1、新课内容本章提要本章提要【本章要求本章要求】1.了解沉井的概念、特点、应用；了解沉井的概念、特点、应用；2.掌握沉井的构造组成及各部分的要求；掌握沉井的构造组成及各部分的要求；3.熟悉沉井设计要点，熟悉沉井设计要点，4.理解沉井的结构计算，包括受力特点、计算原理、理解沉井的结构计算，包括受力特点、计算原理、设计思路；设计思路；5.掌握沉井施工的程序和下沉基本方法；掌握沉井施工的程序和下沉基本方法；6.了解沉井下沉出现的常见问题、原因分析及预防了解沉井下沉出现的常见问题、原因分析及预防措施和处理方法。措施和处理方法。【本章重点本章重点】沉井的类型及构造；沉井的施工方法。沉井的类型及构造；沉井的施
2、工方法。6.1 概述概述6.2沉井的类型和构造沉井的类型和构造 6.3沉井基础的设计与计算沉井基础的设计与计算6.1 6.1 概述概述1.沉井的概念：沉井的概念：沉井是一个竖向的筒形结构物。沉井是一个竖向的筒形结构物。2.沉井基础一般是指在场地条件和技术条件受限制，沉井基础一般是指在场地条件和技术条件受限制，同时为保证深开挖边坡的稳定性及控制对周边邻近同时为保证深开挖边坡的稳定性及控制对周边邻近建（构）筑物的影响而在建（构）筑物的影响而在深基础工程施工中应用的深基础工程施工中应用的一种结构。一种结构。3.沉井下沉是通过人工或机械在井孔中采用排水法沉井下沉是通过人工或机械在井孔中采用排水法或不排
3、水法等手段挖土，使沉井依靠自重作用克服或不排水法等手段挖土，使沉井依靠自重作用克服井壁与土之间的摩阻力而不断下沉至设计高度。井壁与土之间的摩阻力而不断下沉至设计高度。6.1 6.1 概述概述6.1 6.1 概述概述6.1 6.1 概述概述沉井是井筒状的结构物，沉井是井筒状的结构物，先在地表制作成一个沉井，先在地表制作成一个沉井，然后在井壁的围护下通过从井内不断挖土，使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。进行封底，构筑内部结构。一般在施工大型桥墩的基坑，污水泵站，大型设备一
4、般在施工大型桥墩的基坑，污水泵站，大型设备基础，人防掩蔽所，盾构拼装井，地下车道与车站基础，人防掩蔽所，盾构拼装井，地下车道与车站水工基础施工围护装置时使用。水工基础施工围护装置时使用。6.1 6.1 概述概述沉井特点是：埋置深度较大，整体性强，稳定性好，具有较沉井特点是：埋置深度较大，整体性强，稳定性好，具有较大的承载面积，能承受较大的垂直和水平荷载，同时又可做大的承载面积，能承受较大的垂直和水平荷载，同时又可做成补偿性基础，避免过大沉降，稳定性好，能支承较大的荷成补偿性基础，避免过大沉降，稳定性好，能支承较大的荷载，保证基础稳定性。载，保证基础稳定性。作为深基础的一种施工方法，沉井在施工中
5、具有独特优点：作为深基础的一种施工方法，沉井在施工中具有独特优点：技术上比较稳妥可靠，占地面积小，不需要支护结构，与大技术上比较稳妥可靠，占地面积小，不需要支护结构，与大开挖相比较，挖土量小，对邻边建筑物的影响比较小，无需开挖相比较，挖土量小，对邻边建筑物的影响比较小，无需特殊的专业设备。特殊的专业设备。缺点缺点1、施工期较长。、施工期较长。2、施工技术要求高。、施工技术要求高。3、施工中易发生流砂造成沉井倾斜或下沉困难等。、施工中易发生流砂造成沉井倾斜或下沉困难等。6.1 6.1 概述概述6.1 6.1 概述概述6.1 6.1 概述概述沉井的组成6.1 6.1 概述概述6.26.2沉井的类型
