1、 某某 T 形沉井基础及下沉稳定性施工设计形沉井基础及下沉稳定性施工设计 作者：佚名 1、工程概况及特点、工程概况及特点 某污水处理厂粗格栅及进水泵房采用现浇钢筋混凝土结构、 沉井法施工。 进水泵房、粗格栅平面均为矩形，两者组合形成平面“T”形。 进水泵房钢筋砼结构外部平面尺寸为 13.9 7.4m， 内有六道梁； 粗 格栅钢筋砼结构外部平面尺寸为 13.25 8.8m，内有两道隔墙，隔 墙厚 0.4m。沉井在刃脚位置被梁和隔墙分成六格。沉井刃脚处宽 1.2m，刃脚底宽 0.4m，高 1.6m；井壁厚 0.7m；沉井高 12.63m。 根据设计及以往施工经验，沉井施工拟分两次浇筑、两次下沉；
2、沉井采用不排水法下沉。沉井平面、剖面分别如图 1、图 2 所示。 该沉井基础施工具有以下特点： （1）混凝土一次性浇筑高度高（每节高约 6.5m），即重心 高，稳定性差； （2）仅靠第一节下沉后形成的支撑力不能满足第二节制作时 的稳定要求； （3）形状特殊，为“T”形，重心与形心不重合，增加了沉井 基础施工难度。 2、地质情况、地质情况 拟建场区原为水田，淤积着大量的淤泥，已提前予以挖除。 该工程的地质勘察报告显示， 沉井设计刃脚底标高-3.35m 位于 5-1 含圆砾细砂层。该处自上而下土层分布及各参数见表 1 所示。 表 1：土层物理力学性能指标表 土层名称 层底天然直快剪值 地基承 刃脚
3、所 标高 （m） 容重 kN/m3 凝聚力 C （kPa） 内摩檫角 （度） 载力 （kPa） 处土层 1 耕植土 6.57 2-1 粉质粘土 5.62 18.8 28 12.5 100 3 粘质粉土混 砂 2.52 18.7 10 24.3 75 4-2 砂质粉土 1.12 18.9 9 28.2 120 第一次 沉刃脚 底 4-2 夹淤泥质 粉质粘土 -0.13 70 4-2 砂质粉土 -2.28 18.9 9 28.2 120 5-1 含圆砾细 砂 -5.23 19.1 11 27.7 135 设计刃 脚底 3、沉井基础设计及施工、沉井基础设计及施工 3.1 沉井第一节自重 经计算，沉井
4、第一节自重 G1=8759kN； 即沿刃脚每延米沉井重 q1=8759kN/70.7m=124kN/m； 考 虑 施 工 荷 载 ， 取 沿 刃 脚 每 延 米 沉 井 重 Q1=1.15q1=124 1.15=143kN/m。 3.2 沉井基槽开挖 为了减少沉井立模支架的高度、下沉深度和便于施工，淤泥 挖除后再开挖深约 0.7 米的基槽（基础座落于 2-1 层），以方便垫 层基础施工，开挖边坡 1：1，四周设排水沟，通过水泵排水，保 证施工需要。 3.3 砂垫层厚度计算及铺设 根据砂垫层允许承载力的计算公式： P=（1+2Htg）-H 其中： 地基承载力， 现基础位于 2-1 层， 取=10
5、0kPa； 砂垫层扩散角，取 =40； 粗砂容重，取 =16.5kN/m3； H 粗砂垫层厚度； P砂垫层允许承载力，取设计值P=160 kPa。 经计算，H=0.4m。 考虑砂垫层采用小型平板式振动机械压实，其压实系数取 0.96，故取砂垫层设计厚度 H=0.5m。基坑排水后，在井壁外 2m 范围内整个基槽铺设中粗砂垫层， 3.4 承垫木间距计算 承垫木采用标准枕木，标准枕木截面尺寸 25cm 16cm，长度 2.5m。 每延米所需枕木数： n=Q1/（F P） 其中： Q1每延米沉井重 143kN/m； F枕木接触面积，标准枕木 F=2.5 0.22=0.55m2； P砂垫层允许承载力，取
6、设计值P=160kPa。 计算得 n=1.63，所以承垫木间距 1/1.63=0.61m，取设计承垫 木间距 0.5m。 在砂垫层上的沉井墙壁转角处分别设八组定位支架，定位支 架为每五根枕木密排；再沿刃脚轴线的垂直方向，铺设枕木，枕 木中心间距 50cm。枕木铺设要求平整，其高差不宜大于 10mm， 以利受力均匀。 枕木间的间隙用中粗砂找平、平板振捣器振平、密实，中粗 砂铺设宽度、位置同枕木长度。然后沿刃脚底面位置再浇筑 5cm 厚 C10 素混凝土（其下先设置一层宽 50cm 的塑料薄膜，以与枕 木隔离），素混凝土基础的水平投影面控制在刃脚两侧模板范围 内，宽度同刃脚底面宽，为 40cm，作
7、为沉井浇筑前的基础，具体 见图 3 所示。 图 3：刃脚基础设计断面示意图 4、第二节沉井混凝土浇筑时的稳定性验算及技术处理、第二节沉井混凝土浇筑时的稳定性验算及技术处理 第一节沉井下沉到标高（露出地面 50cm）时，浇筑第二节沉 井的稳定性计算如下： 4.1 第二节沉井自重及总重 第 二 节 沉 井 自 重G2=8216kN ， 考 虑 施 工 荷 载 取 G2=1.15G2=9448kN 。 即 第 一 节 和 第 二 节 沉 井 总 重 G=8759+9448=18207kN。 4.2 由于采用不排水法下沉，此时井内（地下）水位在第一 节 沉 井 下50cm （ 即5.5m标 高 ） 位
