(7.1.1)--7-1概述及沉井结构的类型与构造.ppt

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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1 1 1 1 概述及沉井结构的类型与构造概述及沉井结构的类型与构造概述及沉井结构的类型与构造概述及沉井结构的类型与构造现代压气沉箱技术现代压气沉箱技术现代压气沉箱技术现代压气沉箱技术 桥梁基础桥梁基础隧道竖井隧道竖井电力设施电力设施垃圾处理垃圾处理地下停车库地下停车库泵站设施泵站设施连续隧道连续隧道防波堤防波堤地铁车站地铁车站压气沉箱工法压气沉箱工法压气沉箱工法压气沉箱工法沉井或沉箱的沉井或沉箱的概念概念不同断面形状的不同断面形状的

2、井筒井筒或或箱体箱体，利用结构，利用结构自重自重作用下按作用下按边边排土边下沉排土边下沉的方式使其沉入地下，即在的方式使其沉入地下，即在地面筑成的地面筑成的“半半成品成品”沉入土中，在地下完成结构物施工。沉入土中，在地下完成结构物施工。沉井也称为沉井也称为开口沉箱开口沉箱，沉箱也称为，沉箱也称为闭合沉井闭合沉井。压气沉箱压气沉箱：闭口沉箱下沉施工时采用：闭口沉箱下沉施工时采用压气排水压气排水的施工方的施工方法。法。7.1 7.1 概述概述概述概述优点优点：占地面积小、挖土量少，对邻近建筑物影响比较小等。：占地面积小、挖土量少，对邻近建筑物影响比较小等。在工程在工程用地与环境条件用地与环境条件受

3、到限制或受到限制或埋深较大埋深较大的地下构筑物工的地下构筑物工程中被广泛应用。程中被广泛应用。沉井（沉箱）施工法是沉井（沉箱）施工法是深基础深基础施工中采用的主要施工方法之施工中采用的主要施工方法之一。一。在市政工程，沉井（沉箱）在市政工程，沉井（沉箱）常用于常用于桥梁墩台基础、取水构筑桥梁墩台基础、取水构筑物、排水泵站、大型排水窨井、盾构或顶管的工作井等工程。物、排水泵站、大型排水窨井、盾构或顶管的工作井等工程。7.1 7.1 概述概述概述概述沉井（沉箱）结构的沉井（沉箱）结构的特点特点：躯体结构躯体结构刚性大刚性大，断面大，承载力高，抗渗能力强，耐久性能好，断面大，承载力高，抗渗能力强，耐

4、久性能好，内部空间可有效利用；内部空间可有效利用；施工场地施工场地占地面积较小占地面积较小，可靠性良好；，可靠性良好；适用土质范围广适用土质范围广，淤泥土、砂土、黏土、砂砾土等土层均可施工；，淤泥土、砂土、黏土、砂砾土等土层均可施工；施工施工深度大深度大；施工时施工时周围土体变形较小周围土体变形较小，对邻近建筑物的影响小，适合，对邻近建筑物的影响小，适合近接施工近接施工；具有良好的具有良好的抗震性能抗震性能。7.1 7.1 概述概述概述概述沉井的沉井的概念概念沉井沉井是一个是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，利用结构，利用结构自重自重作用作用而下沉入土，即在地面筑成的而

5、下沉入土，即在地面筑成的“半成品半成品”沉入土中，在地下完沉入土中，在地下完成结构物施工。成结构物施工。应用范围应用范围沉井一般沉到沉井一般沉到较坚实较坚实的的土层土层上，充分利用深层土承载能力；上，充分利用深层土承载能力；深基础深基础：桥梁墩台基础；：桥梁墩台基础；地下结构地下结构：取水构筑物、污水泵站、地下工业厂房、地下仓库、盾：取水构筑物、污水泵站、地下工业厂房、地下仓库、盾构工作井、矿井、地下其他构筑物。构工作井、矿井、地下其他构筑物。7.2 7.2 沉井结构沉井结构沉井结构沉井结构施工工艺施工工艺：制作安放刃脚：制作安放刃脚分节浇筑沉井和开挖分节浇筑沉井和开挖下沉下沉井内混凝土施工。

