9、沉井结构与沉管结构

沉井基础及管柱基础以沉井作为基础结构，将上部荷载传至地基的一种深基础。

分为开口沉井或气压沉箱两种施工方法。

这种基础现采用较少。

由于它整体性好、刚度大、传力可靠，因此在长大跨度和深水地区修桥仍被采用。

1.开口沉井是一个无底无盖的井筒，一般由刃脚、井壁、隔墙等部分组成。

其施工程序一般是在井壁内挖土，井筒靠自重或加压逐渐下沉，一节井筒快沉入土中再接一节，直至最后一节下沉到设计标高，然后将井底土清理干净，灌注一层水下混凝土把井底封住，再抽水并在井内填充混凝土或沙石，或作成空心沉井,最后在顶上灌筑钢筋混凝土盖板,并在其上修筑墩台。

在施工过程中，为了减少井筒下沉时井壁与土间的摩擦力，可在筒壁内预埋钢管并压入高压水、泥浆或高压气流辅助下沉。

A.特点：深较大，整体性好，稳定性好，具有较大的承载面积，能承受较大的垂直和水平荷载。

此外，沉井既是基础，又是施工时的挡土和挡水围堰结构物，其施工工艺简便，技术稳妥可靠，无需特殊专业设备，并可做成补偿性基础，避免过大沉降，在深基础或地下结构中应用较为广泛，如桥梁墩台基础、地下泵房、水池、油库、矿用竖井以及大型设备基础、高层和超高层建筑物基础等。

但沉静基础施工工期较长，对粉砂、细砂类土在井内抽水时易发生流砂现象，造成沉井倾斜；沉井下沉过程中遇到的大孤石、树干或井底岩层表面倾斜过大，也将给施工带来一定的困难。

B.类型及构造：井按其截面轮廓分，有圆形、矩形和圆端形等三类。

①圆形沉井水流阻力小，在同等面积下，同其他类型相比，周长最小、摩阻力相应减小，便于下沉；井壁只受轴向压力，且无绕轴线偏移问题。

②矩形沉井和等面积的圆形沉井相比，其惯性矩及核心半径均较大，对基底受力有利；在侧压力作用下，沉井外壁受较大的挠曲应力。

③圆端形沉井对支撑建筑物的适应性较好，也可充分利用基础的圬工，井壁受力也较矩形有所改善，但施工较复杂.C.使用材料：沉井的使用材料分,有木沉井,砖、石沉井，混凝土沉井，钢筋混凝土沉井和钢沉井等。

地下建筑机构复习第一章衬砌结构的作用：承重和围护。

结构形式影响因素：受力条件、使用要求、施工方案。

结构形式：浅埋式结构、附建式结构、沉井结构、地下连续墙结构、盾构结构、沉管结构、桥梁基础结构、其他结构。

拱形结构的优点：1.地下结构的荷载比地面结构大，且主要承受垂直荷载。

因此，拱形结构就受力性能而言比平顶结构好。

2.拱形结构的内轮廓比较平滑，只要适当调整拱曲率，一般都能满足地下建筑的使用要求，并且建筑布置比圆形结构方便，净空浪费也比圆形结构少。

3.拱主要是承压结构。

适用于采用抗拉性能较差，抗压性能较好的砖、石、混凝土等材料构筑。

材料造价低，耐久性良好，易维护。

地下建筑与地面建筑结构的区别：1.计算理论、设计和施工方法。

2.地下建筑结构所承受的荷载比地面结构复杂。

3.地下建筑结构埋置于地下，其周围的岩土体不仅作为荷载作用于地下建筑结构上，而且约束着结构的移动和变形。

岩石地下建筑结构形式（一）拱形结构：1．贴壁式拱形结构：（1）半衬砌结构（2）厚拱薄墙衬砌结构（3）直墙拱形衬砌（4）曲墙拱形衬砌结构2．离壁式拱形衬砌结构（二）喷锚结构（三）穹顶结构（四）连拱隧道结构（五）复合衬砌结构第二章荷载种类：静荷载：是指长期作用在结构上且大小、方向和作用点不变的荷载。

动荷载：原子武器和常规武器的爆破冲击波；地震波作用下的动荷载。

活荷载：指在结构物施工和使用期间可能存在的变动荷载，其大小和作用位置都可能变化。

其他荷载：混凝土收缩、温度变化、结构沉降、装配误差等。

按其作用特点及使用中可能出现的情况分为以下三类：永久（主要）荷载、可变（附加）荷载和偶然（特殊）荷载。

软土地区浅埋地下工程采用“土柱理论”进行计算。

第三章弹性地基梁与普通梁的区别：1.超静定的次数是有限，还是无限。

2.普通梁的支座通常看作刚性支座，即略去地基的变形，只考虑梁的变形；弹性地基梁必须同时考虑地基的变形。

第四章国际隧协认为可将其归纳为以下四种模型：1.以参照已往隧道工程的实践经验进行工程类比为主的经验设计法；2.以现场量测和实验室试验为主的实用设计方法，例如以洞周位移量测值为根据的收敛—限制法；3.作用—反作用模型，例如对弹性地基圆环和弹性地基框架建立的计算法等；4.连续介质模型，包括解析法和数值法，解析法中有封闭解，也有近似解，数值计算法目前主要是有限单元法。

