1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

1.1 课题来源

随着城市化进程加快，人口增加、交通拥挤、土地紧张、车辆多、行车难、停车难等问题越来越突出，迫切需要地下停车库的空间。为了进行地下工程的施工，需要从地表面向下开挖土体，挖出相应的地下空间。这个为进行建（构）筑物地下部分的施工由地面向下开挖出的空间就是基坑，基坑临空面称为基坑侧壁。基坑土体的开挖造成周围土体的应力应变状态和地下水位状态发生改变，必然对周边建（构）筑物、地下管线、道路等造成一定的影响。

为保护地下主体结构施工和基坑周边环境的安全，对基坑采用的临时性支挡、加固、保护与地下水控制的措施，为基坑支护。改革开放之前基坑开挖规模较小，开挖深度较浅，通常采用放坡开挖或者用少量钢板桩进行临时性支护。随着城市建设的发展，基坑的开挖面积以及开挖深度越来越大，而且这些深大基坑通常都位于周边建筑物密集分布区域，周边环境复杂，为此不得不采用支护结构来保证施工的顺利进行。

支护结构指的是支挡或者加固基坑侧壁的承受荷载的结构，是在建筑物地下工程建造时为确保土方开挖，控制周边环境影响在允许范围内的一种施工措施。通常有两种情况，一种情况是基坑支护结构是属于地下工程施工过程中作为一种临时性结构设置的，施工完成后即失去作用；另一种情况是基坑支护结构在地下工程施工期间起支护作用，建成后作为建筑物的永久性构件继续使用。

深基坑工程的综合性很强，其支护方案受制于诸多因素。深基坑工程的深度一般在10m以上，开挖面积大、地域性强、工程造价高、平面布置复杂、与周围环境联系密切，传统的支护方式面临深度和广度的挑战。为保证深基坑工程的安全施工，支护设计根据工程实际情况和地区经验来确定^[1]。

本次设计中，场地位于苏州市某人民医院，基坑为内径20m、深度为20m的圆形地下车库，工程地质条件较复杂，地下水埋深较浅，对施工影响严重。为保证基坑开挖，地下车库的施工的安全顺利进行，减小对基坑周围环境的影响，基坑工程施工时需要采取必要的防护。

1.2国内外深基坑技术研究现状

国外20世纪30年代,太沙基和皮克等最先从事基坑工程的研究,20世纪60年代在奥斯陆等地的基坑开挖中开始实施施工监测,从20世纪70年代起,许多国家陆续制订了指导基坑开挖与支护设计和施工的法规。除了明挖法、暗挖法、盖挖法、盾构法,沉管法、冻结法及注浆法等开挖技术外又有了新进展。

我国城市地下工程建设起步较晚,20世纪80年代前，国内为数不多的高层建筑的地下室多为一层,基坑深不过4m,常采用放坡开挖就可以解决问题。20世纪80年代初才开始出现大量的基坑工程。到20世纪80年代,随着高层建筑的大量兴建,开始出现两层地下室,开挖深度一般在8m左右，少数超过10m。进入20世纪90年代后,在我国改革开放和国民经济持续高速增长的形势下,全国工程建设亦突飞猛进,高层建筑迅猛发展,建筑高度越来越高,同时各地还兴建了许多大型地下市政设施、地下商场、地铁车站等,导致多层地下室逐渐增多,基坑开挖深度超过10m的比比皆是,其埋置深度也就越来越深,对基坑工程的要求越来越高,随着人防、地铁、地下商场、仓库、影剧院等大量工程的建设,特别是近年来的工程实践,城市地下空间开挖技术得到了长足发展和提高。我国城市地下工程、隧道及井孔工程等先后采用了明挖法、暗挖法、盖挖法、盾构法、沉管法、冻结法及注浆法等,这些技术有的已达到国际先进水平。促进了建筑科学技术的进步和施工技术、施工机械和建筑材料的更新与发展。为了保证建筑物的稳定性,建筑基础都必须满足地下埋深嵌固的要求,随之出现的问题也越来越多,这给建筑施工、特别是城市中心区的建筑施工带来了很大的困难^[2]。