6、及构造沉井的类型及构造6.2.16.2.1沉井的类型沉井的类型沉井一般可按以下两方面分类：沉井一般可按以下两方面分类：1.沉井按平面形状分类沉井按平面形状分类沉井按平面形状可分为圆形、矩形、椭圆形、沉井按平面形状可分为圆形、矩形、椭圆形、端圆形、多边形及多孔井字形等；根据井孔的端圆形、多边形及多孔井字形等；根据井孔的布置方式，可分为单孔、双孔及多孔沉井布置方式，可分为单孔、双孔及多孔沉井；6.2.16.2.1沉井的类型沉井的类型 2.沉井按竖向剖面形状分类沉井按竖向剖面形状分类6.2.16.2.1沉井的类型沉井的类型沉井竖向剖面形状有圆柱形、阶梯形及锥形等为了沉井竖向剖面形状有圆柱形、阶梯形及
7、锥形等为了减少下沉摩阻力，刃脚外缘常设减少下沉摩阻力，刃脚外缘常设2030cm间隙，间隙，井壁表面作成坡度。井壁表面作成坡度。阶梯形沉井井壁平面尺寸随深度呈台阶形加大，阶阶梯形沉井井壁平面尺寸随深度呈台阶形加大，阶梯可设在井壁内侧，也可设在井壁外侧。梯可设在井壁内侧，也可设在井壁外侧。2.沉井按竖向剖面形状分类沉井按竖向剖面形状分类6.2.16.2.1沉井的类型沉井的类型6.2.2 6.2.2 沉井的构造沉井的构造沉井一般由井壁沉井一般由井壁（侧壁）、刃脚、（侧壁）、刃脚、内隔墙、横梁、内隔墙、横梁、框架、封底和顶框架、封底和顶盖板等组成。盖板等组成。6.2.2 6.2.2 沉井的构造沉井的构
8、造6.3 6.3 沉井基础的设计与计算沉井基础的设计与计算6.3.1 6.3.1 沉井尺寸的确定沉井尺寸的确定1.沉井高度沉井高度沉井高度为沉井顶面和底面两个标高之差。沉井高度为沉井顶面和底面两个标高之差。当沉井作为基础时，其顶面要求埋在地面下当沉井作为基础时，其顶面要求埋在地面下0.2m或在地下水位以上或在地下水位以上0.5m。沉井底面标高，。沉井底面标高，主要根据上部荷载，水文地质条件及各土层主要根据上部荷载，水文地质条件及各土层的承载力确定。的承载力确定。6.3.1 6.3.1 沉井尺寸的确定沉井尺寸的确定2.沉井平面形状和尺寸沉井平面形状和尺寸沉井平面形状应当根据上部建筑物的平面形状决
9、定。沉井平面形状应当根据上部建筑物的平面形状决定。为了挖土方便，取土井宽度一般不小于为了挖土方便，取土井宽度一般不小于3m，取土，取土井应沿井中心线对称布置。井应沿井中心线对称布置。3.井壁厚度井壁厚度井壁厚度一般为井壁厚度一般为0.71.5m（对一些泵房等小沉井，（对一些泵房等小沉井，井壁也可用井壁也可用0.30.4m），内隔墙厚为），内隔墙厚为0.5m左右。左右。根据沉井施工要求，其井壁及内墙要有足够的厚度，根据沉井施工要求，其井壁及内墙要有足够的厚度，当沉井平面尺寸当沉井平面尺寸A、B确定后，井壁及内墙尺寸要确定后，井壁及内墙尺寸要根据沉井使用和施工要求，经过几次验算，才能最根据沉井使用
