Ch-8_沉井与沉箱结构

1、 第第8章章 沉井与沉箱结构沉井与沉箱结构地下建筑结构地下建筑结构杨志江杨志江中国矿业大学力建学院岩土工程研究所中国矿业大学力建学院岩土工程研究所本章内容本章内容123概述概述沉井结构沉井结构 沉箱结构沉箱结构沉井设计与施工沉井设计与施工，段良策等，段良策等，2005给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程(CECS137:2002)沉井与气压沉箱工程技术规程沉井与气压沉箱工程技术规程(上海市工程建设规范上海市工程建设规范)8.1 概述概述8.1 概述概述8.1 概述概述l沉井（沉箱）结构特点：沉井（沉箱）结构特点： 8.2 沉井结构沉井结构沉井通常为一个沉

2、井通常为一个上无盖下无底的井筒状结构物上无盖下无底的井筒状结构物，现常用钢筋混凝土，现常用钢筋混凝土制成。制成。施工时先在建筑地点整平地面，制作第一节沉井，接着在井壁的围施工时先在建筑地点整平地面，制作第一节沉井，接着在井壁的围护下，从井底挖土，随着土体的不断挖深，护下，从井底挖土，随着土体的不断挖深，沉井因自重作用克服井沉井因自重作用克服井壁土的摩阻力而逐渐下沉。壁土的摩阻力而逐渐下沉。当第一节井筒露出地面不多时停止开挖下沉，接高井筒，待到达规当第一节井筒露出地面不多时停止开挖下沉，接高井筒，待到达规定强度后再挖土下沉。这样交替操作一直下沉到设计标高，然后封定强度后再挖土下沉。这样交替操作一

3、直下沉到设计标高，然后封底，浇筑钢筋混凝土底、顶板等工作，做成地下建筑物。底，浇筑钢筋混凝土底、顶板等工作，做成地下建筑物。8.2.1 沉井的类型沉井的类型8.2.1 沉井的类型沉井的类型入孔凹槽刃脚封底内墙井壁顶板取土孔8.2.2沉井的构造沉井的构造井壁(侧壁)；刃脚；内隔墙；封底和顶盖板，底梁和框架。l井壁井壁 一般应配置两层竖向一般应配置两层竖向钢筋及水平钢筋，以承受钢筋及水平钢筋，以承受弯曲应力。同时要有足够弯曲应力。同时要有足够的重量。的重量。井壁厚度主要决井壁厚度主要决定于沉井大小、下沉深度定于沉井大小、下沉深度以及土层的力学性质。以及土层的力学性质。 厚度一般为厚度一般为0.41

4、.2m。有战时防护要求的，井壁有战时防护要求的，井壁厚度可达厚度可达1.51.8m。主要功用是减少下沉阻力。主要功用是减少下沉阻力。踏面宽度踏面宽度1030cm，视所通过，视所通过土质的软硬及井壁厚度而定。土质的软硬及井壁厚度而定。沉井重，土质软时，踏面宽。沉井重，土质软时，踏面宽。内侧的倾角一般为内侧的倾角一般为4060。高度当沉井湿封底时，取高度当沉井湿封底时，取1.5m左右，干封底时，取左右，干封底时，取0.6m左右。左右。1 2 54 02 0503 5 4 58 0 7 080608 01 0 015080a )b )c )d )e )7 0l刃脚刃脚8.2.2沉井的构造沉井的构造入

