地下结构工程沉井基础

安徽建筑工业学院地下结构工程主讲教师：席培胜第4章沉井基础4.1概述4.1.1沉井基础的特点及其应用范围是以沉井法施工的地下结构物和深基础的一种型式。先在地表制作成一个井筒状的结构物（沉井），然后在井壁的围护下通过从井内不断挖土，使沉井在自重作用下逐渐下沉，达到预定设计标高后，再进行封底，构筑内部结构。广泛应用于桥梁、烟囱、水塔的基础；水泵房、地下油库、水池竖井等深井构筑物和盾构或顶管的工作井。技术上比较稳妥可靠，挖土量少，对邻近建筑物的影响比较小，沉井基础埋置较深，稳定性好，能支承较大的荷载。4.1.2沉井的分类（1）按下沉环境可分为陆地沉井（包括在浅水中先筑岛制作的沉井）和浮运沉井；（2）按沉井构造形式可分为独立沉井和连续沉井；（3）按沉井平面形式可分为圆形、椭圆形、正方形、矩形和多边形等；也可分为单孔和多孔沉井（见图8-1）；（4）按沉井制作材料可分为混凝土、钢筋混凝土、钢、砖、石以及组合式沉井等。沉井按平面形式分类a—圆形单孔沉井；b—正方形单孔沉井；c—矩形单孔沉井；d—矩形双孔沉井；e—椭圆形双孔沉井；f—矩形多孔沉井4.1.3沉井的设计原则结构简单对称，受力合理，施工方便。沉井的长短边之比越小越好，以保证下沉时的稳定性。一般沉井应分节制作，每节高度不宜大于5m。沉井底节高度应满足拆除支承时沉井纵向抗弯要求之外，在松软土层中下沉的沉井，底节高度不宜大于0.8b

。4.1.4沉井的施工步骤

沉井施工步骤示意图4.2沉井构造沉井组成：刃脚、井壁、内隔墙、取土井、凹槽、封底、顶板1）沉井刃脚：作用在于减少沉井下沉阻力

a—混凝土刃脚；b—设角钢的刃脚；c—尖刃脚2）井壁主要承担井外水土压力和自重的部分

设计时通常先假定井壁厚度再进行承载力验算；井壁厚度一般为0.8~1.5m；

a）、（b）竖直的；（c）、（d）台阶形的；（e）锥形的；（f）倒锥形的图8-5沉井外壁的形式3）内隔墙加强沉井刚度、缩小外壁计算跨度，同时又将沉井分成多个取土井，便于掌握挖土位置以控制下沉的方向；内隔墙的间距一般不大于5~6m，厚度一般为0.5~1.0m。一般要求隔墙底高出刃脚底面0.5~1.0m。4）取土井位置：取土井的平面布置应与中轴线对称，以利于沉井均匀下沉；大小：由取土方法而定，采用挖土斗取土时，应能使挖土斗自由升降，最小边长不宜小于2.5m。处理：以素混凝土、片石混凝土或砌片填充。5）凹槽为了封底混凝土嵌入井壁，形成整体，使传至沉井壁上的力能更好地传递给封底混凝土底面。遇到意外困难，还可在凹槽处浇筑钢筋混凝土盖板，将沉井改为沉箱。尺寸：凹槽深约0.15~0.25m，高约1.0m左右，其距刃脚底面一般在1.5m以上。6）射水管组、探测管、气管和压浆管射水管组：压入高压水把井壁四周的土冲松，以减少摩擦力和端部阻力。高压水水压一般不小于0.6MPa，每一水管的排水量不小于200L/min；探测管：探测刃脚和隔墙底面下的泥面标高，清基射水或破坏沉井正面土层以利下沉；气管：空气幕下沉沉井；压浆管：埋设压浆管7）封底渗水率小于6mm/min时，排干水后用C15或C20普通混凝土浇筑；当井中的渗水率大于6mm/min时，宜采用导管法浇注C20级水下混凝土封底。厚度按其承载力条件计算确定，一般其顶面应高出凹槽0.5m。8）顶板以混凝土填心的沉井可用素混凝土顶板；空心或以其他松散料填心的沉井需用钢筋混凝土顶板，厚度一般为1.0~2.0m；排水下沉的沉井，其顶面在地面或水位以下时，应设挡土防水墙连接在井壁的顶部。4.3沉井结构设计计算4.3.1下沉系数计算验算沉井自重是否能克服下沉时土的摩阻力，用下沉系数k表示：表8-1沉井井壁与土体之间的摩阻力f（kPa）摩擦力分布假定从地表到5m深度范围内，单位摩阻力按直线规律由零增加至最大值；超过深度5m以后取常数值4.3.2沉井底节验算刃脚下的支承位置不断在变，三种情况：1）在排水或无水情况下下沉沉井2）对于不排水下沉的沉井（1）假定底节沉井仅支承于长边的中点（2）假定底节沉井支承于短边的两端点4.3斥.3沉井井壁计算沉井桶井壁兴应进金行竖直和绑水平两肾个方向的内嗓力计忍算。1）竖直左方向在沉井瞎的下沉坐过程中沟，当沉砖井被四端周土体若箝固着钻而刃脚娱下的土邪已被掏法空时，盆应验算困井壁接锯缝处的竖向杏拉应患力。接缝俗处：混凝土攻不承受思拉应力犁而由接杰缝处的怪钢筋承备受，此时暖钢筋双的抗致拉安腹全系巡寿数可架采用1.挨25；同孤时并法须验订算钢齐筋的第锚固袖长度款。井壁摩猎阻力可假定彼沿沉井搁全高按泽倒三角烦形分布危，即在猴刃脚底葵面处为康零，在斩地面处均为最大铃，此时亿最危险学的截面汽在沉井躬入土深被度的1/2处沉井外侄侧直立岸时的井由壁

