GBT 51130-2016 沉井与气压沉箱施工规范.pdf

面上制作井筒，通过井内取土使之下沉至地下预定深度的 构。

pneumaticcaisson

地面上制作具有水平封板的井筒，在封板下形成气压工作室， 向工作室内加气平衡水土压力进行挖土作业，下沉至地下预定深 度的地下结构。

floating open caisson

暖通空调施工组织设计floating open caisson

把沉井部分或全部的井壁做成箱型结构，或使其漂浮在水中， 并将其拖运到指定位置的沉井

乍好的箱体浮运到指定位置的

working pit

沉并或沉箱与土体接触的结构外壁。

cutting edge

井（箱）壁最下端支承沉井与沉箱的重量、切土下沉和挡土的 刃状结构。

subsidence factor

沉井与气压沉箱下沉时向下作用力与阻力的比值

workingchamber

气压沉箱下部加气平衡水土压力和取土作业的工作空间

2.1.10气压沉箱工作室顶板

2.1.10气压沉箱工作室顶

由地面操作室控制气压沉箱工作室内的机械挖掘系统

并（箱）体沿高度分节，将所有节段制作完成后一次性下沉的 施工方法。

2.1.13多次制作多次下沉法

用压重或地锚反力装置将井（箱）体压至地下预定深度的施工 方法。

沉井下沉过程中，使并内保持无水状态进行取土的下沉方法

沉井下沉过程中，使并内保持无水状态进行取土的下沉方法

2.1.16不排水下沉法

沉井下沉过程中，控制井内水位保持井内水土稳定，进行水下 取土的下沉方法。

2.1.17空气幕减阻法

通过井壁管路向外壁注入空气，在井壁与土体之间形 推幕，降低井壁摩阻力的方法

2.1.19泥浆套减阻法

通过井壁管路向外壁注入泥浆，在井壁四周形成泥浆套，降低 井壁摩阻力的方法。

2.1.20筑岛施工法

在位于浅水区域或邻近水域的岸滩上施工沉井或沉箱时，预 先堆积出高于水面的人工岛进行作业的施工方法。

2.2.1作用及作用效应：

.作用及作用效应： Eep.k 沉井后侧主动土压力标准值之和： Epk 沉井前侧被动土压力标准值之和； a 修正后的地基承载力特征值； fkx 侧壁与土的极限摩阻力标准值； f 混凝土轴心抗拉强度设计值； fk 单位极限摩阻力标准值： fki 第层土的单位摩阻力标准值： F 下沉过程中气压的浮托力； Fbf.k 沉井底面有效摩阻力标准值之和； Fk 基底的水浮托力标准值； Fu 下沉过程中气压或地下水的浮托力： Fw 下沉过程中地下水的浮托力； Gk 沉并、气压沉箱自重，包括外加助沉重量的标准值： Gkc 接高后的井（箱）体重量； G 沉井与气压沉箱第一节沿井壁单位长度重量： Gik 下沉到设计标高后井（箱）体的重量标准值； M 每米宽度最大弯矩的设计值： M外 外力矩； Maov.k 沉井抗倾覆弯矩标准值之和； CMov.k 沉井倾覆弯矩标准值之和： 力 基底压力标准值： Pg 气压沉箱工作室内气压值； Ri 刃脚下地基极限承载力； R2 隔墙和底梁下地基极限承载力； Rk 地基极限承载力： Tf 侧壁与土的总摩阻力标准值；

Eep.k 沉井后侧主动土压力标准值之和； Epk 沉井前侧被动土压力标准值之和； fa 修正后的地基承载力特征值； fkx 侧壁与土的极限摩阻力标准值； f 混凝土轴心抗拉强度设计值； k 单位极限摩阻力标准值： fki 第层土的单位摩阻力标准值： F 下沉过程中气压的浮托力； Fbf.k 沉井底面有效摩阻力标准值之和； Fk 基底的水浮托力标准值： Fu 下沉过程中气压或地下水的浮托力： Fw 下沉过程中地下水的浮托力； Gk 沉并、气压沉箱自重，包括外加助沉重量的标准值： Gke 接高后的井（箱）体重量； G 沉井与气压沉箱第一节沿井壁单位长度重量： Gik 下沉到设计标高后井（箱）体的重量标准值： M 每米宽度最大弯矩的设计值； M外 外力矩； ZMaov.k 沉井抗倾覆弯矩标准值之和； Mov.k 沉井倾覆弯矩标准值之和： 力 基底压力标准值： Pg 气压沉箱工作室内气压值； R1 刃脚下地基极限承载力； R2 隔墙和底梁下地基极限承载力； Rk 地基极限承载力： T 侧壁与土的总摩阻力标准值；