5、孔凹槽刃脚封底内墙井壁顶板取土孔主要作用是主要作用是减小跨径、增加减小跨径、增加刚度。刚度。分隔沉井，便于分隔沉井，便于均衡均衡取土取土和和下沉下沉，利于，利于纠偏纠偏。底面高出刃脚踏面底面高出刃脚踏面0.51.0m，软土时，为防软土时，为防“突沉突沉”，可，可与踏面齐平。与踏面齐平。隔墙的厚度一般为隔墙的厚度一般为0.5m左右。左右。l内隔墙内隔墙8.2.2沉井的构造沉井的构造入孔凹槽刃脚封底内墙井壁顶板取土孔湿封底湿封底(即水下砼即水下砼)和干封和干封底底。预留凹槽预留凹槽，加强封底和底，加强封底和底板、井壁联结。板、井壁联结。凹槽底面距踏面凹槽底面距踏面2.5m以以上。槽高约上。槽高约1

6、.0m，近于，近于底板厚度。凹入深度约底板厚度。凹入深度约0.150.25m。8.2.2沉井的构造沉井的构造l封底及顶盖封底及顶盖入孔凹槽刃脚封底内墙井壁顶板取土孔大型沉井，若不能设置内隔大型沉井，若不能设置内隔墙，则可在沉井底部增设底墙，则可在沉井底部增设底梁，并构成框架梁，并构成框架以增加沉井以增加沉井整体刚度。整体刚度。在松软地层中，在松软地层中，底梁还可防底梁还可防止沉井止沉井“突沉突沉”和和“超沉超沉”，便于纠偏和分格封底便于纠偏和分格封底。8.2.2沉井的构造沉井的构造l底梁和框架底梁和框架入孔凹槽刃脚封底内墙井壁顶板取土孔8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算p沉井结构在沉井结构

7、在施工施工阶段阶段必须具有足够的强度和刚必须具有足够的强度和刚度，以保证沉井能稳定、可靠地下沉到拟定的度，以保证沉井能稳定、可靠地下沉到拟定的设计标高。设计标高。p待沉到设计标高，全部结构浇筑完毕并正式交待沉到设计标高，全部结构浇筑完毕并正式交付付使用使用后，结构的传力体系、荷载和受力状态后，结构的传力体系、荷载和受力状态均与沉井在施工下沉阶段很不相同。因此，应均与沉井在施工下沉阶段很不相同。因此，应保证沉井结构在这保证沉井结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。给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程(CECS137:2002)沉井与气压

8、沉箱工程技术规程沉井与气压沉箱工程技术规程(上海市工程建设规范上海市工程建设规范)一、沉井建筑平面布置的确定；一、沉井建筑平面布置的确定；二、沉井主要尺寸等的初步估算。二、沉井主要尺寸等的初步估算。三、施工阶段强度计算三、施工阶段强度计算四、使用阶段的强度计算四、使用阶段的强度计算8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算l沉井结构设计的主要步骤沉井结构设计的主要步骤一、沉井建筑平面布置的确定一、沉井建筑平面布置的确定8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算根据水文和地质资料，按工艺和使用要根据水文和地质资料，按工艺和使用要求以及施工条件初步确定沉井的平面尺寸、求以及施工条件初步确定沉井的平面尺寸、

9、形状大小和沉井内部的框架和隔墙未知以及形状大小和沉井内部的框架和隔墙未知以及沉井的平面剖面图。沉井的平面剖面图。8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算二、沉井主要尺寸等的初步估算二、沉井主要尺寸等的初步估算参考已建类似的沉井结构，初定沉井井壁参考已建类似的沉井结构，初定沉井井壁厚度及其它构件的截面尺寸；厚度及其它构件的截面尺寸；估算下沉系数，以控制下沉速率；估算下沉系数，以控制下沉速率；估算抗浮系数，以控制底板厚度；估算抗浮系数，以控制底板厚度；估算外荷载，绘制水、土压力计算图式；估算外荷载，绘制水、土压力计算图式；8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算三、施工阶段强度计算三、施工阶段强度计算

