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1、地下建筑结构地下建筑结构地下建筑结构地下建筑结构第第第第7 7 7 7章章章章 沉井与沉箱结构沉井与沉箱结构沉井与沉箱结构沉井与沉箱结构 知识点知识点知识点知识点2 2 2 2 沉井的结构计算与沉箱结构沉井的结构计算与沉箱结构沉井的结构计算与沉箱结构沉井的结构计算与沉箱结构沉井结构在沉井结构在施工阶段施工阶段必须具有足够的必须具有足够的强度强度和和刚度刚度，以保证沉井能稳定、可靠地下沉到拟定的设计标高。以保证沉井能稳定、可靠地下沉到拟定的设计标高。待下沉到设计标高，全部结构浇筑完毕并正式待下沉到设计标高，全部结构浇筑完毕并正式交付交付使用使用后，结构的传力体系、荷载和受力状态均与沉后，结构的传
2、力体系、荷载和受力状态均与沉井在施工下沉阶段很不相同。因此，应保证沉井结井在施工下沉阶段很不相同。因此，应保证沉井结构在这构在这两阶段中均有足够的安全度两阶段中均有足够的安全度。7.2.3 7.2.3 沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算1.沉井建筑沉井建筑平面布置平面布置的确定；的确定；2.沉井沉井主要尺寸主要尺寸的确定和的确定和下沉系数下沉系数的验算。的验算。(1)参考已建类似的沉井结构，参考已建类似的沉井结构，初定初定沉井的几个主要尺寸，如沉井平面尺寸、沉井的几个主要尺寸，如沉井平面尺寸、沉井高度、井孔尺寸及井壁厚度等，并估算下沉系数，以控制沉速；沉井高度、井孔尺寸及
3、井壁厚度等，并估算下沉系数，以控制沉速；(2)估算沉井的估算沉井的抗浮系数抗浮系数，以控制底板的厚度等。，以控制底板的厚度等。3.施工阶段强度施工阶段强度计算计算(1)井壁板的内力计算；井壁板的内力计算；(2)刃脚的挠曲计算；刃脚的挠曲计算；(3)底横梁、顶横梁的内力计算底横梁、顶横梁的内力计算;(4)其它。其它。4.使用阶段的强度使用阶段的强度计算计算(包括承受动载包括承受动载)(1)按封闭框架按封闭框架(水平或垂直方向的水平或垂直方向的)或圆形结构来计算井壁内力并配筋；或圆形结构来计算井壁内力并配筋；(2)顶板及底板的内力计算及配筋。顶板及底板的内力计算及配筋。沉井结构设计的主要环节可大致
4、归纳如下沉井结构设计的主要环节可大致归纳如下沉井结构设计的主要环节可大致归纳如下沉井结构设计的主要环节可大致归纳如下沉井结构计算的沉井结构计算的主要内容主要内容1.沉井沉井尺寸尺寸的估算的估算2.下沉系数下沉系数的计算的计算3.抗浮系数抗浮系数的计算的计算4.荷载计算荷载计算5.施工阶段的强度施工阶段的强度计算计算6.使用阶段的强度使用阶段的强度计算计算7.2.3 7.2.3 沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算一、沉井下沉系数的确定一、沉井下沉系数的确定下沉系数下沉系数7.2.3 7.2.3 沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算（7-1）（7-2）（7
5、-3）一、沉井下沉系数的确定一、沉井下沉系数的确定 表表7-1 井壁摩擦力及刃脚踏面阻力井壁摩擦力及刃脚踏面阻力7.2.3 7.2.3 沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算土壤类型土壤类型土对单位井壁的面积摩擦力土对单位井壁的面积摩擦力（kN/m2）刃脚下土壤单位面积阻力刃脚下土壤单位面积阻力（kN/m2）土壤密度小土壤密度小含水量多含水量多土壤密度大土壤密度大含水量小含水量小土壤软弱土壤软弱含水量多含水量多土壤紧实土壤紧实含水量少含水量少砂性土砂性土1225粘性土粘性土12.52550100200350500泥浆套泥浆套35一、沉井下沉系数的确定一、沉井下沉系数的确定在实