k 充盈系数； ks 沉井抗滑移系数； kst 下沉系数； ke 接高稳定性系数； kt 抗浮系数； kov 沉井抗倾覆系数； 7 被动土压力利用系数

3.0.1沉井适用于在其影响范围内无重要建（构）筑物及地下管 线等的环境，气压沉箱适用于对周边环境要求较高或对地下水控 制有要求的环境。 3.0.2沉井与气压沉箱施工计算必须具备岩土工程的勘察资料， 勘察和钻孔应符合下列规定： 1面积不大于200m的沉井与气压沉箱，不应少于2个 钻孔； 2面积大于200m的沉井与气压沉箱，形状为矩形时，在四 个角点应各布置一个钻孔；形状为圆形时，在两个相互垂直的直径 端点应各布置一个钻孔； 3特大沉井与气压沉箱可根据设计要求增加钻孔数量； 4钻孔底标高应低于沉井与气压沉箱的终沉标高不少于 5.0m; 5软土地层应采用静力触探的方式进行钻孔，勘探孔应穿透 软弱土层或达到预计控制深度。 3.0.3 沉井与气压沉箱工程施工前，应具备下列资料： 设计施工图； 2 施工区域内的气象和水文资料； 3 岩土工程勘察报告； 4 拟建工程施工影响范围内的建（构）筑物、地下管线和障碍 物等环境保护的相关资料； 5测量基线和水准点资料； 6施工组织设计及施工方案； 7 防洪、防汛、防台风的有关规定

3.0.4水域沉并与沉箱施工前除应符合本规范第3.0.3条的规 定外，尚应符合下列规定： 1应查明河流规划宽度、通航情况以及断面尺寸等条件； 2应搜集工程河段水文资料、洪水特性、各频率流量及洪量 水位流量关系、冬季冰凌情况、泥石流以及上下游水利水电工程对 本工程的影响情况。 3.0.5原材料进场时，应具有产品合格证、出厂试验报告。进场 后应进行材料验收和抽检，质量检验合格后方可使用。 3.0.6沉井与气压沉箱施工前应熟悉施工图，掌握设计意图与要 求，实行自审、会审（交底）和签证制度；发现施工图有疑问、差错 时，应及时提出意见和建议。 宝平如城业营自业知能化你业的饰工

求，实行自审、会审（交底）和签证制度，发现施工图有疑 时.应及时提出意见和建议

3.0.7气压沉箱施工宜采用机械化、信息化、智能化作业的施工 工艺。

3.0.8沉井与气压沉箱在施工期间及使用过程中，应对具

4.1.I沉开施工前应对垫层厚度、下沉系数、接高稳定性 凝土等内容进行计算与验算，计算和验算时所取的作用 标准值。

4.1.2气压沉箱施工计算除应符合本规范第4.1.1条的

1在下沉阻力计算中，除箱壁侧摩阻力、刃脚反力外，尚应包 括气压浮托力； 2工作室顶板的计算荷载应根据不同工况确定，应取配重 自重、地基反力、水浮力和气压浮托力的最不利工况，且不应计人 封底混凝土的作用

4.1.3水域沉井与沉箱在溜放、拖运以及沉放施工时.F

4.1.4钢筋混凝土沉井与气压沉箱在分节制作时，每节井

地基承载力特征值，以后各节接高制作时应符合地基极限承载力 的要求。

4.1.6沉井与气压沉箱地基承载力及软弱下卧层验算斤

国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007的规定执行。

4.2. 1开挖工作坑遇有暗塘、暗沟、I

4.2混凝土垫层及砂垫层

加固处理，工作坑的开挖应符合现行行业标准《建筑基坑支护技不 规程》JGJ120的规定。

加固处理，工作坑的开挖应符合现行行业标准《建巩基巩 规程》JGJ120的规定。 4.2.2砂垫层的厚度应根据沉井与气压沉箱的重量和地基土的 承载力按下列公式计算确定（砂垫层计算简图见图4.2.2），且不 宜小于600mm

承载力按下列公式计算确定（砂垫层计算简图见图4.2.2），且不 宜小于600mm。

图4.2.2砂垫层计算简图

Go +yhs D= 2h,tanα+B. p

式中：力 基底压力标准值（kN/m）； 砂垫层厚度（m）； Go 沉井与气压沉箱第一节沿井壁单位长度重量（kN/m） 砂的天然重度（kN/m），可取15kN/m；