1.3深基坑工作的基本要求和设计依据

深基坑设计的基本技术要求：安全可靠、经济合理、技术可行、施工便利。

深基坑设计的施工技术要求：环境保护、风险管理、安全控制、工期保证。

深基坑设计依据：工程地质及水文地质资料、地下障碍物和环境调查、工程施工条件、有关设计规范和本地经验等。

1.4深基坑支护类型

1.4.1 土层锚杆支护

土层锚杆简称土锚杆，它是在地面或深开挖的地下室墙面(挡土墙、桩或地下连续墙或未开挖的基坑立壁土层)钻孔或掏孔，达到一定设计深度后，然后再孔内放入钢筋、钢管或钢丝束、钢绞线或其他抗拉材料，最后灌入泥浆或化学浆液，使之与土层结合成为抗拉力强的锚杆。锚杆端部与挡土墙灌注联结，或再张拉，将构筑物受到的外力，通过拉杆传给远离构筑物的稳定土层，以达到控制基坑支护的变形，保持基坑土体与结构物稳定的目的。

适用范围：

土层锚杆在国内外已广泛应用于地下工程结构施工的临时支护和作永久性建筑工程的承拉构件，土层锚杆适应性强，可应用于一般粘土、砂土地区，软土、淤泥质土要试验后应用，主要是抗拔力低。对灌注桩、地下连续墙等挡土结构，都可应用锚杆拉结支护^[3]136-143。在使用锚杆支护时，锚杆上覆土厚度不小于4.0 米，锚杆的水平和垂直间距一般不宜大于4.0 米，也不小于1.5 米，以避免群锚效应降低锚固力。

1.4.2深层搅拌水泥土桩支护

水泥土搅拌法是以水泥为固化剂，通过特制的深层搅拌机械将固化剂和地基土强制搅拌，使软土硬结成具有整体性、水稳性和一定强度桩体的支护处理方法。

适用范围：

水泥土搅拌法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、黏性土以及无流动地下水的饱和散沙土等地质。当地基土的天然含水量小于30%或者地下水的pH 小于4 时不宜采用。水泥土搅拌法用于处理泥炭土、有机质土、地下水具有腐蚀性以及无工程经验的地区时，必须通过现场试验确定其适用性^{[3] 85-89} 。

1.4.3 土钉墙支护

土钉是一种原为加固土的技术，在土体内放置一定长度和分布密度的土钉体，与土共同作用，形成土钉墙复合体，提高土体的整体刚度，弥补土体抗拉和抗剪强度低的弱点，有效地保证边坡稳定。通过相互作用，土体自身结构强度的潜力得到充分发挥，并改变了边坡的变形和破坏形状，显著提高了整体稳定性^[3]145-149。

适用范围：

适用与地下水位低于土坡开挖段或通过降水使地下水位低于开挖土层的的杂填土、黏性土、粉质黏土、黄土及弱胶结的砂土边坡;不适用于淤泥质土、含水丰富的粉细砂、中细砂及含水较为丰富的中粗砂、砾砂和卵石层。

1.4.4 高压旋喷桩支护

高压喷射注浆法是用高压水泥浆通过钻杆由水平方向的喷嘴喷出，形成喷射流，以此切割土体并与土拌和形成水泥土加固的处理方法。高压喷射注浆法所形成的固结体形状与喷射流的方向有关。一般分为旋喷法、定喷法、摆喷法。旋喷法施工时，喷嘴一面喷射一面旋转提升，与周围土体形成复合地基，主要用于加固地基，提高地基的抗剪强度、改善土的变形性质。定喷法喷射方向固定不变，摆喷法喷射方向呈较小角度来回摆动，定喷和摆喷通常用于基坑防渗、改善地基土的水流性质和稳定边坡等^[3]95-98。

