9、沉井结构与沉管结构

（1）躯体结构刚性大，断面大，承载力高，抗渗能力强，耐久性能好，内部空间可有效 ）躯体结构刚性大，断面大，承载力高，抗渗能力强，耐久性能好， 利用； 利用； （2）施工场地占地面积较小，可靠性良好； ）施工场地占地面积较小，可靠性良好； （3）适用土质范围广（淤泥土、砂土、粘土、砂砾等土层均可施工）； ）适用土质范围广（淤泥土、砂土、粘土、砂砾等土层均可施工）； （4）施工深度大； ）施工深度大； （5）施工时周围土体变形较小，因此对临近建筑（构筑）物的影响小，适合近接施工， ）施工时周围土体变形较小，因此对临近建筑（构筑）物的影响小，适合近接施工， 尤其是压气沉箱工法对周围地层沉降造成的影响较小，目前在日本已有离开箱体边缘30cm 尤其是压气沉箱工法对周围地层沉降造成的影响较小，目前在日本已有离开箱体边缘 以外的地层无沉降的压气沉箱施工实例； 以外的地层无沉降的压气沉箱施工实例； （6）具有良好的抗震性能。 ）具有良好的抗震性能。
9、沉井结构与沉管结构 、
9.1、沉井的类型和构造 、
二）沉井的类型 沉井按其构造形式分为连续沉井（多用于隧道工程井）和单独沉井（ 沉井按其构造形式分为连续沉井（多用于隧道工程井）和单独沉井（多用于工 民防地下建筑）；按平面形状可分为圆形沉井、矩形沉井、 ）；按平面形状可分为圆形沉井 业、民防地下建筑）；按平面形状可分为圆形沉井、矩形沉井、方形沉井或多边形 沉井等。 1）隧道连续沉井 ） 在松软的土层中浅埋地下铁道或水底隧道的岸边段，除可用基坑明挖法(大开挖 大开挖)、 在松软的土层中浅埋地下铁道或水底隧道的岸边段，除可用基坑明挖法 大开挖 、 地下连续墙施工外，亦可采用连续沉井施工。 地下连续墙施工外，亦可采用连续沉井施工。 所示为某水底隧道所用的连续沉井中的一节， 图8-2所示为某水底隧道所用的连续沉井中的一节，长25~35m。在两个沉井之 所示为某水底隧道所用的连续沉井中的一节 。 间采用有橡胶止水带的柔性接头。沉井长度主要考虑各段沉井的不均匀沉降、 间采用有橡胶止水带的柔性接头。沉井长度主要考虑各段沉井的不均匀沉降、变温 影响和混凝土凝固收缩应力等因素加以确定。 影响和混凝土凝固收缩应力等因素加以确定。 沉井横断面的宽度应由隧道的几何设计来确定，一般应能容纳所需车道、风道、 沉井横断面的宽度应由隧道的几何设计来确定，一般应能容纳所需车道、风道、 检修走道等。在曲线段中还应按车速和曲率半径等考虑适当加宽。 检修走道等。在曲线段中还应按车速和曲率半径等考虑适当加宽。 沉井高度主要由车道的净空要求确定。同时还要考虑路面铺装、车道板、 沉井高度主要由车道的净空要求确定。同时还要考虑路面铺装、车道板、吊顶 结构以及相邻沉井间沉降差等所需高度。 结构以及相邻沉井间沉降差等所需高度。 为保证沉井施工阶段结构刚度，在沉井顶部和底部均设置沿横向支撑数道， 为保证沉井施工阶段结构刚度，在沉井顶部和底部均设置沿横向支撑数道，与 井壁部分构成刚劲的上、下框架。井宽较大时，下框架中尚可加设纵向支撑一道。 井壁部分构成刚劲的上、下框架。井宽较大时，下框架中尚可加设纵向支撑一道。 由纵、横支撑(梁 分隔成的取土井 其尺寸应保证抓斗挖土。 分隔成的取土井， 由纵、横支撑 梁)分隔成的取土井，其尺寸应保证抓斗挖土。上下端横梁还可起支承 临时钢封门的作用，使沉井下沉时，纵向两端的土体不挤入井内。下沉完毕后， 临时钢封门的作用，使沉井下沉时，纵向两端的土体不挤入井内。下沉完毕后，钢 封门即可拆除。 封门即可拆除。 沉井下沉到设计标高后，就可封底，并饶筑底板、内隔墙和顶板。 沉井下沉到设计标高后，就可封底，并饶筑底板、内隔墙和顶板。顶板上方可 设置钢筋混凝土成层式防爆层。 设置钢筋混凝土成层式防爆层。
图8-2
9、沉井结构与沉管结构 、
9.1、沉井的类型和构造 、