BL 素混凝王垫层的宽度（m），BL=B十2bl，计算时取 bi =he; b—素混凝土外挑宽度（m）,可取b1≥h（h。为素混凝土 垫层厚度）； 砂垫层的压力扩散角（），可取30°； fa一修正后的地基承载力特征值（kPa)； b一一刃脚踏面宽度（m）； B一刃脚宽度(m）。

4.2.3砂垫层的宽度宜根据素混凝土垫层边缘向下按砂垫层的 压力扩散角α扩散确定，即按下式计算确定：

Bs ≥2h,tana + B

式中：Bs 砂垫层的底面宽度（m）。

砂垫层的底面宽度（m）。 素混凝土垫层的厚度hc不应小于150mm，且不宜大于 混凝土的强度等级不应低于C20

4.3.1沉井与气压沉箱壁阻力沿井（箱）壁深度方向

4.3.1沉井与气压沉箱壁阻力沿井（箱）壁深度方向的分布，侧阻 力计算应符合下列规定（图4.3.1）：

3.1摩阻力沿井（箱）壁外侧分布

并（箱）壁外侧为直壁式并壁时，应按下列公式进行计算：

0 5

式中：fkx一 侧壁与土的极限摩阻力标准值（kPa）； hx一计算点距离地面的深度（m）； fk一一单位极限摩阻力标准值（kPa)，多层土按照深度取 加权平均值。 2井（箱）壁外侧为阶梯式井壁时，应按下列公式进行计算：

：h一一刃脚到井（箱）壁变截面高度（m）。 2井（箱）壁外侧与土层间的极限侧阻力标准值应根据

4.3.2井（箱）壁外侧与土层间的极限侧阻力标准值应根据工程 地质条件，通过试验或对比工程的经验资料确定。当无试验或无 可靠资料时，可按表4.3.2选用

4.3.2并（箱）壁外侧与土层间的极限侧阻力标准值

地质条件，通过试验或对比工程的经验资料确定。当无访 可靠资料时，可按表4.3.2选用

表4.3.2极限侧阻力标准值

注：灌砂助沉适用于阶梯形井壁外侧

4.3.3侧壁与土的总摩阻力T值应按下式计算

4.3.3侧壁与土的总摩阻力T值应按下式

fk第i层土的单位摩阻力标准值（kPa）； H;一一第i层土的厚度(m)

沉井与气压沉箱下沉系数计算应符合下列规定： 采取刃脚留土下沉时，沉井下沉系数应按下列公式计算

沉箱下沉系数计算应符合下列 土下沉时，沉井下沉系数应按

GkFw Fw=wV Ri =U(6+号)R R2 = A,R+A,R

行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007的规定进行深度 修正，且应增加刃脚处砂对刃脚的摩阻力值。 3采取刃脚留土下沉时，气压沉箱下沉系数应按下列公式 计算：

武中：Fg 下沉过程中气压的浮托力（kN），气压沉箱接高时取 气压浮托力标准值； Pg一一气压沉箱工作室内气压值(kPa)； S一一气压沉箱工作室顶板与气压接触的面积（m）。 4下沉系数宜为1.05～1.25，在下沉过程中遇有软弱土层 时宜为0.8~0.9。

4下沉系数宜为1.05～1.25，在下沉过程中遇有软弱土层 时宜为0.8~0.9。 4.4.2当沉井与气压沉箱多次制作下沉时，应按下列公式进行接 直移宝性於管

4.4.2当沉井与气压沉箱多次制作下沉时，应按下列公式进行接 产物产篮

4.4.2当沉与气压沉箱多次制作下沉时，应按下列公式进行接

式中：k。 接高稳定性系数； Gkc—一接高后的井（箱）体重量（kN)； F.一一下沉过程中气压或地下水的浮托力（kN），当沉井下 沉时，取F.三Fw，当气压沉箱下沉时，取F。=Fg

4.5.1干封底混凝土厚度应符合设计要求，且不宜小于0.4m，并 应保证钢筋混凝土底板能够顺利施工。 4.5.2水下封底混凝土的厚度除应符合井（箱）体的强度和抗浮 然

要求，尚应按下式计算：

5.72M +hu bof.