8、 置 ， 浮 力 F=rWV=10 337.4=3374KN 其中水的重度 rW=10KN/m3， 水位 5.5m 标高下钢筋砼沉井体 积 V=337.4m3 4.3 外露 50cm 时，井周摩阻力 T1=S fk =380 17=6460kN 其中井周与土接触面积 S=380m2；fk 为井周摩阻系数，取 fk=17kPa。 4.4 刃脚踏面阻力及横隔梁下阻力 T2= S =（70.7 0.7+6.4 0.4） 120=6553kN 其中刃脚踏面积、横隔梁踏面积之和 S 为（70.7 0.7）m2+ （6.4 0.4）m2，土基承载力在 4-2 砂质粉土层，取=120 kPa。 4.5 总向
9、上的力为 T=F+ T1+ T2=3374+6460+6553=16387kN 4.6 总向下的力（自重和施工荷载）为 G =18207kN 4.7 稳定系数 kst,s=G/T=18207/16387 =1.111.05,由于稳定 系数较大，可能产生自沉，需进行止沉处理。 4.8 防止自沉的处理措施 在以往干沉法（即排水法）施工中，通常采用加设“帽沿”或 在井外壁换填塘渣的方法，来增加侧壁摩阻力。本次施工在保持 井内水位高度维持在与基槽水平（此时浮力最大）的同时，将在 井内回填材料，来增加侧壁的摩阻力。 由于采用的是不排水法下沉，井内土体通过冲水已稀释成泥 浆，再用泥浆泵排至沉淀池，显然沉淀
10、池的沉淀物不可以作为回 填材料。 而根据地质报告， 在厂区内 4.5m 深度范围内土质为耕植 土、粉质粘土、粘质粉土混砂，若取土回填在井内，无疑将会被 稀释成泥浆，并且小颗粒材料的摩阻系数相对较小；若改用塘渣， 塘渣粒径太大，无法采用不排水法用泥浆泵排出；最后确定采用 中粗砂作为回填材料，来增加对侧壁的摩阻力。 已知井内周长 167.2m，中粗砂对侧壁的摩阻系数 fk 砂 =20kPa。取回填中粗砂高为 1.6m，即所增加对侧壁的摩阻力 f=167.2201.6=5350kN T=T+f=16387+5350=21737kN 下沉稳定系数 kst,s=G/T=18207/21737=0.84，
11、满足给水 排水钢筋混凝土沉井结构设计规程CECS137：2002 的稳定系数 0.80.9 的要求。 回填中粗砂在第二节沉井制作前进行，以方便材料的运输和 施工，由于中粗砂是在水下，可用插入式振捣器振捣密实。之后 再进行钢筋、模板安装，有足够的自密实时间。 5、超沉验算、超沉验算 G 总= G1+ G2=8759+8216=16975kN 沉到位刃脚踏面处于 5-1 层，fk=135kPa。 经计算，不会产生超沉。 6、抗浮计算、抗浮计算 在水下混凝土浇筑后， 底板施工前， 按照 7.0m 标高水位计算， 刃脚底标高-3.35m。 水深 h=7-（-3.35）=10.35m 在水中的体积 V=
12、2271 m3 浮力 F 浮=10 2271=22710kN 沉井自重 G 总= G1+ G2=8759+8216=16975kN 侧壁所受的摩阻力 T 阻=69.1 9.35 17=10983kN，其中周长 S=69.1m，沉井埋深 h=9.35m，土对侧壁的摩阻系数 fk=17kPa。 向下的力 T 总=16975+10983=27958kN 抗浮系数 K=27958 KN/22710KN =1.23KfW=1.0，满足给 水排水钢筋混凝土沉井结构设计规程CECS137：2002 的抗浮要 求。 7、结束语、结束语 根据以上的计算设计，在实际施工中予以了实践，并作了观 测监控。 第一节混凝
13、土浇筑完成，基础沉降值最大为 8mm，不均匀沉 降最大为 5mm；第二节混凝土浇筑完成，基础沉降值最大为 10mm，不均匀沉降最大为 4mm；观测结果验证了基础及下沉稳 定性设计、验算的正确性。 封底混凝土灌筑完成 14 天后，把井内水打干，对封底混凝土 检查，未发现渗漏现象；同时我们对沉井作了轴线、标高复测， 与设计相比，轴线偏差为横向 10mm、纵向 18mm，标高最大偏差 为 8mm， 相邻观测点不均匀高差为 4mm， 均很好的满足了设计和 施工质量标准要求。 参考文献： 1、 给水排水钢筋混凝土沉井结构设计规程 CECS137： 2002 2、钢筋混凝土沉井结构设计施工手册 中国建筑工业出 版社 葛春辉主编
