淺析某工程中的沉井設(shè)計(jì)

張 順 楊媛媛

1 工程概況

天津市西青區(qū)某工業(yè)園區(qū)內(nèi)需建設(shè)一條酸洗生產(chǎn)線,該生產(chǎn)線長(zhǎng)120 m,在該生產(chǎn)線內(nèi)需設(shè)置一個(gè)長(zhǎng)5 m,寬 3 m,深10 m的深坑,由于天津地區(qū)的地下水位偏高,地質(zhì)情況復(fù)雜,因而深坑的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)成為該生產(chǎn)線設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。

2 工程地質(zhì)資料

經(jīng)過(guò)勘察部門(mén)的勘察,該生產(chǎn)線所處地段的場(chǎng)地地貌屬第四系濱海相沖積、海積地貌單元,經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的水動(dòng)力條件,沉積了巨厚的第四系沉積層。按沉積時(shí)代、成因類(lèi)型劃分為4個(gè)工程地質(zhì)層,進(jìn)而劃分為7個(gè)工程地質(zhì)亞層,其各土質(zhì)巖性特征、分布規(guī)律如下:①人工填土層:灰褐色,松散狀態(tài),上部為雜填土,以粉質(zhì)黏土為主,該層厚0.60 m～2.30 m。②1粉質(zhì)黏土:黃褐色,可塑狀態(tài),切面粗糙,中等干強(qiáng)度,中等韌性,局部夾黏土薄層,土質(zhì)不均,該層厚0.70 m～1.80 m。②2粉土:灰黃色,濕,稍密狀態(tài),無(wú)光澤反應(yīng),低強(qiáng)度,低韌性,具層理,夾粉質(zhì)黏土薄層,土質(zhì)不均,該層厚2.00 m～3.20 m。③1粉質(zhì)黏土:灰色,軟塑狀態(tài),具層理,土質(zhì)不均,夾黏土薄層,該層厚1.60 m～2.80m。③2淤泥質(zhì)黏土:灰色,流塑狀態(tài),具層理,土質(zhì)不均,夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土薄層,該層厚 3.10 m～4.90 m。④1粉質(zhì)黏土:淺灰色,可塑狀態(tài),切面粗糙,中等干強(qiáng)度,中等韌性,局部夾黏土薄層,土質(zhì)不均,該層最大揭露3.90 m。④2粉質(zhì)黏土:淺黃色,可塑狀態(tài),切面粗糙,中等干強(qiáng)度,中等韌性,局部夾黏土薄層,土質(zhì)不均,該層最大揭露5.50 m。該場(chǎng)地勘察深度范圍內(nèi)地下水類(lèi)型為潛水類(lèi)型,潛水位年變化幅度的多年平均值約為0.8 m,勘察期間,測(cè)得場(chǎng)地穩(wěn)定水位埋深在0.95 m～1.54 m左右。

3 沉井的設(shè)計(jì)

從以上地質(zhì)資料來(lái)看,該場(chǎng)地土質(zhì)較差,存在淤泥質(zhì)黏土,呈流塑狀態(tài),且地下水位較高,綜合考慮在對(duì)生產(chǎn)線中長(zhǎng)5 m,寬3 m,深10 m的坑進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)采用沉井基礎(chǔ)最為合適。