式中：ht 水下封底混凝土厚度（mm）； 每米宽度最大弯矩的设计值（N·mm）； b。一一计算宽度（mm），取1000mm； f 混凝土轴心抗拉强度设计值（N/mm）； 附加厚度（mm），可取300mm。

f.一一混凝土轴心抗拉强度设计值（N/mm）； h.一一附加厚度（mm），可取300mm。 4.5.3沉井与气压沉箱封底前，应进行抗浮验算。沉井与气压沉 箱抗浮应按封底时可能出现的最高水位进行验算。抗浮系数应按 下式计算，但不应小于1.0：

4.5.3沉井与气压沉箱封底前，应进行抗浮验算。沉

箱抗浮应按封底时可能出现的最高水位进行验算。抗浮系 下式计算，但不应小于1.0：

式中：k一抗浮系数； Fk一一基底的水浮托力标准值（kN）； Gik一下沉到设计标高后井（箱）体的重量标准值（kN）。 4.5.4当封底混凝土与底板间有拉结钢筋等可靠连接时，封底混 凝土的自重宜计入抗浮重量的一部分，且k应大于1.05。 4.5.5沉井采用导管法进行水下混凝土封底时，导管的平面布置 应符合下列规定（图4.5.5）：

式中：k~ 抗浮系数； Fk 基底的水浮托力标准值（kN）； Gik 下沉到设计标高后井（箱）体的重量标准值（kN）

。5.5沉井采用导管法进行水下混凝土封底时，导管的平面布置 应符合下列规定（图4.5.5）： 1 导管扩散半径不宜大于4.0m； 2 导管插人深度不宜小于1.0m； 3 导管浇筑时距离基底面高度宜为0.3m~0.4m； 4 水下封底混凝土初灌量应按下列公式计算，

1 导管扩散半径不宜大于4.0m； 2 导管插人深度不宜小于1.0m； 3 导管浇筑时距离基底面高度宜为0.3m~0.4m； 4 水下封底混凝土初灌量应按下列公式计算

式中：V 混凝土初灌量（m）； 水位面至基底的深度（m）； 导管内混凝土柱与管外泥浆柱平衡所需高度（m）； h2 初灌混凝土下灌后导管外混凝土扩散高度（m），取 1.3m~1.4m;

d 导管内径（m）； 扩散半径（m）； k 充盈系数，宜取1.3； 混凝土重度，取23kN/m3

图4.5.5混凝土初灌量计算示意 1一料斗：2一导管；Hw一水位

.0.1 存运优开或存运优相优大何保前，应验定 运阶段的稳定倾斜角Φ不得大于6°。稳定倾斜角Φ角应按下列公 武计算：

式中：中 浮运沉井或浮运沉箱浮运阶段的倾斜角（°）； 外力矩（kN·m）； V排 排水体积（m）； 浮运沉井或浮运沉箱重心至浮心的距离（m），重心在 浮心之上为正，反之为负； 定倾半径（图4.6.1），即定倾中心至浮心的距离（m） I 浮运沉井或浮运沉箱浸水截面面积对斜轴线的惯性 矩（m）。

图4.6.1水中浮运沉井与浮运沉箱 D一重心；C一浮心;O一定倾中心

4.6.2浮运沉箱下水前混凝土强度应符合设计要求。根据施工

4.6.2浮运沉箱下水前混凝土强度应符合设计要求。根据施工 情况复核沉箱的浮运稳定性，不符合要求时，应采取适当措施。 4.6.3位于水域岸边的沉井与沉箱，前后两面水平作用不均衡时 应按下列公式验算沉井的滑移和倾覆稳定性

ks ≥1. 3 Eep.k

式中：ks 沉井抗滑移系数； 7 被动土压力利用系数，施工阶段取0.80钢结构计算、软件，使用阶段 取0.65； Eep,k 沉井后侧主动土压力标准值之和（kN）； Epk 沉井前侧被动土压力标准值之和（kN）； Fbf.k 沉井底面有效摩阻力标准值之和（kN）。 2抗倾覆验算：

kov ≥ 1. 5 Maov.k kov M.v.k

式中：kov 沉井抗倾覆系数； ZMaov.k 沉井抗倾覆弯矩标准值之和（kN·m） ZMouk 沉井倾覆弯矩标准值之和（kNm）

工字钢标准4.6.4浮运沉箱水上运输可用浮运拖带法、半潜驳或浮

箱进行吃水、压载和浮游等稳定验算。验算应符合下列规定： 1验算浮运沉箱吃水时，应准确计入浮运沉箱内实际的残余 水和混凝土残屑的重量、施工操作平台和封舱盖的重量； 2验算吃水、王高度和稳定性时，应分别对空载和不同拖

带工艺下不同稳定要求等情况进行计算； 3浮运沉箱压载宜用砂、石、混凝土块等固体物；用水压载 时，应精确计算自由水面对稳定性的影响。 4.6.6水深小于5.0m的浅水地段，宜采取现场人工筑岛进行沉 并与沉箱制作与施工。岛面标高应高出施工期最高水位0.5m以 上，下沉结构边线外侧应留设护道；无围堰时四周护道宽度不应小 于2.0m，有围堰时应按下式确定且不应小于1.5m，设置其他施工 设施时应另行加宽或按设计要求