不同工况下沉井下沉系数K值计算

摘要：沉井下沉系数K值的正确取定是沉井能够顺利下沉的关键，本文通过对余家头水厂取水工程取水泵房的实例研究，分别确定了泵房在两种工况不同土层的下沉系数，针对不同情况下的K值采取了相应的下沉措施，成功实现了沉井安全、平稳、快速、精确下沉到位。

关键词：取水泵房；两种工况；不同土层；下沉系数

中图分类号：U443文献标识码： A

沉井下沉的总重力应大于沉井外表面的总阻力，但不能大于沉井刃脚踏面参与工作的总阻力。下沉重力与下沉阻力之比称为下沉系数。下沉系数K根据施工经验应为1.10～1.25才能确保沉井顺利下沉。沉井下沉时应对其在自身重力能否顺利下沉进行必要的验算。总阻力一般有井壁与土层间的摩擦力，地层对刃脚及隔墙底梁的反力。井壁与土间的摩擦力通常的计算方法是假定摩擦力随土深而加大，并且在5米深时达到最大值，5米以下时保持常值，见图1。

K=G+G＇－F／R 1+R2

G―沉井自重，不排水下沉应扣除浮力；

G＇―施工荷载；

F―浮力；

R 1―沉井与土层之间的摩擦力， R 1=πD（H－2.5）f ， D为沉井外径，H为沉井入土深度， f为井壁与土的摩擦系数，当下沉范围内土层由不同土层构成时，其平均摩擦系数f0由下式计算：f0= f1n1+f2n2 +…+fnnn／n1+n2+…+nn 式中f1,f2,…fn为各层土与井壁的摩擦系数，n1,n2……nn为各层土的厚度；

R2―地层对刃脚及隔墙底梁的反力，R2=S×Pu ，S为与地面接触的沉井投影面积，Pu为地基的极限承载力。

沉井采取分节制作分节下沉时，其下沉系数也应分段计算。

例：余家头水厂取水工程位于武青堤外长江边,武汉二七长江大桥上游500米处。取水泵房内径为21.0m，外径为23.4m，井字形底梁高1.5米，±0.000相当于绝对高程29.97m，±0.000以下30m为钢筋砼结构。取水泵房井筒采用沉井，筏板基础。泵房沉井高30m分三次制作，二次下沉,即:第一节沉井制作高度15m，排水下沉高度14.5m,第二节沉井制作高度8m，不排水下沉高度6.13m,第三节井筒制作高度7m。沉井范围的地质从上至下分布为：冲填土（厚1.0～4.6m，松散）、淤泥质粉质粘土（厚4.4～11.4m，流塑）、粉质粘土夹粉土、粉砂（厚1.3～6.9m，软塑）、粉细砂夹粉质粘土、粉砂（厚1.0～7.3m，松散-稍密）、粉细砂（厚1.2～6.0m，中密）、粉细砂（厚3.5～7.2m，中密-密实），本工程在计算K时将沉井区域不同类型土层的厚度取近似值，具体见图2。长江历年月平均水位见表1。

表1 2002年～2012年月平均水位

表2沉井下沉计算结果

注：R 1=πD（H0－2.5）f 中H0为沉井入土深度，H0=n1+ n2+….+nn；n1， n2，…. ，nn，为各土层厚度。

从计算可以看出，接高第一节时全截面（图3）工况下K=2.3，结构不能保持稳定，应当在刃脚下对支撑面进行处理，浇筑素混凝土增大地基的受力面积等措施；在第一节排水下沉、第二节接高、第二节排水下沉的施工情况下全截面支撑都能保持稳定。沉井在第一节排水下沉和第二节不排水下沉至刃脚标高0.6m处，在全刃脚支撑工况下，下沉系数都大于1，说明沉井在这个过程中下沉较容易。但在刃脚标高0.6m至下沉到刃脚设计标高-0.030m处时，下沉系数小于1，此时可以将刃脚内部覆土适当清除减小阻力等助沉措施。

结语：沉井下沉施工过程中应根据不同的工况计算沉井在各种土层的下沉系数，根据下沉系数准确得出沉井在不同工况不同土层下的稳定情况，从而采取必要的措施使沉井顺利下沉。本文的形成为今后类似的工程提供了参考依据。

[1] 周审一，张立荣，杨仁杰，杨永灏. 沉井沉箱施工技术[M].北京：人民交通出版社，2005.

[2] 段良策，方良，潘永常. 市政工程施工计算实用手册[M].北京：人民交通出版社，2013.