10、井壁内力计算；井壁内力计算；刃脚挠曲计算；刃脚挠曲计算；横梁内力计算；横梁内力计算；8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算四、使用阶段强度计算四、使用阶段强度计算按封闭框架按封闭框架( (水平方向的或垂直方向的水平方向的或垂直方向的) )或或圆池结构来计算井壁并配筋；圆池结构来计算井壁并配筋；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；抗浮、抗滑移、抗倾覆和稳定性验算；抗浮、抗滑移、抗倾覆和稳定性验算；若用作顶管工作井，井壁承受顶管推进反若用作顶管工作井，井壁承受顶管推进反力，应予以验算；力，应予以验算；8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算p下沉系数计算下沉系数计算,1.05kf

11、w kstfkGFKF下沉系数地下水浮力标准值井壁总摩阻力标准值自 重 ( 包括 加 重 )标准值8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算p下沉系数计算下沉系数计算00HHfkkkFf dAUf dh8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算p下沉系数计算下沉系数计算00HHfkkkFf dAUf dh8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算p下沉系数计算下沉系数计算00HHfkkkFf dAUf dh0,0.3 0.5ka ka kff EE8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算p下沉系数计算下沉系数计算沉井侧面单位摩阻力的量值和分布规律沉井侧面单位摩阻力的量值和分布规律远未了解远未了解清楚清楚。例

12、如：上海施工实践发现多数轻型沉井的。例如：上海施工实践发现多数轻型沉井的下沉系数小于下沉系数小于1.01.0，一般在，一般在0.750.900.750.90之间，多数之间，多数为为0.700.850.700.85，仅少数大于，仅少数大于1.0.1.0.但下沉过程中，除但下沉过程中，除个别需要加压助沉外个别需要加压助沉外( (主要原因是下沉过程中因故主要原因是下沉过程中因故停沉停沉) )，一般都能下沉到设计标高。这看似不符合，一般都能下沉到设计标高。这看似不符合逻辑，显然是摩擦力取值偏大所致。逻辑，显然是摩擦力取值偏大所致。注意：注意：8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算p下沉稳定验算下沉稳定

13、验算当下沉系数过大，或在软弱土层中下沉，沉井可当下沉系数过大，或在软弱土层中下沉，沉井可能能突沉突沉，除在挖土时采取合理施工安排外，宜加，除在挖土时采取合理施工安排外，宜加设或利用井内已有的隔墙或底梁作为防突沉措施，设或利用井内已有的隔墙或底梁作为防突沉措施，此时需进行下沉稳定验算此时需进行下沉稳定验算( (由施工单位根据实际施由施工单位根据实际施工方案验算工方案验算) )。8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算p下沉稳定验算下沉稳定验算,0.8 0.9kfw kst sfkbGFKFR 下沉稳定系数验算状态下地下水浮力标准值验算状态下井壁总摩阻力标准值自 重 ( 包括 加 重 )标准值刃脚、

14、隔墙和底梁下地基反力之和8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算p下沉稳定验算下沉稳定验算12bRRRcn102dnRR Uc刃脚22dRA RdR隔墙和底梁总支撑面积8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算p下沉稳定验算下沉稳定验算022bdnRRUcA8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算p 抗浮验算抗浮验算沉井沉到设计标高后，即着手进行封底工作，由沉井沉到设计标高后，即着手进行封底工作，由于内部结构和顶盖等还未施工，此时整个沉井向于内部结构和顶盖等还未施工，此时整个沉井向下荷载为最小。待到内部结构，设备安装及顶盖下荷载为最小。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

15、水压施工完毕，所需时间可能很长，而底板下的水压力能逐渐增长到静力水头，会对沉井发生最大的力能逐渐增长到静力水头，会对沉井发生最大的浮力作用。浮力作用。8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算p 抗浮验算抗浮验算当沉井下沉到位封底后，随即将沉井内部和上部当沉井下沉到位封底后，随即将沉井内部和上部未完成的结构及时抓紧施工完毕，验收合格即可未完成的结构及时抓紧施工完毕，验收合格即可交付使用。此时，沉井进入使用阶段。按设计规交付使用。此时，沉井进入使用阶段。按设计规范规定，沉井构筑物除满足范规定，沉井构筑物除满足施工阶段抗浮要求施工阶段抗浮要求外，外，尚应满足尚应满足使用阶段的抗浮、抗滑及抗倾稳定性使用

