最新地下建筑结构课件—第五章沉井式结构08幻灯片.ppt

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1、建筑工程学院建筑工程学院第一节第一节 沉井的类型和构造沉井的类型和构造一、概述一、概述概念和适用条件、特点、分类概念和适用条件、特点、分类二、沉井的构造二、沉井的构造三、沉井图例三、沉井图例隧道连续沉井、人防工事沉井隧道连续沉井、人防工事沉井qupup建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院建筑工程学院沉井的分类沉井的分类按横截面形状分按横截面形状分单孔沉井单孔沉井单排孔沉井单排孔沉井多排孔沉井多排孔沉井按纵截面形状分按纵截面形状分柱形沉井柱形沉井阶梯形沉井阶梯形沉井锥形沉井锥形

2、沉井 按制做材料分按制做材料分素混凝土沉井素混凝土沉井钢筋混凝土沉井钢筋混凝土沉井钢沉井钢沉井qbackback建筑工程学院建筑工程学院圆形圆形: :制作简单、易于控制下沉、受力性能好、制作简单、易于控制下沉、受力性能好、 周长小，侧面摩擦力小、对周围的土体扰动小周长小，侧面摩擦力小、对周围的土体扰动小 建筑面积不能充分利用建筑面积不能充分利用方形、矩形：方形、矩形：制作方便、水平压力产生弯矩，使用方便制作方便、水平压力产生弯矩，使用方便 受力情况不好、对周围土体扰动大、土压力和摩擦力不均匀受力情况不好、对周围土体扰动大、土压力和摩擦力不均匀两孔、多孔：两孔、多孔：孔间有隔墙或横梁，改变井壁和

3、底板的受力状况孔间有隔墙或横梁，改变井壁和底板的受力状况 施工易于控制、多适用于平面尺寸大的沉井施工易于控制、多适用于平面尺寸大的沉井椭圆形：椭圆形：对水流阻力小，多用于桥梁墩台基础、江心泵站对水流阻力小，多用于桥梁墩台基础、江心泵站多边形、多孔井字形多边形、多孔井字形沉井分类沉井分类按平面形状分按平面形状分建筑工程学院建筑工程学院圆柱形圆柱形：多用于入土不深、土质松散情况多用于入土不深、土质松散情况 不易发生倾斜、对周围土体扰动小；侧向摩擦力大、井壁易拉裂不易发生倾斜、对周围土体扰动小；侧向摩擦力大、井壁易拉裂锥形锥形：外壁为斜坡，减小侧向摩擦力外壁为斜坡，减小侧向摩擦力 下沉不稳定、不易井

4、壁制作下沉不稳定、不易井壁制作阶梯形阶梯形： 外壁阶梯形：减小摩擦力、扰动大、节省材料外壁阶梯形：减小摩擦力、扰动大、节省材料 内壁阶梯形：节省材料、减小扰动、避免下沉过快内壁阶梯形：节省材料、减小扰动、避免下沉过快沉井分类沉井分类按竖向剖面形状分按竖向剖面形状分qbackback建筑工程学院建筑工程学院二、沉井的构造二、沉井的构造l井壁井壁l刃脚刃脚l内隔墙内隔墙l封底和顶板封底和顶板l底梁和框架底梁和框架qupup建筑工程学院建筑工程学院q井壁：井壁：主要承担井外水土压力和自重的部分主要承担井外水土压力和自重的部分 沉井的主要部分，满足强度和厚度要求沉井的主要部分，满足强度和厚度要求井壁厚

5、度决定沉井大小、下沉深度以及土壤的力学性质井壁厚度决定沉井大小、下沉深度以及土壤的力学性质以及沉井能在足够的自重下顺利下沉以及沉井能在足够的自重下顺利下沉q 井壁断面形式的选择井壁断面形式的选择q土质松软、摩擦力小、下沉深度小土质松软、摩擦力小、下沉深度小 直墙式直墙式q土质松软、下沉深度深土质松软、下沉深度深 井壁外侧直线形内侧阶梯形井壁外侧直线形内侧阶梯形q土质密实、下沉深度大土质密实、下沉深度大 外壁做成阶梯形井壁外壁做成阶梯形井壁 q减小摩擦力的措施减小摩擦力的措施触变泥浆润滑、壁外喷射高压空气触变泥浆润滑、壁外喷射高压空气二、沉井的构造二、沉井的构造 qbackback建筑工程学院建

6、筑工程学院q刃脚刃脚 （P91P91图图5-45-4）井壁最下端一般都做成刀刃状的井壁最下端一般都做成刀刃状的“刃脚刃脚”。刃脚的主要功用是减少下沉阻力。刃脚的主要功用是减少下沉阻力。刃脚还应具有一定的刃脚还应具有一定的强度强度，以免下沉过程中损坏。，以免下沉过程中损坏。 q刃脚形式的选择刃脚形式的选择q踏面宽度踏面宽度 10 103030 q刃脚内侧的倾角一般为刃脚内侧的倾角一般为 q刃脚的高度当沉井湿封底时，取刃脚的高度当沉井湿封底时，取1.51.5m m左右，干封底时，左右，干封底时，取取0.60.6m m左右。左右。 二、沉井的构造二、沉井的构造 6040qbackback建筑工程学院