10、和施工要求，经过几次验算，才能最后确定下来。后确定下来。6.3.2 6.3.2 沉井基础的计算沉井基础的计算 1.沉井作为整体深基础的计算沉井作为整体深基础的计算中心荷载作用下地基承载力验算：中心荷载作用下地基承载力验算：当上部结构传给沉井的荷载为中心荷载作用时，其当上部结构传给沉井的荷载为中心荷载作用时，其作用在沉井上的受力情况如图所示。作用在沉井上的受力情况如图所示。地基的承载力验算，应满足下列条件地基的承载力验算，应满足下列条件 GF fjRR 6.3.26.3.2 沉井基础的计算沉井基础的计算横向力作用下，考虑沉井侧壁土体弹性横向力作用下，考虑沉井侧壁土体弹性抗力时的计算抗力时的计算（
11、1）基础侧面水平压应力和基底边缘处应力计算考虑两种情况：当沉井基底嵌入非岩石地基（包括沉井立于风化岩层内和岩面上）若基底嵌入基岩层内，在水平力和竖向偏心荷载作用下，可假定基底产生水平位移，基础的旋转中心A与基底中心重合，6.3.2 6.3.2 沉井基础的计算沉井基础的计算（2）验算）验算1）基底边缘处最大压应力不应超过沉井地面处的承载力，即2）基础侧面水平压应力值应小于沉井周围土的极限抗力值，即 hfmaxzx1沉井下沉验算沉井下沉验算 6.3.2 6.3.2 沉井在施工过程中的结构计算沉井在施工过程中的结构计算沉井下沉时，必须克服井壁与土间的摩阻力沉井下沉时，必须克服井壁与土间的摩阻力;沉井
12、自重沉井自重G与井与井壁摩阻力壁摩阻力Rf的比值称为下沉系数的比值称为下沉系数K，一般应不小于，一般应不小于1.151.25，用公式表示为用公式表示为 fRGK 1.151.25 6.3.2 6.3.2 沉井在施工过程中的结构计算沉井在施工过程中的结构计算2第一节井壁在自重作用下竖向强度验算第一节井壁在自重作用下竖向强度验算第一节沉井制作达到下沉强度后，拆除刃脚垫架，抽除第一节沉井制作达到下沉强度后，拆除刃脚垫架，抽除承垫木，沉井最后仅支撑在少量垫木上，在下沉前应验算承垫木，沉井最后仅支撑在少量垫木上，在下沉前应验算井壁的竖向强度能否满足要求，以防出现裂缝或裂断。井壁的竖向强度能否满足要求，以
13、防出现裂缝或裂断。验算时，将沉井按最不利状态，即当作支承于四个固定验算时，将沉井按最不利状态，即当作支承于四个固定承垫木上的梁，支承点应尽可能控制在有利的位置，使支承垫木上的梁，支承点应尽可能控制在有利的位置，使支点和跨中所产生的弯矩相等。点和跨中所产生的弯矩相等。6.3.2 6.3.2 沉井在施工过程中的结构计算沉井在施工过程中的结构计算3刃脚计算刃脚计算（1）刃脚竖向内力计算）刃脚竖向内力计算 刃脚竖向内力按悬臂梁来刃脚竖向内力按悬臂梁来计算，并按刃脚向内挠曲和向外挠曲两种不利情况计算，并按刃脚向内挠曲和向外挠曲两种不利情况考虑。考虑。（2）刃脚水平内力计算（矩形沉井）刃脚水平内力计算（矩
14、形沉井）当沉井下沉至设计标高，刃脚下土已挖空但未浇筑当沉井下沉至设计标高，刃脚下土已挖空但未浇筑封底混凝土，刃脚所受水平压力最大，处于最不利封底混凝土，刃脚所受水平压力最大，处于最不利状态。此时刃脚的水平内力计算可视为封闭的水平状态。此时刃脚的水平内力计算可视为封闭的水平框架。框架。6.3.2 6.3.2 沉井在施工过程中的结构计算沉井在施工过程中的结构计算4.沉井井壁计算沉井井壁计算（1）井壁的水平内力计算）井壁的水平内力计算 作用在井壁上的水平外作用在井壁上的水平外力土压力和水压力，二者都是沿着深度变化的，因力土压力和水压力，二者都是沿着深度变化的，因此井壁水平内力计算应该分段计算。此井壁
