结合工程实例浅谈构筑物深基础选型及沉井纠偏

【摘要】本文结合某水质净化厂工程，探讨沉井在项目设计及施工中的优点，以及在施工过程中出现的问题，并提出了相应的解决措施。

【关键词】沉井；结构设计；下沉纠偏

前言：

沉井是结构深基础中主要采用的方法之一，是在地面制作、井内取土下沉的施工方法，待下沉至设计标高时进行封底。在深基础施工中，沉井施工与大开挖相比，沉井具有占地面积小、技术稳妥可靠、操作简便、开挖量小等优点，随着沉井施工技术和相关施工机械设备的不断推陈出新，沉井施工工法在国内外工程中受到了广泛的青睐。

1.水质净化厂项目简介

1.1项目概况

某水质净化厂占地面积共4.2公顷，水质净化厂近期规模为5万m3/d。水质净化厂的预处理包括的构筑物主要有粗格栅、污水提升泵房、细格栅、沉砂池、ZT廊道交替池、UV消毒池、鼓风机房、污泥贮池、浓缩脱水间、综合楼等。

1.2场地工程地质条件

根据地勘资料显示，场地内土（岩）层按岩性、时代和成因类型自上而下分为（1）人工填土层、海相沉积淤泥层、海陆交互相沉积层、残积层及中泥盆统细粒石英岩。厂区内大部分为软弱土层，基岩埋藏较深，淤泥层厚度较大，淤泥厚度为16.6～34.7米。该层分布连续，厚度大，具高含水量、高压缩性、高灵敏度、低承载力等特点，尚未完成自重固结，工程性质差。其中上部人工填土层厚2.0米，容重γ为18KN/m3，凝聚力c为20 KPa，内摩擦角φ为12o，淤泥层容重γ为17KN/m3，凝聚力c为15 KPa，内摩擦角φ为5o，地下水位埋深2.0米。

1.3提升泵房沉井结构布置

根据工艺要求，提升泵房平面尺寸为8.7米X8.9米，深达10米，由于泵房位置淤泥厚度较大，如果采用大开挖方式，基坑支护及施工难度大、费用高，所以在设计中采用沉井工艺。

沉井井壁厚度及刃脚等结构尺寸的确定须根据以下几方面计算确定：沉井下沉、下沉稳定性及抗浮稳定性验算，必要时应进行沉井结构的倾覆和滑移验算。沉井结构布置见图1、图2。

图1 泵房沉井平面图 图2 A-A剖面图

2.泵房沉井纠偏

2.1沉井沉偏量

通常在工程实例中，因受到现场地质条件和施工等影响，沉井下沉过程中有可能会出现下沉困难、超沉或沉偏的情况。对于本工程，泵房沉井位置下部土层为淤泥，土质软弱，下沉过程中下沉困难的情况一般不会出现，较容易出现超沉和沉偏的情况。在本工程施工过程中，泵房沉井沉至还剩两米左右时，出现了沉偏的情况，沉井沿短边两角高差为410毫米，大于下沉总深度的1.5%，超出了规范要求，倾斜量tgθ=e/B=410/8200=0.05，倾斜角θ=3.0 o，须进行纠偏。

2.2沉井刃脚及井壁复核验算

2.2.1刃脚验算

刃脚计算中，通常刃脚可看着竖向悬臂梁和一个封闭的水平框架共同承担作用在外壁刃脚上的外力。

水平框架作用判别：

αf=0.1l4/（h4+0.05l4）=0.1x8.24/（0.54+0.05x8.24）=1.999>1，按悬臂计算梁。

根据规程4.2，地基土等效内摩擦角：

φD=2（45o-arctan（tg（45 o -φ/2）-2c/γs/z），

φD=2（45o-arctan（tg（45 o -5/2）-2x15/17.0/7）=22.6 o

因沉井发生倾斜，作用于刃脚上的外力为土压力和土自重力在垂直井壁方向分量的叠加：

Fepk = tg2（45 o -φD/2） （γs zw+γ’s （z-zw）+q）+ γzs

=0.4x（18.0x2+7.0x5+10）+10x5=32.4+50=82.4 KN

Fepl=Fepkcosθ+（γs zw+γ’s （z-zw）+q） sin θ

=82.4xcos3 o+（2x18.0+17.0x5+10）sin3 o =82.3+6.9=89.2 KN

F’epk =0.4（18.0x2+7.0x4.45+10）+10x4.45=30.8+44.5=75.3 KN

F’epl=75.3xcos3 o+（2x18.0+17.0x4.45+10）sin3 o =75.2+6.4=81.6KN

刃脚向内弯矩：

Ml=（2 Fepl +F’epl） h2/6=（2x89.2+81.6）x0.52/6=10.8KN.m

根据计算，按构造配筋即可，图中配筋φ18@150，满足要求。

2.2.2刃脚上部井壁验算

井壁所受荷载：P’= F’epl=81.6 KN。

刃脚范围传来的水平荷载：F= （F’epl+ Fepl）h/2=（81.6+89.2）x0.5/2=42.7 KN，因αf>1，框架的水平荷载不作修正。

井壁所受的总荷载为：P= P’+ F=124.3KN。

跨中弯矩：M中=Pl 2/24=124.3x8.22/24=348.3 KN.m，按图中配筋φ28@150，裂缝ω=0.173mm，满足要求。

支座弯矩：M支=Pl 2/12=124.3x8.22/24=696.5 KN.m，按图中配筋φ28@75，裂缝ω=0.185mm，满足要求。

2.3采用的沉井纠偏措施

根据本工程现场实际情况，经过方案讨论，采用以下措施分步实施：

（1）首先采用在沉井下部较低一侧刃脚下垫粗砂，延缓本侧下沉速度。

（2）因沉井位置软土层较厚，为预防可能下沉较快、出现失稳的情况出现，采用往井内注水，产生浮托力，延缓沉井下沉速度。

（3）待沉井稳定后，在沉井上部下沉较少一侧增加配重，并在沉井下部沉的较少一侧多挖土，刃脚较低一侧少挖或不挖土。

经过纠偏措施的实施，使沉井在下沉到设计标高时沉井四角高差为80毫米，满足规范要求，使偏差得到了纠正，基本满足了设计要求。

3.结语

随着城市建设及改造的快速发展，因现状建（构）筑物的影响，施工空间受到极大的限制，深基础设计及施工中，沉井结构所具有的占地面积小、技术稳妥可靠、操作简便、开挖量小、对邻近建筑物影响小、减少深基坑支护高额费用等独特优势得到了体现。但在实际施工过程中，因施工技术条件、地质变化等因素影响，可能会出现下沉困难、超沉或沉偏等情况，只要及时采取正确、有效的措施，一般都能得到很好的解决。

参考文献：

[1]给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程CECS 137：2011.

[2]张艳华，贾建珍. 浅谈污水处理场进水泵房沉井施工. 河北建筑工程学院学报， 2007.09.

[3]葛春晖. 钢筋混凝土沉井结构设计施工手册. 中国建筑工业出版社， 2004.