7、建筑工程学院q内隔墙内隔墙 沉井在下沉过程中沉井在下沉过程中增加刚度增加刚度并并减小井减小井壁跨径壁跨径把整个沉井分成多个施工井孔（取土把整个沉井分成多个施工井孔（取土井），使井），使挖土和下沉可较均衡挖土和下沉可较均衡地进地进行，也便于沉井偏斜时的行，也便于沉井偏斜时的纠偏纠偏。q 隔墙的隔墙的厚度厚度一般为一般为0.50.5m m左右。左右。q 隔墙下部应设过隔墙下部应设过人孔人孔，供施工人员于各，供施工人员于各取土井间往来之用。人孔的尺寸一般为取土井间往来之用。人孔的尺寸一般为0.80.81.21.2m m1.11.11.2m1.2m左右。左右。 二、沉井的构造二、沉井的构造 qback

8、back建筑工程学院建筑工程学院q封底及顶盖封底及顶盖 当沉井下沉到当沉井下沉到设计标高设计标高，经过技术检验并，经过技术检验并对坑底清理后，即可封底，以防止地下对坑底清理后，即可封底，以防止地下水渗入井内。水渗入井内。封底可分湿封底（即封底可分湿封底（即水下灌筑混凝土水下灌筑混凝土）和）和干封封底干封封底两种。两种。封底完毕，俟混凝土结硬后在上方浇筑钢封底完毕，俟混凝土结硬后在上方浇筑钢筋混凝土底板。筋混凝土底板。当沉井作为地下结构物时多采用当沉井作为地下结构物时多采用钢筋混凝钢筋混凝土土顶板。顶板。二、沉井的构造二、沉井的构造 qbackback建筑工程学院建筑工程学院q 底梁和框架底梁和

9、框架 q 在比较在比较大型大型的沉井中，由于使用要求，不的沉井中，由于使用要求，不能设置能设置内隔墙内隔墙，则可在沉井底部增设，则可在沉井底部增设底梁底梁，并，并构成框架以增加沉井在施工下沉阶段构成框架以增加沉井在施工下沉阶段和使用阶段的和使用阶段的整体刚度整体刚度。 在在松软地层中松软地层中沉井，底梁的设置还可沉井，底梁的设置还可以防止沉井以防止沉井“突沉突沉”和和“超沉超沉”，便，便于纠偏和分格封底，以争取采用于纠偏和分格封底，以争取采用干封干封底底。 纵横底梁纵横底梁不宜过多不宜过多，以免增加结构造，以免增加结构造价，施工费时，甚至价，施工费时，甚至增大阻力增大阻力，影响，影响下沉。下沉

10、。q 沉井沉井高度较大高度较大，常于井壁不同高度设置若，常于井壁不同高度设置若干道由纵横大梁干道由纵横大梁组成的组成的水平框架水平框架，减少井，减少井壁（于顶、底板之间）的跨度，使整个沉壁（于顶、底板之间）的跨度，使整个沉井结构布置合理、经济。井结构布置合理、经济。二、沉井的构造二、沉井的构造 qbackback建筑工程学院建筑工程学院q隧道连续沉井隧道连续沉井q在松软的土层中浅埋地铁或水底隧道的岸边段，除可用大在松软的土层中浅埋地铁或水底隧道的岸边段，除可用大开挖、地连墙外，还可用隧道连续沉井开挖、地连墙外，还可用隧道连续沉井三、沉井图例三、沉井图例 建筑工程学院建筑工程学院q隧道连续沉井隧

11、道连续沉井 三、沉井图例三、沉井图例 qupup建筑工程学院建筑工程学院q平战结合用的人防工事沉井平战结合用的人防工事沉井 三、沉井图例三、沉井图例 qupup建筑工程学院建筑工程学院 沉井结构设计计算主要环节沉井结构设计计算主要环节（一）下沉系数的计算（一）下沉系数的计算（二）抗浮系数的计算（二）抗浮系数的计算（三）刃脚计算（三）刃脚计算（四）（四）施工阶段的强度计算施工阶段的强度计算（五）沉井底横梁竖向挠度计算（五）沉井底横梁竖向挠度计算（六）封底混凝土厚度（六）封底混凝土厚度（七）沉井底板计算（七）沉井底板计算第二节第二节 沉井结构设计计算沉井结构设计计算建筑工程学院建筑工程学院沉井结构