地下建筑结构要点地下建筑是修建在地层中的建筑物。

两大类：土层中和岩层中的；衬砌结构主要是起承重和围护作用，足够的刚度，耐腐蚀性，稳定性土层地下建筑结构型式：（一）浅埋式结构（二）附建式结构（三）沉井结构（四）地下连续墙结构（五）盾构结构（六）沉管结构（七）桥梁基础结构（八）其它结构：岩石结构型式直墙拱形、圆形、曲墙拱形等。

还有一些其它类型的结构，如喷锚结构、穹顶结构、复合结构等。

拱形结构优点：（1）主要承受垂直荷载，弯矩小。

（2）拱主要是承压结构。

适用于抗压性能较好的砖、石、混凝土等材料构筑。

（3）内轮廓比较平滑，满足使用要求，且建筑布置比圆形结构方便，净空浪费也比圆形结构少。

按使用功能分类：（1）地下交通工程：（2）地下市政管道：（3）地下工业建筑：（4）地下民用建筑（5）地下军事：（6）地下仓储：（7）地下文娱文化设施：（8）地下体育设施衬砌施工方法分类：1）模筑式衬砌2）离壁式衬砌3）装配式衬砌4）喷锚支护衬砌地下建筑结构的特点荷载的不确定性计算方法的不成熟初步设计的内容（一)工程等级和要求，荷载标准的确定；（二)埋置深度与施工方法；（三)初步设计荷载值；（四）选择建筑材料；（五）选定结构型式和布置；（六）估算结构跨度、高度、顶底板及边墙厚度等尺寸；（七）绘制初步设计结构图；（八）估算工程材料数量及财务概算技术设计要内容是：（一）计算荷载：（二）计算简图：（三）内力分析：（四）内力组合：（五）配筋设计（六）绘制结构施工详图（七）材料、工程数量和工程财务预算荷载，分为以下三类，永久荷载、可变荷载和偶然荷载。

弹性抗力是地下结构所特有的被动荷载支护结构理论古典岩土压力理论阶段散体压力理论阶段（荷载——结构法）共同作用理论阶段泰沙基普氏认为当地下工程埋藏深度较大时，支护上的压力只是围岩坍落拱内松动岩体的重量，坍落拱的高度与地下工程的跨度及围岩的性质有关。

