長(zhǎng)安大學(xué)基礎(chǔ)工程第五章_沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻

1、第五章 沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻第一節(jié) 概 述沉井基礎(chǔ)的定義：沉井是一種井筒狀結(jié)構(gòu)物，是依靠在井內(nèi)挖士，借助井體自重及其它輔助措施而逐步下沉至預(yù)定設(shè)計(jì)標(biāo)高，最終形成的建筑物基礎(chǔ)的一種深基礎(chǔ)型式。沉井基礎(chǔ)的特點(diǎn)：占地面積小，不需要板樁圍護(hù)，與大開挖相比較，挖土量少，對(duì)鄰近建筑物的影響比較小，操作簡(jiǎn)便，無(wú)需特殊的專業(yè)設(shè)備。近年來(lái)，沉井的施工技術(shù)和施工機(jī)械都有很大改進(jìn)。沉井基礎(chǔ)的典型施工方法：觸變泥漿潤(rùn)滑套法；壁后壓氣（空氣幕）法；鉆吸排土沉井施工技術(shù)；中心島式下沉 沉井基礎(chǔ)的使用范圍：1上部荷載較大，而表層地基土的容許承載力不足，擴(kuò)大基礎(chǔ)開挖工作量大，以及支撐困難，但在一定深度下有好的持力層，采用沉井

2、基礎(chǔ)與其它深基礎(chǔ)相比較，經(jīng)濟(jì)上較為合理時(shí)；2在山區(qū)河流中，雖然土質(zhì)較好，但沖刷大或河中有較大卵石不便樁基礎(chǔ)施工時(shí)；3巖層表面較平坦且覆蓋層薄，但河水較深；采用擴(kuò)大基礎(chǔ)施工圍堰有困難時(shí)。第二節(jié) 沉井的類型和構(gòu)造一、沉井分類按材料分類： 混凝土、鋼筋混凝土、鋼、磚、石、木等按平面形狀分類：圓形、方形、矩形、橢圓形、圓端形、多邊形及多孔井字形等，如圖4l 所示。按豎向剖面形狀分類：圓柱形、階梯形及錐形等，如圖4-2所示。二、沉井構(gòu)造井壁(側(cè)壁 、刃腳、內(nèi)隔墻、井孔、封底和頂蓋板等組成，如圖43所示。1井壁井壁是沉井的主要部分，應(yīng)有足夠的厚度與強(qiáng)度，以承受在下沉過(guò)程中各種最不利荷載組合(水土壓力 所產(chǎn)

3、生的內(nèi)力，同時(shí)要有足夠的重量，使沉井能在自重作用下順利下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高。設(shè)計(jì)時(shí)通常先假定井壁厚度，再進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。井壁厚度一般為0.41.2m左右。對(duì)于薄壁沉井，應(yīng)采用觸變泥漿潤(rùn)滑套、壁外噴射高壓空氣等措施，以降低沉井下沉?xí)r的摩阻力，達(dá)到減薄井壁厚度的目的。但對(duì)于這種薄壁沉井的抗浮問(wèn)題，應(yīng)謹(jǐn)慎核算，并采取適當(dāng)、有效的措施。2刃腳井壁最下端一般都做成刀刃狀的“刃腳”。其主要功用是減少下沉阻力。刃腳還應(yīng)具有一定的強(qiáng)度，以免在下沉過(guò)程中損壞。刃腳底的水平面稱為踏面，如圖4-4所示。刃腳的式樣應(yīng)根據(jù)沉井下沉?xí)r所穿越土層的軟硬程度和刃腳單位長(zhǎng)度上的反力大小決定，沉井重、土質(zhì)軟時(shí)，踏面要寬些。相反，沉