12、设计计算主要环节沉井结构设计计算主要环节（一）沉井建筑（一）沉井建筑平面布置平面布置的确定；的确定；（二）沉井（二）沉井主要尺寸的确定和下沉系数的验算主要尺寸的确定和下沉系数的验算。1.1.参考已建类似的沉井结构，参考已建类似的沉井结构，初定沉井的几个主要尺寸初定沉井的几个主要尺寸2.2.下沉系数的验算下沉系数的验算；3.3.估算估算沉井的抗浮系数沉井的抗浮系数，以控制底板的厚度等。，以控制底板的厚度等。（三）（三）施工阶段施工阶段强度计算强度计算1 1井壁内力井壁内力计算；计算；2 2刃脚的挠曲计算刃脚的挠曲计算；3 3底横梁、顶横梁底横梁、顶横梁的内力计算；的内力计算；4 4其它，沉井抽承

13、垫木。其它，沉井抽承垫木。（四）（四）使用阶段使用阶段的强度计算（包括承受动载）的强度计算（包括承受动载）1 1按按封闭框架或圆池结构来计算井壁并配筋封闭框架或圆池结构来计算井壁并配筋；2 2顶板及底板顶板及底板的内力计算及配筋。的内力计算及配筋。3. 3. 地基强度和变形验算地基强度和变形验算。qbackback建筑工程学院建筑工程学院q下沉系数下沉系数 25.110.11TfRRGK00FfRfnnnhhhhfhfhff2122110GG-BRT底梁下是否掏空底梁下是否掏空土的承载力土的承载力一、沉井下沉系数的确定一、沉井下沉系数的确定建筑工程学院建筑工程学院q在深度在深度0 05 5m

14、m范围内单位面积摩擦力按三角形分布，范围内单位面积摩擦力按三角形分布，5 5m m以以下为常数下为常数)5.2(0000hUfFfRfq 取入土全深范围内为常数的假定取入土全深范围内为常数的假定 )(200mUhFq摩擦力不仅与土的种类有关，还与土的埋藏深度有关摩擦力不仅与土的种类有关，还与土的埋藏深度有关井壁摩擦力的假定（井壁摩擦力的假定（P96P96图图5-75-7）建筑工程学院建筑工程学院q井壁自重计算数据表井壁自重计算数据表q 井壁平均极限摩擦力为井壁平均极限摩擦力为1.5/1.5/q 刃脚极限正面阻力刃脚极限正面阻力 10/ 10/ 序号 构 件 数 量 高（m） 宽（米） 长（米）

15、 材料比重重量12 3井壁中间底横梁两端底横梁中间顶横梁两端顶横梁 23232 7.61.21.20.60.6 0.80.70.80.70.8 28.012.212.212.212.2 2.52.52.52.52.5 851.077.058.738.729.3 沉井自重 t 5 .1054例例 求下沉系数求下沉系数建筑工程学院建筑工程学院总的土对井壁侧面摩擦力总的土对井壁侧面摩擦力 刃脚底面接触面积刃脚底面接触面积 t6385 . 16 . 70 .28222 .397 . 00 .282m刃脚土极限阻力刃脚土极限阻力 t392102.3903. 110205 .10543926385 .10

16、541K下沉系数例题：沉井下沉系数的确定例题：沉井下沉系数的确定建筑工程学院建筑工程学院下沉中的问题与对策下沉中的问题与对策偏斜：井筒倾斜、井底中心偏移设计中心偏斜：井筒倾斜、井底中心偏移设计中心 原因：受力不对称、土层不均匀原因：受力不对称、土层不均匀 处理：除土、压重、施加纠偏力矩、单侧压气处理：除土、压重、施加纠偏力矩、单侧压气难沉难沉 原因：正面阻力大，侧面阻力大原因：正面阻力大，侧面阻力大 处理：增压，减阻。增自重、抽水、利用泥浆套、气幕、井壁设计处理：增压，减阻。增自重、抽水、利用泥浆套、气幕、井壁设计成阶梯形、钟形、锥形等、增大开挖深度成阶梯形、钟形、锥形等、增大开挖深度突沉突沉

17、 原因：阻力过小原因：阻力过小 控制除土深度、增加刃脚踏面宽度、增设底梁。控制除土深度、增加刃脚踏面宽度、增设底梁。qbackback建筑工程学院建筑工程学院抗浮系数抗浮系数 1.105.12QRGKf抗浮系数的大小由底板厚度来调整抗浮系数的大小由底板厚度来调整沉井上浮时土的极限摩擦力很大，而一般设计估用的数值往沉井上浮时土的极限摩擦力很大，而一般设计估用的数值往往偏小，往偏小，因此因此在验算上浮稳定时以计入井壁摩擦力较为合在验算上浮稳定时以计入井壁摩擦力较为合理；理；在粘性土中，因它的渗透系数很小，地下水补结非常缓慢，在粘性土中，因它的渗透系数很小，地下水补结非常缓慢，沉井的浮升也必然极为缓

