沙性土 粘性土 泥浆套
12 12.5~25 3~5
25 50
.
100~200
350~500
根据上海地区经验，在缺乏可靠实测资料时，对于井深80m
以内的沉井，其侧面摩擦力值f0几乎都取15~20kN/m2。后者 适于沉入深度20m以内的粘土、亚钻土中的沉井。
在实际工作中，井壁摩擦力的分布形式，有许多不同的假定。
f0
nhn tg42ntgn
另一种假定认为摩擦力不仅与土的种类有关，还与土的埋 藏深度有关。采用了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(一般取极限摩擦系数为0.4~0.5)。 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。
对于小型薄壁阶梯形井壁的圆形沉井，它的侧面摩擦力亦 有多种不同的取法，上海地区采用图8-7e、f所示的假定。
侧面单位摩擦力的量值及分布规律还远未了解清楚,例如 在上海从实践中发现多数轻型沉井的下沉系数小于l，一 般在0.65~0.9之间，多数在0.7~0.8，仅个别大于1.0。在 施工中，除了个别沉井需要压重外(主要原因施工中途停 顿或由排水下沉改为不排水下沉)一般都能下沉到预定标 高。近年来在工程实践中亦逐渐采用直接测量或间接测量 摩擦力的方法，对摩擦力的大小、分布规律作进一步研究。
8 沉井与沉箱结构
丁文其 教授 同济大学地下建筑与工程系
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现代压气沉箱技术
桥梁基础
泵站设施
隧道竖井
连续隧道
压气沉箱工法
电力设施 地铁车站
防波提
地下停车库
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垃圾处理
8.1 概述
.
沉井（沉箱）结构通常具有以下几个特点∶
.
8.2沉井结构
沉井通常为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。
.
2．刃脚
• 刃脚的主要功用是减少下沉阻力。
• 刃脚还应具有一定的强度，以免下沉过程中损坏。 • 刃脚底的水平面称为踏面。踏面宽度一般为10～30cm，视所
通过土质的软硬及井壁厚度而定。
• 刃脚内侧的倾角一般为40°～60°。 • 刃脚的高度当沉井湿封底时，取1.5m左右，干封底时，取
0.6m左右。
.
4．封底及顶盖
• 封底可分湿封底(即水下浇筑混凝土)和干封底两 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，使沉井成为空间结构受力，常 于刃脚上方的井壁上预留凹槽。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， 以便必要时在该处浇筑钢筋混凝土盖板。
• 凹槽底面一般距刃脚踏面2.5m以上。槽高约1.0m， 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0.15~0.25m。
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沉井结构设计的主要环节可大致归纳如下
(一) 沉井建筑平面布置的确定； (二) 沉井主要尺寸的确定和下沉系数的验算。 1．参考已建类似的沉井结构，初定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； 2．估算沉井的抗浮系数，以控制底板的厚度等。 (三) 施工阶段强度计算 1．井壁板的内力计算； 2．刃脚的挠曲计算； 3．底横梁、顶横梁的内力计算， 4．其它。 (四) 使用阶段的强度计算(包括承受动裁) 1．按封闭框架(水平方向的或垂直方向的)或圆池结构来计算井壁并配筋； 2．顶板及底板的内力计算及配筋。
在松软地层中下沉沉井，底梁的设置还可防止沉
井“突沉”和“不宜过多，以免
增加结构造价，施工费时，甚至增大阻力，影响
下沉。
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8.2.3沉井的结构计算
沉井结构在施工阶段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 到拟定的设计标高。
待沉到设计标高，全部结构浇筑完毕并正 式交付使用后，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，应保证沉井结构在这两阶段中 均有足够的安全度。
1.7
t m3
淤 泥 质 亚 粘 土 1.93 t m3
6 .9 1 m
a)人防工事结构剖面图 b)顶层结构剖面图 c)底层结构剖面图
.