16、阶段的抗浮、抗滑及抗倾稳定性的的要求。要求。8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算p 抗浮验算抗浮验算1.0 1.15ffwGKF抗浮安全系数地下水浮力抗浮力总和8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算p 抗浮验算抗浮验算浮力的取值，历来有争论。实践证明，在江河之浮力的取值，历来有争论。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。在粘砂土内的沉井，其水浮力即等于静力水头。在粘性土中，尚缺乏较好的验证。性土中，尚缺乏较好的验证。关于井壁侧面摩擦力是否计入总抗浮力，有的认关于井壁侧面摩擦力是否计入总抗浮力

17、，有的认为不能计入，只能作为附加的安全度来考虑。为不能计入，只能作为附加的安全度来考虑。8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算p 刃脚计算刃脚计算 井壁在下沉过程中，刃脚受力较为复杂、刀脚印井壁在下沉过程中，刃脚受力较为复杂、刀脚印入土中时，受到向外弯矩，挖空刃脚下的土时，入土中时，受到向外弯矩，挖空刃脚下的土时，刃脚又受到外部水土压力作用而向内弯曲。因此刃脚又受到外部水土压力作用而向内弯曲。因此必须验算必须验算刃脚刃脚部分部分向外向外和和向内挠曲向内挠曲的的悬臂状态悬臂状态受受力情况，并据此进行刃脚内侧和外侧竖向钢筋和力情况，并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。水平钢筋的配

18、筋计算。8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算p 刃脚计算刃脚计算TEhkk2h33b+2ajR21VVa/2aUGQRnmGNMOgbcamb)a)8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算p 刃脚计算刃脚计算PEWPobahc)a)1hh0TG刃脚被掏空nmII下沉道接近设计位置b)PPEWgMNQnmEW8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算p 刃脚计算刃脚计算_初沉嵌土初沉嵌土TEhkk2h33b+2ajR21VVa/2aUGQRnmGNMOgbcamb)a)计算井壁自重计算井壁自重GG沿井壁周长单位宽度上的沉井沿井壁周长单位宽度上的沉井自重自重( (按全井高度计算按全井高度计算) )，不

19、排水挖土时应扣除浸，不排水挖土时应扣除浸入水中部分的浮力。入水中部分的浮力。8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算p 刃脚计算刃脚计算_初沉嵌土初沉嵌土TEhkk2h33b+2ajR21VVa/2aUGQRnmGNMOgbcamb)a)计算刃脚自重计算刃脚自重g g2kaghh8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算p 刃脚计算刃脚计算_初沉嵌土初沉嵌土TEhkk2h33b+2ajR21VVa/2aUGQRnmGNMOgbcamb)a)计算刃脚上的水土压力计算刃脚上的水土压力EE主动土压力可按朗肯主动土压力可按朗肯理论计算。土水压力总和不超过静水压力的理论计算。土水压力总和不超过静水压力的70%

20、70%。2tan452kEh8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算p 刃脚计算刃脚计算_初沉嵌土初沉嵌土TEhkk2h33b+2ajR21VVa/2aUGQRnmGNMOgbcamb)a)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力。min,0.5TfFE8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算p 刃脚计算刃脚计算_初沉嵌土初沉嵌土计算刃脚下土的反力，即踏面上土反力计算刃脚下土的反力，即踏面上土反力V1V1和斜面上土反力和斜面上土反力R R，假定其作用方向与斜面法线成，假定其作用方向与斜面法线成角角( (即摩擦角，按即摩擦角，按10102020估用，有时也可取到估用，有时也可取到3

