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6 沉井下沉和结构计算

6.1 一般规定

6.1.1 沉井井壁外侧与土层间的摩阻力及其沿井壁高度的分布图形,应根据工程地质条件、井壁外形和施工方法等,通过试验或对比积累的经验资料确定。当无试验条件或无可靠资料时,可按下列规定确定:
    1 井壁外侧与土层间的单位摩阻力标准值fk,可根据土层类别按表6.1.1的规定选用。

表6.1.1 单位摩阻力标准值fk(kPa)

    注:1 当井壁外侧为阶梯型并采用灌砂助沉时,灌砂段的单位摩阻力标准值可取7kPa~10kPa;
        2 气幕减阻时,可按表中摩阻力乘0.5~0.7系数。

    2 当沿沉井下沉深度土层为多种类别时,单位摩阻力可取各层土单位摩阻力标准值的加权平均值。该值可按下式计算:

    式中:fka——多土层单位摩阻力标准值的加权平均值(kPa);
          fki——第i层土的单位摩阻力标准值(kPa),按表6.1.1选用;
          hsi——第i层土的厚度(m);
          n——沿沉井下沉深度不同类别土层的层数。
    3 摩阻力沿沉井井壁外侧的分布图形,当沉井井壁外侧为直壁时,可按图6.1.1(a)采用;当井壁外侧为阶梯形时,可按图6.1.1(b)采用。


图6.1.1 摩阻力沿井壁外侧分布

6.1.2 沉井下沉系数应满足下列公式要求:

    式中:kst——下沉系数;
          Gik——沉井自重标准值(包括外加助沉重量的标准值)(kN);
          Fw,k——下沉过程中水的浮托力标准值(kN);
          Ffk——井壁总摩阻力标准值(kN)。

6.1.3 当下沉系数较大,或在下沉过程中遇有软弱土层时,应根据实际情况进行沉井的下沉稳定验算,并满足下列公式的要求:

    式中:kst,s——下沉稳定系数;
          F′fw,k——验算状态下水的浮托力标准值(kN);
          F′fw——验算状态下井壁总摩阻力标准值(kN);
          Rb——沉井刃脚、隔墙和底梁下地基土的极限承载力之和(kN),当无极限承载力试验资料时,可按表6.1.3选用。

表6.1.3 软弱土层极限承载力参考表(kPa)

土的种类 极限承载力
泥炭 60~70
淤泥 80~100
淤泥质黏土 10~120

6.1.4 沉井抗浮应按沉井封底和使用两个阶段,分别根据实际可能出现的最高水位进行验算,并满足下列公式的要求:

    式中:kfw——沉井抗浮系数;
          Fbfw,k——基底的水浮托力标准值(kN)。

6.1.5 当封底混凝土与底板间有拉结钢筋等可靠连接时,封底混凝土的自重可作为沉井抗浮重量的一部分。

6.1.6 位于江(河、湖、水库、海)岸的沉井,若前后两面水平作用相差较大,应按下列要求验算沉井的滑移和倾覆稳定性:
    1 抗滑移验算应满足下列公式要求:

    式中:ks——沉井抗滑移系数;
          η——被动土压力利用系数,施工阶段可取0.8,使用阶段可取0.65;
          Eep,k——沉井后侧主动土压力标准值之和(kN);
          Epk——沉井前侧被动土压力标准值之和(kN);
          Fbf,k——沉井底面有效摩阻力标准值之和(kN)。
    2 抗倾覆验算应满足下列公式要求:

    式中:kov——沉井抗倾覆系数;
          ∑Maov,k——沉井抗倾覆弯矩标准值之和(kN·m);
          ∑Mov,k——沉井倾覆弯矩标准值之和(kN·m)。

6.1.7 靠近江、河、海岸边施工的沉井,应进行土体边坡在沉井荷重作用下整体滑动稳定性的验算及考虑下沉引起沉降的影响。

6.1.8 水中浮运的沉井在浮运过程中(沉入河床前),必须验算横向稳定性。沉井浮体在浮运阶段的稳定倾斜角不得大于6°,并应满足(ρ—l)>0的要求。角应按下式计算:

    式中:——沉井在浮运阶段的倾斜角;
          M——外力矩(kN·m);
          V——排水体积(m3);
          l——沉井重心至浮心的距离(m),重心在浮心之上为正,反之为负;
          ρ——定倾半径(图6.1.8),即定倾中心至浮心的距离(m);
          I——沉井浸水截面面积对斜轴线的惯性矩(m4);
          γw——水的重度(kN/m3)。


图6.1.8 水中浮运沉井
D-重心;C-浮心;O-定倾中心

6.1.9 在施工阶段,井壁的竖向抗拉应按下列规定计算:
    1 土质为硬土且沉井下沉系数接近1.05时,等截面井壁的最大拉断力应为:

    式中:G——沉井下沉时的总重量设计值(kN),自重分项系数取1.20,即G=1.2G 1k。
    2 土质均匀的软土地基,沉井下沉系数较大(大于或等于1.5)时,可不进行竖向拉断计算,但竖向配筋不应小于最小配筋率及使用阶段的设计要求。
    3 当井壁上有预留洞时,应对孔洞削弱断面进行验算。

6.1.10 当沉井的下沉深度范围内有地下水时,对下列情况可按不排水施工或部分不排水施工设计:
    1 在下沉度范围内的土层中存在粉土或粉细砂层,排水下沉有可能造成流砂时;
    2 沉井附近存在已有建筑物或构筑物,降水施工可能增加其沉降或倾斜而难以采取其他有效措施时。

6.1.11 作用在底板上的反力可假定按直线分布,计算反力时不宜考虑井壁与土的摩阻力作用。底板与井壁间,当无预留插筋连接时,应按铰接考虑;当用钢筋整体连接时,可按弹性固定考虑。

6.1.12 对建造在软土地基上设有底梁的沉井,应对底梁进行下沉阶段的强度验算。梁下的地基反力设计值可取地基土的极限承载力值。

6.1.13 水下封底混凝土的厚度应根据基底的向上净反力计算确定。水下封底混凝土的厚度,应按下式计算:

    式中:ht——沉井水下封底混凝土厚度(mm);
          M——每米宽度最大弯矩的设计值(N·mm);
          b——计算宽度(mm),取1000mm;
          ft——混凝土抗拉强度设计值(N/mm2);
          hu——附加厚度(mm),可取300mm~500mm。

6.1.14 封底混凝土板的边缘应进行冲剪验算,冲剪处的封底厚度应在设计图中注明,计算厚度应扣除附加厚度。

6.1.15 沉井可简化为平面体系进行结构分析。

6.1.16 在沉井下沉阶段,不带内框架的井壁结构进行内力计算时,可在垂直方向截取单位高度的井段,按水平闭合结构进行计算;对带内框架的井壁结构,则应根据框架的布置情况,按连续的平板或拱板计算。计算可采用下列假定:
    1 在同一深度处的侧压力可按均匀分布考虑;
    2 井壁上设置竖向框架或水平框架时,当框架梁与板的刚度比不小于4时,框架梁视为井壁的不动铰支承;
    3 刃脚根部至凹槽顶以上高度等于该处井壁厚度1.5倍的一段井壁,施工阶段计算时除考虑作用在该段上的水、土压力外,尚应考虑由刃脚传来的水、土压力作用。外层水平配筋时可考虑计入刃脚的水平钢筋。

6.1.17 在沉井的使用阶段,其结构应根据底板及后浇隔墙浇筑完成后的结构体系和实际作用进行计算。

6.1.18 排水法下沉的井外的最大水压力作用可乘0.7折减系数。