6、际工作中，在实际工作中，井壁摩擦力的分布形式井壁摩擦力的分布形式，有许多不同的假定。，有许多不同的假定。1.假定在深度假定在深度05m范围内单位面积摩擦力按范围内单位面积摩擦力按三角形分布三角形分布，5m以下为常数，总摩阻力以下为常数，总摩阻力2.取入土全深范围内为取入土全深范围内为常数常数的假定。的假定。7.2.3 7.2.3 沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算一、沉井下沉系数的确定一、沉井下沉系数的确定在实际工作中，在实际工作中，井壁摩擦力的分布形式井壁摩擦力的分布形式，有许多不同的假定。，有许多不同的假定。3.假定认为摩擦力不仅假定认为摩擦力不仅与土的种类与土的种类
7、有关，还与土的有关，还与土的埋藏深度有埋藏深度有关关。采用了。采用了摩擦力等于朗金主动土压力与土和井壁间的摩擦摩擦力等于朗金主动土压力与土和井壁间的摩擦系数之乘积系数之乘积(一般取极限摩擦系数为一般取极限摩擦系数为0.40.5)。侧面摩擦力将。侧面摩擦力将是随着深度而增加的梯形分布，或近似于三角形分布。是随着深度而增加的梯形分布，或近似于三角形分布。7.2.3 7.2.3 沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算一、沉井下沉系数的确定一、沉井下沉系数的确定实际上沉井的沉降系数实际上沉井的沉降系数K1在整个下沉过程中，在整个下沉过程中，不会是常数不会是常数，有时可能大于有时可能大
8、于1.0，有时接近于，有时接近于1.0，有时会等于，有时会等于1.0。开始。开始下沉时下沉时K1必大于必大于1.0，在下沉到设计标高时，在下沉到设计标高时K1 应近于应近于1.0，一般保持在一般保持在K1 1.101.25左右。左右。在分节浇筑分节下沉时，应在下一节沉井混凝土浇筑完毕在分节浇筑分节下沉时，应在下一节沉井混凝土浇筑完毕而还未开始下沉时，保持而还未开始下沉时，保持K1l，并，并具有一定的安全系数具有一定的安全系数。7.2.3 7.2.3 沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算二、沉井抗浮稳定验算二、沉井抗浮稳定验算沉井沉到设计标高后，即着手进行沉井沉到设计标高后，
9、即着手进行封底封底工作，铺设垫层并浇工作，铺设垫层并浇筑钢筋混凝土底板，由于内部结构和顶盖等还未施工，此时筑钢筋混凝土底板，由于内部结构和顶盖等还未施工，此时整个沉井整个沉井自重为最小自重为最小。待到内部结构，设备安装及顶盖施工。待到内部结构，设备安装及顶盖施工完毕，所需时间可能很长，而底板下的水压力能逐渐增长到完毕，所需时间可能很长，而底板下的水压力能逐渐增长到静力水头，会对沉井发生静力水头，会对沉井发生最大的浮力作用最大的浮力作用。抗浮系数抗浮系数抗浮系数的大小可由抗浮系数的大小可由底板的厚度底板的厚度来调整。来调整。7.2.3 7.2.3 沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的
10、结构计算（7-4）二、沉井抗浮稳定验算二、沉井抗浮稳定验算对于浮力的取值，历来是有争论的问题之一对于浮力的取值，历来是有争论的问题之一。实践证明，。实践证明，在江河之中或沿岸施工的沉井，或是埋置于渗透性很大的在江河之中或沿岸施工的沉井，或是埋置于渗透性很大的砂土内的沉井，其水浮力即等于静力水头。在黏性土中，砂土内的沉井，其水浮力即等于静力水头。在黏性土中，尚缺乏较好的验证。尚缺乏较好的验证。关于井壁侧面摩擦力关于井壁侧面摩擦力在抗浮时能否发挥作用，有的认为抗在抗浮时能否发挥作用，有的认为抗浮计算时该摩擦力不能计入，只能作为附加的安全度来考浮计算时该摩擦力不能计入，只能作为附加的安全度来考虑。虑
11、。7.2.3 7.2.3 沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算（7-4）二、沉井抗浮稳定验算二、沉井抗浮稳定验算通过大量调查，已建的各种通过大量调查，已建的各种沉井一般都没有上浮现象沉井一般都没有上浮现象。说明：。说明：沉井上浮时土的极限摩擦力很大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，而一般设计估用的数值往往偏小，因此在验算上浮稳定时计入偏小，因此在验算上浮稳定时计入井壁摩擦力井壁摩擦力为合理；为合理；在在黏性土黏性土中，因它的渗透系数很小，地下水补给非常缓慢，沉中，因它的渗透系数很小，地下水补给非常缓慢，沉井的浮升也必然极为缓慢，在发生明显浮升之前，内部