21、030) )。并将。并将R R分解成竖直分解成竖直的和水平的两个分力的和水平的两个分力V2 V2 和和U(U(均假定为三角形分布均假定为三角形分布) )。TEhkk2h33b+2ajR21VVa/2aUGQRnmGNMOgbcamb)a)8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算p 刃脚计算刃脚计算_初沉嵌土初沉嵌土根据实际设计经验可知，在刃脚向外挠曲时，根据实际设计经验可知，在刃脚向外挠曲时，起主要因素起主要因素作用的是刃脚下土壤的正面阻力作用的是刃脚下土壤的正面阻力，即，即 V1V1、V2 V2 和和U U的大小，的大小，而土压力而土压力 、侧面摩擦力、侧面摩擦力 和刃脚自重和刃脚自重g g三

22、者在计算中所占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。的比重很小，实用上可忽略不计，其结果则稍偏安全。TEhkk2h33b+2ajR21VVa/2aUGQRnmGNMOgbcamb)a)8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算p 刃脚计算刃脚计算_初沉嵌土初沉嵌土刃脚内侧竖直钢筋：按以上所求得作用在刃脚上的各个外刃脚内侧竖直钢筋：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，即可求对刃脚根部力的大小、方向和作用点后，即可求对刃脚根部m-nm-n截面截面上的轴向力上的轴向力N N、剪力、剪力Q Q以及对截面中心以及对截面中心O O点的力矩点的力矩M M。然后根。

23、然后根据据M M、Q Q、N N的大小计算刃脚内侧的竖直钢筋。钢筋面积不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得小于根部总截面的0.10.10.150.15。并伸入悬臂根部以上。并伸入悬臂根部以上足够的足够的锚固长度锚固长度。TEhkk2h33b+2ajR21VVa/2aUGQRnmGNMOgbcamb)a)8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算p 刃脚计算刃脚计算_完沉挖空完沉挖空沉井下沉接近设计标高时，因沉井外侧摩阻力较大，一般沉井下沉接近设计标高时，因沉井外侧摩阻力较大，一般下沉速度很小，为利于下沉下沉速度很小，为利于下沉刃脚下的土体刃脚下的土体住往被住往被掏空或掏空

24、或部分掏空部分掏空，使沉井快速下沉到位，使沉井快速下沉到位( (为防止突沉，在施工中为防止突沉，在施工中刃脚下的土是不宜掏空的，只能在刃脚斜面处上端掏挖少刃脚下的土是不宜掏空的，只能在刃脚斜面处上端掏挖少量的土体，让沉并徐徐下沉到位量的土体，让沉并徐徐下沉到位) )。此时，井壁传递的自。此时，井壁传递的自重全部由壁外的摩阻力来承担，而水、土压力对井壁的作重全部由壁外的摩阻力来承担，而水、土压力对井壁的作用为最大，刃脚产生最大的向内挠曲。一般按此情况确定用为最大，刃脚产生最大的向内挠曲。一般按此情况确定刃脚外侧竖向钢筋。刃脚外侧竖向钢筋。8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算p 刃脚计算刃脚计算

25、_完沉挖空完沉挖空刃脚自重刃脚自重g g和刃脚外侧摩擦力可忽略不计。起决定性作用和刃脚外侧摩擦力可忽略不计。起决定性作用的是刃脚外侧的的是刃脚外侧的水土压力水土压力W W及及E E。PEWPobahc)a)1hh0TG刃脚被掏空nmII下沉道接近设计位置b)PPEWgMNQnmEW8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算p 刃脚计算刃脚计算_完沉挖空完沉挖空不排水下沉时，井壁外侧水压力值按不排水下沉时，井壁外侧水压力值按100100计算，内侧计算，内侧水压力值一般按水压力值一般按5050计算，也可按施工中可能出现的水头计算，也可按施工中可能出现的水头差计算；差计算；排水下沉时，在不透水的土中，可