4、9; 井輕，又要穿過(guò)硬土層時(shí)，踏面要窄些，有時(shí)甚至要用角鋼加固的鋼刃腳。3內(nèi)隔墻根據(jù)使用和結(jié)構(gòu)上的需要，在沉井井筒內(nèi)設(shè)置內(nèi)隔墻。內(nèi)隔墻的主要作用是增加沉井在下沉過(guò)程中的剛度，減小井壁受力計(jì)算跨度。同時(shí)，又把整個(gè)沉井分隔成多個(gè)施工井孔( 取土井 ，使挖土和下沉可以較均衡地進(jìn)行，也便于沉井偏斜時(shí)的糾偏。內(nèi)隔墻因不承受水土壓力，所以，其厚度較沉井外壁要薄一些。5井孔沉井內(nèi)設(shè)置的內(nèi)隔墻或縱橫隔墻或縱橫框架形成的格子稱作井孔，井孔尺寸應(yīng)滿足工藝要求。6射水管當(dāng)沉井下沉深度大，穿過(guò)的土質(zhì)又較好，估計(jì)下沉?xí)a(chǎn)生困難時(shí)，可在井壁中預(yù)埋射水管組。射水管應(yīng)均勻布置，以利于控制水壓和水量來(lái)調(diào)整下沉方向。一般不小于6

5、00kPa 。如使用觸變泥漿潤(rùn)滑套施工方法時(shí)，應(yīng)有預(yù)埋的壓射泥漿管路。7封底及頂蓋當(dāng)沉井下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高，經(jīng)過(guò)技術(shù)檢驗(yàn)并對(duì)井底清理整平后，即可封底，以防止地下水滲入井內(nèi)。為了使封底混凝土和底板與井壁間有更好的聯(lián)結(jié)，以傳遞基底反力，使沉井成為空間結(jié)構(gòu)受力體系，常于刃腳上方井壁內(nèi)側(cè)預(yù)留凹槽，以便在該處澆筑鋼筋混凝土底板和樓板及井內(nèi)結(jié)構(gòu)。凹槽的高度應(yīng)根據(jù)底板厚度決定，主要為傳遞底板反力而采取的構(gòu)造措施。凹槽底面一般距刃腳踏面2.5m 左右。槽高約1.0m ，接近于封底混凝土的厚度，以保證封底工作順利進(jìn)行。凹人深度c 約為150250mm。第三節(jié) 沉井的施工沉井基礎(chǔ)施工一般可分為旱地施工、水中筑島施工及

6、浮運(yùn)沉井施工三種，現(xiàn)分別簡(jiǎn)介如下：一、旱地上沉井的施工橋梁墩臺(tái)位于旱地時(shí)，沉井可就地制造、挖土下沉、封底、充填井孔以及澆筑頂板。在這種情況下，一般較容易施工，工序如下：（一）整平場(chǎng)地（二）制造第一節(jié)沉井（三）拆模及抽墊（四）挖土下沉（五）接高沉井（六）筑井頂圍堰（七）地基檢驗(yàn)和處理（八）封底、充填井孔及澆筑頂蓋二、水中沉井的施工（一） 筑島法（二）浮運(yùn)沉井施工三、沉井下沉過(guò)程中遇到的問(wèn)題及處理（一）沉井發(fā)生傾斜和偏移偏斜主要原因：土島表面松軟，使沉井下沉不均，河底土質(zhì)軟硬不勻；挖土不對(duì)稱；井內(nèi)發(fā)生流砂，沉井突然下沉，刃腳遇到障礙物頂住而未及時(shí)發(fā)現(xiàn)；并內(nèi)挖除的土堆壓在沉井外一側(cè)，沉井受壓偏移或水

7、流將沉井一側(cè)土沖空等。沉井發(fā)生傾斜糾正方法：在沉井高的一側(cè)集中挖土；在低的一側(cè)回填砂石；在沉井高的一側(cè)加重物或用高壓身水沖松土層；必要時(shí)可在沉井頂面施加水平力扶正。沉井發(fā)生偏移糾正方法：糾正沉井中心位置發(fā)生偏移的方法是先使沉井傾斜，然后均勻除土，使沉井底中心線下沉至設(shè)計(jì)中心線后，再進(jìn)行糾偏。（二）沉井下沉困難增加沉井自重減小沉井外壁的摩阻力四、泥漿潤(rùn)滑套與壁后壓氣沉井施工法（一）泥漿潤(rùn)滑套泥漿潤(rùn)滑套是把配置的泥漿灌注在沉井井壁周圍，形成井壁與泥漿接觸。選用的泥漿配合比應(yīng)使泥漿性能具有良好的固壁性、觸變性和膠體穩(wěn)定性。一般采用的泥漿配合比（重量比）為粘土35%45%，水55%65%，另加分散劑碳

