某T形沉井基础及下沉稳定性施工设计

1、某T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13.97.4m，内有六道梁；粗格栅钢筋砼结构外部平面尺寸为13.258.8m，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；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

2、能指标表土层名称层底标高（m）天然容重kN/m3直快剪值地基承载力（kPa）刃脚所处土层凝聚力C（kPa）内摩檫角（度）1耕植土6.572-1 粉质粘土5.6218.82812.51003粘质粉土混砂2.5218.71024.3754-2 砂质粉土1.1218.9928.2120第一次沉刃脚底4-2 夹淤泥质粉质粘土-0.13704-2 砂质粉土-2.2818.9928.21205-1 含圆砾细砂-5.2319.11127.7135设计刃脚底3、沉井基础设计及施工3.1 沉井第一节自重经计算，沉井第一节自重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=1241.15=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

3、于2-1层，取=100kPa； 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25cm16cm，长度2.5m。每延米所需枕木数：n=Q1/（FP）其中： Q1每延米沉井重143kN/m；F枕木接触面积，标准枕木F=2.50.22=0.55m2；P砂垫层允许承载力，取设计值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

4、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）位置，浮力F=rWV=10337.4=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=337.4m34.3 外露50cm时，井周摩阻力T1=Sfk =38017=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=（70.70.7+6.40.4）120=6553kN其中刃脚踏面积、横隔梁踏面积之和S为（

5、70.70.7）m2+（6.40.4）m2，土基承载力在4-2砂质粉土层，取=120 kPa。4.5 总向上的力为 T=F+ T1+ T2=3374+6460+6553=16387kN4.6 总向下的力（自重和施工荷载）为G =18207kN4.7 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

6、，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=5350kNT=T+f=16387+5350=21737kN下沉稳定系数kst,s=G/T=18207/21737=0.84，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=2271 m3浮力F浮=102271=22710kN沉井自重G总= G1+ G2=8759+8216=16975kN侧壁所受的摩阻力T阻=69.19.3517=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CECS137：20022、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

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