18、慢，在发生明显浮升之前，内部沉井的浮升也必然极为缓慢，在发生明显浮升之前，内部结构、设备、顶盖等重量已经作用上去，故不再存在浮升结构、设备、顶盖等重量已经作用上去，故不再存在浮升问题。问题。二、沉井施工期间的抗浮稳定验算二、沉井施工期间的抗浮稳定验算建筑工程学院建筑工程学院例例 验算大型圆形沉井的验算大型圆形沉井的“抗浮系数抗浮系数”。 沉井施工期间的抗浮稳定验算沉井施工期间的抗浮稳定验算 已知沉井直径已知沉井直径D=68mD=68m，底板浇毕后的沉井自重为底板浇毕后的沉井自重为6501065010t t，井壁井壁土壤间摩擦力土壤间摩擦力f f0 0=2t/m=2t/m2 2，5m5m内按三角

19、形分布，沉井入土深度内按三角形分布，沉井入土深度为为h h0 0=25m=25m，封底时的地下水静水头封底时的地下水静水头H=24mH=24m。建筑工程学院建筑工程学院井壁侧面摩擦力井壁侧面摩擦力tfhURf200.100 . 2)5 . 25 .26(68)5 . 2(00浮力浮力 tQ200.870.1246842施工阶段（底板浇毕后）之抗浮稳定验算施工阶段（底板浇毕后）之抗浮稳定验算 05.186.087200752108720010200650102QRGKf需采取措施需采取措施!qbackback例例 验算大型圆形沉井的验算大型圆形沉井的“抗浮系数抗浮系数”。建筑工程学院建筑工程学院

20、下沉的初始阶段下沉的初始阶段刃脚向外挠曲的计算，配置内侧竖直钢筋刃脚向外挠曲的计算，配置内侧竖直钢筋下沉到位后下沉到位后刃脚向内挠曲，配置外侧竖直钢筋刃脚向内挠曲，配置外侧竖直钢筋qupup三、刃脚计算三、刃脚计算建筑工程学院建筑工程学院沿井壁周边取沿井壁周边取1.01.0m m宽的截条作为计算单元宽的截条作为计算单元计算井壁自重计算井壁自重不排水挖土时应扣除浸入水中部分的浮力；不排水挖土时应扣除浸入水中部分的浮力； 计算刃脚自重计算刃脚自重 计算刃脚上的水、土压力计算刃脚上的水、土压力主动土压力可按朗金理论计算主动土压力可按朗金理论计算 计算刃脚上的土对井壁的摩擦力计算刃脚上的土对井壁的摩擦

21、力 2ahgk混凝土)245(tan2khEEfT刃脚向外挠曲的计算刃脚向外挠曲的计算建筑工程学院建筑工程学院计算刃脚下土的反力，计算刃脚下土的反力，即踏面上土反力和斜面上土反力即踏面上土反力和斜面上土反力 V V1 1+V+V2 2=G+g=G+g V V1 1=a=a V V2 2=b/2=b/2 U=V U=V2 2tantan（-）确定刃脚内侧竖直钢筋确定刃脚内侧竖直钢筋轴向力轴向力N N、剪力剪力Q Q、力矩、力矩M M。根据内力计算刃脚内侧的竖直钢筋根据内力计算刃脚内侧的竖直钢筋刃脚向外挠曲的计算刃脚向外挠曲的计算p最不利的阶段最不利的阶段建筑工程学院建筑工程学院 设某矩形沉井封底

22、前井自重设某矩形沉井封底前井自重2778.62778.6t t，井壁周长为井壁周长为2 2（20203232m m）=104m=104m。井高井高8.158.15m m，一次下沉，试求沉井刚开始下沉时刃脚向外挠曲所需的竖直一次下沉，试求沉井刚开始下沉时刃脚向外挠曲所需的竖直钢筋的数量钢筋的数量踏面宽踏面宽a=35a=35，b=45b=45，刃脚高刃脚高8080。例题：刃脚向外挠曲的计算例题：刃脚向外挠曲的计算建筑工程学院建筑工程学院求单位周长上沉井自重求单位周长上沉井自重 mtG/7.261046.2778斜面下土的竖直反力斜面下土的竖直反力 tbaTGV4 .1045.035.02107 .

23、26212tVGV3 .164 .107 .2621作用在斜面上的水平反力作用在斜面上的水平反力 )tan(2 VUtU5.11)04120460tan(4.10例题求解：刃脚向外挠曲的计算例题求解：刃脚向外挠曲的计算建筑工程学院建筑工程学院对截面对截面m-nm-n中点中点0 0的弯矩的弯矩M M为为mtUbVaVM73. 8)8 . 032(5 .11)05. 0345. 0(4 .10)05. 0235. 0(3 .16)8 . 032()05. 03()05. 02(21由于弯矩甚小，仅需按构造配筋由于弯矩甚小，仅需按构造配筋即可，选用即可，选用 02020qbackback例题求解：刃

