关于沉井的设计与施工研究

韩 伟 平

(太原市市政工程设计研究院，山西 太原 030002)

关于沉井的设计与施工研究

韩 伟 平

(太原市市政工程设计研究院，山西 太原 030002)

介绍了沉井的基本类型及组成部分，分析了沉井尺寸、系数验算、结构及刃脚的设计方法，从场地清理、沉井制作、垫木撤除、下沉施工等方面阐述了沉井的施工技术，对沉井技术的推广有促进作用。

沉井，构造，设计，制作

0 引言

经调查和研究发现，将沉井结构用于地下建筑物建造是一个较好的选择，沉井结构不仅施工方便，而且对其他建筑物影响较小。随着建筑业技术的不断发展，沉井结构也得到了越来越广泛的应用，如南京汽轮电机厂压力容器车间改造中的装配地坑，江南光学仪器厂的电镀厂房地下室的施工等，由于沉井已成为当代建筑业必不可少的结构方式，因此对于沉井设计和施工的掌握就显得尤为重要。

1 沉井的基本类型

1.1 单孔沉井、单排孔沉井以及多排孔沉井

按照沉井横截面形状的不同可以将沉井简单分为单孔、单排孔和多排孔类型。其中单孔沉井主要有圆形、矩形和正方形三种形状，圆形沉井承受压力的性能最好，矩形和正方形沉井的制作和使用更简便。单排孔沉井与其他两种沉井类型的不同之处主要在于井孔的数量为两个及两个以上，各孔之间有内隔墙，可以提高整个沉井的刚度和硬度。多排孔沉井的内隔墙较多，且纵横交错，因此其刚度较大且容易均衡下沉。

1.2 柱形沉井、阶梯形沉井以及锥形沉井

根据沉井竖截面形状的不同可以将沉井分为柱形的、阶梯形以及锥形的沉井。其中柱形沉井的横截面形状、井壁及平面尺寸不会随深度的变化而变化。因为受到周围土体的影响，柱形沉井不易发生倾斜，对周围土体的影响也较小，但是如果遇到土体的阻力过大而平面尺寸过小、深度过大，土体过于密实的情况时，就容易出现井壁破裂的现象，因此柱形沉井一般适用于土质松散的情况。阶梯形沉井的井壁及其平面尺寸会随着深度的变化而变化，刃脚处的台阶高度h1一般为1 m～2 m，阶梯宽度Δ一般为10 cm～20 cm。锥形沉井的外壁面有斜坡，且坡比一般为1/20～1/50。

2 沉井的基本组成部分

沉井的基本构造包括顶盖、井壁、凹槽、刃脚、内隔墙以及封底等几个部分。其中顶盖是为了承托上部结构物，而在沉井顶部浇筑钢筋混凝土作为顶盖，厚度为1.5 m～2.0 m。井壁就是沉井的外壁面，是沉井构造中最主要也是最重要的部分，厚度为0.8 m～1.5 m，最小不得小于0.4 m。凹槽是在用于沉井封底时，为了让井壁与封底的混凝土连接得更好而做的构造，位于刃脚内侧上方，高度一般为1 m，深度在15 cm～30 cm左右。刃脚的作用是为了让沉井进入土体时易于下沉，位于沉井井壁最下端的尖角部分。内隔墙是沉井的内壁，是为了将井孔分隔开来，并加强沉井的刚度，间距一般为5 m～6 m，厚度大约在0.5 m～1.2 m。封底是在沉井下沉完成后，在最下端刃脚踏面以上至凹槽处浇筑混凝土而形成的，封底可以预防地下水进入。图1是沉井构造的基本示意图。

3 沉井的设计

3.1 沉井尺寸的确定

首先是沉井高度的计算，沉井深度需要满足深基础或者地下建筑物的使用要求和持力层地基承载力标准这两个基本要求。通常情况下，持力层会选择较为密实的土层，沉井会下沉到坚实的土体层。其次是沉井的平面尺寸，平面尺寸的确定一般主要取决于上部的建筑物或者结构，考虑到沉井下沉时发生倾斜的可能性，因此尺寸的选择需要满足一定倾斜范围内的工艺要求和结构要求。

最后是沉井的井壁厚度问题，一般情况下井壁厚度为700 mm～1 500 mm，在确定平面尺寸后，再根据实际工艺要求确定井壁厚度。

3.2 沉井下沉验算及系数的确定

沉井下沉时应当考虑到井壁与土体之间的摩阻力以及地基土体对刃脚的反作用力的影响，另外在地下水位过高时，还应当注意地下水对沉井的浮力大小。在沉井验算过程中最主要的工作就是下沉系数的验算，一般采用两种方法：第一是假设摩擦阻力会随着土体的深度而变大，并假定在深度为5 m时阻力达到最大，在大于5 m后保持不变；第二是假设摩擦阻力随着土体深度而加大，在刃脚处达到最大值。