6、井内混凝土施工。7.2 7.2 沉井结构沉井结构沉井结构沉井结构五峰山大桥北锚碇超大沉井五峰山大桥北锚碇超大沉井-世界最大陆地沉井世界最大陆地沉井五峰山大桥全长五峰山大桥全长6409m，主跨，主跨1092m，世界首座高速铁路悬，世界首座高速铁路悬索桥和世界上已建成的跨度最大、运行速度最快、运行荷载索桥和世界上已建成的跨度最大、运行速度最快、运行荷载最大的最大的公铁两用悬索桥公铁两用悬索桥。北锚碇沉井长。北锚碇沉井长100.7m、宽、宽72.1m、高高56m，共，共10节，不论体积还是重量都是名副其实的节，不论体积还是重量都是名副其实的“世界世界第一沉井第一沉井”。7.2 7.2 沉井结构沉井结

7、构沉井结构沉井结构常泰长江大桥常泰长江大桥5号沉井号沉井-世界最大钢沉井世界最大钢沉井沉井底面尺寸横桥向沉井底面尺寸横桥向长长95m，纵桥向，纵桥向宽宽57.8m，横截面，横截面积约有积约有13个篮球场大小，总个篮球场大小，总高高72m，相当于相当于24层楼高。层楼高。7.2 7.2 沉井结构沉井结构沉井结构沉井结构常泰长江大桥常泰长江大桥5号沉井号沉井-世界最大钢沉井世界最大钢沉井7.2 7.2 沉井结构沉井结构沉井结构沉井结构安徽理工大学-城市地下空间工程常泰长江大桥常泰长江大桥5号沉井号沉井-世界最大钢沉井世界最大钢沉井7.2 7.2 沉井结构沉井结构沉井结构沉井结构泰州长江大桥中塔沉井

8、基础泰州长江大桥中塔沉井基础-神州第一沉井神州第一沉井沉井基础长沉井基础长58m，宽，宽44m，总高度为，总高度为76m，沉井沉入，沉井沉入19m深水和深水和55m河床覆盖层，封底混凝土厚河床覆盖层，封底混凝土厚11m。7.2 7.2 沉井结构沉井结构沉井结构沉井结构国外采用沉井基础的桥梁国外采用沉井基础的桥梁国外采用沉井基础的桥梁国外采用沉井基础的桥梁 日本日本明石海峡大桥明石海峡大桥，最大施工，最大施工水深水深60m，两主塔分别采用直，两主塔分别采用直径径80m高高70m和和78m67m的的浮式浮式钢壳沉井钢壳沉井，壁厚壁厚12m，分，分为为16个舱，是目前规模最大的个舱，是目前规模最大的

9、桥梁沉井基础之一。桥梁沉井基础之一。优点优点1.埋置埋置深度大深度大，整体性强、稳定性好，能承受较大荷载；，整体性强、稳定性好，能承受较大荷载；2.下沉过程中下沉过程中无需设置坑壁支撑无需设置坑壁支撑或板桩围壁，简化了施工；或板桩围壁，简化了施工；3.沉井施工时沉井施工时对邻近建筑物影响较小对邻近建筑物影响较小。缺点缺点1.施施工期工期较长较长；2.施工施工技术技术要求高；要求高；3.施工中施工中易发生流砂易发生流砂造成沉井倾斜或下沉困难等。造成沉井倾斜或下沉困难等。7.2 7.2 沉井结构沉井结构沉井结构沉井结构按沉井的按沉井的构造形式构造形式：连续沉井和单独沉井；：连续沉井和单独沉井；按按

10、平面形状平面形状分类：圆形、方形、矩形、两孔、多孔、分类：圆形、方形、矩形、两孔、多孔、椭圆形、多边形、多孔井字形；椭圆形、多边形、多孔井字形；按按竖向剖面形状竖向剖面形状分类：圆柱形、阶梯形；分类：圆柱形、阶梯形；按沉井的按沉井的建筑材料建筑材料的分类：混凝土沉井、钢筋混凝的分类：混凝土沉井、钢筋混凝士沉井、钢壳沉井士沉井、钢壳沉井。7.2.1 7.2.1 沉井的类型沉井的类型沉井的类型沉井的类型1.隧道连续沉井隧道连续沉井在两个沉井之间采用在两个沉井之间采用有橡胶止水有橡胶止水带的柔性接头带的柔性接头。沉井沉井长度长度主要考虑各段沉井的不主要考虑各段沉井的不均匀沉降、变温影响和混凝土凝均匀

