沉井的设计幻灯片(2)

第七节沉井井壁计算
一．圆形沉井沉井结构是个空间体系，实际中简化为平面体系计算其内力及配筋，而以构造措施来保证其空间整体工作。按平面结构内力计算的方法是沿沉井竖向切取1m高的井壁，在水、土压力作用下，如同一个水平框架。沉井沿深度方向荷载逐渐加大，截面也可能变化，应截取若干段进行

计算，以降低钢筋用量。在井筒稳定下沉条件下，井壁所承受的荷载为均布荷载，计算的弯矩不大，一般只需构造配筋。但由于井壁外土质及扰动程度并不均匀，且在下沉过程中总要发生偏斜，从而使井壁在同一水平圆环上的土压力呈不均匀分布，导致井壁弯矩加大。目前采用的方法是将井体视作不均匀压力作用下的封闭圆环，取其1/4进行计算，假定90°圆环两端土的内摩擦角差值为5°~10°，我们的工程中所遇到的旋流池采用 10°。

圆环上的压力取上、下端的平均值。刃脚以上高度等于壁厚的圆环单独计算除承受水、土压力外，还要承受刃脚传来的剪力。上述为人工计算方法，我们现在拥有SAP2000通用计算软件，可用它进行沉井的空间结构计算。

二．矩形沉井沿沉井竖向截取1m高的水平框架，尽量多取，荷载取每段上、下端的平均值。刃脚以上高度等于壁厚的一段，除承受水、土压力外，还要承受刃脚传来的剪力。

考虑支座宽度的因素，支座弯矩可进行折减： M支=M1-ΔM M支—支座边缘处弯矩 M1—支座中心处的计算弯炬 ΔM—弯炬折减值，ΔM=1/3Vb，ΔM＞0.3M1时，取 0.3M1 V—支座边缘处的剪力 b—支座宽度矩形沉井亦可用SAP 2000通用计算软件进行沉井的空间结构计算，可发现沿高度方向内力的变化，从而进行配筋优化。三．裂缝宽度及配筋计算以不包括地面活荷载的弯矩标准值计算裂缝宽度，注意用沉井结构设计规程中的公式，裂缝宽度不超过 0.25mm。

以包括地面活荷载的弯矩设计值计算配筋，注意将弯矩标准值乘以荷载分项系数，水、土压力1.27，地面荷载 1.4。四．竖向弯曲计算沉井下沉前，抽除支承垫木的过程中，将使沉井落置在几个定位垫木上，将沉井壁看作竖向的梁进行弯曲计算，按规程中的几种情况计算。即算出弯炬后，计算井壁顶面及刃脚底面的纵向受拉钢筋。 As=M0/(0.9fy h0) As=M0/(fyz)（按深梁时，L/h≤2.5） M0以自重标准值乘以1.27算得

五．竖向抗拉验算沉井下沉至接近设计标高时，刃脚下已被掏空，沉井靠井壁与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，亦出现竖向拉力。

土质较好，沉井下沉系数接近1.05时，井壁最大拉力： Nmax=G/4 （G=井壁自重×1.27） As= Nmax/fy 土质均匀的软土地基，下沉系数较大（≥1.5）时，可不验算竖向拉断。
六．刃脚计算 1．向外弯曲计算沉井刚开始下沉时，刃脚已插入土内，刃脚下部承受到较大的正面及侧面阻力，而井壁外侧压力并不大。此时在刃脚根部将产生向外弯曲力矩。

