壁刃脚踏面高出0.5~1.0m，以免土壤顶住内墙妨碍沉井下沉。但当穿越软土层时，为了防止沉井“突沉”，也可与井壁刃脚踏面齐平。7.2.2沉井的构造3.内隔墙隔墙的厚度一般为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。取土井井孔尺寸除应满足使用要求之外，还应保证挖土机具可在井孔中自由升降，不受阻碍。如用挖泥斗取土时，井孔的最小边长应大于挖泥斗张开尺寸再加0.50~1.0m，一般不小于2.5m。井孔的布置应力求简单、对称。7.2.2沉井的构造4.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(即水下浇筑混凝土)和干封底两种。为了使封底混凝上和底板与井壁间有更好的联结，以传递基底反力，使沉井成为空间结构受力，常于刃脚上方的井壁上预留凹槽。如在特殊情况下，预计有可能需改用气压沉箱时，亦可预设凹槽，以便必要时在该处浇筑钢筋混凝土盖板。凹槽底面一般距刃脚踏面2.5m以上。槽高约1.0m，近于封底混凝土的厚度，以保证封底工作顺利进行。凹入深度约0.15~0.25m。当沉井作为地下结构物时多采用钢筋混凝土顶板。7.2.2沉井的构造5.底梁和框架在比较大型的沉井中，如由于使用要求，不能设置内隔墙，则可在沉井底部增设底梁，并构成框架以