T形沉井的基础及下沉稳定性施工设计

下面是鲁班乐标给大家带来关于T形沉井的基础及下沉稳定性施工设计的相关内容，以供参考。

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13.9×7.4m，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；沉井采用不排水法下沉。

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。

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=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]=[σ]×（12Htgφ）-γH

其中：[σ]—地基承载力，现基础位于2-1层，取[σ]=100kPa；

φ—砂垫层扩散角，取φ=40°；

γ—粗砂容重，取γ=16.5kN/m3；

H—粗砂垫层厚度；

[P]—砂垫层允许承载力，取设计值[P]=160kPa.

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，作为沉井浇筑前的基础。

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ΣG=87599448=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=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=ΣS×[σ]=（70.7×0.76.4×0.4）×120=6553kN

其中刃脚踏面积、横隔梁踏面积之和ΣS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[σ]=120kPa.

4.5总向上的力为ΣT=FT1T2=337464606553=16387kN

4.6总向下的力（自重和施工荷载）为ΣG=18207kN

4.7稳定系数kst，s=ΣG/ΣT=18207/16387=1.11≥1.05，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，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Δf=167.2×20×1.6=5350kN

ΣT=ΣTΔf=163875350=21737kN

下沉稳定系数kst，s=ΣG/ΣT‘=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0.8~0.9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=G1G2=87598216=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=2271m3

浮力F浮=10×2271=22710kN

沉井自重G总=G1G2=87598216=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=1697510983=27958kN

抗浮系数K=27958KN/22710KN=1.23＞KfW=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。