11、沉降、变温影响和混凝土凝固收缩应力等因素加以确定，一固收缩应力等因素加以确定，一般般2535m；沉井沉井横断面的宽度横断面的宽度应由隧道的几应由隧道的几何设计来确定，一般应能容纳所何设计来确定，一般应能容纳所需车道、风道、走道等。在曲线需车道、风道、走道等。在曲线段中还应按车速和曲率半径等考段中还应按车速和曲率半径等考虑适当加宽。虑适当加宽。7.2.1 7.2.1 沉井的类型沉井的类型沉井的类型沉井的类型a)使用阶段隧道截面示意图 b)施工阶段连续沉井示意图 c)防水接头构造图1.隧道连续沉井隧道连续沉井沉井沉井高度高度主要由车道的净空要求确定。同时还要考虑路面铺主要由车道的净空要求确定。同时

12、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。装、车道板、吊顶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为保证沉井施工阶段结构刚度刚度，在沉井顶部和底部均设置，在沉井顶部和底部均设置横横向支撑数道向支撑数道，与井壁部分构成上、下框架。井宽较大时，下，与井壁部分构成上、下框架。井宽较大时，下框架中尚可加设框架中尚可加设纵向支撑一道纵向支撑一道。沉井下沉到设计标高后，就可沉井下沉到设计标高后，就可封底封底，并浇筑底板、内隔墙和，并浇筑底板、内隔墙和顶板。顶板上方可设置钢筋混凝土成层式顶板。顶板上方可设置钢筋混凝土成层式防爆层防爆层。7.2.1 7.2.1 沉井的

13、类型沉井的类型沉井的类型沉井的类型2.平战结合用的人防工事沉井平战结合用的人防工事沉井图示的矩形沉井，是平战结合用图示的矩形沉井，是平战结合用地下仓库地下仓库之一例。沉井分上下两之一例。沉井分上下两层。下层由于使用需要，分隔成层。下层由于使用需要，分隔成许多小间；上层两侧为许多小间；上层两侧为“三防三防”设施房间，中间作为大厅，平时设施房间，中间作为大厅，平时可利用作为会场，战时可作为临可利用作为会场，战时可作为临时救护所。时救护所。为了加强沉井施工下沉过程中的为了加强沉井施工下沉过程中的整体刚度，井内设上、下若干整体刚度，井内设上、下若干横横撑撑，到使用阶段安上楼板，隔墙，到使用阶段安上楼板

14、，隔墙就可分隔成许多房间。就可分隔成许多房间。7.2.1 7.2.1 沉井的类型沉井的类型沉井的类型沉井的类型井井壁壁(侧侧壁壁)；刃刃脚脚；内内隔隔墙墙；封封底底和和顶顶盖盖板板，底底梁梁和框架。和框架。7.2.2 7.2.2 沉井的构造沉井的构造沉井的构造沉井的构造1.井壁井壁 q一般应配置一般应配置两层竖向钢筋两层竖向钢筋及及水平钢筋水平钢筋，以承受弯曲，以承受弯曲应力。同时要有足够的重量。应力。同时要有足够的重量。井壁厚度主要决定于井壁厚度主要决定于沉井大小、下沉深度以及土壤的力学性质沉井大小、下沉深度以及土壤的力学性质。q先假定井壁厚度，再进行强度验算先假定井壁厚度，再进行强度验算。

15、厚度一般为。厚度一般为0.41.2m。有战时防护要求的，井壁厚度可达。有战时防护要求的，井壁厚度可达1.51.8m。7.2.2 7.2.2 沉井的构造沉井的构造沉井的构造沉井的构造1.井壁井壁 井壁的纵断面形状有上下等厚的井壁的纵断面形状有上下等厚的直墙形直墙形、阶梯形。阶梯形。当土质松软、摩擦力不大，下沉深度不深时当土质松软、摩擦力不大，下沉深度不深时可采用可采用直墙形直墙形。其其优点优点是周围土层能较好地约束井壁，易于控制垂直下沉。是周围土层能较好地约束井壁，易于控制垂直下沉。接长井壁亦简单，模板能多次使用。此外，沉井下沉时，周接长井壁亦简单，模板能多次使用。此外，沉井下沉时，周围土的扰动

