沉井施工中计算分析

沉井施工中计算分析

作者：邓交华

来源：《科技与创新》2014年第22期

摘要：通过列举案例，着重分析了沉井开挖、浇注、下沉等情况，并通过计算分析，在各环节满足技术和规范要求的基础上，最终使沉井达到了设计和施工质量要求。

关键词：沉井下沉；施工计算；过程控制；下沉验算

中图分类号：TU753.64 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）22-0092-02

1 沉井定义

沉井是一个基础构筑物，是深基础的一种型式。其施工流程为：先地上预制完成，然后通过井壁自身围护，在井内挖土，使沉井通过自身重量克服摩擦力下沉，待达到设计标高后再进行底板、内部结构和上部结构的施工。沉井由井壁、刃脚、隔墙和梁板组成，具有施工简便、技术可靠、无需特殊设备和避免过大沉降等优点，在桥梁、烟囱、水塔基础、地下泵房、水池和检查井等项目中得到了广泛的应用。

2 施工工艺

沉井施工工艺包括施工准备、地基处理、井壁制作、沉井下沉和沉井封底五大部分。

3 沉井计算要点

沉井施工计算基本可分沉井下沉前的地基承载力计算、沉井下沉时的计算、沉井下沉完成后的稳定性验算。

4 计算案例

4.1 工程概况

以浙江某不锈钢厂雨水排水泵房为例，其位于处理厂西部，泵房分地上、地下两部分，地下部分为钢筋混凝土沉井结构，地上为框架结构。泵站深8.18 m，设计室外地面相对标高为±0.000 m。根据使用要求，沉井设计为长方形，长13.5 m，宽7.9 m；池壁剖面为阶梯形，井刃脚踏面标高为-6.180 m，制作高度为6.180 m。井壁厚为500 mm，刃脚长为520 mm，刃脚宽为200 mm。

根据地质资料，施工区域从上而下分别为：①杂填土。呈灰色等杂色，成分以碎石、块石等混黏性土为主。结构松散，以块径在30 cm以下的块石为主，土质极不均一。层厚在0.40 m 左右，地基承载力为75 kPa。②黏土。呈黄灰色，软可塑和软塑状态，厚层状，高压缩性，含少许铁锰质渲染。土面有油脂光泽，无摇震反应，韧性高，干强度高。一般表部有0.3～0.4 m 厚的灰色种植土，结构松散，富含植物根须。该层全场地均有分布，层厚0.90～2.60 m，地基承载力为60 kPa。③淤泥质黏土。呈灰色，流塑状态，厚层状，高压缩性，土质不均，含少量有机质条带，局部为淤泥。土面有油脂光泽，无摇震反应，韧性高，干强度高。该层全场地均有分布，层厚2.50～3.60 m，地基承载力为50 kPa。④黏土。呈灰色，软塑状态，厚层状，高压缩性，土质较均一。土面有油脂光泽，无摇震反应，韧性高，干强度高。该层全场地均有分布，层厚8.50～10.90 m，地基承载力为60 kPa。地下水位为-1.0 m。

4.2 沉井结构形式

沉井的结构形式如图1所示。

4.3 沉井施工前的计算要点

4.3.1 沉井下垫层的验算

沉井工艺是先在浅基坑或地面浇注成型，待强度达到要求后再在井内和井壁下取土下沉。在此之前，预制好的井壁和内部构件靠井壁下刃脚承重，为了避免在下沉前因井壁自重破坏了下部的土层而发生沉降和倾斜，要对下部的地基承载力进行验算。如果不符合要求，就要采取增加沙垫层、砖垫层或枕木的形式处理地基。

4.3.2 沉井下沉验算

沉井下沉有两种形式，分别为靠自重下沉和靠辅助下沉。比较理想的状态是靠自重克服井壁四周和土的摩擦力来实现下沉，所以首先要进行沉井下沉的验算。

4.3.3 沉井上浮验算

沉井封底后，由于井内是空的，受地下水压力的影响，整个沉井会受到被排出的地下水的浮力作用。因此，应对封底后的沉井进行抗浮稳定性验算，如果此时的沉井自重小于上浮力，那么沉井就会向上浮动，造成相接的管道差，无法满足使用要求，所以要提前进行上浮验算。

5 砂垫层铺设厚度计算

沉井在地面上施工时，为了减少下沉的深度，一般会在沉井制作前开挖基坑，位置应根据设计的坐标确定，基坑底平面尺寸要满足施工的需要。基坑底四周设300 mm×300 mm的排水沟，并设置集水井（1 000 mm×1 000 mm）。要在基坑四周铺设碎石，边上设明沟和集水井。

沉井内地面铺100 mm厚的碎石，刃脚下铺设1 m厚的砂垫层，垫层上均抹4 cm厚的水泥砂浆。

承载力验算公式应满足R>P，即砂垫层承载力大于沉井自重。

6 沉井下沉验算

7 沉井抗浮稳定计算

沉井封底后，水压力会造成沉井上浮，如果沉井自重能够克服上浮力，沉井会相对稳定，否则就会造成上浮现象。这种现象一般可分为两种情况，分别为沉井外未回填土和沉井外已回填土。

8 沉井的抗滑移和抗倾覆计算

沉井下沉封底后，由于使用的需要，常开挖进、出水管道的基槽，或由于其他原因造成沉井侧面土压力不均匀，因此，需要对抗滑移和抗倾覆进行计算。

9 测量控制与观测

9.1 沉井井筒垂线倾斜度的观测

观测方法：提前在井筒内壁对称标注垂直直线，并挂好垂直线锤。当井筒发生偏斜时，垂球锥尖就会偏离垂直线，垂球吊线就会偏离井筒内壁上的垂线。根据垂球偏离标盘中心和偏离井筒内壁垂线的方位和大小进行纠偏，一般在沉井下沉前后各观测一次。

9.2 沉井刃脚踏面高程和下沉量的观测

观测方法：在沉井外地面上的轴线位置处预先设置水平标尺，然后前后分别测出下沉时刃脚踏面的高程及其前后差值（即下沉量），刃脚踏面下沉前高程减去测得下沉时踏面高程就是总下沉量。同时，两个相对点高差值的正、负差也表示沉井井筒倾斜的方向和倾斜程度。一般上述观测要在每次下沉前后各进行一次。

9.3 井筒倾斜度的测量

一般用水准仪或激光水平仪观测在井外壁事先设置4个对称点的高程，然后算出踏面的高程，最后用相对称点的高程差算出井筒倾斜角。

9.4 沉井封底

根据以上计算可知，如果沉井下沉到标高不稳定，即我们前面计算的K和K1均过大时，我们可以在封底前提前在井底用大块石或大比例矿渣预压，增加井底和四周基地的抵抗力，确保沉井下沉时的稳定性。

如果计算封底后抗上浮系数不够，可采取下沉到设计标高前，先对部分上部结构施工或在井上部放置重物等方法，来确保沉井下沉时的稳定性。

10 结束语

通过对实例的计算和分析，可以了解到沉井施工计算的要点和施工注意事项，只有对各环节进行验算，并采取相应的措施，才能确保沉井施工的质量和安全。

参考文献

[1]段良策，殷奇.沉井的设计与施工[M].上海：同济大学出版社，2006.

[2]建设部综合勘察研究设计院.JGJ/T 8-97 建筑变形测量规程[S].北京：中国建筑工业出版社，1997.

〔编辑：王霞〕