3.3 沉井结构的设计

沉井受力情况不同，其土体承受压力就会有所不同。沉井的受力情况可以粗略地分为施工阶段和使用阶段，两个阶段井壁外压力是共同受力，但土体压力不同。施工阶段的土体压力根据施工情况不同而有所变化，使用阶段的土体压力由设计确定。由于在实际的施工过程中，施工方式和下沉方式的不同，数据变化差异较大，即使是精确的计算在施工中也会随时调整，因此最重要的是在实际施工过程中具体问题具体分析，从而根据实际情况作出针对性指导。

3.4 沉井刃脚的设计

刃脚是沉井的一个空间结构，横向是与井壁连接的一个水平框架，竖向是悬臂梁，在沉井下沉过程中，刃脚的内壁和外壁以及底部都会受到土体压力，在挖空后只有外壁承受土体压力，土体压力和井壁垂直荷载会对刃脚产生弯矩。竖向的悬臂梁承受着刃脚的全部受力，横向在水平方向出现倾斜时会出现拉力，因此水平方向一般根据构造配筋。刃脚不挖空时，刃脚的内侧会使刃脚向外弯曲，挖空时外部土体压力又会使刃脚向内弯曲。

4 沉井的施工

施工现场的水文条件和工程地质决定了沉井采用的具体施工方法，但一般都包括以下的工序。

4.1 场地清理

沉井的施工现场要求平整整洁，因此需要清理地表杂物，或在刃脚处铺设砂石，以保持地面土质均匀，避免沉井浇筑时发生不均匀沉降的现象。

4.2 沉井的制作

这里主要介绍第一节沉井的制作问题，首先是在刃脚处铺设树木垫层，并保持对称，由此保证可以支撑第一节沉井的重量，垫木一般采用方木或者枕木，具体采用的数量和尺寸间距取决于计算结果，垫木铺设完成后，则以此定位工模、绑扎钢筋及浇筑混凝土。

4.3 垫木的撤除

当第一节沉木浇筑的混凝土达到标准后(一般为设计强度的70%)，就可以撤除垫木并准备下沉，撤除时垫木应当按照一定的顺序依次进行，由此可以防止井壁出现纵向破裂的现象，拆除顺序一般是内隔墙下、短边井壁下、长边下，拆除时应隔根拆除。

4.4 下沉施工

井壁混凝土浇筑达到要求的设计强度后，就可以开始挖土下沉。依据地质条件的不同，沉井下沉可以分为排水和不排水两种情况。当下沉经过的土层透水性不高时，地下水进入量不大，不会由于排水导致大量流沙的涌入时，或者沉井倾斜可能性大并容易影响周围建筑物使用时，则可以考虑采用排水下沉的方法，排水下沉可用于气候干燥的情况，且施工方便，下沉均匀。如果土层不够稳定，地下水涌入量过大，排水易导致大量流沙进入时，则应当采用不排水下沉的方法，保持井内水位始终高于井外水位并利用吸泥机排出泥浆。

4.5 井壁的接高

在沉井下沉高出地面大约1 m时，需要先暂停挖土下沉，然后在井壁端顶插筋上接高浇筑钢筋混凝土井壁，一般情况下接高高度为3 m～5 m。

4.6 封底和底板施工

当沉井下沉达到设计高度时，就可以停止挖土下沉，进行封底和浇筑底板。按照地基条件的不同，封底可以分为干封底和水下封底两种情况，水量大时采用水下封底方法，水量不大时采用干封底方法。

4.7 沉井内部结构的施工

沉井封底和浇筑底板都完成后就需要对沉井的内部结构进行施工，内部结构施工包括顶板和内隔墙。由于沉井是深基础的一种特殊形式，对地质条件和水文条件要求较高，因此在实际施工过程中应当做到设计周全，考虑周到。

5 结语

随着沉井技术应用越来越广泛，沉井的设计和施工问题值得进行深入探讨，目前沉井应用中还存在一些技术性问题，例如土压力的理论计算与实际应用不吻合，突沉现象的处理和应对方法不完善等等，这就需要相关专业人员的进一步探讨和研究，从而为沉井技术的应用推广做出贡献。

[1] 应 俊.沉井结构设计与施工方法[J].中国市政工程,2013(5):56-57,65.

[2] 谢章龙,黄爱林.沉井结构设计与施工方法[J].建筑工程技术与设计,2015(2):273-274,426.

[3] 王文举.“沉井施工技术”在工程中的应用[J].科技信息,2012(36):401-402.

Research on design and construction at open caisson

Han Weiping

(TaiyuanMunicipalEngineeringDesignInstitute,Taiyuan030002,China)

The paper introduces the basic types and components for the open caisson, analyzes the design method for caisson size, calculation of coefficient, structure and cutting curb, and illustrates its construction technique from the site cleaning, caisson manufacturing, demolition of sole timber, and sinking construction, so as to enhance the extension of the caisson technique.

caisson, component, design, manufacturing

2015-05-28

韩伟平(1977- )，男，硕士，工程师

1009-6825(2015)22-0105-02

TU745.1

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