8、酸鈉0.4%0.6%，其中粘土或粉質(zhì)粘土要求塑性指數(shù)不小于15，含砂率小于6%（泥漿的性能指標(biāo)以及檢測(cè)方潔可參見(jiàn)有關(guān)施工技術(shù)手冊(cè)）。這種泥漿對(duì)沉井壁起潤(rùn)滑作用，它與井壁間摩阻力僅35kPa 大大降低了井壁摩阻力（一般粘性土對(duì)井壁摩阻力為2550kPa ），因而有提高沉井下沉的施工效率，減少井壁的圬土數(shù)量，加大了沉井的下沉深度，施工中沉井穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。泥漿潤(rùn)滑套的構(gòu)造主要包括：射口擋板，地表圍圈及壓漿管。沉井下沉過(guò)程中要勤補(bǔ)漿，勤觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)傾斜、漏漿等問(wèn)題要及時(shí)糾正。當(dāng)沉井沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，若基底為一般土質(zhì)，因井壁摩阻力較小，會(huì)形成邊清基邊下沉的現(xiàn)象，為此，應(yīng)壓入水泥砂漿換置泥漿，以增大井壁的摩

9、阻力。另外，在卵石、礫石層中采用泥漿潤(rùn)滑套效果一般較差。（二）壁后壓氣沉井法壁后壓氣沉井法也是減少下沉?xí)r井壁摩阻力的有效方法。它是通過(guò)對(duì)沿井壁內(nèi)周圍預(yù)埋的氣管中噴射高壓氣流，氣流沿噴氣孔射出再沿沉井外壁上升，形成一圈壓氣層（又稱空氣幕），使井壁周圍土松動(dòng)，減少井壁摩阻力，促使沉井順利下沉。施工時(shí)壓氣管分層分布設(shè)置，豎管可用塑料管或鋼管，水平環(huán)管則采用直徑25mm 的硬質(zhì)聚氯乙烯管，沿井壁外緣埋設(shè)。每層水平環(huán)管可按四角分為四個(gè)區(qū)，以便分別壓氣調(diào)整沉井傾斜。壓氣沉井所需的氣壓可取靜水壓力的2.5倍。與泥漿潤(rùn)滑套相比，壁后壓氣沉井法在停氣后即可恢復(fù)土對(duì)井壁的摩阻力，下沉量易于控制，且所需施工設(shè)備簡(jiǎn)單

10、，可以水下施工，經(jīng)濟(jì)效果好?，F(xiàn)認(rèn)為在一般條件下較泥漿潤(rùn)滑套更為方便，它適用于細(xì)、粉砂類土的粘性土中。第四節(jié) 沉井的設(shè)計(jì)與計(jì)算一、沉井作為整體深基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與計(jì)算沉井作為整體深基礎(chǔ)時(shí)的基本假定條件：1 地基土作為彈性變形介質(zhì)，水平向地基系數(shù)隨深度成正比例增加；2 不考慮基礎(chǔ)與土之間的粘著力和摩阻力；3 沉井基礎(chǔ)的剛度與土的剛度之比可認(rèn)為是無(wú)限大。（一）非巖石地基上沉井基礎(chǔ)的計(jì)算沉井基礎(chǔ)受到水平力H 及偏心豎向力N 作用時(shí)，為了討論方便，可以把這些外力轉(zhuǎn)變?yōu)橹行暮奢d和水平力的共同作用，轉(zhuǎn)變后的水平力H 距離基底的作用高度為=Ne +Hl M = H H先討論沉井在水平力H 作用下的情況。由于水平力的