β0—刃脚斜面与土的外摩擦角，

可取土的内摩擦角，硬土 30°，软土20°。按规程中的公式算出刃脚根部向外的弯炬设计值，按受弯构件计算受弯钢筋，若井壁竖向钢筋不足，应另外增设。

2．向内弯曲计算沉井下沉到最后阶段，刃脚踏面下的土被掏空，为刃脚向内弯曲的最不利情况。

在水、土压力作用下，算出刃脚根部向内的弯矩设计值，按受弯构件计算受弯钢筋，若井壁竖向钢筋不足，应另外增设。

3．向外弯曲的水平抗拉圆形沉井算出刃脚圆环的环向拉力设计值，在算出受拉钢筋。矩形沉井在拐角处使互相垂直的刃脚产生拉力，在构造上采取措施，设置水平筋，防止刃脚转角处开裂。七．使用阶段的井壁验算沉井在下沉阶段只是水平受弯，底板、顶板施工后，井壁的受力状态发生改变，增加了竖向受弯的因素，对井壁内侧的竖向钢筋影响较大。井壁与顶、底板的连接视为铰接，按三边或四边支承板进行受弯计算。

第八节封底砼
沉井沉至设计标高后，在浇筑底板前，需浇筑封底砼，起到垫层、止水、稳定沉井的作用，其强度等级不低于C20。封底分为干封底和湿封底，干封底即无地下水或通过降水、排水保证地下水位在锅底以下进行的封底；湿封底即水下封底井内有水的情况下，以导管进行水下砼施工。

一．干封底沉井下沉到设计标高后，井内锅底无水，或虽然有水，但采取排水或其他降水措施能够做到井底基本无水，在浇筑底板砼及养护期间能排干积水时，可采取干封底。干封底砼的厚度按具体情况而定，一般能保证底板顺利施工即可。但若有地下水，而在浇筑砼底板前停止降水或排水时，则必须进行封底砼强度计算，以确定封底厚度。二．湿封底底板施工前，需抽干井内的水，封底砼定要承受水浮托力的作用，因而水下封底砼必定要进行强度和抗浮计算，确定其厚度，类似于干封底的后一种情况。三．弯矩计算 1．作用在封底砼上的向上均布荷载 q=γwhw-q1 hw—作用在封底砼底面的水头高度 q1—单位面积的封底砼自重

2．封底砼与刃脚斜面铰接圆形板 M=0.1979qr2 r—圆板的计算半径，取至刃脚斜面水平投影的中点矩形板按单向或双向板计算，取正、负弯矩的绝对值最大值。 3．封底砼厚度

M—每m宽度内最大弯矩值 b—计算宽度，取1m ft—砼轴心抗拉强度设计值 hu—附加厚度，可取300mm

4. 抗剪计算封底砼通常呈锅底状，其边缘厚度比中间小，在水的浮托力作用下易在井壁周边薄弱处发生剪切破坏，需进行剪切验算，并在说明中提出边缘处最小厚度要求。将q乘以1.27，计算封底砼边缘每m宽度的最大剪力。圆形沉井可用总剪力除

以沉井内壁周长，矩形沉井可按单向或双向板算得边缘最大剪力设计值，然后按下式进行验算： V≤0.7bhft b— 计算宽度，取1m h—沉井内壁处刃脚范围内的封底砼厚度

第九节沉井封底的细节
一．干封底的实现沉井尽量采用干封底，排水问题是沉井封底的关键。一般情况下，应在底板达到设计强度后停止降水。可能发生流砂现象时，采用井外井点降水或深井降水；其他情况可采用集水井排水，设置排水沟，沟内及集水井周围回填碎石或砾石，使从刃脚下渗入井内的水流汇入集水井，再用泵排出井外。

1 — 钢筋砼底板 2 — 带法兰盖板 3 — 止水片 4 — 橡皮垫 5 — 砂石滤层，以排水沟形式设置 6 — 素砼垫层底板达到设计强度后，以法兰盘封闭，以砼找平。二．湿封底的实现以空气吸泥机清除井内锅底浮泥，由潜水工进行水下检查、整平，以导管进行水下砼浇筑。此方法施工难度大，在钢铁企业中极少采用。湿封底工艺要求在底板施工前将井内的水抽干，因此封底砼厚度必须经过计算。

