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13.9×7.4m，內(nèi)有六道梁；粗格柵鋼筋砼結(jié)構(gòu)外部平面尺寸為13.25×8.8m，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。

　　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。

　　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=124×1.15=143kN/m.

　　3.2 沉井基槽開(kāi)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(kāi)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(kāi)挖邊坡1：1，四周設(shè)排水溝，通過(guò)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]=[σ]×（1+2Htgφ）-γH

　　其中：[σ]—地基承載力，現(xiàn)基礎(chǔ)位于2-1層，取[σ]=100kPa；

　　φ —砂墊層擴(kuò)散角，取φ=40°；

　　γ —粗砂容重，取γ=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]=160 kPa.

　　經(jīng)計(jì)算，H=0.4m.

　　考慮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2m范圍內(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25cm×16cm，長(zhǎng)度2.5m.

　　每延米所需枕木數(shù)：

　　n=Q1/（F×[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=2.5×0.22=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(zhǎng)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)模板范圍內(nèi)，寬度同刃腳底面寬，為40cm，作為沉井澆筑前的基礎(chǔ)。

　　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ΣG=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=10×337.4=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=337.4m³

　　4.3 外露50cm時(shí)，井周摩阻力T1=S×fk =380×17=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= ΣS×[σ]=（70.7×0.7+6.4×0.4）×120=6553kN

　　其中刃腳踏面積、橫隔梁踏面積之和ΣS為（70.7×0.7）m²+（6.4×0.4）m²，土基承載力在4-2砂質(zhì)粉土層，取[σ]=120 kPa.

　　4.5 總向上的力為 ΣT=F+ T1+ T2=3374+6460+6553=16387kN

　　4.6 總向下的力（自重和施工荷載）為ΣG =18207kN

　　4.7 穩(wěn)定系數(shù)kst，s=ΣG/ΣT=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(lái)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(lái)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(guò)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深度范圍內(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(wú)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��；若改用塘渣，塘渣粒徑太大，無(wú)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(lái)增加對(duì)側(cè)壁的摩阻力。

　　已知井內(nèi)周長(zhǎng)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Δf=167.2×20×1.6=5350kN

　　ΣT=ΣT+Δf=16387+5350=21737kN

　　下沉穩(wěn)定系數(shù)kst，s=ΣG/ΣT‘=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。

　　回填中粗砂在第二節(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=10×2271=22710kN

　　沉井自重G總= G1+ G2=8759+8216=16975kN

　　側(cè)壁所受的摩阻力T阻=69.1×9.35×17=10983kN，其中周長(zhǎng)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=27958 KN/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(yǔ)

　　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，把井內(nèi)水打干，對(duì)封底混凝土檢查，未發(fā)現(xiàn)滲漏現(xiàn)象；同時(shí)我們對(duì)沉井作了軸線、標(biāo)高復(fù)測(cè)，與設(shè)計(jì)相比，軸線偏差為橫向10mm、縱向18mm，標(biāo)高最大偏差為8mm，相鄰觀測(cè)點(diǎn)不均勻高差為4mm，均很好的滿足了設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　參考文獻(xiàn)：

　　1、《給水排水鋼筋混凝土沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》CECS137：2002

　　2、《鋼筋混凝土沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工手冊(cè)》 中國(guó)建筑工業(yè)出版社 葛春輝主編