11、作用，沉井將圍繞位于地面下Z 0深度處的A 點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)一角，地面下深度Z 處深井基礎(chǔ)產(chǎn)生的水平位移x 和土的橫向抗力zx 分別為x =(Z 0-Z tg zx =x C z =C z (Z 0-Z tg 式中：Z 0轉(zhuǎn)動(dòng)中心A 離地面的距離；C z 深度Z 處水平向的地基系數(shù)，C z =mZ 0（kN/m3）m 為地基比例系數(shù) （kN/m4）。將C z 值代入得zx = mZ (Z 0-Z tg 從式中可見(jiàn)，土的橫各抗力沿深度為二次拋物線變化 基礎(chǔ)底面處的壓應(yīng)力，考慮到該水平面上的豎向地基系數(shù)C 0不變，故其壓應(yīng)力圖形與基礎(chǔ)豎向位移圖相似。故d =C 01=C 02dtg 2式中C 0（見(jiàn)樁基礎(chǔ)）

12、不得小于10m 0，d 為基底寬度或直徑。在上述三個(gè)公式中，有兩個(gè)未知數(shù)Z 0和，要求解其值，可建立兩個(gè)平衡方程式，即 X =0H -X =0Hh 1-hzx b 1dz =H -b 1mtg Z (Z 0-Z dZ =0hhzxb 1ZdZ -d W =02式中b 1為基礎(chǔ)計(jì)算寬度，按第四章中“m 法”計(jì)算，W 為基底的截面模量。對(duì)上二式進(jìn)行聯(lián)立解，可得b 1h 2(4-h +6dWZ 0=2b 1h (3-h tg =12H (2h +3h 13mh (b 1h +18Wd tg =式中：=6HAmhC h mh，為深度h 處沉井側(cè)面的水平向地基系數(shù)與沉井底面的豎向 =C 0C 0地基系數(shù)

13、的比值，其中m 、m 0按第三章有關(guān)規(guī)定采用；b 1h 3+18WdA =2(3-h zx =6HZ (Z 0Z Ahd =23HdA 當(dāng)有豎向荷載N 及水平力H 同時(shí)作用時(shí)則基底邊緣處的壓應(yīng)力為max min =N 3Hd±A 0A 式中A 0為基礎(chǔ)底面積。離地面或最大沖刷線以下Z 深度處基礎(chǔ)截面上的彎矩，為M z =H (-h +Z -zx b 1(Z -Z 1 dZ 1ZHb 1Z 3=H (-h +Z -(2A 0-Z 2hA（二）基底嵌入基巖內(nèi)的計(jì)算方法若基底嵌入基巖內(nèi)，在水平力和豎直偏心荷載作用下，可以認(rèn)為基底不產(chǎn)生水平位移，則基礎(chǔ)的旋轉(zhuǎn)中心A 與基底中心相吻合，即Z 0

14、=h ，為一已知值。這樣，在基底嵌入處便存在一水平阻力P ，由于P 力對(duì)基底中心軸的力臂很小，一般可忽略P 對(duì)A 點(diǎn)的力距。當(dāng)基礎(chǔ)有水平力H 作用時(shí)，地面下Z 深度處產(chǎn)生的水平位移X 和土的橫向抗力zx 分別為X=（h-Z ）tg zx =Mzx=Mz（h-Z ）tg 基底邊緣處的豎向應(yīng)力為d =C 02d mhd tg =tg 22上述公式中只有一個(gè)未知數(shù)，故只需建立一個(gè)彎矩平衡方程便可解出值。 M A =0 H (h +h 1 -解上式得tg =hzx 1b (h -Z dZ -d W =02HmhDb 1h 3+6Wd式中 D =12將tg 代入得 zx =(h -Z ZH Dh基底邊緣

15、處的應(yīng)力為d =2Hd2Dmax min =N Hd±A 02D根據(jù)x =0，可以求出嵌入處未知的水平阻力P P =b 1hzxdZ -Hb 1h 2-1 =H (6D地面以下Z 深度處基礎(chǔ)截面上的變矩為b 1HZ 3(2h -Z M z =H (-h +Z -12Dh（三）墩臺(tái)頂面的水平位移基礎(chǔ)在水平力和力矩作用下, 墩臺(tái)頂面會(huì)產(chǎn)生水平位移，它由地面處的水平位移Z 0tg ，地面到墩臺(tái)頂范圍h 2范圍內(nèi)墩臺(tái)身彈性撓曲變形引起的墩臺(tái)頂水平位移2，三部分組成。=(Z 0K 1+K 2h 2 +0 =(hK 1+h 2K 2 +0或?qū)χС性趲r石地基上的墩臺(tái)頂面水平位移為（四）驗(yàn)算1基底應(yīng)