16、影响范围小，可以减少对四周建筑物的影响，故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。特别适用于市区较密集的建筑群中间。7.2.2 7.2.2 沉井的构造沉井的构造沉井的构造沉井的构造1.井壁井壁 井壁的纵断面形状有上下等厚的直墙形、井壁的纵断面形状有上下等厚的直墙形、阶梯形阶梯形当土质松软，下沉深度较深时当土质松软，下沉深度较深时，考虑到，考虑到水土压力水土压力随着深随着深度的不断增大，使井壁在不同高程受力的差异较大，将度的不断增大，使井壁在不同高程受力的差异较大，将井壁井壁外侧仍做成直线形，内侧做成阶梯形外侧仍做成直线形，内侧做成阶梯形，以减小沉井

17、，以减小沉井的截面尺寸，节省材料。的截面尺寸，节省材料。7.2.2 7.2.2 沉井的构造沉井的构造沉井的构造沉井的构造1.井壁井壁 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，为了减少井壁间的摩擦力而不使沉井过分加大自重，常在力而不使沉井过分加大自重，常在外壁做成一个外壁做成一个(或几个或几个)台阶的阶梯形井壁台阶的阶梯形井壁。台阶设在每节沉井接缝处，宽度。台阶设在每节沉井接缝处，宽度一一般为般为1020cm。最下面一级阶梯宜设于。最下面一级阶梯宜设于h1(1/41/3)H高高度处，或度处，或h11.22.2 m处。处。h1过小不能起导向作用过小不能起导向

18、作用，容，容易使沉井发生倾斜。施工时一般在阶梯面所形成的槽孔中易使沉井发生倾斜。施工时一般在阶梯面所形成的槽孔中灌填黄沙或护壁泥浆灌填黄沙或护壁泥浆以以减少减少摩擦摩擦力并力并防止土体破坏防止土体破坏过大。过大。7.2.2 7.2.2 沉井的构造沉井的构造沉井的构造沉井的构造2.刃脚刃脚 井壁最下端一般都做成井壁最下端一般都做成刀刃状刀刃状的的“刃脚刃脚”。刃脚的主要功用是刃脚的主要功用是减少下沉阻力减少下沉阻力。刃脚还刃脚还应具有一定的强度应具有一定的强度，以免下沉过程中损坏。，以免下沉过程中损坏。刃脚底的水平面称为刃脚底的水平面称为踏面踏面。踏面宽度一般为。踏面宽度一般为1030cm，视所

19、通过土，视所通过土质的软硬及井壁厚度而定。质的软硬及井壁厚度而定。刃脚内侧的刃脚内侧的倾角倾角一般为一般为4060。刃脚的刃脚的高度高度当沉井湿封底时，取当沉井湿封底时，取1.5m左右，干封底时，取左右，干封底时，取0.6m左右。左右。沉井重，土质软时，踏面要宽些。相反，沉井轻，又要穿过硬土层时，沉井重，土质软时，踏面要宽些。相反，沉井轻，又要穿过硬土层时，踏面要窄些，有时甚至要用角钢加固的钢刃脚。踏面要窄些，有时甚至要用角钢加固的钢刃脚。7.2.2 7.2.2 沉井的构造沉井的构造沉井的构造沉井的构造3.内隔墙内隔墙q内隔墙的内隔墙的主要作用主要作用是增加沉井在下沉过程中的是增加沉井在下沉过

20、程中的刚度刚度并减小并减小井壁跨径。同时又把整个沉井孔井壁跨径。同时又把整个沉井孔分隔成多个施工井孔分隔成多个施工井孔(取土取土井井)，使挖土和，使挖土和下沉可以较均衡下沉可以较均衡地进行，分隔成多个施工井地进行，分隔成多个施工井也便于沉井偏斜时的也便于沉井偏斜时的纠偏纠偏。q内隔墙的底面一般应比井壁刃脚踏面高出内隔墙的底面一般应比井壁刃脚踏面高出0.51.0m，以免，以免土壤顶住内墙妨碍沉井下沉。但当穿越软土层时，为了防土壤顶住内墙妨碍沉井下沉。但当穿越软土层时，为了防止沉井止沉井“突沉突沉”，也可与井壁刃脚踏面齐平。，也可与井壁刃脚踏面齐平。7.2.2 7.2.2 沉井的构造沉井的构造沉井