适用范围：

①高压喷射注浆法适用于处理淤泥、淤泥质土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等。

②对砾石直径过大，砾石含量过多及大量纤维质的腐植土，喷射质量差。

③对于地下水流速过大，喷射注浆无法在注浆管周围凝结;土质对水泥有腐蚀性的情况，都不宜用此法^[3]98-99。

1.4.5地下连续墙

地下连续墙是用特定的施工机具，通过化学泥浆的护壁作用，向地下钻挖具有一定厚度、长度和深度的沟槽，同时在沟槽内吊放加工制作好的钢筋笼，然后灌注混凝土，筑成一段钢筋混凝土墙段，并逐段连接起来形成一道连续封闭的地下墙体。

适用范围：

适用于多种地基，从较软的冲积层到中硬的地层，密实的砂卵石、软质岩土、硬质岩土以及地下水位以下的软粘土和砂土等多种地层条件和复杂的施工环境，尤其是基坑底面以下有深层软土需将墙体插入很深的情况，同时还适用于对周围环境保护要求较高，而施工场地狭窄的深基坑支护工程，特别适用于有挡土、止水及兼作建筑物永久性主体结构的承重墙三重要求的深基坑支护工程^[4]，因此在国内外的地下工程中得到广泛的应用。

1.4.6 加筋土挡土墙支护

土的加筋是指在土体中设置加筋材料，形成可以承受抗压、抗拉、抗剪、抗弯的复合土体，以提高地基承载力、减少沉降和增加地基稳定性。土体中加筋作用的人工材料称为筋体。由土和筋所组成的复合土体称为加筋土。加筋土挡土墙是由直立的墙面板，在填土中布置一定量的拉筋和填料三部分组成一个整体的复合结构。其工作原理是依靠填料与拉筋之间的摩擦力，来平衡墙面所承受的的水平土压力；并以拉筋、填料的复合结构抵抗拉筋尾部填料所产生的土压力，从而保证挡土墙的稳定。

适用范围：

①适用于4-8 米高的填方边坡，支挡填土工程，软弱地基，一般在公路、铁路和煤矿工程中应用较多，适合于城市道路的支挡工程。

②可用于非饱和土挡土墙和非浸水条件的边坡抗滑移挡土墙。

③在地震区的高烈度和强烈腐蚀环境中不宜使用 ^[5]。

1.4.7排桩式支护

排桩支护结构，主要用钻孔灌注桩、人工挖孔桩、钢板桩和预制钢筋混凝土板桩为主要受力构件，排桩支护结构需要设置专门的防渗与止水结构。排桩可以是桩与桩连接起来，或用挡土板设置与钢板桩及钢筋混凝土板桩之间形成的围护结构。为保证结构的稳定和具有一定的刚度，可设置内支撑或锚杆。排桩支护结构可分为柱列式排桩支护(当边坡土质较好，地下水位地，可利用土拱作用，以钻孔灌注桩或挖孔桩支挡土体)连续排桩支护。

钻孔灌注桩包括人工挖孔灌注桩、机械钻(冲)孔灌注桩和沉管灌注桩等。钻孔灌注桩是桩排式中应用最多的一种布置形式，主要起挡土等作用，在我国应用广泛。由于钻孔灌注桩挡墙多为间隔式排列，止水效果差，其主要适用于软土、一般粘性土、砂土、地下水位较深、土质较好地区，在砂烁层和卵石中不宜采用当在地下水位高地区使用钻孔灌注桩时需要另作挡水帷幕^[6]。

1.4.8板桩式支护

板桩式支护是由板状，锚栓及墙面三部分组成。板桩承受水平土压力作用。它的稳定一是靠桩底端有一定入土深度后的被动土压力;二是靠板桩顶附近板桩保持垂直的锚栓。根据工程所处条件的不同，锚栓可以是锚杆;也可能是带有锚板板的钢拉杆。设有锚栓的板桩，由锚栓承受其大部分水平土压力。板桩式挡土墙一般常用钢板桩或钢筋混凝土板状，在岩石地基或非岩石地基均可使用。钢板桩由带锁口或钳口的热轧型钢制成，实际使用时往往把一系列钢板桩互相连接就形成钢板桩墙，主要应用于抵挡土体的侧压力和阻挡地下水入侵^[7]。钢板桩是一种较老的基坑支护，目前常用的钢板桩形式有槽型和Z形。

