不同的沉井下沉方法在工程中的比較

鄧大鵬

1 概述

沉井是深基礎和地下工程的一種結(jié)構形式，也是常用的一種施工方法。當沉井作為一種施工方法時，即在井內(nèi)取土，依靠結(jié)構自身重量和輔助措施下沉。沉井下沉分排水下沉和不排水下沉兩種方法，應根據(jù)場地的現(xiàn)場環(huán)境，地質(zhì)水文情況結(jié)合現(xiàn)場施工條件確定。

某鋼廠煉鋼車間內(nèi)旋流沉淀池，采用圓形沉井，井內(nèi)徑 12m，壁厚 1.1m，沉至 -19.5m。根據(jù)工程地質(zhì)勘察報告，旋流沉淀池位置距離長江大堤約 550m，工程地貌屬長江下游河漫灘沖積平原，地面高程一般為 2.69m～2.72 m;地下承壓水與長江水有一定的水力聯(lián)系，具有互補關系。土層分布見表 1。

表1 土層分布情況

2 設計方案對比

該旋流沉淀池原設計為排水下沉，但是根據(jù)鋼廠其他旋流池施工情況發(fā)現(xiàn)，排水下沉容易引起周邊已經(jīng)施工的樁和柱基礎的偏移，再者綜合考慮工期和工程費用的要求，決定改成不排水下沉的設計方案。排水下沉和不排水下沉的主要區(qū)別就在于，排水下沉不需要封底混凝土，而不排水下沉需要封底混凝土，增加了計算水下封底混凝土厚度的內(nèi)容。

水下封底混凝土厚度由混凝土強度，沉井計算半徑和混凝土承受荷載三方面確定。有關工具書給出以下計算公式:

其中，H為封底混凝土厚度，mm;K為安全系數(shù)，取 2.65;M為圓板的最大彎矩，N? mm，M=0.198PR2;b為板寬，取 1 000mm;fct為混凝土抗拉強度設計值，N/mm2;D為考慮水下混凝土可能與井底泥土摻混的增加厚度，一般取 300mm～500mm;P為靜水壓力形成的荷載，kN/m;R為圓板計算半徑，m。

根據(jù)上式，計算沉井水下封底混凝土厚度:

1)沉井圓板的計算半徑:R=(12+1.1)/2=6.55m。

2)假定沉井封底混凝土厚度為 3m，靜水壓力形成的荷載，P=19.5×10-3×24=123 kN/m。

3)板中心的彎矩:M=0.198PR2=0.198×123×6.552=1 044.8 kN? m。

所以不排水沉井封底混凝土厚度為 3m，混凝土標號 C30。

3 施工方案對比

排水下沉需要在旋流沉淀池四周均勻布置井點降水和排水明溝，24 h不停的排水降低地下水位至沉井底面以下。因而沉井內(nèi)易于施工，遇障礙物易于處理，并可投入較多的勞力，取土下沉到位后，由于池內(nèi)沒有積水，所以可以做墊層，直接進行底板施工。

不排水下沉采用水力機械沖土下沉，它是用高壓水泵將高壓水流通過進水管分別送進沉井內(nèi)的高壓水槍和水力吸泥機，利用高壓水槍射出的高壓水流沖刷土層，使其形成一定稠度的泥漿匯流至集泥坑，然后用水力吸泥機將泥漿吸出，從排泥管排出井外，至井外沉淀池。該工程旋流沉淀池在沉到設計標高后，施工水下封底混凝土，由于增加了混凝土早強劑，一周后井內(nèi)排水，開始施工底板，封底取得成功。

4 結(jié)語

在鋼廠的棒材車間有一個相同尺寸的旋流沉淀池，采用的是排水下沉施工方案。通過兩個旋流池的工程經(jīng)濟性比較可以發(fā)現(xiàn)，兩者的施工工期基本一樣，但是采用不排水下沉的施工方案可以節(jié)約 45萬元的措施費用，取得了不錯的經(jīng)濟效益。因此，不排水下沉方法適合于長江下游沿岸的沉井設計和施工。

[1] CECS 137∶2002，給水排水工程鋼筋混凝土沉井結(jié)構設計規(guī)程[S].