21、的构造沉井的构造3.内隔墙内隔墙隔墙的隔墙的厚度厚度一般为一般为0.5m左右。隔墙下部应设过左右。隔墙下部应设过人孔人孔，供施工，供施工人员于各取土井间往来之用。人孔的尺寸一般为人员于各取土井间往来之用。人孔的尺寸一般为0.81.2m 1.11.2m左右。左右。取土井取土井井孔尺寸井孔尺寸除应满足除应满足使用要求使用要求之外，还应保证之外，还应保证挖土机具挖土机具可在井孔中自由升降，不受阻碍。如用挖泥斗取土时，井孔可在井孔中自由升降，不受阻碍。如用挖泥斗取土时，井孔的最小边长应大于挖泥斗张开尺寸再加的最小边长应大于挖泥斗张开尺寸再加0.501.0m，一般不小，一般不小于于2.5m。井孔的布置应

22、力求简单、对称。井孔的布置应力求简单、对称。7.2.2 7.2.2 沉井的构造沉井的构造沉井的构造沉井的构造4.封底及顶盖封底及顶盖当沉井下沉到设计标高，经过技术检验并对坑底当沉井下沉到设计标高，经过技术检验并对坑底清理后，即可清理后，即可封底封底，以防止地下水渗入井内。，以防止地下水渗入井内。封底可分封底可分湿封底湿封底(即水下浇筑混凝土即水下浇筑混凝土)和和干封底干封底两种。两种。为了使封底混凝上和底板与井壁间有更好的联结，以传递基底反力，使沉井为了使封底混凝上和底板与井壁间有更好的联结，以传递基底反力，使沉井成为空间结构受力，常于成为空间结构受力，常于刃脚上方的井壁上预留凹槽刃脚上方的井

23、壁上预留凹槽。如在特殊情况下，预。如在特殊情况下，预计有可能需改用气压沉箱时，亦可预设凹槽，以便必要时在该处计有可能需改用气压沉箱时，亦可预设凹槽，以便必要时在该处浇筑钢筋混浇筑钢筋混凝土盖板凝土盖板。凹槽底面一般距刃脚踏面。凹槽底面一般距刃脚踏面2.5m以上。槽高约以上。槽高约1.0m，近于封底混凝，近于封底混凝土的厚度，以保证封底工作顺利进行。凹入深度约土的厚度，以保证封底工作顺利进行。凹入深度约0.150.25m。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土顶板钢筋混凝土顶板。7.2.2 7.2.2 沉井的构造沉井的构造沉井的构造沉井的构造5.底梁和框架底梁和框架q

24、在比较大型的沉井中，如由于使用要求，在比较大型的沉井中，如由于使用要求，不能设置内隔墙，则可在沉不能设置内隔墙，则可在沉井底部增设底梁井底部增设底梁，并构成框架并构成框架以增加沉井在施工下沉阶段和使用阶段以增加沉井在施工下沉阶段和使用阶段的整体的整体刚度刚度。有的沉井因高度较大，常于。有的沉井因高度较大，常于井壁不同高度设置若干道由井壁不同高度设置若干道由纵横大梁组成的水平框架纵横大梁组成的水平框架，以减少井壁，以减少井壁(于顶、底板之间于顶、底板之间)的跨度，使的跨度，使整个沉井结构布置合理、经济。整个沉井结构布置合理、经济。q在松软地层中下沉沉井，在松软地层中下沉沉井，底梁的设置还可防止沉井底梁的设置还可防止沉井“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，以争取采用干封底。，以争取采用干封底。q纵横底梁纵横底梁不宜过多不宜过多，以免增加结构造价，施工费时，甚至增大阻力，以免增加结构造价，施工费时，甚至增大阻力，影响下沉。影响下沉。7.2.2 7.2.2 沉井的构造沉井的构造沉井的构造沉井的构造