12、结构、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，故不再存在浮升问题。设备、顶盖等重量已经作用上去，故不再存在浮升问题。措施措施：在施工阶段设置临时倒滤层和集水井，抽去地下水，以在施工阶段设置临时倒滤层和集水井，抽去地下水，以消除地下水的浮托力；消除地下水的浮托力；在施工阶段降低地下水位。在施工阶段降低地下水位。一般要求使用期间的一般要求使用期间的抗浮系数抗浮系数1.20。7.2.3 7.2.3 沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算三、刃脚计算三、刃脚计算井井壁壁刃刃脚脚部部分分在在下下沉沉过过程程中中经经常常切切入入土土内内，形形成
13、成一一悬悬臂臂作作用用，因因此此必必须须验验算算刃刃脚脚部部分分向向外外和和向向内内挠挠曲曲的的悬悬臂臂状状态态受受力力情情况况，并并据据此进行刃脚内侧和外侧竖向钢筋和水平钢筋的配筋计算。此进行刃脚内侧和外侧竖向钢筋和水平钢筋的配筋计算。第第一一种种情情况况，刃刃脚脚向向外外挠挠曲曲的的计计算算（配配置置内内侧侧竖竖直直钢钢筋筋）-首首次次下下沉的沉井沉的沉井7.2.3 7.2.3 沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算三、刃脚计算三、刃脚计算第一种情况，刃脚向外挠曲的计算第一种情况，刃脚向外挠曲的计算(配置内侧竖直钢筋配置内侧竖直钢筋)沿井壁周边取沿井壁周边取1.0m宽的截
14、条作为计算单元宽的截条作为计算单元计计算算井井壁壁自自重重G沿沿井井壁壁周周长长单单位位宽宽度度上上的的沉沉井井自自重重(按按全全井井高高度计算度计算)，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g按右式计算按右式计算计算刃脚上的水、土压力计算刃脚上的水、土压力E主动土压力可按朗肯理论计算主动土压力可按朗肯理论计算在在计计算算刃刃脚脚向向外外挠挠曲曲时时，作作用用在在刃刃脚脚外外侧侧的的计计算算土土压压力力和和水水压压力力的的总总和和应不超过静水压力的应不超过静水压力的70，否则就按，否则就按70的静水压力计算。的静水压力计算。7.2
15、.3 7.2.3 沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算三、刃脚计算三、刃脚计算第一种情况，刃脚向外挠曲的计算第一种情况，刃脚向外挠曲的计算计算刃脚上的土对井壁的计算刃脚上的土对井壁的摩擦力摩擦力计算刃脚下土的计算刃脚下土的反力反力Rj，即踏面上土反力，即踏面上土反力V1和斜面上土反力和斜面上土反力R，假，假定其作用方向与斜面法线成定其作用方向与斜面法线成角角(即摩擦角，按即摩擦角，按1020估算，有估算，有时也可取到时也可取到30)。并将。并将R分解成竖直的和水平的两个分力分解成竖直的和水平的两个分力 V2和和U(均均假定为三角形分布假定为三角形分布)。根据实际设计经验可知
16、，在刃脚向外挠曲时，起主要因素作用的是根据实际设计经验可知，在刃脚向外挠曲时，起主要因素作用的是刃刃脚下土壤的正面阻力脚下土壤的正面阻力，即即 V1、V2 和和U的大小，而土压力、侧面摩擦的大小，而土压力、侧面摩擦力和刃脚自重力和刃脚自重g三者在计算中所占的比重很小，实用上可忽略不计，三者在计算中所占的比重很小，实用上可忽略不计，其结果则稍偏安全。其结果则稍偏安全。7.2.3 7.2.3 沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算三、刃脚计算三、刃脚计算第一种情况，刃脚向外挠曲的计算第一种情况，刃脚向外挠曲的计算确定刃脚确定刃脚内侧竖直钢筋内侧竖直钢筋按以上所求得作用在刃脚上的各