26、按静水压力的排水下沉时，在不透水的土中，可按静水压力的7070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100100计算。计算。PEWPobahc)a)1hh0TG刃脚被掏空nmII下沉道接近设计位置b)PPEWgMNQnmEW8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算p 刃脚计算刃脚计算_完沉挖空完沉挖空如井壁刃脚附近设有槽口，当如井壁刃脚附近设有槽口，当h125cmh125cm时，验算截面定在时，验算截面定在m-nm-n线上，如线上，如h1h125cm25cm时，验算截面定在时，验算截面定在I-II-I截面。截面。PEWPobahc)a)1hh0TG刃脚被掏空nmII下沉

27、道接近设计位置b)PPEWgMNQnmEW8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算p 施工阶段井壁计算施工阶段井壁计算须按沉井在施工过程中的须按沉井在施工过程中的传力体系传力体系合理确定合理确定其其计算图式计算图式，随后配置水平和竖直方向的两，随后配置水平和竖直方向的两种钢筋。种钢筋。由于沉井型状各异，施工的具体技术措施亦由于沉井型状各异，施工的具体技术措施亦不尽相同，因此应按其不尽相同，因此应按其具体具体情况作出情况作出分析分析与与判断。判断。8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算p 施工阶段井壁计算施工阶段井壁计算_竖直平面受弯竖直平面受弯(抽承垫抽承垫木木)计算计算重型沉井在制作第一节时多

28、用承垫木支承。当第重型沉井在制作第一节时多用承垫木支承。当第节沉节沉井制成后井制成后( (大约大约910m)910m)开始抽拔承垫木准备下沉时，刃脚开始抽拔承垫木准备下沉时，刃脚踏面下逐渐脱空，此时，井壁在自重作用下会产生较大的踏面下逐渐脱空，此时，井壁在自重作用下会产生较大的应力，因此需要根据不同的支承情况，对井壁作强度和抗应力，因此需要根据不同的支承情况，对井壁作强度和抗裂验算。裂验算。沉井施工中实际支撑位置十分复杂，一般仅按两种最不利沉井施工中实际支撑位置十分复杂，一般仅按两种最不利情况进行验算，即：两点情况进行验算，即：两点( (定位垫木定位垫木) )支撑和三点支撑。支撑和三点支撑。8

29、.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算p 施工阶段井壁计算施工阶段井壁计算_竖直平面受弯竖直平面受弯(抽承垫抽承垫木木)计算计算_两点两点(定位垫木定位垫木)支撑支撑一般在放置定位垫木前一般在放置定位垫木前按设计要求设定按设计要求设定“定位定位垫木垫木”( (最后抽除的垫木最后抽除的垫木) )的位置。当承垫木抽除的位置。当承垫木抽除之前，可视之前，可视“定位垫木定位垫木”为支撑点，沉井全部重为支撑点，沉井全部重量均视为支撑在量均视为支撑在“定位定位垫木垫木”上上( (刃脚踏面下填刃脚踏面下填砂的支撑作用可以忽略砂的支撑作用可以忽略) )。PP121P2P(M )图(Q )图LBCL = 0 .7

30、 L2L = 0 .1 5 L1L = 0 .1 5 L1定 位 垫 木端 井 壁横 梁qa)b )8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算p 施工阶段井壁计算施工阶段井壁计算_竖直平面受弯竖直平面受弯(抽承垫抽承垫木木)计算计算_两点两点(定位垫木定位垫木)支撑支撑“定位垫木定位垫木”的设置要的设置要求其间距使得井壁内正求其间距使得井壁内正负弯矩相等或接近。负弯矩相等或接近。PP121P2P(M )图(Q )图LBCL = 0 .7 L2L = 0 .1 5 L1L = 0 .1 5 L1定 位 垫 木端 井 壁横 梁qa)b )对于平面边长比不小于对于平面边长比不小于1.51.5的沉井，可取