15、水平内力计算应该分段计算。（2）井壁垂直受拉计算）井壁垂直受拉计算 沉井下沉到设计标高，刃沉井下沉到设计标高，刃脚下土已挖空，上部井壁被土夹住，沉井悬在土中，脚下土已挖空，上部井壁被土夹住，沉井悬在土中，这时井壁处于最不利的受拉情况，应进行井壁竖向这时井壁处于最不利的受拉情况，应进行井壁竖向拉应力验算，否则井壁可能被拉裂或拉断的危险。拉应力验算，否则井壁可能被拉裂或拉断的危险。6.3.2 6.3.2 沉井在施工过程中的结构计算沉井在施工过程中的结构计算5沉井封底计算沉井封底计算（1）沉井干封底的计算）沉井干封底的计算 如沉井的刃脚悬落在不透水的粘土层中，即可采用干封底的方法，但粘土层应有足够的
16、厚度，以免被下部含水层的地下水压力所“顶破”，造成严重事故。（2）水下封底混凝土的厚度计算）水下封底混凝土的厚度计算 当井底涌水量很大或出现流砂现象时，沉井必须进行水下混凝土封底。水下混凝土封底的厚度，除应满足沉井抗浮要求外，主要按照素混凝土的强度来计算。6.3.2 6.3.2 沉井在施工过程中的结构计算沉井在施工过程中的结构计算6沉井抗浮验算沉井抗浮验算沉井封底后，整个沉井受到被排除地下水的向上浮力作用，应验算其抗浮系数，一般有两种方法。1）沉井外未回填土，不计抗浮的井壁与侧面土反摩阻力的作用。2）沉井外已回填土，考虑井壁与侧面反摩阻力的作用。1）沉井是一个筒状结构物。既是深基础的一种结构形
17、式，）沉井是一个筒状结构物。既是深基础的一种结构形式，也是深基础施工的一种常见方法，沉井结构一般由井壁、刃也是深基础施工的一种常见方法，沉井结构一般由井壁、刃脚、隔墙、横梁、框架、封底与顶盖板等组成。脚、隔墙、横梁、框架、封底与顶盖板等组成。2）沉井按分类方式不同，可有多种类型。按平面形状分为）沉井按分类方式不同，可有多种类型。按平面形状分为圆形、矩形、椭圆形、端圆形、多边形及多孔井字形。按竖圆形、矩形、椭圆形、端圆形、多边形及多孔井字形。按竖向剖面形状分为圆柱形、阶梯形及锥形。向剖面形状分为圆柱形、阶梯形及锥形。3）沉井基础设计包括沉井平面尺寸、沉井高度的确定。）沉井基础设计包括沉井平面尺寸
18、、沉井高度的确定。沉井作为整体深基础的计算。沉井在施工过程中的结构沉井作为整体深基础的计算。沉井在施工过程中的结构计算。计算。4）沉井施工包括，施工准备工作、沉井制作、沉井下沉、）沉井施工包括，施工准备工作、沉井制作、沉井下沉、沉井接长、沉井封底等方面。沉井接长、沉井封底等方面。5）沉井施工中常会发生沉井倾斜、沉井偏移、沉井下沉极）沉井施工中常会发生沉井倾斜、沉井偏移、沉井下沉极慢或停沉、沉井下沉过快、沉井遇到障碍、发生流砂、沉井慢或停沉、沉井下沉过快、沉井遇到障碍、发生流砂、沉井超沉或欠沉等问题。正确分析出现问题的原因，采取相应的超沉或欠沉等问题。正确分析出现问题的原因，采取相应的预防措施和处理方法以保证沉井施工顺利进行。预防措施和处理方法以保证沉井施工顺利进行。