24、脚向外挠曲的计算例题求解：刃脚向外挠曲的计算建筑工程学院建筑工程学院刃脚向内挠曲计算，起决定性作用是刃脚外侧水土压力刃脚向内挠曲计算，起决定性作用是刃脚外侧水土压力W W及及E E。水压力水压力可按下列情况计算可按下列情况计算（1 1）不排水下沉不排水下沉，井壁外侧水压力值按，井壁外侧水压力值按100%100%计算，内侧水压力计算，内侧水压力值一般按值一般按50%50%计算，但也可按施工中可能出现的水头差计算；计算，但也可按施工中可能出现的水头差计算；（2 2）排水下沉排水下沉，在不透水的土中，可按静水压力的，在不透水的土中，可按静水压力的70%70%计算；计算；在透水土中，可按静水压力的在透

25、水土中，可按静水压力的100%100%计算。计算。 水土压力求出后即可求得根部截面水土压力求出后即可求得根部截面m-nm-n处的弯矩处的弯矩M M和剪力和剪力Q Q、轴力轴力N N。 2.2.刃脚向内挠曲计算刃脚向内挠曲计算qbackback建筑工程学院建筑工程学院1 1 在竖直平面内的受弯计算在竖直平面内的受弯计算沉井抽承垫木沉井抽承垫木计算计算（1 1）沉井支承在沉井支承在两点两点“定位垫木定位垫木”上时上时（2 2）沉井支承在沉井支承在三支点三支点上时上时（3 3）圆形沉井：一般按支承于相互垂直的直径方向的圆形沉井：一般按支承于相互垂直的直径方向的四个支点四个支点2 2 井壁垂直受拉计算

26、井壁垂直受拉计算（1 1）井壁为）井壁为等厚度等厚度（2 2）井壁为）井壁为变厚度变厚度3 3 在水土压力作用下的井壁计算在水土压力作用下的井壁计算井壁水平钢筋计算井壁水平钢筋计算（1 1）有）有横隔墙横隔墙沉井，按水平框架分析沉井，按水平框架分析（2 2）对于对于不能设横隔墙不能设横隔墙的地下建筑沉井的地下建筑沉井（3 3）对于对于圆形沉井圆形沉井井壁内力计算（自学）井壁内力计算（自学）qbackback四、施工阶段井壁计算四、施工阶段井壁计算建筑工程学院建筑工程学院定位垫木放置的原则是：定位垫木放置的原则是： 井壁在自重的作用下，产生的井壁在自重的作用下，产生的内力最小内力最小由于井壁的高

27、度和长度比较，相差不多由于井壁的高度和长度比较，相差不多，故按，故按梁理论梁理论计算，近似处理计算，近似处理（1 1）沉井支承在两点沉井支承在两点“定位垫木定位垫木”上时上时qbackback建筑工程学院建筑工程学院井壁垂直受拉计算井壁垂直受拉计算吊空吊空沉井下沉将要达到设计标高时，上部井壁被土沉井下沉将要达到设计标高时，上部井壁被土夹住，而刃脚下的土被全部掏空。土壤与井壁的摩擦力夹住，而刃脚下的土被全部掏空。土壤与井壁的摩擦力夹住井壁夹住井壁按此按此“吊空吊空”现象来验算井壁的抗裂性或受拉强度。现象来验算井壁的抗裂性或受拉强度。qbackback沉井沉井偏斜偏斜之后，必须及之后，必须及时纠偏

28、，此时产生了纵时纠偏，此时产生了纵向弯曲并使井壁受到垂向弯曲并使井壁受到垂直方向拉力。直方向拉力。建筑工程学院建筑工程学院在水土压力作用下的井壁计算在水土压力作用下的井壁计算井壁水平钢筋计算井壁水平钢筋计算作用在井壁上的水土压力，沿沉井的作用在井壁上的水土压力，沿沉井的深度是变化的，因此井壁计算也应沿深度是变化的，因此井壁计算也应沿井的高度方向分段计算。井的高度方向分段计算。水土压力的计算水土压力的计算水土合算：粘土水土合算：粘土水土分算：砂土水土分算：砂土水土压力求得后，分段进行井壁计算水土压力求得后，分段进行井壁计算qbackback建筑工程学院建筑工程学院（2 2）沉井支承在三支点上时沉

29、井支承在三支点上时中间回填的沙子起到支中间回填的沙子起到支撑作用。撑作用。qbackback建筑工程学院建筑工程学院 计算内力可以直接查表。计算内力可以直接查表。 （3 3）圆形沉井圆形沉井一般按支承于相互垂直的直径方向的四个支点一般按支承于相互垂直的直径方向的四个支点qbackback建筑工程学院建筑工程学院井壁垂直受拉计算井壁垂直受拉计算井壁竖直钢筋验算井壁竖直钢筋验算 井壁为等厚度井壁为等厚度X X处处井壁的拉力：井壁的拉力：考虑井壁处于极限平衡状态，考虑井壁处于极限平衡状态，设摩擦力假设为倒三角形变化设摩擦力假设为倒三角形变化GHxUtHxTx22max22xxxTGSGHxGHxTG