17、个外力的大小、方向和作用按以上所求得作用在刃脚上的各个外力的大小、方向和作用点后，即可求对刃脚根部点后，即可求对刃脚根部m-n截面上的轴向力截面上的轴向力N、剪力、剪力Q以及以及对截面中心对截面中心O点的力矩点的力矩M。然后根据。然后根据M、Q、N的大小计算刃的大小计算刃脚内侧的竖直钢筋。钢筋面积不得小于根部总截面的脚内侧的竖直钢筋。钢筋面积不得小于根部总截面的0.10.15，并伸入悬臂根部以上足够的，并伸入悬臂根部以上足够的锚固长度锚固长度。7.2.3 7.2.3 沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算三、刃脚计算三、刃脚计算第二种情况第二种情况，刃脚，刃脚向内挠曲向内挠曲
18、，配置外侧竖直钢筋。，配置外侧竖直钢筋。当沉井沉到当沉井沉到设计标高设计标高，为利于下沉，为利于下沉，刃脚下的土常被掏空刃脚下的土常被掏空或部或部分掏空，井壁传递的自重全部由壁外土壤摩擦力承担，而此时分掏空，井壁传递的自重全部由壁外土壤摩擦力承担，而此时井壁外侧作用最大的水、土压力，使刃脚产生最大的向内挠曲。井壁外侧作用最大的水、土压力，使刃脚产生最大的向内挠曲。7.2.3 7.2.3 沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算三、刃脚计算三、刃脚计算第二种情况第二种情况，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。刃脚自重刃脚自重g和刃脚外侧摩擦力可忽略不
19、计。和刃脚外侧摩擦力可忽略不计。起决定性作用的起决定性作用的是刃脚外侧的水土压力是刃脚外侧的水土压力W及及E。7.2.3 7.2.3 沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算三、刃脚计算三、刃脚计算第二种情况第二种情况，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。水压力水压力W可按下列情况计算可按下列情况计算不排水下沉时不排水下沉时，井壁外侧水压力值按，井壁外侧水压力值按100计算，内侧水计算，内侧水压力值一般按压力值一般按50计算，但也可按施工中可能出现的计算，但也可按施工中可能出现的水水头差头差计算；计算；排水下沉时排水下沉时，在不透水的土中，可按静水
20、压力的，在不透水的土中，可按静水压力的70计计算，在透水土中，可按静水压力的算，在透水土中，可按静水压力的100计算。计算。7.2.3 7.2.3 沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算四、施工阶段井壁计算四、施工阶段井壁计算须须按沉井在施工过程中的传按沉井在施工过程中的传力体系合理确定其计算图式力体系合理确定其计算图式，随后配置水平和竖直方向的随后配置水平和竖直方向的两种钢筋。两种钢筋。由于沉井形状各异，施工的由于沉井形状各异，施工的具体技术措施亦不尽相同，具体技术措施亦不尽相同，因此应按其因此应按其具体情况具体情况作出分作出分析与判断。析与判断。7.2.3 7.2.3 沉
21、井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算7.2.3 7.2.3 沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算四、施工阶段井壁计算四、施工阶段井壁计算1.沉井在竖直平面内的受弯计沉井在竖直平面内的受弯计算算沉井沉井抽承垫木抽承垫木计算计算根据不同的支承情况，对井根据不同的支承情况，对井壁作抗裂和强度验算。壁作抗裂和强度验算。沉井支承在沉井支承在两点两点“定位垫木定位垫木”上时上时井壁的高度和长度比较，相井壁的高度和长度比较，相差不多，按简支梁近似计算。差不多，按简支梁近似计算。图图7-11 沉井抽承垫木的计算图式沉井抽承垫木的计算图式四、施工阶段井壁计算四、施工阶段井壁