31、间距为的沉井，可取间距为0.7L0.7L。近似按简支深梁计算。近似按简支深梁计算。8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算p 施工阶段井壁计算施工阶段井壁计算_竖直平面受弯竖直平面受弯(抽承垫抽承垫木木)计算计算_三点支撑三点支撑抽承垫木的顺序多数是：先抽抽承垫木的顺序多数是：先抽四角，再抽跨中，并不断扩大四角，再抽跨中，并不断扩大抽拆范围，最后抽除定位垫木。抽拆范围，最后抽除定位垫木。早先填砂在垫木抽完后被一再早先填砂在垫木抽完后被一再压实，逐渐变成了支承点。因压实，逐渐变成了支承点。因而形成了三支点的两跨连续梁。而形成了三支点的两跨连续梁。近似按两跨连续梁计算。近似按两跨连续梁计算。8.2.

32、3沉井的结构计算沉井的结构计算p 施工阶段井壁计算施工阶段井壁计算_竖直平面受弯竖直平面受弯(抽承垫抽承垫木木)计算计算_圆形沉井圆形沉井对于圆形沉井一般按支对于圆形沉井一般按支承于相互垂直的直径方承于相互垂直的直径方向的四个支点向的四个支点( (个别大型个别大型沉井为沉井为8 8个个) )验算。验算。近似按连续水平圆弧梁计算。近似按连续水平圆弧梁计算。8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算p 施工阶段井壁计算施工阶段井壁计算_竖直平面受弯竖直平面受弯(抽承垫抽承垫木木)计算计算_圆形沉井圆形沉井8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算p 施工阶段井壁计算施工阶段井壁计算_竖直平面受弯竖直平面受

33、弯(抽承垫抽承垫木木)计算计算_圆形沉井圆形沉井建筑结构静力计算手册建筑结构静力计算手册(第二版第二版)8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算p 施工阶段井壁计算施工阶段井壁计算_井壁垂直受拉计算井壁垂直受拉计算沉井下沉时井壁在竖向一般只承受自重，其自重压应力沉井下沉时井壁在竖向一般只承受自重，其自重压应力不必验算。但下沉时可能会被上部某处较大的摩擦力所不必验算。但下沉时可能会被上部某处较大的摩擦力所卡住。当刃脚下的土掏空时沉井处于悬挂状态，有被卡住。当刃脚下的土掏空时沉井处于悬挂状态，有被拉断的危险。此外，沉井纠偏时产生纵向弯曲并使井壁拉断的危险。此外，沉井纠偏时产生纵向弯曲并使井壁受到垂直

34、方向拉力。为此，应验算井壁竖向拉应力，验受到垂直方向拉力。为此，应验算井壁竖向拉应力，验算竖向钢筋。算竖向钢筋。我国相关规范规定井壁断面上最大拉力为我国相关规范规定井壁断面上最大拉力为2525的井重，的井重，拉断位置在沉井的二分之一高度处。日本规定为拉断位置在沉井的二分之一高度处。日本规定为5050井井重，苏联规定为重，苏联规定为6565井重。井重。8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算p 施工阶段井壁计算施工阶段井壁计算_水土压力作用下井壁水土压力作用下井壁内力计算内力计算(矩形矩形)水土压力可按分算和合算进行，一般砂性土分算，粘性水土压力可按分算和合算进行，一般砂性土分算，粘性土可分算也可

35、合算。土可分算也可合算。水土压力求得后，对于单层沉井应沿井的高度方向分段水土压力求得后，对于单层沉井应沿井的高度方向分段进行井壁计算。即将空间结构简化为平面结构计算，然进行井壁计算。即将空间结构简化为平面结构计算，然后采用结构力学方法进行求解。后采用结构力学方法进行求解。一般沿井壁高度每隔一般沿井壁高度每隔23m23m或者变截面处选取为计算截面。或者变截面处选取为计算截面。取每段下缘荷载作为截面荷载进行计算，计算配筋作为取每段下缘荷载作为截面荷载进行计算，计算配筋作为该段井壁配筋。该段井壁配筋。8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算p 施工阶段井壁计算施工阶段井壁计算_水土压力作用下井壁水土压