适用范围：

由于钢板桩施工可能会对相邻基础产生一定的扰动，并且施工时产生噪声较大，因此不适宜在人口密集、建筑密度很大、环境保护要求较高的的地区。另外钢板桩本身柔性较大，如果设置不当，其变形会很大，所以基坑支护深度不宜大于7m，适合于软土、淤泥质土以及地下水多地区，易于施工，难于打入密砂及硬粘土中。在使用板桩支护时，为了保证板状支护的耐久性，必须采取金属结构防腐措施。一般在水位变化地区更应注意防腐。打桩前在钢板桩上涂沥青或其他防腐材料，钢锚杆可以涂沥青防腐。

1.5 深基坑的支撑与锚杆体系

1.5.1内支撑体系

支撑结构选型包括支撑材料和体系的选择以及支撑结构布置等内容。支撑结构选型从结构体系上可分为平面支撑体系和竖向斜撑体系;从材料上可分为钢支撑、钢筋混凝土支撑和钢和混凝土组合支撑的形式。各种形式的支撑体系根据其材料特点具有不同的优缺点和应用范围。由于基坑规模、环境条件、主体结构以及施工方法等的不同，难以对支撑结构选型确定出一套标准的方法，应以确保基坑安全可靠的前提下做到经济合理、施工方便为原则，根据实际工程具体情况综合考虑确定。

1.5.1.1钢支撑体系

钢支撑体系是在基坑内将钢构件用焊接或螺栓拼接起来的结构体系。由于受现场施工条件的限制，钢支撑的节点构造应尽量简单，节点形式也应尽量统一，因此钢支撑体系通常均采用具有受力直接、节点简单的正交布置形式，从降低施工难度角度不宜采用节点复杂的角撑或者析架式的支撑布置形式。钢支撑体系目前常用的材料一般有钢管和H 型钢两种，钢管大多选用Φ609，壁厚可为l0mm,12mm,14mm；型钢支撑大多选用H型钢，常用的有H700#215;300. H500#215;300 等。

钢支撑架设和拆除速度快、架设完毕后不需等待强度即可直接开挖下层土方，而且支撑材料可重复循环使用的特点，对节省基坑工程造价和加快工期具有显著优势，适用于开挖深度一般、平面形状规则、狭长形的基坑工程中。钢支撑几乎成为地铁车站基坑工程首选的支撑体系。但由于钢支撑节点构造和安装复杂以及目前常用的钢支撑材料截面承载力较为有限。

1.5.1.2钢筋混凝土支撑体系钢筋混凝土支撑具有刚度大、整体性好的特点，而且可采取灵活的平面布置形式适应基坑工程的各项要求。支撑布置形式目前常用的有正交支撑、圆环支撑或对撑、角撑结合边析架布置形式。

1.5.2锚杆支撑体系

锚杆作为一种支护形式用作基坑围护工程已近五十年，它一端与围护墙连接，另一端锚固在稳定地层中，使作用在围护结构上的水土压力，通过白由段传递到锚固段，再由锚固段将锚杆拉力传递到稳定土层中去。与其他设置内支撑的支护形式相比，采用锚杆支护形式，节省了大量内支撑和竖向支承钢立柱的设置和拆除，因此经济性相对于内支撑支护形式具有较大的优势，而且由于锚杆设置在围护墙的背后，为基坑工程的土方开挖、地下结构施工创造了开阔的空问，有利于提高施工效率和地下工程的质量。但锚杆支护受到地层条件和环境条件的限制，主要指传力地层的地质条件使锚杆力能否有效地传递，以及锚杆有可能超越用地红线对红线以外的已建建(构)筑物形成不利影响或者形成将来地下空问开发的障碍。