22、计算1.沉井在竖直平面内的受弯计算沉井在竖直平面内的受弯计算沉井抽承垫木计算沉井抽承垫木计算 沉井支承在沉井支承在三支点三支点上时上时中间中间回填的砂子回填的砂子起到支撑作用。起到支撑作用。四个支点计算内力可以直接四个支点计算内力可以直接查表查表。7.2.3 7.2.3 沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算图图7-12 三支点两跨连续梁三支点两跨连续梁图图7-13 多支点圆形沉井多支点圆形沉井四、施工阶段井壁计算四、施工阶段井壁计算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沉井偏斜之后，必须及时沉井偏斜之后，必须及时纠偏纠偏，此时产生了，此时产生了
23、纵向弯曲并使井壁受纵向弯曲并使井壁受到垂直方向拉力到垂直方向拉力，在设计时一般假定沉井下沉将达设计标高时，在设计时一般假定沉井下沉将达设计标高时，上部井壁被土夹住，而刃脚下的土已全部掏空，形成上部井壁被土夹住，而刃脚下的土已全部掏空，形成“吊空吊空”现现象象，并按此，并按此“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。按经验取值，如上海地基基础设计规范按经验取值，如上海地基基础设计规范7.2.3 7.2.3 沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算四、施工阶段井壁计算四、施工阶段井壁计算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
24、壁水平钢筋计算井壁水平钢筋计算水土压力求得后，水土压力求得后，应沿井的高度方向分段应沿井的高度方向分段进行井壁计算。进行井壁计算。当沉井沉至设计标高，当沉井沉至设计标高，刃脚下的土已掏空刃脚下的土已掏空，此时井壁承受最，此时井壁承受最大的水土压力。大的水土压力。一般砂性土采用水、土分算，黏性土采用水一般砂性土采用水、土分算，黏性土采用水土合算，并采用三角形直线分布土合算，并采用三角形直线分布。在日本土压力按静止土压力计算，假定在深度在日本土压力按静止土压力计算，假定在深度15m以上按三以上按三角形直线分布，角形直线分布，15m以下土压作为常量，不随深度增加。以下土压作为常量，不随深度增加。7.
25、2.3 7.2.3 沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算四、施工阶段井壁计算四、施工阶段井壁计算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）对于在施工阶段井内）对于在施工阶段井内设有几道横隔墙设有几道横隔墙的沉井结构，因为横隔墙的支撑的沉井结构，因为横隔墙的支撑作用，其井壁计算可按作用，其井壁计算可按水平框架水平框架分析。分析。刃脚斜面以上，高度等于井壁厚度的刃脚斜面以上，高度等于井壁厚度的一段井壁一段井壁（如图（如图7-14）受力最大。）受力最大。当横当横隔墙抗弯刚度比井壁小得多时隔墙抗弯刚度比井壁小得多时，可将横隔墙与井
26、壁的连接节点做，可将横隔墙与井壁的连接节点做铰铰接接来分析，如图来分析，如图7-15。7.2.3 7.2.3 沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算图图7-14 沉井刃脚悬臂梁沉井刃脚悬臂梁图图7-15 两端胶结横隔墙两端胶结横隔墙四、施工阶段井壁计算四、施工阶段井壁计算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7.2.3 7.2.3 沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算（2）对于）对于不能设横隔墙不能设横隔墙的地下建筑的地下建筑沉井，如图沉井，如图8-16所示的沉井和隧道连所示的沉井和隧道连续沉井，或因建筑布
27、置上不允许设置续沉井，或因建筑布置上不允许设置立柱时，侧向井壁在施工下沉过程中立柱时，侧向井壁在施工下沉过程中仅靠仅靠纵横梁纵横梁来支撑，因此只能用近似来支撑，因此只能用近似方法，根据沉井结构的形式及长、宽、方法，根据沉井结构的形式及长、宽、高的相对尺寸大小，将井壁简化为高的相对尺寸大小，将井壁简化为“框架框架+平板平板”的形式计算，而不能一的形式计算，而不能一律按水平框架计算。律按水平框架计算。图图7-16 无横隔墙的沉井结构无横隔墙的沉井结构五、沉井底板及底梁的设计计算五、沉井底板及底梁的设计计算（一）沉井底板计算（一）沉井底板计算作用在沉井的作用在沉井的底板上荷载底板上荷载 qP-g式中