二）沉井的类型 2）平战结合用的人防工事沉井 ） 在城市内常需大量建造各种类型及各种等级的 人防工事。在埋深较大，不能采用大开挖施工时， 人防工事。在埋深较大，不能采用大开挖施工时， 可采用沉井施工。 可采用沉井施工。 所示的矩形沉井， 图8-3所示的矩形沉井，是平战结合用地下仓库 所示的矩形沉井 之一例。平面尺寸为3lm×19m，壁厚 之一例。平面尺寸为 × ，壁厚80cm，顶板 ， 厚35cm，底板厚 ，底板厚80cm。沉井分上下两层。下层由 。沉井分上下两层。 于使用需要，分隔成许多小间；上层两侧为“三防” 于使用需要，分隔成许多小间；上层两侧为“三防” 设施房间，中间作为大厅，平时可利用作为会场， 设施房间，中间作为大厅，平时可利用作为会场， 战时可作为临时救护所。 战时可作为临时救护所。 为了加强沉井施工下沉过程中的整体刚度，井 为了加强沉井施工下沉过程中的整体刚度， 内设上、下若干横撑，到使用阶段安上楼板， 内设上、下若干横撑，到使用阶段安上楼板，隔墙 就可分隔成许多房间。 就可分隔成许多房间。
9、沉井结构与沉管结构 、
9.1、沉井的类型和构造 、 9.2、沉井结构设计计算 、 9.3、沉管结构的设计 、 9.4、沉管的防水设计 、 9.5、变形缝与管段接头设计 、 9.6、沉管基础设计 、
9、沉井结构与沉管结构 、
9.1、沉井的类型和构造 、
一）概述 沉井是一个上无盖下无底的井筒状结构物，现常用钢筋混凝土制成。 沉井是一个上无盖下无底的井筒状结构物，现常用钢筋混凝土制成。施工时先 在建筑地点整平地面，制作第一节沉井，接着在井壁的围护下，从井底挖土， 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，沉井因自重作用克服井壁土的摩阻力而逐渐下沉（如下图）。 ）。当 土体的不断挖深，沉井因自重作用克服井壁土的摩阻力而逐渐下沉（如下图）。当 第一节井筒顶露出地面不多时停止开挖下沉，接高井筒， 第一节井筒顶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，然后封底，浇筑钢筋混凝土底、 下沉。这样交替操作一直下沉到设计标高，然后封底，浇筑钢筋混凝土底、顶板等 工作，做成地下建筑物。 工作，做成地下建筑物。这种利用结构自重作用而下沉入土的井简状结构物就称 沉井” 因此．所调沉井，实质上就是将一个在地面筑成的“半成品”沉入土中， “沉井”。因此．所调沉井，实质上就是将一个在地面筑成的“半成品”沉入土中， 然后在地下完成整个结构物的施工。它与基坑法修建地下结构物的区别就是， 然后在地下完成整个结构物的施工。它与基坑法修建地下结构物的区别就是，沉井 在施工过程中，井壁成了阻挡水、土压力，防止土体坍塌的围护结构， 在施工过程中，井壁成了阻挡水、土压力，防止土体坍塌的围护结构，从而省去大 量的支撑和板桩工程，减少了土方开挖量。 量的支撑和板桩工程，减少了土方开挖量。 沉井一般多沉到较坚实的土层上， 沉井一般多沉到较坚实的土层上， 以充分利用深层土的承载能力。 以充分利用深层土的承载能力。沉井常 用作桥梁墩台、 用作桥梁墩台、重型厂房和各种工业构 筑物的一种深基础。作为深基础时， 筑物的一种深基础。作为深基础时，井 孔内可用混凝土或砂砾石填实以增加压 重。
图 8-3
9、沉井结构与沉管结构 、
9.1、沉井的类型和构造 、
三）沉井的构造 沉井一般由下列各部分组成（ ）：井壁 ）、刃脚 沉井一般由下列各部分组成（图8-4）：井壁（测壁）、刃脚、内隔场、封 ）：井壁（测壁）、刃脚、内隔场、 底和顶盖、底梁和框架。 底和顶盖、底梁和框架。 1）井壁 ） 井壁是沉井的主要部分， 井壁是沉井的主要部分，应有足够 的厚度与强度， 的厚度与强度，为了承受在下沉过程中 各种最不利荷载组合（水土压力） 各种最不利荷载组合（水土压力）所产 生的内力， 生的内力，在钢筋混凝土井壁中一般应 配置两层竖向钢筋及水平钢筋， 配置两层竖向钢筋及水平钢筋，以承受 弯曲应力。同时要有足够的重量， 弯曲应力。同时要有足够的重量，使沉 井能在自重作用下顺利下沉到设计标高。 井能在自重作用下顺利下沉到设计标高。 因此，井壁厚度主要决定于沉井大小、 因此，井壁厚度主要决定于沉井大小、 下沉深度以及土的力学性质。 下沉深度以及土的力学性质。 设计时通常先假定井壁厚度， 设计时通常先假定井壁厚度，再进 行强度验算。井壁厚度一般为0.4~1.2m。 行强度验算。井壁厚度一般为 。 有战时防护要求的，井壁厚度可达1.5~ 有战时防护要求的，井壁厚度可达 1.8m。 。