锚杆结构一般由锚头、白由段以及锚固段三部分组成，其中锚固段用水泥浆或水泥砂浆将杆体(普通钢筋或者预应力筋)与土体粘结在一起形成锚杆的锚固体。锚杆按其使用年限分为临时性锚杆(使用时问lt;2 年)和永久性锚杆(使用时问gt;2 年)。临时性锚杆和永久性锚杆的设计安全度、防腐处理以及锚头构造都有不同的要求。作为基坑工程使用的锚杆，有效作用时问通常都在一年左右，因此对用于基坑支护的锚杆可按临时性锚杆考虑。

锚杆支护技术在基坑工程领域经过多年的应用和发展，已经形成多种成熟的、可供选择的锚杆形式。锚杆的具体选型需根据工程水文土层地质条件、周边环境情况以及基坑工程的面积及开挖深度等特点确定^[8]。

1.6深基坑的降，止水

1.6.1降水

在深基坑开挖施工中采取降低地下水位的作用为：

（1）防止基坑坡面和基底的渗水，保持坑底干燥，顺利施工。

（2）增加边坡和坡底的稳定性，防止边坡上或基底的土层颗粒流失。

（3）减少土体含水量，有效提高土体物理力学性能指标。

（4）提高土体固结程度，增加地基抗剪强度。

（5）防止基坑的隆起和破坏。

地下水控制的设计和施工应满足支护结构设计要求应根据场地及周边工程地质条件水文地质条件和环境条件并结合基坑支护和基础施工方案综合分析确定，地下水控制方法可分为集水明排、降水、截水、和回灌等型式，单独或组合使用。

降水有各种不同的方法，应视工程性质、开挖深度、土质特性及经济等因素进行考虑。在选择和设计基坑降水前，必须由甲方提供工程地质勘察资料，建筑物平面图和立面图，建筑物场地附近房屋平面图等，对于重大工程，设计人员除掌握相应资料外，必须在设计前到工程现场亲自了解，最好能目测各土层的土样，对将来降水工程的布置及其与邻近建筑物的影响。

降水方法按降水机理不同，可分为明沟排水和井点降水。明沟排水是在基坑的周围，有时在基坑中心，设置排水沟，每隔30～40cm 设一个集水井，使地下水汇流于集水井内，用水泵将水排出基坑外。明沟排水一般适用于土层较密实，坑壁较稳定，基坑较浅，降水深度不大，坑底不会产生流砂和管涌等的降水工程。井点降水的适用条件较广，并经过二十多年来的应用、发展和改进，已形成了多种井点降水的方法。目前常用的井点降水方法有：轻型井点、喷射井点、电渗井点、深井井点、管井点、辐射井点等。这些有效的降水方法现已被广泛用于各种降水工程中，但由于降低地下水位以后，可能带来一些不良影响，如地面沉降，邻近已有建筑物或构筑物的安全稳定及残留滞水的处理等。

在地下水位以下施工基坑工程时，通常采用井点（垂直和水平井点）降水法来降低地下水位。垂直井点常沿基坑四周外围布设，水平井点则可穿越基坑四周和底部，井点深度大于要求的降水深度，通过井点抽水或引渗来降低地下水位，实现基坑外的暗降，保证基坑工程的施工。经井点降水后，能有效地截住地下渗流，降低地下水位，克服基坑的流砂和管涌现象，防止边坡和基坑底面的破坏；减少侧土压力，增加挖掘边坡的稳定性，有利于边坡的支护和施工；防止基底隆起和破坏，加速地基土的固结作用；有利于提高工程质量，加快施工进度及保证施工安全^[9]。

降水方法适用条件

1.6.2止水帷幕

当降水会对基坑周边建筑物、地下管线、道路等造成危害或对环境造成长期不利影响时，应采用截水方法控制地下水，基坑截水是利用沿基坑周边闭合布置的截水帷幕隔断基坑内外的水力联系，切断或限制基坑外地下水渗流到基坑内。

根据施工工艺基坑截水方法分为：水泥土搅拌桩帷幕、高压旋喷或摆喷注浆帷幕、搅拌-喷射注浆帷幕、地下连续墙或咬合式排桩，应根据工程地质条件、水位地质条件及施工条件进行选用。支护结构采用排桩时，可采用高压喷射注浆与排桩相互咬合的组合帷幕。

