某T形沉井基礎(chǔ)及下沉穩(wěn)定性施工設(shè)計(jì)

某T形沉井基礎(chǔ)及下沉穩(wěn)定性施工設(shè)計(jì)作者：佚名1、工程概況及特點(diǎn)某污水處理廠粗格柵及進(jìn)水泵房采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、沉井法施工。進(jìn)水泵房、粗格柵平面均為矩形，兩者組合形成平面“T形。進(jìn)水泵房鋼筋砼結(jié)構(gòu)外部平面尺寸為13.9x7.4m，內(nèi)有六道梁；粗格柵鋼筋砼結(jié)構(gòu)外部平面尺寸為13.25x8.8m，內(nèi)有兩道隔墻，隔墻厚0.4m。沉井在刃腳位置被梁和隔墻分成六格。沉井刃腳處寬1.2m，刃腳底寬0.4m，高1.6m；井壁厚0.7m；沉井高12.63m。根據(jù)設(shè)計(jì)及以往施工經(jīng)驗(yàn)，沉井施工擬分兩次澆筑、兩次下沉；沉井采用不排水法下沉。沉井平面、剖面分別如圖1、圖2所示。該沉井基礎(chǔ)施工具有以下特點(diǎn)：（1）混凝土一次性澆筑高度高（每節(jié)高約6.5m），即重心高，穩(wěn)定性差；

（2）僅靠第一節(jié)下沉后形成的支撐力不能滿足第二節(jié)制作時(shí)的穩(wěn)定要求;（3）形狀特殊，為“T”形，重心與形心不重合，增加了沉井基礎(chǔ)施工難度。2、地質(zhì)情況擬建場(chǎng)區(qū)原為水田，淤積著大量的淤泥，已提前予以挖除。該工程的地質(zhì)勘察報(bào)告顯示，沉井設(shè)計(jì)刃腳底標(biāo)高-3.35m位于5-1含圓礫細(xì)砂層。該處自上而下土層分布及各參數(shù)見表1所示。表1：土層物理力學(xué)性能指標(biāo)表土層名稱層底標(biāo)高天然容重直快剪值地基承載力［。］刃腳所處土層凝聚力C內(nèi)摩檫角9