4 5 0 0 5 5 0 0 5 5 0 0 5 5 0 0 5 5 0 04 5 0 0
c )
4 5 0 0 5 5 0 0 5 5 0 0 5 5 0 0 5 5 0 0 4 5 0 0
• 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。
a)
b)
c)
d)
e)
50 80 6 08 0 150
70 125
.
4 02 0
35 45
8070
8 01 0 0
3．内隔墙
内隔墙的主要作用是增加沉井在下沉过程中的刚度并减小井 壁跨径。同时又把整个沉井孔(取土井)，使挖土和下沉可以 较均衡地进行，分隔成多个施工井也便于沉井偏斜时的纠偏。
一种是假定在深度0~5m范围内单位面积摩擦力按三角形分布，
5m以下为常数，总摩阻力
R J f0 F 0 F 0 U h 0 2 .5
一种是取入土全深范围内为常数的假定 F0 U0
a)
b)
c) f)
e)
h0tg2
d4)
2tg
5
h
1
h
2
f1 f2
h0 - h 5
-5
h
0
h
0
h
hn
fn
.
f0
f 0
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，沉井 因自重作用克服井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、顶板等工作， 做成地下建筑物。
a)
b)
挖土
c)
顶板
井孔(填塞) (或不填塞)
.
封底混凝土
设计标高
8.2沉井结构
这种利用结构自重作用而下沉如土的井筒状结构物就称 “沉井”。实质上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，从而省去大量的 支撑和板桩工作，减少了土方开挖量。
吊车顶 钢筋混凝土车道
板 路面
钢筋混凝土起爆层 砂土垫层
钢筋混凝土矩形隧道沉井 通风道
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。
检查用的通道 100-150号混凝土垫层15cm 垫沙层（细纱）20-30cm 煤渣回填土
c)
沥青纤维板（厚5cm）
沉井横断面的宽度应由隧 道的几何设计来确定，一
8.2.2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。 1．井壁 一般应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。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。 先假定井壁厚度，再进行强度验算。厚度一般为0．4～ 1．2m。有战时防护要求的，井壁厚度可达1．5～1．8m。
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。在一定的场合下，是一种 不可取代的较佳方案。 .
8.2.1沉井的类型
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1．隧道连续沉井
a)
地面
伪装土
在两个沉井之间采用有橡 胶止水带的柔性接头。沉 井长度主要考虑各段沉井
为了加强沉井施工下沉过程中的整体刚度，井内设上、下 若干横撑，到使用阶段安上楼板，隔墙就可分隔成许多房 间。
.
9750 9750 80 80 80 240 20 280 350 7910 160 280
a )
3 5 4 5
b )
4 .6 8 m
1.82
填 土
t
m3
2 .6 0 m 3 .1 8 m
• 当沉井作为地下结构物时多采用钢筋混凝土顶板。
.
5．底梁和框架
在比较大型的沉井中，如由于使用要求，不能设 置内隔墙，则可在沉井底部增设底梁，并构成框 架以增加沉井在施工下沉阶段和使用阶段的整体 刚度。有的沉井因高度较大，常于井壁不同高度 设置若干道由纵横大梁组成的水平框架，以减少 井壁(于顶、底板之间)的跨度，使整个沉井结构 布置合理、经济。
沉井下沉到设计标高后，就可封底，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防爆层。
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2．平战结合用的人防工事沉井
图8－3所示的矩形沉井，是平战结合用地下仓库之一例。 平面尺寸为3l×19m2，壁厚80cm，顶板厚35cm，底板厚 80cm。沉井分上下两层。下层由于使用需要，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，战时可作为临时救护所。
取土孔
顶板
入 孔
内墙
井壁
凹槽
.
刃脚
封底
a)
8.2.2沉井的构造
b)
c)
b1
L
h2
H
h1
b2
井壁的纵断面形状有上下等厚的直墙形、阶梯形
✓ 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。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，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，将井壁外侧仍做成直线形，内侧 做成阶梯形，以减小沉井的截面尺寸，节省材料。