16、力驗(yàn)算max h 2橫向抗力驗(yàn)算zx P p P a 由朗金土壓力理論可知P p =Ztg 2(45 +2+2ctg (45 +2P a =Ztg 2(45 +代入得2+2ctg (45 +2zx 4(Ztg +c cos 式中為土的容重，和C 分別為土的內(nèi)摩擦角和粘聚力。考慮到橋梁結(jié)構(gòu)性質(zhì)和荷載情況，并根據(jù)試驗(yàn)知道出現(xiàn)最大的橫向抗力大致在Z =有下列不等式h和Z=h處，將考慮的這些值代入便3h 123x4h(tg +c cos 34h(tg +c cos 3hx 12式中h 相應(yīng)于Z =3xh深度處的土橫向抗力； 3hx 相應(yīng)于Z =h 深度處的土橫向抗力，h 基礎(chǔ)的埋置深度；1 取決于上部

17、結(jié)構(gòu)形式的系數(shù)，一般取1=1，對(duì)于拱橋1=0.7；2 考慮恒載對(duì)基礎(chǔ)重心所產(chǎn)生的變矩Mg 在總彎矩M 中所占百分比的系數(shù)， 即2=1-0. 8Mg。 M3墩臺(tái)頂面水平位移驗(yàn)算0. 5L (cm 式中L 為相鄰跨中最小跨的跨度（m ），當(dāng)跨度L 25m 時(shí)，L 按25m 計(jì)算。二、沉井施工過(guò)程中的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算沉井結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中主要進(jìn)行下列驗(yàn)算。 （一） 沉井自重下沉驗(yàn)算為了使沉井能在自重下順利下沉，沉井重力（不排水下沉者應(yīng)扣除浮力）應(yīng)大于土對(duì)井壁的摩阻力，將兩者之比稱為下沉系數(shù)，要求K =Q 1 T式中：K 下沉系數(shù)，應(yīng)根據(jù)土類別及施工條件取大于1的數(shù)值； Q 沉井自重（kN ）；T 土對(duì)井壁

18、的總摩阻力，T =f i h i u i ，其中h i 、u i 為沉井穿過(guò)第i 層土的 厚度（m ）和該段沉井的周長(zhǎng)（m ），fi 為第i 層土對(duì)井壁單位面積的摩阻 力，其值應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)確定。當(dāng)不能滿足上式要求時(shí)，可選擇下列措施直至滿足要求：加大井壁厚度或調(diào)整取土井尺寸；如為不排水下沉者，則下沉到一定深度后可采用排水下沉；增加附加荷載或射水助沉；采用泥漿潤(rùn)滑套或壁后壓氣法等措施。（二）第二節(jié)（底節(jié)）沉井的豎向撓曲驗(yàn)算 1排水挖土下沉 2不排水挖土下沉（三）沉井刃腳受力計(jì)算 刃腳懸臂作用的分配系數(shù)為40. 1L 1a =4 (a 1. 0 4h k +0. 05L 1刃腳框架作用的分配系數(shù)為h

19、k 4=4h k +0. 05L 42式中：L 1支承于隔墻間的井壁最大計(jì)算跨度；L 2支承于隔墻間的井壁最小計(jì)算跨度； h k 刃腳斜面部分的高度。1刃腳豎向受力分析刃腳豎向受力情況一般截取單位寬度井壁來(lái)分析，把刃腳視為固定在井壁上的懸臂梁，梁的跨度即為刃腳高度。由內(nèi)力分析有下述兩種情況。（1）刃腳向外撓曲的內(nèi)力計(jì)算 1） 作用在刃腳外側(cè)單位寬度上的土壓力及水壓力的合力為p e +w =1(p e 2+w 2+p e 3+w 3 h k 2式中：p e 2+w 2作用在刃腳根部處的土壓力及水壓力強(qiáng)度之和； p e 2+w 2刃腳底面處的土壓力及水壓力強(qiáng)度之和。 h k 刃腳高度。 p e+w

