某T形沉井工程施工設計.doc

某T形沉井基礎及下沉穩(wěn)定性施工設計 作者：佚名1、工程概況及特點某污水處理廠粗格柵及進水泵房采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結構、沉井法施工。進水泵房、粗格柵平面均為矩形，兩者組合形成平面“T”形。進水泵房鋼筋砼結構外部平面尺寸為13.97.4m，內有六道梁；粗格柵鋼筋砼結構外部平面尺寸為13.258.8m，內有兩道隔墻，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)設計及以往施工經驗，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。該沉井基礎施工具有以下特點：（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，增加了沉井基礎施工難度。2、地質情況擬建場區(qū)原為水田，淤積著大量的淤泥，已提前予以挖除。該工程的地質勘察報告顯示，沉井設計刃腳底標高-3.35m位于5-1含圓礫細砂層。該處自上而下土層分布及各參數(shù)見表1所示。表1：土層物理力學性能指標表土層名稱層底標高（m）天然容重kN/m3直快剪值地基承載力（kPa）刃腳所處土層凝聚力C（kPa）內摩檫角（度）1耕植土6.572-1 粉質粘土5.6218.82812.51003粘質粉土混砂2.5218.71024.3754-2 砂質粉土1.1218.9928.2120第一次沉刃腳底4-2 夾淤泥質粉質粘土-0.13704-2 砂質粉土-2.2818.9928.21205-1 含圓礫細砂-5.2319.11127.7135設計刃腳底3、沉井基礎設計及施工3.1 沉井第一節(jié)自重經計算，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=1241.15=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（基礎座落于2-1層），以方便墊層基礎施工，開挖邊坡1：1，四周設排水溝，通過水泵排水，保證施工需要。3.3 砂墊層厚度計算及鋪設根據(jù)砂墊層允許承載力的計算公式：P=（1+2Htg）-H其中：地基承載力，現(xiàn)基礎位于2-1層，取=100kPa； 砂墊層擴散角，取=40； 粗砂容重，取=16.5kN/m3；H 粗砂墊層厚度；P砂墊層允許承載力，取設計值P=160 kPa。經計算，H=0.4m?？紤]砂墊層采用小型平板式振動機械壓實，其壓實系數(shù)取0.96，故取砂墊層設計厚度H=0.5m?；优潘?，在井壁外2m范圍內整個基槽鋪設中粗砂墊層，3.4 承墊木間距計算承墊木采用標準枕木，標準枕木截面尺寸25cm16cm，長度2.5m。每延米所需枕木數(shù)：n=Q1/（FP）其中： Q1每延米沉井重143kN/m；F枕木接觸面積，標準枕木F=2.50.22=0.55m2；P砂墊層允許承載力，取設計值P=160kPa。計算得n=1.63，所以承墊木間距1/1.63=0.61m，取設計承墊木間距0.5m。在砂墊層上的沉井墻壁轉角處分別設八組定位支架，定位支架為每五根枕木密排；再沿刃腳軸線的垂直方向，鋪設枕木，枕木中心間距50cm。枕木鋪設要求平整，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，中粗砂鋪設寬度、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（其下先設置一層寬50cm的塑料薄膜，以與枕木隔離），素混凝土基礎的水平投影面控制在刃腳兩側模板范圍內，寬度同刃腳底面寬，為40cm，作為沉井澆筑前的基礎，具體見圖3所示。圖3：刃腳基礎設計斷面示意圖4、第二節(jié)沉井混凝土澆筑時的穩(wěn)定性驗算及技術處理第一節(jié)沉井下沉到標高（露出地面50cm）時，澆筑第二節(jié)沉井的穩(wěn)定性計算如下：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，此時井內（地下）水位在第一節(jié)沉井下50cm（即5.5m標高）位置，浮力F=rWV=10337.4=3374KN其中水的重度rW=10KN/m3，水位5.5m標高下鋼筋砼沉井體積V=337.4m34.3 外露50cm時，井周摩阻力T1=Sfk =38017=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= S=（70.70.7+6.40.4）120=6553kN其中刃腳踏面積、橫隔梁踏面積之和S為（70.70.7）m2+（6.40.4）m2，土基承載力在4-2砂質粉土層，取=120 kPa。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G =18207kN4.7 穩(wěn)定系數(shù)kst,s=G/T=18207/16387 =1.111.05,由于穩(wěn)定系數(shù)較大，可能產生自沉，需進行止沉處理。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“帽沿”或在井外壁換填塘渣的方法，來增加側壁摩阻力。本次施工在保持井內水位高度維持在與基槽水平（此時浮力最大）的同時，將在井內回填材料，來增加側壁的摩阻力。由于采用的是不排水法下沉，井內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)地質報告，在廠區(qū)內4.5m深度范圍內土質為耕植土、粉質粘土、粘質粉土混砂，若取土回填在井內，無疑將會被稀釋成泥漿，并且小顆粒材料的摩阻系數(shù)相對較??；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，來增加對側壁的摩阻力。已知井內周長167.2m，中粗砂對側壁的摩阻系數(shù)fk砂=20kPa。取回填中粗砂高為1.6m，即所增加對側壁的摩阻力f=167.2201.6=5350kNT=T+f=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構設計規(guī)程CECS137：2002的穩(wěn)定系數(shù)0.80.9的要求?；靥钪写稚霸诘诙?jié)沉井制作前進行，以方便材料的運輸和施工，由于中粗砂是在水下，可用插入式振搗器振搗密實。之后再進行鋼筋、模板安裝，有足夠的自密實時間。5、超沉驗算G總= G1+ G2=8759+8216=16975kN沉到位刃腳踏面處于5-1層，fk=135kPa。經計算，不會產生超沉。6、抗浮計算在水下混凝土澆筑后，底板施工前，按照7.0m標高水位計算，刃腳底標高-3.35m。水深h=7-（-3.35）=10.35m在水中的體積V=2271 m3浮力F浮=102271=22710kN沉井自重G總= G1+ G2=8759+8216=16975kN側壁所受的摩阻力T阻=69.19.3517=10983kN，其中周長S=69.1m，沉井埋深h=9.35m，土對側壁的摩阻系數(shù)fk=17kPa。向下的力T總=16975+10983=27958kN抗浮系數(shù)K=27958 KN/22710KN =1.23KfW=1.0，滿足給水排水鋼筋混凝土沉井結構設計規(guī)程CECS137：2002的抗浮要求。7、結束語根據(jù)以上的計算設計，在實際施工中予以了實踐，并作了觀測監(jiān)控。第一節(jié)混凝土澆筑完成，基礎沉降值最大為8mm，不均勻沉降最大為5mm；第二節(jié)混凝土澆筑完成，基礎沉降值最大為10mm，不均勻沉降最大為4mm；觀測結果驗證了基礎及下沉穩(wěn)定性設計、驗算的正確性。封底混凝土灌筑完成14天后，把井內水打干，對