（m）kN/m3（kPa）（度）（kPa）1耕植土6.572-1粉質(zhì)粘土5.6218.82812.51003粘質(zhì)粉土混砂2.5218.71024.3754-2砂質(zhì)粉土1.1218.9928.2120第一次沉刃腳底4-2夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土-0.13704-2砂質(zhì)粉土-2.2818.9928.21205-1含圓礫細(xì)砂-5.2319.11127.7135設(shè)計(jì)刃腳底3、沉井基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及施工3.1沉井第一節(jié)自重經(jīng)計(jì)算，沉井第一節(jié)自重G1=8759kN；即沿刃腳每延米沉井重q1=8759kN/70.7m=124kN/m；考慮施工荷載，取沿刃腳每延米沉井重Q1=1.15q1=124x1.15=143kN/m。3.2沉井基槽開挖為了減少沉井立模支架的高度、下沉深度和便于施工，淤泥挖除后再開挖深約0.7米的基槽（基礎(chǔ)座落于2-1層），以方便墊層基礎(chǔ)施工，開挖邊坡1：1，四周設(shè)排水溝，通過水泵排水，保證施工需要。3.3砂墊層厚度計(jì)算及鋪設(shè)根據(jù)砂墊層允許承載力的計(jì)算公式：[P]=[o]x（1+2Htgp）-yH其中：[。]——地基承載力，現(xiàn)基礎(chǔ)位于2-1層，取[o]=100kPa；9砂墊層擴(kuò)散角，??？=40°；Y粗砂容重，取Y=16.5kN/m3；H——粗砂墊層厚度；[P]——砂墊層允許承載力，取設(shè)計(jì)值[P]=160kPa。經(jīng)計(jì)算，H=0.4m?？紤]砂墊層采用小型平板式振動(dòng)機(jī)械壓實(shí)，其壓實(shí)系數(shù)取0.96，故取砂墊層設(shè)計(jì)厚度H=0.5m。基坑排水后，在井壁外2mX圍內(nèi)整個(gè)基槽鋪設(shè)中粗砂墊層，3.4承墊木間距計(jì)算承墊木采用標(biāo)準(zhǔn)枕木，標(biāo)準(zhǔn)枕木截面尺寸25cmx16cm,長度2.5m。每延米所需枕木數(shù)：n=Q1/（Fx[P]）其中：Q1——每延米沉井重143kN/m；F——枕木接觸面積，標(biāo)準(zhǔn)枕木F=2.5x0.22=0.55m2；[P]——砂墊層允許承載力，取設(shè)計(jì)值[P]=160kPa。計(jì)算得n=1.63,所以承墊木間距1/1.63=0.61m，取設(shè)計(jì)承墊木間距0.5m。在砂墊層上的沉井墻壁轉(zhuǎn)角處分別設(shè)八組定位支架，定位支架為每五根枕木密排；再沿刃腳軸線的垂直方向，鋪設(shè)枕木，枕木中心間距50cm。枕木鋪設(shè)要求平整，其高差不宜大于10mm，以利受力均勻。枕木間的間隙用中粗砂找平、平板振搗器振平、密實(shí)，中粗砂鋪設(shè)寬度、位置同枕木長度。然后沿刃腳底面位置再澆筑5cm厚C10素混凝土（其下先設(shè)置一層寬50cm的塑料薄膜，以與枕木隔離），素混凝土基礎(chǔ)的水平投影面控制在刃腳兩側(cè)模板X圍內(nèi)，寬度同刃腳底面寬，為40cm，作為沉井澆筑前的基礎(chǔ)，具體見圖3所示。圖3：刃腳基礎(chǔ)設(shè)計(jì)斷面示意圖4、第二節(jié)沉井混凝土澆筑時(shí)的穩(wěn)定性驗(yàn)算及技術(shù)處理第一節(jié)沉井下沉到標(biāo)高（露出地面50cm）時(shí)，澆筑第二節(jié)沉井的穩(wěn)定性計(jì)算如下：4.1第二節(jié)沉井自重及總重第二節(jié)沉井自重G2’=8216kN，考慮施工荷載取G2=1.15G2’=9448kN。即第一節(jié)和第二節(jié)沉井總重￡G=8759+9448=18207kN。4.2由于采用不排水法下沉，此時(shí)井內(nèi)（地下）水位在第一節(jié)沉井下50cm（即5.5m標(biāo)高）位置，浮力F=rWV=10x337.4=3374KN其中水的重度rW=10KN/m3，水位5.5m標(biāo)高下鋼筋砼沉井體積V=337.4m34.3外露50cm時(shí)，井周摩阻力T1=Sxfk=380x17=6460kN其中井周與土接觸面積S=380m2；fk為井周摩阻系數(shù)，取fk=17kPa。4.4刃腳踏面阻力及橫隔梁下阻力T2=￡Sx[o]=（70.7x0.7+6.4x0.4）x120=6553kN其中刃腳踏面積、橫隔梁踏面積之和ES為（70.7x0.7）m2+（6.4x0.4）m2，土基承載力在4-2砂質(zhì)粉土層，取[o]=120kPa。4.5總向上的力為￡T=F+T1+T2=3374+6460+6553=16387kN4.6總向下的力（自重和施工荷載）為EG=18207kN4.7穩(wěn)定系數(shù)kst,s=EG/ET=18207/16387=1.11>1.05,由于穩(wěn)定系數(shù)較大，可能產(chǎn)生自沉，需進(jìn)行止沉處理。4.8防止自沉的處理措施在以往干沉法（即排水法）施工中，通常采用加設(shè)“帽沿”或在井外壁換填塘渣的方法，來增加側(cè)壁摩阻力。本次施工在保持井內(nèi)水位高度維持在與基槽水平（此時(shí)浮力最大）的同時(shí)，將在井內(nèi)回填材料，來增加側(cè)壁的摩阻力。由于采用的是不排水法下沉，井內(nèi)土體通過沖水已稀釋成泥漿，再用泥漿泵排至沉淀池，顯然沉淀池的沉淀物不可以作為回填材料。而根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，在廠區(qū)內(nèi)4.5m深度X圍內(nèi)土質(zhì)為耕植土、粉質(zhì)粘土、粘質(zhì)粉土混砂，若取土回填在井內(nèi)，無疑將會(huì)被稀釋成泥漿，并且小顆粒材料的摩阻系數(shù)相對(duì)較小；若改用塘渣，塘渣粒徑太大，無法采用不排水法用泥漿泵排出；最后確定采用中粗砂作為回填材料，來增加對(duì)側(cè)壁的摩阻力。已知井內(nèi)周長167.2m，中粗砂對(duì)側(cè)壁的摩阻系數(shù)fk砂=20kPa。取回填中粗砂高為1.6m，即所增加對(duì)側(cè)壁的摩阻力Af=167.2x20x1.6=5350kNST,=ST+Af=16387+5350=21737kN下沉穩(wěn)定系數(shù)kst,s=￡G/￡T’=18207/21737=0.84，滿足《給水排水鋼筋混凝土沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》CECS137：2002的穩(wěn)定系數(shù)0.8?0.9的要求?；靥钪写稚霸诘诙?jié)沉井制作前進(jìn)行，以方便材料的運(yùn)輸和施工，由于中粗砂是在水下，可用插入式振搗器振搗密實(shí)。之后再進(jìn)行鋼筋、模板安裝，有足夠的自密實(shí)時(shí)間。5、超沉驗(yàn)算G總=G1+G2=8759+8216=16975kN沉到位刃腳踏面處于5-1層，fk=135kPa。經(jīng)計(jì)算，不會(huì)產(chǎn)生超沉。6、抗浮計(jì)算在水下混凝土澆筑后，底板施工前，按照7.0m標(biāo)高水位計(jì)算，刃腳底標(biāo)高-3.35m。水深h=7-（-3.35）=10.35m在水中的體積V=2271m3浮力F浮=10x2271=22710kN沉井自重G總=G1+G2=8759+8216=16975kN側(cè)壁所受的摩阻力T阻=69.1x9.35x17=10983kN，其中周長S=69.1m，沉井埋深h=9.35m，土對(duì)側(cè)壁的摩阻系數(shù)fk=17kPa。向下的力T總=16975+10983=27958kN抗浮系數(shù)K=27958KN/22710KN=1.23>KfW=1.0，滿足《給水排水鋼筋混凝土沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》CECS137：2002的抗浮要求。7、結(jié)束語根據(jù)以上的計(jì)算設(shè)計(jì)，在實(shí)際施工中予以了實(shí)踐，并作了觀測(cè)監(jiān)控。第一節(jié)混凝土澆筑完成，基礎(chǔ)沉降值最大為8mm，不均勻沉降最大為5mm；第二節(jié)混凝土澆筑完成，基礎(chǔ)沉降值最大為10mm，不均勻沉降最大為4mm；觀測(cè)結(jié)果驗(yàn)證了基礎(chǔ)及下沉穩(wěn)定性設(shè)計(jì)、驗(yàn)算的正確性。封底混凝土灌筑完成14天后