太沙基认为坍落拱为矩形，而普罗托季亚科诺夫认为是抛物线形。

9沉井结构与沉管结构沉井结构和沉管结构是两种常见的深水建筑结构形式，它们在油气勘探、桥梁建设、海上工程等领域中得到了广泛的应用。

本文将对沉井结构和沉管结构进行详细介绍，并比较它们的特点和适用范围。

一、沉井结构沉井结构是指将施工完成的钢筒沿垂直方向下沉至水下，并与海底或河底形成一种稳定的基础形式。

沉井结构通常由一个钢筒或多个钢筒组成，通过水下安装机械设备和管线来实现相应的功能。

沉井结构的特点：1.适用范围广：沉井结构可以应用于各种深水条件下，包括平缓的海底或陡峭的河底。

2.抗风浪能力强：沉井结构由于其自重大，可以提供较强的抗风浪能力，适合于暴露在海上的工程。

3.维护便利：沉井结构相对于其他水下结构来说，更容易进行检修和维护，对于设备的更换和维护工作来说，更加方便。

4.抗底层气侵蚀：沉井结构可以通过设计合理的气流控制系统，防止底部产生气体浮力影响结构稳定。

二、沉管结构沉管结构是指将已经制作完成的混凝土沉管下沉至水下形成基础的结构形式。

沉管结构通常由单个或多节沉管组合而成，通过水压和重力来稳定在水下地层。

沉管结构的特点：1.安全性高：沉管结构由于其重力作用，稳定性较好，可以保证工程的安全性。

2.施工便利：沉管结构的制作和安装相对较为容易，可以通过水压和水位控制系统来实现，对施工要求相对较低。

3.适用于浅水区：沉管结构通常适用于水深较浅的区域，如河道、港口等。

4.隐蔽性好：沉管结构可以埋入水下地层，不对水面交通和风景线产生明显影响，有利于环境保护和美化城市景观。

三、沉井结构与沉管结构的比较1.结构形式：沉井结构一般为一个或多个垂直的钢筒组合而成，而沉管结构则是由混凝土沉管组成。

2.施工难度：沉井结构相对来说更加复杂，需要进行焊接、安装等环节，而沉管结构的施工相对简单，只需制作完成后进行下沉安装即可。

3.应用范围：沉井结构适用于各种深水条件下，包括海上和河底工程，而沉管结构适用于相对较浅的水域，如河道、港口等。

重庆大学版《地下结构设计》1-10章习题答案第一章1. 简述地下结构的概念和特点。

概念：地下结构是指在保留上部地层（山体或土层）的前提下，在开挖出能提供某种用途的地下空间内修筑的建筑结构。

特点：（ 1 ）地下空间内建筑结构替代了原来的地层，结构承受了原本由地层承受的荷载。

在设计和施工中，要最大限度发挥地层自承能力，以便控制地下结构的变形，降低工程造价。

（ 2 ）在受载状态下构建地下空间结构物，地层荷载随着施工进程发生变化，因此，设计时要考虑最不利的荷载工况。

（ 3 ）作用在地下结构上的地层荷载，应视地层介质的地质情况合理概化确定。

（ 4 ）地下水状态对地下结构的设计和施工影响较大，设计前必须弄清地下水的分布和变化情况。

（ 5 ）地下结构设计要考虑结构物从开始构建到正常使用以及长期运营过程的受力工况，注意合理利用结构反力作用，节省造价。

（ 6 ）在设计阶段获得的地质资料，有可能与实际施工揭露的地质情况不一样。

因此，地下结构施工中应根据施工的实时工况动态修改设计。

（ 7 ）地下结构的围岩既是荷载的来源，在某些情况下又与地下结构共同构成承载体系。

（ 8 ）当地下结构的埋置深度足够大时，由于地层的成拱效应，结构所承受的围岩垂直压力总是小于其上覆地层的自重压力。

2. 简述地下结构的分类与形式。

按断面形式分类： 1 ）矩形 2 ）圆形 3 ）拱形 4 ）其他形式按使用功能分类：可分为生活设施、城市设施、生产设施、储藏设施、输送设施和防灾设施等按结构形式及施工方法分类：（ 1 ）喷锚结构（ 2 ）复合衬砌结构（ 3 ）盾构结构（ 4 ）沉管结构（ 5 ）沉井结构（ 6 ）地下连续墙结构（ 7 ）其他结构按与地面结构联系情况分类（ 1 ）附建式结构（ 2 ）单建式结构按埋置深度分类 1 ）浅埋地下结构 2 ）深埋地下结构3. 简述地下结构计算理论的发展阶段和代表理论1. 刚性结构阶段：压力线理论该理论认为地下结构是由一些刚性块组成的拱形结构，所受的主动荷载是地层压力，当地下结构处于极限平衡状态时，它是由绝对刚体组成的三铰拱静定体系，铰的位置分别假设在墙底和拱顶，其内力可按静力学原理进行计算。

结构施工结构设计下部为圆形沉井结构，上部为框架结构。

1、下部结构沉井施工工艺技术如下：（1）沉井施工程序：基坑测量放样→基坑开挖→刃脚垫层施工→立井筒内模和支架、钢筋绑扎→立外模和支架→浇捣砼、养护及拆模→封砌预留孔→井点安装及降水→凿际垫层、挖土下沉→沉降现察→铺设碎石及砼垫层→绑扎底板钢筋、浇捣底板砼、砼养护→素土回填。

（2）基坑测量放样根据沉井设计图纸和工程地质报告所揭示的地质情况，沉井基坑开挖深度取2m，沉井刃脚外侧面至基坑边的工作距离取2m，基坑边坡采用1：1。

整平场地后，根据沉井的中心座标定沉井中心桩、纵横轴线控制桩及基坑开挖边线。

施工放样结束后，须复核准确无谁后方可开工。

（3）基坑开挖基坑开挖边线确定后，即可进行挖土工序的施工。

采用lm3单斗挖掘机，并与人工配合操作。

基坑底部的浮泥应清除干净并保持平整和干燥，在底邮四周设置排水沟与集水井相通，集水朴内汇集的雨水及地下水及时用水泵抽除，防止积水影响脚垫层的施工。

（4）刃脚垫层施工刃脚垫屎采用砂捧层和混凝土垫层共同受力1) 砂垫层厚度的确定砂垫层厚度采用如下计算公式计算：N／B’v砂II≤[0]。

砂垫层采用加水分层夯实的办法施工，夯实工具为平板式振捣器。

2)砼垫层厚度的确定砼垫层厚度可按下式计算公式计算：h=(G0／Rb)／2。

砼垫层表面应用水平仪进行校正，使之表面保持在同一水平面上。

（5）立井筒内模及支架沉井共分二次浇筑，第一节做6～7米，内模同样分二节按装。

井筒模板采用组合钢模与局部木模互相搭配，以保证内模的镒封性。

刃脚踏脚部分的内模采用砖砌结构，宽度与刃脚同宽。

井身内摸支架采用空心钢管支撑。

钢管支架必须架设稳固。

如有必要，可采用对撑支架，增加内模的稳定性。

刃脚模板应在混凝土达到设计强度75%后方可拆除。

（6）钢筋绑扎钢筋的表面应洁净，使用前将表面汕渍、鳞锈等清理干净；钢筋应平直，无局部弯折；成盘的钢筋均应调直；预制构件中的主钢筋均采用对焊、焊接井按照有荚规定抽样送检；钢筋搭接应互相错开，并严格按照国家标准《混凝土结构工程施工验收规范》GB5020492中的有关规定执行；现场目目筋绑扎时，其交义点应用2l#铁丝绑扎结实，必要时用电焊焊牢。