20、 力的作用點(diǎn)（離刃腳根部的距離）為h k 2p e 3+w 3+p e 2+w 2 t = 3p e 3+w 3+p e 2+w 2地面下深度hi 處刃腳承受的土壓力e i 可按朗金主動(dòng)土壓辦公式計(jì)算，即 e i =i h i tg (45-22式中：i 為h i 高度范圍內(nèi)土的平均容重，在水位以下應(yīng)考慮浮力，h i 為計(jì)算位置至地面的距離。水壓力w i 的計(jì)算為w i =w h wi ，其中w 為水的容重，h wi 為計(jì)算位置至水面的距離。2）作用在刃腳外側(cè)單位寬度上的摩阻力T i 可按下列二式計(jì)算，并取其較小者 T 1=h k 或 T 1=0. 5E 式中：土與井壁間單位面積上的摩阻力；

21、h k 刃腳高度；E 刃腳外側(cè)總的主動(dòng)土壓力，即E =1h k (e 3+e 2 。 23）刃腳下抵抗力的計(jì)算。刃腳下豎向反力R （取單位寬度）可按下式計(jì)算 R =q -T '式中：q 為沿井壁周長(zhǎng)單位寬度上沉井的自重，在水下部分應(yīng)考慮水的浮力； T 為沉井入土部分單位寬度上的摩阻力。R =v 1+v 2 R 的作用點(diǎn)距井壁外側(cè)的距離為x =a b 1v 11+v 2(a 1+2 R 23式中：b 2為刃腳內(nèi)側(cè)入土斜面在水平面上的投影長(zhǎng)度。根據(jù)力的平衡條件，可知v 1=a 1=a 1R a 1+b 22=2a 1R2a 1+b 2v 2=b 2R2a 1+b 2H =v 2tg (-2

22、其中2為土與刃腳斜面間的外摩擦角，一般定為30°，刃腳斜面上水平反力H 作用點(diǎn)離刃腳底面1/3m。4）刃腳（單位寬度）自重g 為g =+a 12h k k式中：井壁厚度；k 鋼筋混土刃腳的容重，不排水施工時(shí)應(yīng)扣除浮力。刃腳自重量g 的作用點(diǎn)至刃腳根部中心軸的距離為2+a 1-2a 12x 1=6(+a 1求出以上各力的數(shù)值、方向及作用點(diǎn)后，再算出各力對(duì)刃腳根部中心軸的變矩總和值M 0，豎向力N0及剪力Q ，其算式為M 0=M R +M H +M e+w+M T +M g N 0=R+T1+g Q =p e+w+H式中：M R 、M H 、M e+w、M T 、M g 分別為反力R 、

23、土壓力及水壓力p e+w、橫向力H 、刃腳底部的外側(cè)摩阻力T 1以及刃腳自重g 對(duì)刃腳根部中心軸的彎矩，其中作用在刃腳部分的各水平力均應(yīng)按規(guī)定考慮分配系數(shù)a 。上述各式數(shù)值的正負(fù)號(hào)視具體情況而定。根據(jù)M 0、N 0及Q 值就可驗(yàn)算刃腳根部應(yīng)力并計(jì)算出刃腳內(nèi)側(cè)所需的豎向鋼筋用量。一般刃腳鋼筋截面積不宜少于刃腳根部截面積的0.1%。刃腳的豎直鋼筋應(yīng)伸入根部以上0.5L 1（L 1為支承于隔墻間的井壁最大計(jì)算跨度）。（2）刃腳向內(nèi)撓曲的內(nèi)力計(jì)算計(jì)算刃腳向內(nèi)撓曲的最不利情況是沉井已下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高，刃腳下的土已挖空而尚未澆筑封底混凝土，這時(shí)，將刃腳作為根部固定在井壁的懸臂梁，計(jì)算最大的向內(nèi)彎矩。2刃腳水