受队拉计算歉图按《公路良桥涵枪地基肤与基坑础设宪计规穗范》，最大外竖向拉延力Plma掘x为此时制沉井全惕部重力G的1/4，即实际工贯程中，沉井代被卡际住较为常修见，也桃出现过脖被拉裂克的沉井谅。验算建社议值表4-尺2沉井竖罗向拉力兽计算及川其最小素配筋率2）水运平方缓向根据夏排水总或不散排水垫的情炒况，秀沉井属井壁判在水做压力猎和土胡压力柄等水愁平荷丧载作砖用下浩，应齿作为彼水平哗框架次验算略其水备平方脂向的叼挠曲邻。（1）验君算刃脚根初部以上咸，其高咽度等于股该处井遇壁厚度t的一守段井皇壁，依挺此设敲置该裙段的爆水平午钢筋章。计算简茎图Q——由刃撤脚传江来的院剪力累，其帽值等孩于求算刃脚窄竖直外饿力时分棚配于悬艳臂梁上投的水平恼力（kN/坛m）。（2）其余各巡寿段井壁的计算辞，可按阁井壁断犁面的变裤化,取每欠一段耕中控革制设男计的胸井壁咸（位钓于每一段嫂最下端王的单位莲高度）进行粉计算。上部枣井段扁按照作用那在水五平框侄架上齿的均耽布荷摆载q=木W+E。然后纺用同样畜的计算迫方法，携求得水匀平框架臣的最大艰弯矩M、轴旱向压饺力N、剪寨力Q，并旱据此叛设计敏水平爱钢筋朴。4.捎3.少4沉井刃态脚验算沉井缠刃脚帽部分缓可分趋别作为苏悬臂呢或水歇平框傲架验算其赌竖向及览水平向雕的弯曲击强度。1）按膨悬臂愉梁计辞算刃强脚竖茫直方疫向的连挠曲木强度此时许，刃脚根涛部可以资认为与香井壁嵌蠢固，刃脚能高度碍作为招悬臂仆长度，并刚可根阁据以屯下两畅种不风利情神况分纱别计溪算：（1）当蓄沉井惑下沉酱途中冬，刃脚内驰侧已切装入土中世深约1m;①沿井壁膛的水平味方向取苦一个单很位宽度哭，计算敏作用在肥刃脚上裳的土压宏力E和水压侦力W。②作用在散井壁单的位宽度肃上的摩然阻力T，取其最编小值③刃脚馅下单眉位宽雪度上庙土的犯垂直璃反力刃脚斜侮面上的庆土反力联立方赢程式即避可求得V1和V2。④作用掩在刃婶脚斜纱面上挪的水趣平反湖力U可按惨下式屋计算撕：U的作用苏点在距闷刃脚底替面1/3高处叔。⑤刃脚键重力g按下式绘计算：⑥求得作订用在刃脚城上的舅所有坟外力胶的大陪小、夸方向胸和作分用点礼之后狱，即可倚求算滤刃脚再根部映处截榜面上身每单爸位周细长内艳（井究壁）巾的轴倍向压帅力N、水套平剪站力Q及对预截面轨重心袜轴的上弯矩M。并塔据此炼计算助在刃畅脚内侧的颂钢筋（究竖直）吼数量。（2）当沉心井已视沉到巷设计宵标高净，刃熊脚下菊的土拣已被碑掏空谢，这泽时刃楼脚处塌于向烧内挠傲曲的毯不利悟情况代，①计算刃俩脚外侧套的土压良力和水桃压力。②由于刃府脚下的旺土已被斧掏空，内故刃脚融下的垂直巡寿反力Rv和刃直脚斜掌面水斩平反滚力U等于棕零③作用宁在井唯壁外岔侧的候摩阻忧力T④刃脚售计算众时重示力g与前面姨相同⑤计算趁在刃词脚外阵侧的绝钢筋泛（竖末直）战数量2）按封摩闭的水挎平框架尤计算刃接脚水平亡方向的分挠曲强烈度作用滤在刃揉脚侧哈面上瓜的水捧平外剂力将录由悬叶臂梁那和框贪架来左共同腿承担孙。分配原系数粉公式羊如:悬臂扮作用:框架作仿用:4.凯3.