采用防水帷幕，用来阻止或限制地下水渗流到基坑中去。采用防水帷幕后，有时还需要在帷幕内或外面降水。常用的防渗帷幕有以下三种：

(1)水泥土搅拌桩 连续搭接的水泥土搅拌桩，是一种最常用的防渗止水结构。水泥土挡墙可以同时起到挡土和止水作用。在钻孔桩排桩挡土时，可以用水泥土搅拌桩止水。

(2)地下连续墙 地下连续墙一般能达到自防渗，不会产生渗漏情况。地下连续墙的防渗薄弱点是墙段间的接头部位，在防渗要求较高时，可在墙段接头处的坑外增设注浆防渗。

(3)水泥和化学灌浆帷幕 在透水的土层内，沿基坑喷射水泥 化学浆以填充土的孔隙，灌浆孔一个紧靠以形成连续防水帷幕^[10]。

1.6.3 降水时的注意事项

在城市中由于深基坑降水，使邻近建筑物下的水位也降低，若其下是软弱土层，则将因水位降低而减少土中地下水的浮托力，从而使软弱土层压缩而沉降，影响邻近建筑物和管线，降水的时候应该注意：

（1）井点降水应减缓降水速度，均匀出水；

（2）井点应连续运转，尽量避免间歇和反复抽水；

（3）降水场地外侧设置挡水帷幕，减小降水影响范围；

（4）设置回灌井系统。

采用止水帷幕，将坑外地下水位保持原状，仅在坑内降水。目前，采用钻孔压浆成桩法、地下连续墙、板桩、深层搅拌桩墙等止水结构形式，效果均较好。其入土深度，取决于土层的透水性，要防止出现管涌、流砂等问题。

当因降水而危及基坑及周边环境安全时，宜采用截水或回灌方法，截水后，基坑中的水量或水压较大时，宜采用基坑内降水；当基坑底为隔水层且层底作用有承压水时，应进行坑底突涌验算，必要时可采取水平封底隔渗或钻孔减压措施保证坑底土稳定^[9]。

1.7深基坑开挖

为了确保工程的顺利进行和周围建筑物的安全，基坑开挖时的注意事项：

（1）基坑开挖应根据支护结构设计降排水要求确定开挖方案；

（2）基坑边界周围地面应设排水沟且应避免漏水渗水进入；

（3）坑内放坡开挖时应对坡顶坡面坡脚采取降排水措施；

（4）基坑周边严禁超堆荷载；

（5）软土基坑必须分层均衡开挖层高不宜超过1m；

（6）基坑开挖过程中应采取措施防止碰撞支护结构工程桩或扰动基底原状土；

（7）发生异常情况时应立即停止挖土并应立即查清原因和采取措施方能继续挖土；

（8）开挖至坑底标高后坑底应及时满封闭并进行基础工程施工；

（9）地下结构工程施工过程中应及时进行夯实回填土施工。

参考文献

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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

2.1工程概况

本工程基坑场地位于苏州市吴中区东吴北路61 号，场地原为吴中人民医院的门诊大楼，东侧为东吴北路，其余各侧均有多层建筑物，周边环境较为复杂。

工程规模：新建主楼包含门急诊、病房、医技和对外办公用房等功能。

基础类型：桩基础

基坑规模：基坑内径20m，深20m，基坑面积约314平米，周长约628米。

2.2场地岩土工程条件

2.2.1 基坑周边环境

拟建场地位于苏州市吴中区东吴北路61 号，场地原为吴中人民医院的门诊大楼，东侧为东吴北路，其余各侧均有多层建筑物，周边环境较为复杂。

综上所述，本基坑属于生命线工程，基坑周边环境十分严峻。

2.2.2 场地工程地质条件

根据提供的场地岩土工程详细勘察报告，与基坑支护工程有关岩土层性质、特征、描述详见表2-1

表格 2-1地层分布情况一览表

2.2.3场地水文地质条件

苏州市为亚热带季风气候，雨量适中，轻度潮湿。根据区域水文地质资料，苏州地区河水历史最高水位2.49m，最低水位0.01m，常年平均水位0.88m；潜水历史最高水位为2.63m，近3～5 年最高潜水位为2.50m，年变化幅度为1.0~2.0m；微承压水历史最高水位为1.74m，近3～5年最高微承压水水位为1.60m，年变化幅度为0.80m左右（以上水位均为黄海标高）。