30、Sxxx222maxHUtG GHxGx建筑工程学院建筑工程学院最大井壁的拉力最大井壁的拉力上海地基规范和上海地基规范和公路桥涵设公路桥涵设计规范均采用此数值。计规范均采用此数值。国外略有不同！国外略有不同！求最大拉力点的位置求最大拉力点的位置井壁垂直受拉计算井壁垂直受拉计算井壁竖直钢筋验算井壁竖直钢筋验算 井壁为等厚度井壁为等厚度qbackback建筑工程学院建筑工程学院X X处井壁的拉力处井壁的拉力井壁垂直受拉计算井壁垂直受拉计算井壁竖直钢筋验算井壁竖直钢筋验算井壁为变厚度井壁为变厚度2 2 井壁垂直受拉计算井壁垂直受拉计算井壁竖直钢筋验算井壁竖直钢筋验算 井壁为变厚度井壁为变厚度建筑工程

31、学院建筑工程学院验算建议值 沉井竖向拉力计算及其最小配筋率沉井施沉井施工状态工状态沉井结构或受其影响建筑物的沉井结构或受其影响建筑物的安全等级与拉力计算取值安全等级与拉力计算取值纵向钢筋最小纵向钢筋最小构造配筋率构造配筋率一级一级二级二级三级三级钢筋混凝土最钢筋混凝土最小配筋率不宜小配筋率不宜于少于少0.1%；少；少筋混凝土不宜筋混凝土不宜少于少于0.05%排水下沉排水下沉0.50G0.30G0.25G不排水下沉不排水下沉0.40G0.25G0.20G泥浆套中下泥浆套中下沉沉0.30G0.25G0.20Gqbackback建筑工程学院建筑工程学院井壁的受力情况可按水平框架分析。井壁的受力情况可

32、按水平框架分析。底端井壁底端井壁 q=E+W+Qq=E+W+Q其余井壁其余井壁分段计算分段计算 q=E+W q=E+W3 3 井壁水平钢筋计算井壁水平钢筋计算井内设有几道井内设有几道横隔墙横隔墙的沉井结构的沉井结构建筑工程学院建筑工程学院井内设有几道井内设有几道横隔墙横隔墙的沉井结构的沉井结构横隔墙计算：横隔墙计算： 节点按铰接或者固端计算节点按铰接或者固端计算隔墙抗弯刚度隔墙抗弯刚度井壁刚度：铰接撑杆井壁刚度：铰接撑杆隔墙抗弯刚度隔墙抗弯刚度井壁刚度：固结的空腹框架井壁刚度：固结的空腹框架qbackback建筑工程学院建筑工程学院 侧向井壁在施工下沉过程中仅靠上下纵侧向井壁在施工下沉过程中仅

33、靠上下纵横梁来支持，因此只能用近似方法，横梁来支持，因此只能用近似方法，根据沉井结构的形成及长、宽、高的根据沉井结构的形成及长、宽、高的相对尺寸大小，将井壁简化为相对尺寸大小，将井壁简化为“框架框架+ +平板平板”的形式计算的形式计算 3 井壁水平钢筋计算井壁水平钢筋计算 不能设横隔墙不能设横隔墙的地下建筑沉井的地下建筑沉井建筑工程学院建筑工程学院q 当当层高大于沉井的最长边层高大于沉井的最长边l l的的1.51.5倍倍 , ,不考虑纵横梁影响，按不考虑纵横梁影响，按封闭矩形框封闭矩形框架架计算计算 沿沉井高度方向取几个截面分别计算内力和配筋。沿沉井高度方向取几个截面分别计算内力和配筋。p 当

34、当沉井最短边沉井最短边l l大于层高大于层高1.51.5倍倍时时 , ,按按竖向连续梁竖向连续梁计算计算p 当沉井边长与层高当沉井边长与层高相差不大相差不大时时 , ,按按双向板双向板来计算来计算3 井壁水平钢筋计算井壁水平钢筋计算 不能设横隔墙不能设横隔墙的地下建筑沉井的地下建筑沉井（横梁横梁） 建筑工程学院建筑工程学院3 3在水土压力作用下的井壁计算在水土压力作用下的井壁计算井壁水平钢筋计算井壁水平钢筋计算对于不能设横隔墙的地下建筑沉井（连续沉井）对于不能设横隔墙的地下建筑沉井（连续沉井） 包括包括二侧井壁和横梁计算、钢封门计算二侧井壁和横梁计算、钢封门计算三部分。三部分。3 3 井壁水平

35、钢筋计算井壁水平钢筋计算 不能设横隔墙不能设横隔墙的地下建筑沉井（的地下建筑沉井（连续沉井，连续沉井，自学）自学）qbackback建筑工程学院建筑工程学院3 3在水土压力作用下的井壁计算在水土压力作用下的井壁计算井壁水平钢筋计算井壁水平钢筋计算对于不能设横隔墙的地下建筑沉井（连续沉井）对于不能设横隔墙的地下建筑沉井（连续沉井） 井壁无梁楼盖体系井壁无梁楼盖体系的计算简化的计算简化( (四四) )、施工阶段井壁计算、施工阶段井壁计算 建筑工程学院建筑工程学院3 3在水土压力作用下的井壁计算在水土压力作用下的井壁计算井壁水平钢筋计算井壁水平钢筋计算（2 2）对于不能设横隔墙的地下建筑沉井（连续沉