1)沉井井壁的設(shè)計(jì)。因沉井需依靠自重克服土層摩擦力而下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高,因而對(duì)沉井進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)井壁的厚度至關(guān)重要,既要滿足沉井的下沉系數(shù),還要考慮地基的承載力,同時(shí)由于該工程井位處于地下水位以下,沉井還須滿足抗浮的要求。綜合上述設(shè)計(jì)原則,對(duì)沉井井壁進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)分別考慮施工階段和使用階段的情況,在施工階段,考慮到沉井下沉到位時(shí)只承受外側(cè)水土荷載,根據(jù)水土荷載隨深度增加而增大的特點(diǎn),將沉井井壁豎向分為三段,第一段刃腳以上長(zhǎng)度2 800 mm,沉井壁厚1 000mm。第二段長(zhǎng)度3 500 mm,沉井壁厚800 mm。第三段長(zhǎng)度3 700 mm,沉井壁厚600 mm。當(dāng)沉井下沉到位未封底時(shí),沉井刃腳以上井壁按水平框架進(jìn)行計(jì)算,第一段刃腳以上井壁不僅承受外側(cè)水土荷載,而且還要承受刃腳傳來(lái)的荷載,因而該段井壁為受力最大的一段構(gòu)件。同理,可將第二段和第三段水平框架的彎矩圖畫(huà)出來(lái),根據(jù)彎矩圖算出施工階段的池壁配筋;同時(shí)在使用階段時(shí),封底混凝土及底板均已做好,此時(shí)排水措施也已經(jīng)取消,地下水位按設(shè)計(jì)最高水位0.8 m進(jìn)行核算,井壁按四邊支撐的雙向板進(jìn)行計(jì)算,最后根據(jù)兩種工況綜合比較得出井壁實(shí)際所需的配筋量(見(jiàn)圖1)。

2)沉井刃腳的設(shè)計(jì)。在進(jìn)行沉井刃腳設(shè)計(jì)時(shí)不僅需要考慮沉井下沉?xí)r作用在刃腳四周的水、土壓力,還需要考慮沉井自重在刃腳踏面和斜面上產(chǎn)生的垂直反力和水平推力,同時(shí)對(duì)刃腳上部井壁上留有連接底板的企口凹槽,也需對(duì)凹槽處的截面進(jìn)行豎向撓曲受力驗(yàn)算。通過(guò)對(duì)刃腳豎向向外撓曲受力的計(jì)算以及刃腳豎向向內(nèi)撓曲彎矩計(jì)算,得出具體刃腳的尺寸及配筋(見(jiàn)圖2)。

3)底板的計(jì)算。鋼筋混凝土底板視其周邊與井壁所設(shè)凹槽或水平插筋的構(gòu)造情況,確定支座條件,根據(jù)該工程刃腳與井壁的連接情況以及底板的長(zhǎng)寬比,沉井的底板按四邊鉸支的雙向板計(jì)算,并考慮整個(gè)沉井(構(gòu))筑物的最大自重荷載計(jì)算,確定該沉井底板厚度為900 mm。

4 沉井的傾斜控制措施

沉井在施工當(dāng)中極其容易出現(xiàn)傾斜,因而在施工時(shí)需采用因地制宜的下沉方式,尤其應(yīng)注意初沉階段的控制,這是沉井下沉位置正確與否及傾斜控制的關(guān)鍵,應(yīng)控制下沉速度慢一些。當(dāng)遇難下沉土層時(shí),宜采用在沉井的外壁隨下沉隨填砂的方法,以減少下沉的摩阻力和以后的清淤工作,也有利于均勻下沉,同時(shí)在沉井開(kāi)始下沉和將沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí),按鍋底形分層挖土,周邊開(kāi)挖深度應(yīng)小于30 cm或更薄一些,距離設(shè)計(jì)標(biāo)高20 cm～30 cm左右應(yīng)停止取土,依自重慣性下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

5 結(jié)語(yǔ)

沉井是修建深基礎(chǔ)的主要基礎(chǔ)類(lèi)型,在工業(yè)生產(chǎn)線中經(jīng)常采用。本工程生產(chǎn)線中的深坑在地下水位較高、場(chǎng)地土質(zhì)存在淤泥質(zhì)黏土的情況下,采用沉井這種基礎(chǔ)形式最為合理。綜合考慮多方面因素,為本工程生產(chǎn)線中的深坑設(shè)計(jì)出合適的沉井壁厚、刃腳以及底板的厚度,同時(shí)為施工中容易出現(xiàn)傾斜的情況提出了相應(yīng)的控制措施。實(shí)踐也證明該工程生產(chǎn)線完成后經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用,情況良好。

[1] 郭云鵬.沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工方法探討[J].山西建筑,2009,35(28):139-140.