软土地层的沉井结构设计与施工.pdf 2页

'2014年2月建材与装饰规划与设计软土地层的沉井结构设计与施工郑桂敏（福州城建设计研究院有限公司福建福州350001）摘要：沉井指在地面制作后，从井内部取土下沉至预定标高的结构。在地下工程构筑物建设中，沉井是较为常用的结构形式，特别是在软土地层，以沉井井壁作为支挡结构，可有效降低工程风险，加快施工进度，本文主要阐述了软土层地区的沉井结构设计与施工。关键词：软土地层；沉井；设计；施工；下沉稳定性中图分类号：TU753.64文献标识码：B文章编号：1673-0038（2014）08-0015-02引言3沉井结构设计由于软土地层存在较多不确定因素，在沉井设计及施工过程3.1沉井下沉过程分析计算均需相关人员对各种不利工况的出现有足够的应对措施。以下沉井设计及施工的难点在于如何更好地控制沉井下沉过程主要根据实例对软土层地区的泵站沉井结构设计与施工要点进的稳定性。下沉系数体现井体下沉的速度和难易程度，一般控制行分析。在1.25左右，系数过大说明沉井下沉速度过快，容易出现井体倾1工程概况斜和失控。下沉稳定系数主要体现下沉到位后的沉井止沉稳定某地下式泵房为钢筋混凝土沉井结构，尺寸如图1所示。沉性，若地层过于软弱，容易出现突沉和超沉的问题。井平面为矩形，剖面也为矩形，平面尺寸15m伊14m，沉井高度为3.1.1沉井自重（含内隔墙及扶壁柱及横梁重）沉井井壁钢筋混凝土容重按25kN/m3计，G=14680.2kN。9.5m，施工时采用分次制作，两次下沉。第一次制作高度为4.5m，第二次制作高度为5m。井壁上部厚度为700mm，下部厚度为3.1.2摩阻力及下沉系数900mm。沉井纵向中部设有内隔墙一道；横向中部设置一道钢筋软弱土地层，为增加井壁的土摩阻力，井壁变壁厚采用内置混凝土扶壁柱，并设若干道水平支撑横梁，增加沉井侧壁刚度，台阶式。并有效减小井壁的水平计算跨度。Ffk=（15伊0.5伊5+15伊4.5）伊（14+15）伊2=6090kN3.1.3下沉系数G-FK=kfw.kstFfk式中：Gk-沉井自重标准值；Ffw，k-下沉过程中水的浮托力标准值；Ffk-井壁总摩阻力标准值。G-F14680.2-0要求下沉系数K逸1.05，Kkfw·k==2.41>ststF6090fk1.05，满足要求。3.1.4下沉稳定控制及稳定系数计算沉井在软弱土层中下沉，当下沉系数较大时（一般大于1.5），或在下沉过程中遇有特别软弱土层时，需进行下沉稳定验算，以防止突沉或下沉标高难以控制。规范规定，下沉稳定系数为0.8~图1沉井纵向剖面图0.9，若超过该值，应采取必要的措施来控制，否者下沉到位的井2地层情况壁，仍可能继续下沉；分次下沉的沉井，在接高井壁，增加重量根据地勘报告，地层情况从上至下为：淤杂填土，层厚0~时，会出现突沉，下沉稳定系数应<1.0。在排水法施工中，一般采2.0m；于粉质粘土，层厚3.1~4.5m，fak=100kPa；盂淤泥质粘性土，用加设“帽沿”或在井外壁换填塘渣（注：塘渣是风化石和土的混层厚9.1耀-11.8m，fak=50kPa；榆粉质粘土，层厚3.1耀-1.8m，fak=合物），来增加侧壁摩阻力。不排水法下沉施工时，可采用中粗砂180kPa。基础持力层处于：盂淤泥质粘性土。计算土侧摩阻力时作为井内换填材料，来增加对侧壁的摩阻力，并利用水浮力来减主要土层厚取：于粉质粘土，层厚3.5m，fk=20kPa；盂淤泥，层厚轻井体自重。5.5m，fk=12kPa，井壁侧面的摩阻力取加权平均值：fk=3.5伊20+5.5伊由于本工程基础持力层处于较为软弱的淤泥质粘性土上，采12=15kPa。用在井壁四周进行高压旋喷桩地基处理，处理范围为盂淤泥质根据地层情况可得出该地层属于软土地层，考虑施工的便利粘性土层，在增加井壁土层摩阻力的同时，对井底的地基也进行性，采用排水下沉。·15· 规划与设计建材与装饰2014年2月地基加固处理。地基处理后井壁土侧摩阻力可取25kPa。使用阶段的井壁可根据井壁与底板间凹槽形式及钢筋预留首节下沉到位，上节沉井混凝土浇筑完毕而尚未开始下沉时：情况，确定采用底部固接或铰接的双向或单向板计算复核配筋。F=（20伊0.5伊3.5+25伊1）伊（14+15）伊2=3480kN沉井井壁内力及配筋计算应满足所有不同阶段所需的各项要求。fk根据相关规范及勘察报告，淤泥土极限承载力取为200kPa，4施工要点刃脚踏面宽度为0.4m，底梁宽1.2m，其总面积为Ab。4.1沉井下沉A=（15-0.4+14-0.4）伊2伊0.4+（14+15）伊1.2=57.36m2b沉井的下沉方式采用排水法取土下沉。下沉取土采用10t履则沉井刃脚踏面土极限承载力之和：Rb=200伊57.36=11472kN带吊车抓土并及时外运，吊车抓土时，应先四周后中间，逐渐扩G-F忆14680.2-0K=kfw·.k==0.98<1.0，满足要求。