24、平鋼筋計(jì)算刃腳水平向受力最不利的情況是沉井已下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高，刃腳下的土已挖空，尚未澆筑封底混凝土的時(shí)候，由于刃腳有懸臂作用及水平閉合框架的作用，故當(dāng)刃腳作為懸臂考慮時(shí)，刃腳所受水平力乘以a ，而作用于框架的水平力應(yīng)乘以分配系數(shù)式后，其值作為水平框架上的外力，由此求出框架的彎矩及軸向力值。再計(jì)算框架所需的水平鋼筋用量。根據(jù)常用沉井水平框架的平面形式，現(xiàn)列出其內(nèi)力計(jì)算式，以供設(shè)計(jì)時(shí)參考。 （1） 單孔矩形框架 A 點(diǎn)處的彎矩M A =B 點(diǎn)處的彎矩1(-2K 2+2K +1 pb 2 241(K 2-K +1 pb 2 12M B =-C 點(diǎn)處的彎矩M C =軸向力1(K 2+2K -2 pb 2

25、 24N 1=1pa 21N 2=pb2式中：K=a/b，a 為短邊長(zhǎng)度，b 為長(zhǎng)邊長(zhǎng)度。 （2）單孔圓端形（3）雙孔矩形（4）雙孔圓端形 （5）圓形沉井（四）井壁受力計(jì)算 1井壁豎向拉應(yīng)力驗(yàn)算沉井在下沉過(guò)程中，刃腳下的土已被挖空，但沉井上部被摩擦力較大的土體夾?。ㄟ@一般在下部土層比上部土層軟的情況下出現(xiàn)），這時(shí)下部沉井呈懸掛狀態(tài)，井壁就有在自重作用下被拉斷的可能，因而應(yīng)驗(yàn)算井壁的豎向拉應(yīng)力。拉應(yīng)力的大小與井壁摩阻力分布圖有關(guān)，在判斷可能夾住沉井的土層不明顯時(shí)，可近似假定沿沉井高度成倒三角形分布。在地面處摩阻力最大，而刃腳底面處為零。該沉井自重為G ，h 為沉井的入土深度，U 為井壁的周長(zhǎng)，為

26、地面處井壁上的摩阻力，x 為距刃腳底x 處的摩阻力 由于 G =1hU 22G =hUx =hx =2Gx2h U離刃腳底x 處井壁的拉力為S x ，其值為Gx x Gx Gx 2S x =-xU =-2h 2h h為求得最大拉應(yīng)力令dS x=0 dxdS x G 2Gx 1=-2=0 x =h2dx h hS maxG h G=-2h 2h1h =G4222井壁橫向受力計(jì)算（五）混凝土封底及頂蓋的計(jì)算 1封底混凝土計(jì)算封底混凝土厚度，可按下列兩種方法計(jì)算并取其控制者。（1）封底混凝土視為支承在凹槽或隔墻底面和刃腳上的底板，按周邊支承的雙向板（矩形或圓端形沉井）或圓板（圓形沉井）計(jì)算：h t

27、= si m M mbRs w式中：h t 封底混凝土的厚度（m ）。M m 在最大均布反力作用下的最大計(jì)算變矩（kN ·m ），按支承條件考慮的荷 載系數(shù)可由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)查?。籮R w 混凝土彎曲抗拉極限強(qiáng)度；si 荷載安全系數(shù)，此處si =1.1； m 材料安全系數(shù)，此處m =2.31； b 計(jì)算寬度，此處取1m 。有時(shí)為簡(jiǎn)單初步估算也可采用式 （2）封底混凝土按受剪計(jì)算，即計(jì)算封底混凝土承受基底反力后是否有沿井孔范圍內(nèi)周邊剪斷的可能性。若剪應(yīng)力超過(guò)其抗剪強(qiáng)度則應(yīng)加大封底混凝土的抗剪面積。2鋼筋混凝土蓋板的計(jì)算三、浮運(yùn)沉井的計(jì)算要點(diǎn)（一）浮運(yùn)沉井穩(wěn)定性驗(yàn)算 1 計(jì)算浮心位置h 0=V 0A 0式中：V 0為沉井底板以上部分排水體積；A 0為沉井吃水的截面積，對(duì)圓端形沉井A 0=0.