泰5沉井封勉底计算封底混休凝土在焦基底反抓力作用幸下，将垄其当作纪支承于鹊刃脚斜足面及隔摸墙上的周边拌支承暖板考虑；支承作情况（简浩支或尊嵌固侮）和计算丈强度在设计尽中应视致具体情条况而定锣。1）规定（1）封执底混对凝土参应承朋受基底水铺和土的向碎上反蛋力，滴此时傅混凝树土的送龄期抬不足付，应降低亩容许应缸力；（2）混凝来土填实术时，计功入井孔斩内填充武物的重局力；（3）封底舱混凝土灶的厚度叉，一般搏不宜小那于1.驱5D；2）干兔封底镜及有叨关计挎算（a）下桐有足嫂够厚唯粘土岭层；（b）待呼底板毯达到劈燕足够接强度偿后方奥停止纹降水沉井柏可干采封底馆的情寒况（1）沉井胸刃脚停喊留在不告透水粘递土层中光；不透水欲粘土层灰的厚度陶：A——沉井决底部盯面积诞（m2）；——土的有刮效重度墓（即浮姜重度）条（kN/袜m3）；——刃脚香下面替不透安水粘丘土层盼厚度苏（m）；c——粘土的伤粘聚力湿（kPa）；U——沉井刃兰脚踏面忘内壁周艰长（m）；（2）在沉阅井内轿设吸狮水鼓并有良走好滤层嫂的情况屋下降水弯，一直似降到钢筋混挨凝土底饼板足够夺承担酸地下堡水回拦升后近的水完土压筒力，则方可温拆除像并封锈闭降踪蝶水管仓，在汪这种层情况鹊下，可采目用干棋封底。3）水下灵封底混忆凝土的界厚度计辨算封底语要求牌是：（1）按最不利麦情况混凝土流厚度环：即在羞沉井封饶底后，译将井内御水排干袖，在钢裤筋混凝耀土底板贼尚未施渗工前疾。（2）水衫下封莲底混柄凝土尝最好不让其中出现拉贡应力。分配技线相交凶于素混课凝土封会底上，锋可以认磨为不承夏受拉应剃力。中央悄锅底择挖深离可形凭成倒拱。若出膝现拉所应力依，计行算方杰法：注意传计算菊跨度着；①周边简货支支承搭的圆板碰在承受也均匀荷痰载时，到可计算雄板中心亿的最大蹈弯矩值遮：②周边简支支放承的双向态板在承命受均布果荷载时钥，计算掉跨中弯队矩Mx和My：简支辟支承奴双向失板计早算简令图③求出弯吨矩值后防，封底锁混凝土吼的厚度——考虑封朱底混凝闲土因与恨井底泥头土掺混矮需要增加头的厚捞度，宜取0.3微~0.回5m；若稠基底陷采取践铺块岛石或翠碎石订灌浆喇抹平笋处理婆后再锹封底匹，可不考伍虑此增泛加值。④封底混亚凝土剪给应力计鉴算应加大定封底混君凝土的抗剪面录积。如在猪井壁都和隔割墙内波设置邻凹槽越等。4.充3.迎6沉井颈底板淡计算1）底板妙荷载计引算A：沉井叔结构同的最短大自登重除钳以沉粪井外机围底面匪积的兽商，静不计言井壁惧侧面蝴摩阻顿力。B：假阵定水懂压力通全部砌由钢激筋混疑凝土隔底板脸承受桃。土反力斥和水压谨力中数值己较大洽者2）沉井贷底板内载力计算内力涨可按府单跨广或多宜跨板般计算;边界支朋承条件,根据具苦体情况摄决定;4.3质.7沉井哲抗浮伶稳定宜验算可能等出现肤的最沫高地庆下水狠位进翅行验验算,一般的节沉井依靠自迫重获得河抗浮稳勤定。在不计猜井壁摩隶阻力的萄情况下笨，抗浮文稳定验浮算公式壁为：4.3抹.8沉井下干沉对周恋围环境秃的影响1）影论响范凉围的塘确定采用土辟坡稳定电计算方负法乘以事重要