大抓土范围，使沉井内土体成反锅底状，以防止井底土体的隆st，sF忆fk+Rb3480+11472起，起到稳定作用。沉井在下沉过程中应尽量控制下沉速度，均式中：Kst，s-下沉稳定系数；F忆fw，k-水的浮托力标准值；F忆fk-井匀下沉，使沉井在一开始便形成一个良好的下沉导向。下沉过程壁总摩阻力标准值；Rb-沉井刃脚、隔墙和底梁下地基土的极限承载中，应定时进行测量和观察。在初沉阶段应1h测量一次，测量内力之合。容包括刃脚的标高。每班至少测量一次。沉井的纠偏应根据测量第二节下沉到位后：报表随偏随纠。纠偏的方法一般根据“多沉少挖，少沉多挖”的原Ffk=（20伊0.5伊3.5+25伊1.5伊0.5+25伊4.5）伊（14+15）伊2=9642.5kN则进行。沉井的终沉阶段要勤测，必要时按需测量，严格控制下G-F14680.2-0K=kfw·k==0.69<0.9，满足要求。沉速度，慢中求稳，严防发生偏差过大现象。当沉井下沉接近预st，sFfk+Rb96425+11472计标高时，沉井的刃脚平均标高、水平位移和四角最大高差均应3.2沉井竖向计算控制在规范标准内。当沉井下沉至临近设计标高时，即可停止挖在该软土层施工中，沉井施工拟按照挖槽布设钢板底模，且土下沉，往井内灌水，稳定沉井，隔天沉降量不超过10mm，沉井钢板可以作为刃脚局部加强外包钢板，基于偏安全的计算且筑刃脚下的承载力和下沉部分外周可以考虑利用的摩擦力，经过岛未压实，沉井竖向计算时考虑按照传统布设垫木的方法进行分析验算可以平衡接长沉井井壁后所增加的荷载，而后即进行验算。井壁接长工作。3.2.1抽垫木时井壁竖向计算4.2沉井封底和底板施工第一节沉井在开始下沉特别是在抽垫木时，井壁会产生较大沉井封底采用干封底方法。封底时，在井内均匀布置4根导的弯矩应力。沉井采用四个支承点。管，在每根导管上设1集料斗，该集料斗要有2m3混凝土的容积，（1）假定定位承垫木间距为0.7L，不考虑刃脚下回填砂砾的导管采用准219mm无缝钢管制作，每根导管内均设一球胆，待集承载力，井壁单宽自重标准值：gk=4.11伊25=102.75kN/m料斗的混凝土料灌满后，将扎接球胆的绳索砍断进行浇灌。在封上式中，4.11m2为第一节井壁截面积。底混凝土浇灌前，在井顶要搭设平台和在导管位置设支架，便于点弯矩：M（15伊0.15）2-（0.5伊14-0.9）伊支=-0.5伊102.75伊安全的操作，浇捣时导管的提升速度应根据混凝土的进料速度，102.75伊（15伊0.15-0.45）=-1258.2KN·m；要注意导管端头始终插入混凝土中1.0耀1.5m，混凝土平均升高跨中弯矩：M（15伊0.7）2-1258.2=157.8kN·m。中=0.125伊102.75x速度不小于0.25m/h。在浇捣时若发现堵管要及时处理，导管提（2）假定抽垫木时，先抽并回填部位已经压实变成支点。此升可采用电动葫芦。底板施工时，应先将井壁和底板相接触的混时，沉井井壁支承受在三支点上。支点弯矩：M支=-0.125伊102.75伊凝土表面凿毛清理干净，然后按设计图纸绑扎底板钢筋，通过隐（15/2）2=-722.5kN·m；跨中弯矩：M2中=0.07伊102.75伊（15伊0.7）=蔽工程验收后即可浇捣底板混凝土。792.9kN·m。5结语（3）配筋计算综上所述，在软土层地区进行沉井结构设计和施工，必须以L/H<2，按深梁进行设计，可根据《混凝土设计规范》计算配筋。地质情况和工程实际情况为基础，对沉井结构进行合理的设计。3.2.2井壁的抗拉计算在施工中，必须做好沉井的制作以及下沉施工，严格控制下沉精井下沉至接近设计标高时，刃脚下已被掏空，沉井靠井壁与度，保证工程施工质量。土之间的摩阻力来维持平衡，井壁自重产生竖向拉力。或沉井上部某处被土层卡住，下部处于悬吊状态，即出现竖向拉力。本工参考文献程为土质均匀的软土地基，沉井下沉系数较大（>1.5），可不进行[1]王恒栋，葛春辉，王大龄，陈闽.圆形沉井在顶力作用下的内力分析[J].竖向拉断计算，但竖向配筋不应下于最小配筋率及使用阶段的特种结构，2001（02）：23~24.设计要求。[2]姜荣康.秦皇岛煤港工程大口径沉井下沉施工[J].水运工程，1981（01）：3.3沉井下沉阶段井壁内力计算56~57.考虑井壁内横隔墙及扶壁柱支承作用，施工阶段的井壁内力[3]蔡立毅，陈汉裔.大型矩形沉井施工[J].中国港湾建设，1987（03）：67~68.取竖向高度1m宽的水平闭合框架进行内力分析。刃脚根部以上高度等于该处井壁厚度1.5倍的一段井壁，除考虑作用在该段上收稿日期：2014-1-27的水、土压力外，尚应考虑由刃脚传来的水土压力作用。作者简介：郑桂敏（1980-），女，工程师，本科，主要从事建筑工3.4沉井使用阶段井壁内力计算程、市政工程结构设计工作。·16·'