拟建场地浅部地下水属潜水类型，主要赋存于杂填土底部及第④层粉质粘土上部裂隙中，富水性一般，主要受大气降水和地表径流补给，属典型的蒸发入渗型动态特征类型。勘察期间测得地下水潜水位稳定水位埋深一般在1.10～1.80m之间，其相应标高一般在0.67～1.15m之间，平均为0.95m。钻孔初见水位一般在1.5～2.5m之间。

2.3 基坑特点分析

2.3.1开挖范围较广、深度大

基坑开挖内径20m，深度为20m，呈圆形，基坑周长约628m，属深基坑。

2.3.2周边环境严峻

基坑周边环境严峻，地下车库基坑与生命线工程及邻近建（构）筑物等分布情况详见上节。因此，基坑的安全至关重要。

2.4基坑支护类型

圆形沉井是一种四周有壁，下部有底，上部无盖，通常用钢筋混凝土材料制成的筒形结构物，一般先在地面或人工筑岛面上制作井筒，然后就位再下沉，或就地在井内不断挖土并运出，随着井内土的逐渐挖深，沉井凭借其本身自重，克服井壁与土层之间的摩擦阻力及刃脚下土的阻力不断下沉，待下沉到一定标高后停止挖土，再在其上部接高井筒，然后再挖土使其继续下沉，待达到设计标高后，最后进行沉井封底（包括水下封底和干封底）工作。采用沉井结构时，首先应通过工程勘察报告查清施工现场的工程地质情况，另外还应考虑沉井施工对周围建（构）筑物的影响。

2.5、沉井结构设计

2.5.1 壁厚的确定沉井下沉时，一般是靠沉井的自重克服下沉时的摩擦力而下沉的，因此井壁的厚度均为自重要求所控制。从一些地区的经验来看，为了减少井壁与土壤之间的摩擦力，将井壁外皮做成阶梯形的，把刃脚以上的井壁减薄，这样摩擦力就大大减小，井壁的厚度也就不受自重控制。在这个基础上再校核其自重是否能克服封底后及使用期间相应的最高水位给予井筒的浮力，如不能克服时还应适当加厚井壁。

2.5.2 沉井的平面尺寸

一般由上部结构或构筑物的工艺尺寸决定。需注意的是，沉井在下沉过程中可能发生少许偏斜，考虑时应留有一定的余地，保证在发生规范允许范围内的偏斜时，仍能满足工艺专业或上部结构的要求。

2.6、沉井的下沉与抗浮计算

沉井的下沉一般采用自重下沉，下沉系数是衡量沉井能否顺利下沉的重要数据，下沉系数用Kst表示：

式中：Kst #8212;#8212;下沉系数；

Gk #8212;#8212;沉井自重标准值（kN）；

F_{fw k}#8212;#8212;下沉过程中水的浮托力标准值（kN）；

Ffk#8212;#8212;井壁总摩阻力标准值（kN）。

下沉系数表示沉井自重克服井壁摩阻力下沉，当下沉系数为1.0时沉井处于平衡状态，当下沉系数大于1.0时沉井开始下沉，下沉系数越大，下沉速度就越快。但当下沉系数较大（大于1.5）或下沉过程中遇有软弱土层时，有可能会发生沉井突沉，此时需对沉井进行下沉稳定验算。为了增大下沉系数，除增加自重外，可以考虑使用变截面阶梯形井壁，这样可以减小井壁的摩擦力，从而使得沉井能够更顺利的下沉到设计标高。在地下水位较高的情况下，在使用阶段为了避免沉井在水浮力的作用下发生上浮，沉井自重和上部结构重量必须克服地下水的浮力，最危险的情况还是在沉井已下沉到设计标高，封底完毕后，上部结构尚未施工，这时沉井呈上部敞口的薄壁圆筒状，结构比较轻，但所受浮力较大，所以还需要进行抗浮计算。普遍认为，当沉井封底后此时井壁周围土壤已回复，计算抗浮力时，除井壁自重外，还应考虑井壁周围土的主动土压力产生的对井壁的反摩擦力，对于变截面阶梯形井壁，这一土壤对井壁的摩擦力将更大。为了满足抗浮要求同时尽量减轻沉井自重，也可以将沉井的底板混凝土和封底混凝土采取加插筋等措施，使封底混凝土和底板拉结，共同起到抗浮作用。