第十节刃脚型式及井壁构造
一．刃脚

（a）常用型式（b）减小下沉阻力，适于难以下沉的沉井（c）适于硬土（卵石、风化岩）下沉，以角钢保护刃脚砼 C取值范围，软土400~600，硬土150~300。刃脚斜面与水平面夹角θ通常取50~60°，一般取60°，不可小于50°，以防抽垫木或挖土下沉时产突沉，危及人身安全。

刃脚高度通常大于1000，软土地基上有时可达2500以上。为方便施工，刃脚外侧水平钢筋置于竖筋外侧，内侧水平筋置于竖筋内侧。刃脚的踏面需配置数根粗钢筋加强，结合竖向抗弯曲计算确定。刃脚内侧和与底板连接的凹槽在下沉之前需凿毛，以加强封底砼与刃脚及底板与凹槽的结合，可有效地防水。二．井壁 1．沉井壁可变截面，由下往上逐渐变薄，一是节约材料，二是增大下沉系数； 2．为方便施工，井壁内、外侧水平钢筋设在竖向钢筋的外、里侧；

3．井壁与平台梁、板以插筋及槽口连接，详见附图；

4．底板与井壁通过凹槽连接，凹槽深度150~200。深度过大则削弱井壁较多，过小则支承面不足。该种连接按铰接考虑，若按弹性连接，则应有足够数量的插筋； 5．隔墙与沉井壁一起下沉的隔墙，其底面高出刃脚踏面500 左右，在硬土层中下沉时，为防止隔墙底面阻沉，可增

至1000~1500。沉井下沉后浇筑的隔墙，通过在井壁内侧预留插筋的方法连接，可采用HPB 235钢筋，先弯折，后扳直。防水可采用遇水膨胀橡胶止水条； 6．分节浇筑沉井高度较大时，可分节浇筑，分两次或多次浇筑，每节~6m，最大不超过12m。两节之间的钢

筋分两次搭接，之间的施工缝通过凸式企口或预埋3mm厚镀锌钢板止水带来实现防水。分节下沉时，先计算第一节下沉系数，再计算第二节接上后的下沉系数，依次类推。

第十一节沉井施工易出现的问题及对策

一．倾斜偏转 1．产生原因 1）刃脚下土层软硬不均匀； 2）未对称抽取垫木； 3）未均匀挖土下沉，井壁内土面高差大； 4）刃脚下掏空过多，沉井突然下沉，产生倾斜； 5）刃脚一角或一侧被障碍物搁住，未及时发现和处理； 6）井外堆土或其他原因造成对沉井四周的偏压； 7）产生流砂。 2．纠偏方式 1）偏出土纠偏，即在刃脚高的一侧出土，使其下沉； 2）井外射水，井内偏出土纠偏；

3）增加偏土压、偏心压重纠偏。

二．井内流砂产生流砂的主要条件： 1．地下水位以下的砂质粉土或粉、细砂的厚度大于250； 2．颗粒级配中不均匀系数Cu=d60/d10＜5（即均粒土）； 3．含水量w＞30%~40%； 4．土的孔隙率＞43%； 5．土的颗粒组成中，粘粒（d＜0.005mm）含量＜10%，粉粒（d=0.005~0.05mm）含量＞75%； 6．动水压力作用的水力梯度超过临界水力梯度，即可能产生流砂。

临界水力梯度icr=γ’/γw=(Gs-1)/(1+e) 即(H1-H2)/L＞icr时，可能发生流砂 H1—原地下水位高度 H2—井内水位高度 L—地下水流动时经过的路线长度，L=H1+H2 防止流砂现象的措施： 1．向井内灌水灌水后，H2增加，L加长，水力梯度 (H1-H2)/L 减小，排除产生流砂的条件； 2．井外井点降水，从根本上排除流砂产生的条件； 3．井外通过压密注浆、水泥搅拌桩、旋喷注浆等方法设置止水帷幕，防止井外的水涌入井内。三．沉井周边土体塌陷沉井下沉时，对沉井外四周土体的影响是难免的，因此，土体破坏棱体范围内存在建、构筑物时应加以保护。