28、式中P底板下的地基反力和最大底板下的地基反力和最大的静水压力较大者的静水压力较大者(kN/m2)；g底板自重底板自重(kN/m2)。底板的计算图式可根据底板两侧井壁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确定：和底横梁上的支承情况确定：可按单可按单向板或双向板计算内力并配筋向板或双向板计算内力并配筋。7.2.3 7.2.3 沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算沉井底板荷载图沉井底板荷载图五、沉井底板及底梁的设计计算五、沉井底板及底梁的设计计算（二）沉井底梁计算（二）沉井底梁计算作用在底横梁上的反力可按下式计算作用在底横梁上的反力可按下式计算底横梁与井壁的联结介于
29、固端与铰支之间，此时底横梁与井壁的联结介于固端与铰支之间，此时底横梁跨中的弯矩系底横梁跨中的弯矩系数可取用数可取用1/16，支点处的弯矩系数取用，支点处的弯矩系数取用+1/16。7.2.3 7.2.3 沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算（7-8）六、水下六、水下封底混凝土厚度封底混凝土厚度的确定的确定如果排水下沉的沉井，其基底处于不透水的黏土层如果排水下沉的沉井，其基底处于不透水的黏土层中或基底虽有涌水、翻砂，但数量不大时，中或基底虽有涌水、翻砂，但数量不大时，应力争应力争采用干封底采用干封底，保证封底混凝土的质量，并减小封底，保证封底混凝土的质量，并减小封底混凝土的厚度
30、。混凝土的厚度。根据以往经验一般可取根据以往经验一般可取0.61.2m不等。不等。7.2.3 7.2.3 沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算六、水下六、水下封底混凝土厚度封底混凝土厚度的确定的确定只有水文地质条件极为不利时才采用水下混凝土封底，又称只有水文地质条件极为不利时才采用水下混凝土封底，又称湿湿封底封底。如位于如位于江中、江边江中、江边的沉井工程，在下沉过程中常要采取不排水的沉井工程，在下沉过程中常要采取不排水下沉；在下沉；在地层极不稳定地层极不稳定时，为防止流沙，涌泥、突沉、超沉以时，为防止流沙，涌泥、突沉、超沉以及倾侧歪斜，也需要采用灌水下沉。及倾侧歪斜，也需
31、要采用灌水下沉。有时即使沉井停在不透水黏土层，但其有时即使沉井停在不透水黏土层，但其厚度不足厚度不足以抵抗地下水以抵抗地下水的的“顶破顶破”(涌水涌水)作用，即由底层含水砂层中的地下水压力所作用，即由底层含水砂层中的地下水压力所引起的破坏，以致产生沉井施工中非常严重的事故，则亦须采引起的破坏，以致产生沉井施工中非常严重的事故，则亦须采用用水下封底水下封底的办法。的办法。7.2.3 7.2.3 沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算五、水下封底混凝土厚度的确定五、水下封底混凝土厚度的确定水下封底混凝土的厚度，水下封底混凝土的厚度，应根据抗浮和强度两个条件确应根据抗浮和强度两个条
32、件确定定 (1)按按抗浮条件抗浮条件。沉井封底抽水后，在底面最大水浮力的。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，用抗浮系数来衡量沉井作用下，沉井结构是否会上浮，用抗浮系数来衡量沉井的稳定性，并进行最小封底混凝土厚度计算，此时井内的稳定性，并进行最小封底混凝土厚度计算，此时井内水已抽干，水已抽干，井内水重不能再计入井内水重不能再计入，且，且要保证足够的抗浮要保证足够的抗浮系数系数。7.2.3 7.2.3 沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算五、水下封底混凝土厚度的确定五、水下封底混凝土厚度的确定水下封底混凝土的厚度，水下封底混凝土的厚度，应根据抗浮和强