2.7、刃脚的计算

沉井的刃脚，主要是在施工下沉时保证挖土和挡土作用，当沉井结构底板浇筑后，其作用就已改变。因其受力比较复杂，一般按下述两种最不利情况，取单位宽度作为悬臂梁来计算。

2.7.1 刃脚向外弯曲受力计算

假定沉井在刚刚抽除垫木，开始下沉时，刃脚斜面切进内侧土层，因斜面部分受到地基反力而形成向外推力引起根部的弯矩，对圆形沉井还产生了环向的拉力。

近年来，为了节约木材和成本，沉井制作已很少采用垫木，大部分沙垫层上，浇筑厚10～20cm做刃脚支承素混凝土。沉井起沉时，直接在刃脚内侧周边挖土（沙），这种情况下，刃脚切土向外推的弯矩就非常的小。

2.7.2 刃脚向内弯曲受力计算

当沉井下沉到接近设计标高而准备封底时，刃脚内的侧土已掏空，此时刃脚外侧水平土压力最大，在外侧土、水压力作用下，刃脚产生向内弯曲。一般选了刃脚下部变截面处部分作为影响区，按其固定于上部不变截面，作为悬臂构件计算配制双层竖向钢筋。

2.8、井壁的计算

井壁的计算分为竖向的弯曲计算、抗拉计算和环向水平内力计算。

2.8.1竖向弯曲计算

沉井下沉前应根据井壁的支承情况，对井壁竖向受力进行强度计算。当沉井制作采用垫木支承时，垫木可按周边均匀布置，支点数量可根据沉井的直径、砂垫层厚度及持力层的极限承载力决定。此时沉井的受力可按简支深梁计算。当沉井采用素混凝土垫层来代替垫木支承时，按弹性地基梁计算。

2.8.2环向计算

圆形沉井的井壁是筒壳，当承受井壁外侧径向均匀水土压力作用下时，截面基木上不产生拉应力。而实际上，下沉过程不可能很平稳，尤其是大型圆形沉井在外荷载作用下，其截面就不可能处于均匀受压，必然导致井壁出现一定的弯曲应力。目前通用的计算方法是假定在90#176;方向土摩擦角相差5#176;～10#176;。以此来计算土压力的差值。

一般地，井壁的环向计算可以从封底前和底板浇筑后两个方面进行计算。封底前，可以分别取刃脚根部以上1.5倍井壁厚度一段进行环向计算。底板浇筑后，按底板处为简支，井上口处为自由的筒壳计算，取底板中心面所在的截面为计算截面。

（三）竖向抗拉计算

对于土质均匀软土地基上的沉井（下沉系数大于1.5）一般不需要竖向抗拉计算。当土质较好，土对井壁下沉的摩阻力较大有可能出现刃脚悬空现象，或者上层土质较硬下层土质较软，沉井下沉时卡在硬土层上，此时需要对沉井进行抗拉计算。

2.9、底板计算

钢筋混凝土底板作为受力构件，承受全部地基反力，反力按均布考虑，底板中心有径向、切向相等的弯矩，底板内力按周边简支或周边固支的圆板计算，再配制双向钢筋。

2.10相关图件

1.计算断面土压力分布图（两个断面，两张）

2.基坑支护结构平面图一张

3.支护结构剖面图一张

4.圈梁配筋详图二张

5.钻孔灌注桩截面图一张

6.立柱大样图一张