9、沉井结构与沉管结构 、
9.1、沉井的类型和构造 、
一）概述 目前，沉井式结构已发展成为土层内地下构筑物常用的结构形式之一。 目前，沉井式结构已发展成为土层内地下构筑物常用的结构形式之一。沉井 式结构用途很多，例如，自来水厂、电厂和化工厂的水泵房，地下沉淀池和水池； 式结构用途很多，例如，自来水厂、电厂和化工厂的水泵房，地下沉淀池和水池； 地下热电站、地下油库、地下掩蔽部、车间、仓库等等。此外， 地下热电站、地下油库、地下掩蔽部、车间、仓库等等。此外，也应用作地下铁 水底隧道等各种设备井，如通风井、盾构拼装井、车站、区间段连续沉井等。 道、水底隧道等各种设备井，如通风井、盾构拼装井、车站、区间段连续沉井等。 虽然，随着地下连续墙结构的兴起，有许多地下工程可用地下连续墙施工。 虽然，随着地下连续墙结构的兴起，有许多地下工程可用地下连续墙施工。但 是沉井结构的单体造价较低，主体的混凝土都在地面上浇筑，质量较易保证， 是沉井结构的单体造价较低，主体的混凝土都在地面上浇筑，质量较易保证，不 存在接头的强度和漏水问题，可采用横向主筋构成较经济的结构体系。因此， 存在接头的强度和漏水问题，可采用横向主筋构成较经济的结构体系。因此，在 一定场合下，沉井是一种不可取代的较佳方案。 一定场合下，沉井是一种不可取代的较佳方案。 沉井（沉箱）结构通常有以下几个特点： 沉井（沉箱）结构通常有以下几个特点：
9、沉井结构与沉管结构 、
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9.1、沉井的类型和构造 、
三）沉井的构造 1）井壁 ） 井壁的纵断面形状有上下等厚的直墙形井壁（ 所示）、 井壁的纵断面形状有上下等厚的直墙形井壁（如图8-5a所示）、阶梯形井壁两 所示）、阶梯形井壁两 当土质松软、摩擦力不大，下沉深度不深时可采用直墙形。 种。当土质松软、摩擦力不大，下沉深度不深时可采用直墙形。其优点是周围土层 能较好地约束井壁，易于控制垂直下沉。按长井壁亦简单， 模板能多次使用。 能较好地约束井壁，易于控制垂直下沉。按长井壁亦简单， 模板能多次使用。此 沉井下沉时，周围土的扰动影响范围小，可以减少对四周建筑物的影响， 外， 沉井下沉时，周围土的扰动影响范围小，可以减少对四周建筑物的影响，故 特别适用于市区较密集的建筑群中间。当土质松软，下沉深度较深时， 特别适用于市区较密集的建筑群中间。当土质松软，下沉深度较深时，考虑到水土 压力随着深度的不断增大，使井壁在不同高程受力的差异较大，故往往将井壁外侧 压力随着深度的不断增大，使井壁在不同高程受力的差异较大， 仍做成直线形，内侧做成阶梯形（ ），以减小沉井的截面尺寸 仍做成直线形，内侧做成阶梯形（如图8-5c），以减小沉井的截面尺寸，节省材料。 ），以减小沉井的截面尺寸，节省材料。 当土层密实，且下沉深度很大时， 当土层密实，且下沉深度很大时，为了减少井壁间的摩擦力而不使沉井过分加 大自重，常在外壁做成一个（或几个）台阶的阶梯形井壁。 大自重，常在外壁做成一个（或几个）台阶的阶梯形井壁。台阶设在每节沉井按缝 宽度△一般为10~20cm。最下面一级阶梯宜设于 1=（1/4~1/3）H高度处（见 高度处（ 处，宽度△一般为 。最下面一级阶梯宜设于h （ ） 高度处 ），或 过小不能起导向作用，容易使沉井发生倾斜。 图8-5b），或h1=1.2~2.2m处。h1过小不能起导向作用，容易使沉井发生倾斜。施 ）， 处 工时一般在阶梯面所形成的槽孔中灌填黄沙或护壁泥浆以减少摩擦力并防止土体破 坏过大。 坏过大。