36、井）对于不能设横隔墙的地下建筑沉井（连续沉井） 上下横梁为无梁楼盖体系的柱子，按偏压构件计算上下横梁为无梁楼盖体系的柱子，按偏压构件计算另外还承受上下板带的支座另外还承受上下板带的支座弯矩、施工荷载等弯矩、施工荷载等( (四四) )、施工阶段井壁计算、施工阶段井壁计算 建筑工程学院建筑工程学院3 3在水土压力作用下的井壁计算在水土压力作用下的井壁计算井壁水平钢筋计算井壁水平钢筋计算（2 2）对于不能设横隔墙的地下建筑沉井（连续沉井）对于不能设横隔墙的地下建筑沉井（连续沉井） 钢封门计算钢封门计算简化简化垂直简支梁受梯形载荷作用垂直简支梁受梯形载荷作用( (四四) )、施工阶段井壁计算、施工阶段

37、井壁计算 qbackback建筑工程学院建筑工程学院qbackback3.3.井壁水平钢筋计算井壁水平钢筋计算（3 3）圆形沉井井壁内力计算）圆形沉井井壁内力计算建筑工程学院建筑工程学院作用在底横梁上的反力作用在底横梁上的反力 )/(mtqbqq梁梁(五）沉井底横梁竖向挠曲计算五）沉井底横梁竖向挠曲计算建筑工程学院建筑工程学院例例 连续沉井在开始下沉时，对底横梁的拱起作用。连续沉井在开始下沉时，对底横梁的拱起作用。 ( (五）沉井底横梁竖向挠曲计算五）沉井底横梁竖向挠曲计算 序号 构 件 数 量 高（m） 宽（米） 长（米） 材料比重重量12 3井壁中间底横梁两端底横梁中间顶横梁两端顶横梁 2

38、3232 7.61.21.20.60.6 0.70.70.80.70.8 28.012.212.212.212.2 2.52.52.52.52.5 851.077.058.738.729.3 沉井自重 建筑工程学院建筑工程学院(P109 例例4）求与土壤接触的沉井底面积：求与土壤接触的沉井底面积： ( (五）沉井底横梁竖向挠曲计算五）沉井底横梁竖向挠曲计算2 2块井壁块井壁 220.397 .00 .282m2 2根端头底横梁根端头底横梁 3 3根中间底横梁根中间底横梁 总接触面积为总接触面积为 256.198 . 02 .122m260.257 . 02 .123m236.8460.2556

39、.1920.39m2/5 .1236.845 .1054mtq与土壤接触的总面积沉井总重mtqq/65.61.275.81.27.05.12m/t1.232.1222.127.580.77/面积梁重梁据据图图5-215-21可求可求 M M、Q Qqbackback建筑工程学院建筑工程学院沉井停在不透水粘土层中，厚度不足以抵抗地下水的沉井停在不透水粘土层中，厚度不足以抵抗地下水的“顶破顶破”（涌水）作用，采用水下封底的办法涌水）作用，采用水下封底的办法 DACUHHAHA(六）水下封底混凝土厚度计算六）水下封底混凝土厚度计算p干封底的条件？干封底的条件？建筑工程学院建筑工程学院水下封底混凝土的

40、厚度，应根据抗浮和强度两个条件确定水下封底混凝土的厚度，应根据抗浮和强度两个条件确定（1 1）按抗浮条件）按抗浮条件最不利情况最不利情况沉井封底抽水后，在底面最大水浮力的作用下，沉井结构是否会上浮，沉井封底抽水后，在底面最大水浮力的作用下，沉井结构是否会上浮，用抗浮系数来衡量井的稳定性，并进行最小封底混凝土厚度计算用抗浮系数来衡量井的稳定性，并进行最小封底混凝土厚度计算 （2 2）按封底素混凝土的强度条件来决定）按封底素混凝土的强度条件来决定承受力浮力产生的弯曲应力，承受力浮力产生的弯曲应力，沿刃脚斜面高度截面上产生的剪应力。沿刃脚斜面高度截面上产生的剪应力。 中央锅底挖深可形成中央锅底挖深可

41、形成倒拱倒拱。应加大封底混凝土的应加大封底混凝土的抗剪面积抗剪面积。如在井壁和隔墙内设置凹槽等。如在井壁和隔墙内设置凹槽等。(六）水下封底混凝土厚度计算六）水下封底混凝土厚度计算 建筑工程学院建筑工程学院若出现拉应力，计算方法：周边简支支承的圆板周边简支支承的圆板周边周边简支支承简支支承的单向板或双向板的单向板或双向板注意计算跨度；注意计算跨度；可参考可参考附件式结构顶板附件式结构顶板计算方法计算方法建筑工程学院建筑工程学院圆形截面周边简支支承的圆板在承受均匀荷载时，可计算板中心的最大弯矩值：222max2 . 0)6513(16)3(16prprprM建筑工程学院建筑工程学院简支支承双向板计