36、力作用下井壁内力计算内力计算(矩形矩形)刃脚端部以上高度等于井壁厚度的一段必须选取计算界刃脚端部以上高度等于井壁厚度的一段必须选取计算界面，因为这一段是刃脚按悬臂梁计算时的嵌固端。面，因为这一段是刃脚按悬臂梁计算时的嵌固端。8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算p 施工阶段井壁计算施工阶段井壁计算_水土压力作用下井壁水土压力作用下井壁内力计算内力计算(矩形矩形)对于多层沉井，则简化成板对于多层沉井，则简化成板- -柱结构体系，按结构力学进柱结构体系，按结构力学进行计算。行计算。H H1 1(H(H2 2) L)2L)2L1 1(L(L2 2) )：简化为：简化为平面框架。平面框架。L L1 1

37、(L(L2 2)/2)/2 H H1 1(H(H2 2) )2L2L1 1(L(L2 2) )：简化为双向板。简化为双向板。8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算p 施工阶段井壁计算施工阶段井壁计算_水土压力作用下井壁水土压力作用下井壁内力计算内力计算(圆形圆形)作用于圆形沉井井壁任一标高上的水平侧压力，从理论作用于圆形沉井井壁任一标高上的水平侧压力，从理论上讲应该处处相等。圆环内力只有轴力而无弯矩和剪力。上讲应该处处相等。圆环内力只有轴力而无弯矩和剪力。8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算p 施工阶段井壁计算施工阶段井壁计算_水土压力作用下井壁水土压力作用下井壁内力计算内力计算(圆形圆形)

38、实际上，因为地质不均匀，下沉过程中可能发生倾斜等原因，实际上，因为地质不均匀，下沉过程中可能发生倾斜等原因，使得井壁在同一水平圆环上的土压力分布并不均匀。使得井壁在同一水平圆环上的土压力分布并不均匀。假设倾斜方向前后侧土压力假设倾斜方向前后侧土压力均增大，增量相当于土体内均增大，增量相当于土体内摩擦角减小摩擦角减小2.52.555。而。而垂直方向相应减小。以假设垂直方向相应减小。以假设后的内摩擦角分别按土压力后的内摩擦角分别按土压力理论计算理论计算A A、B B点土压力。点土压力。8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算p 施工阶段井壁计算施工阶段井壁计算_水土压力作用下井壁水土压力作用下井壁内

39、力计算内力计算(圆形圆形)假设分布为：假设分布为：11 sin1sinAAppmpmBApmp1BApmp 由此按封闭圆环可以得到内由此按封闭圆环可以得到内力计算公式。力计算公式。8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算p 施工阶段井壁计算施工阶段井壁计算_水土压力作用下井壁水土压力作用下井壁内力计算内力计算(有限元法有限元法)井筒平面图图一8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算p 施工阶段井壁计算施工阶段井壁计算_水土压力作用下井壁水土压力作用下井壁内力计算内力计算(有限元法有限元法)材 料混凝土钢 筋C25C30弹性模量，Mpa2800030000200000泊松比0.20.20.3单轴抗压强度，Mpa34.936.87 单轴抗拉强度，Mpa3.493.687 8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算p 施工阶段井壁计算施工阶段井壁计算_水土压力作用下井壁水土压力作用下井壁内力计算内力计算(有限元法有限元法)8.2.3沉井的结构计算沉井的结构计算p 底板计算底板计算qpg底板荷载底板荷载根据底板支承情况：可按单向根据底板支承情况：可按单向板或双向板计算内力并配筋。板或双向板计算内力并配筋。 8.2.3沉井的结构计算沉