33、度两个条件确定应根据抗浮和强度两个条件确定 (2)按封底素混凝土的按封底素混凝土的强度条件强度条件。将井内水抽干，在尚未做钢筋。将井内水抽干，在尚未做钢筋混凝土底板以前，封底混凝土将受到可能产生的最大水压作混凝土底板以前，封底混凝土将受到可能产生的最大水压作用，用，其向上荷载值即为地下水头高度其向上荷载值即为地下水头高度(浮力浮力)减去封底混凝土减去封底混凝土重量重量。封底混凝土作为一块素混凝土板除验算承受水浮力产。封底混凝土作为一块素混凝土板除验算承受水浮力产生的弯曲应力外，生的弯曲应力外，还应验算沿刃脚斜面高度截面上产生的剪还应验算沿刃脚斜面高度截面上产生的剪应力。应力。7.2.3 7.2
34、.3 沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算沉井的结构计算压气沉箱结构压气沉箱结构8.3 8.3 沉箱结构沉箱结构沉箱结构沉箱结构l压气沉箱工法是在沉箱结构的最压气沉箱工法是在沉箱结构的最下部设置一个高刚度、高强度的下部设置一个高刚度、高强度的气密性工作室气密性工作室。l为了防止地下水渗入工作室，保为了防止地下水渗入工作室，保证施工能够在无水环境下进行，证施工能够在无水环境下进行，通过气压自动调节装置向工作室通过气压自动调节装置向工作室内注入内注入压缩空气压缩空气，保持刃脚处工，保持刃脚处工作室气压与地下水压相平衡。作室气压与地下水压相平衡。l工作人员可以在工作人员可以在无水环境的工作无水
35、环境的工作室室内挖土排土，破坏力的平衡促内挖土排土，破坏力的平衡促使沉箱下沉。使沉箱下沉。8.3 8.3 沉箱结构沉箱结构沉箱结构沉箱结构按照施工计划，重复地上或施工栈台上箱体分段浇筑、工作室按照施工计划，重复地上或施工栈台上箱体分段浇筑、工作室内挖排土、箱体在自身重量及上部附加荷载等作用下下沉。内挖排土、箱体在自身重量及上部附加荷载等作用下下沉。下沉到指定深度后，进行下沉到指定深度后，进行持力层载荷试验持力层载荷试验，最后在沉箱结构底，最后在沉箱结构底部的工作室内填筑混凝土构成底板。部的工作室内填筑混凝土构成底板。压气沉箱结构主要采用圆形、长方形等截面形式。压气沉箱结构主要采用圆形、长方形等
36、截面形式。8.3 8.3 沉箱结构沉箱结构沉箱结构沉箱结构沉箱的主体结构组沉箱的主体结构组成成：一般由侧壁、：一般由侧壁、隔墙、顶板、刃脚、隔墙、顶板、刃脚、吊桁、工作室顶板、吊桁、工作室顶板、内部充填混凝土、内部充填混凝土、胸墙和止水壁等构胸墙和止水壁等构成。成。8.3 8.3 沉箱结构沉箱结构沉箱结构沉箱结构Step 1处理沉箱就位场地，构处理沉箱就位场地，构筑支撑模板。筑支撑模板。现代压气沉箱技术标准施工顺序现代压气沉箱技术标准施工顺序现代压气沉箱技术标准施工顺序现代压气沉箱技术标准施工顺序 下部工作室砂土支护模板刃口钢片及铺板下部工作室砂土支护模板刃口钢片及铺板Step 2浇筑箱体最初
37、的结构。浇筑箱体最初的结构。8.3 8.3 现代压气沉箱技术标准施工顺序现代压气沉箱技术标准施工顺序现代压气沉箱技术标准施工顺序现代压气沉箱技术标准施工顺序 工作室顶板工作室顶板工作室顶板工作室顶板工作室顶板Step 3安装专门设备，开始挖掘。安装专门设备，开始挖掘。8.3 8.3 现代压气沉箱技术标准施工顺序现代压气沉箱技术标准施工顺序现代压气沉箱技术标准施工顺序现代压气沉箱技术标准施工顺序 人员气闸室材料气闸室塔式起重机开口挖掘材料出入口Step 4:挖排土下沉挖排土下沉-箱体浇筑箱体浇筑8.3 8.3 现代压气沉箱技术标准施工顺序现代压气沉箱技术标准施工顺序现代压气沉箱技术标准施工顺序现代压气沉箱技术标准施工顺序 自动滑行挖土机自动滑行挖土机地上远程控制室地上远程控制室远程控制操作画面远程控制操作画面无人挖土机无人挖土机Step 5下沉结束下沉结束地基承载力试验地基承载力试验工作室内填工作室内填混凝土。混凝土。8.3 8.3 现代压气沉箱技术标准施工顺序现代压气沉箱技术标准施工顺序现代压气沉箱技术标准施工顺序现代压气沉箱技术标准施工顺序 回复场地原样水荷载工作室内填充混凝土