42、算简图周边简支支承的双向板在承受均布荷载时，计算跨中弯矩Mx和My：2qLaMxx 2qLaMyy 建筑工程学院建筑工程学院求出弯矩值后，封底混凝土厚度 考虑封底混凝土因与井底泥土掺混需要增加的厚度，宜取0.30.5m；若基底采取铺块石或碎石灌浆抹平处理后再封底，可不考虑此增加值。ht封底混凝土的厚度（m）。Mm在最大均布反力作用下的最大计算变矩（kNm），按支承条件考虑的荷载系数可由结构设计手册查取； 混凝土弯曲抗拉极限强度；si荷载安全系数，此处取1.1；m材料安全系数，此处取2.31； b计算宽度，此处取1m。uhuswmmsithbRMhjwRqbackback建筑工程学院建筑工程学院

43、作用在沉井的底板上荷载作用在沉井的底板上荷载底板的计算图式可根据底板两侧底板的计算图式可根据底板两侧井壁和底横梁上的支承情况井壁和底横梁上的支承情况而定，按单向板或双向板计而定，按单向板或双向板计算内力并配筋。算内力并配筋。gPqqbackback(七）、沉井底板计算七）、沉井底板计算建筑工程学院建筑工程学院沉井的设计原则沉井的设计原则结构结构简单对称，简单对称，受力受力合理，合理，施工施工方便。方便。 沉井的沉井的长短边之比长短边之比越小越好，以保证下沉时的稳定性。越小越好，以保证下沉时的稳定性。一般沉井应一般沉井应分节制作分节制作，每节高度不宜大于，每节高度不宜大于5m。沉井底节高度沉井底

44、节高度应满足拆除支承时沉井纵向抗弯要求之外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，底节高度不宜过大，在松软土层中下沉的沉井，底节高度不宜过大 。最为常用的水域施工技术最为常用的水域施工技术建筑工程学院建筑工程学院南京长江大桥南京长江大桥位于长江下游，江面宽阔，水深流急，岩床埋在正桥河床3347米以下，9个桥墩基础分别采用岸边：重型混凝土沉井江心：钢沉井加管柱近岸：浮式钢筋混凝土沉井l获1985年国家科学技术进步特等奖建筑工程学院建筑工程学院最深沉井：地铁&矿井世界最深：世界最深：1966年日本竣工的日铁有明3号立井，沉深达200.3 m中国最深：山东单家村煤矿立井，192

45、.75 m深度，我国煤炭工业使用沉井法已建成100多个井筒建筑工程学院建筑工程学院中国沉井的世界记录中国沉井的世界记录世界第一水中沉井 ：08年9月10日，泰州长江大桥中塔沉井成功封底。中塔沉井基础长58米宽44米、总高度为76米，为世界上体积最大、入土最深的水中沉井基础。世界上最大的沉井群 ：向家坝水电站沉井群由10个23米17米的矩形沉井组成，顶部高程为270米，底部进入岩层，最深入岩7米，最深沉井57米。110号沉井依次沿一期土石围堰成“L”型错开布置，相邻沉井间距2米。这是国内首次使用目前世界上最大的沉井群。 2007年建筑工程学院建筑工程学院三峡建筑工程学院建筑工程学院世界最大沉井世

46、界最大沉井 江阴长江公路大桥北锚沉井江阴长江公路大桥北锚沉井p两岸锚碇要承担大桥主缆两岸锚碇要承担大桥主缆64万吨万吨的拉力，为大桥的的拉力，为大桥的控制性控制性工程工程南锚：江南有山，可依山制作重力式嵌岩锚碇结构。南锚：江南有山，可依山制作重力式嵌岩锚碇结构。北锚：江北则没有山，北锚：江北则没有山，土层为粉细砂土层土层为粉细砂土层亚粘土层（硬土层）亚粘土层（硬土层）粗砂砾石粗砂砾石p北锚沉井工程：北锚沉井工程：平面长平面长69米，宽米，宽51米，下沉深度为米，下沉深度为58米，体积为米，体积为204万立方万立方米，相当于九个半篮球场那么大的米，相当于九个半篮球场那么大的20层高楼埋进地底下。层高楼埋进地底下。建筑工程学院建筑工程学院世界第一大沉井世界第一大沉井 江阴长江大桥北锚沉井江阴长江大桥北锚沉井建筑工程学院建筑工程学院江阴长江大桥江阴长江大桥建筑工程学院建筑工程学院本章要点本章要点了解沉井构造；了解沉井构造；了解沉井设计的基本内容。了解沉井设计的基本内容。76 结束语结束语