浅析沉井及旋喷桩在设备基础中的应用

摘要：沉井是一种在地面上制作、通过取除井内土体使之下沉到地面以下某一深度的井体结构。本文就徐州市某设备基础项目中旋喷桩的应用、沉井设计及采取的防护措施进行一些探讨。

1 工程概况

该设备位于徐州市某铁路单位内，设备基坑采用钢筋混凝土形式内壁净尺寸：长7.0m，宽6.0m，设备底部距建筑完成后地面3.4m。因生产需要设备基坑距既有维修大库外墙6.03m且建设地点受两侧既有运营铁路所限，为确保维修大库安全且不影响使用单位生产任务，经多个方案比较，最终选择沉井作为该设备基础的结构形式。

1.1地质情况

⑴土体参数：①层杂填土（该层未提供）。②层粉土，重度18.8KN/m3，内摩擦角22.6o，侧阻力特征值10 KN/m2。③层黏土，重度19.1KN/m3，内摩擦角5.1o，侧阻力特征值12 KN/m2。④层淤泥质黏土，重度17.8KN/m3，内摩擦角2.6o，侧阻力特征值9KN/m2。⑤层黏土，重度18.1KN/m3，内摩擦角6.6o，侧阻力特征值12 KN/m2。⑥层黏土，重度19.5KN/m3，内摩擦角11.8o，侧阻力特征值16 KN/m2。⑦层全风化泥岩（该层未钻透）。通过地质报告揭示：勘探深度范围内②层粉土为液化土层，分布深度约为既有地面下-1.5m～-6.5m，场地地下水为第四系孔隙潜水，勘探期间测得场地地下水初见水位-1.0m左右。

⑵场地抗震设防烈度为7度，基本地震加速度0.10g，设计地震分组为第二组。

1.2计算参数的选取

⑴设备厂家要求地基承载力≥150Kpa方能满足设备使用精度。

⑵设备厂家要求设备基础钢筋混凝土侧壁厚度0.57m用于设备预埋构件。

⑶相关荷载选取：

①设备自重：200KN。

②设备基坑内活荷载：2KN/m2。

③设备使用后上部列车荷载。

2 旋喷桩止水帷幕及地基加固

2.1旋喷桩止水帷幕

因场地地下水埋深较浅且设备基础受周边构筑物影响不具备降水条件，为顺利实施本工程，设计考虑在沉井外侧设止水帷幕来实现设备基础与场地地下水的隔离，止水帷幕选用两排Ф60cm高压旋喷桩采用42.5级普通硅酸盐水泥，旋喷桩竖直方向咬合10cm，水平方向咬合20cm，根据本地区施工经验，每米旋喷桩水泥喷入量≥220kg，为不影响止水帷幕施工后沉井下沉，止水帷幕内侧距沉井外壁水平间距60cm（楼梯位置更改为65cm及70cm，见图二），同时为节省投资旋喷桩桩端打入不透水层⑤层黏土约1.0m。工程施工时，止水帷幕止水效果良好且未影响沉井下沉。

2.2旋喷桩地基加固

为满足设备厂家提出地基承载力≥150Kpa的使用要求，根据地质报告揭示②层粉土地基承载力为100Kpa，为满足设备使用要求同时结合场地地质及现场施工条件，考虑采用单管法旋喷桩加固地基，桩基选用42.5级普通硅酸盐水泥采用Ф60cm高压旋喷桩加固地基且高压旋喷桩桩身水泥土无侧限抗压强度需≥2.0Mpa。

为满足复合地基承载力要求并结合沉井平面尺寸，旋喷桩采用变间距布置方式。为节省投资并结合旋喷桩施工机械可控制打入深度的优点，设计考虑从建筑标高±0.000以下5.200m向下打入10.3m旋喷桩，桩端进入持力层⑥层黏土约2.4m。根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）规范7.1.5条、7.1.6条验算及地基承载力实验均满足复合地基承载力≥150Kpa的使用要求。

3 沉井结构计算

3.1下沉系数计算

为使沉井顺利下沉，需对沉井进行下沉验算。沉井下沉分为排水下沉及不排水下沉。本工程沉井下沉时由于已设止水帷幕，沉井施工范围内土体已与外界场地水实现隔离，设计考虑按排水下沉计算更符合实际情况。沉井下沉系数Kst=（G1k-Ffw，k）/Ffk需≥1.05，根据地质报告揭示①层土为杂填土且沉井刃脚浇筑时位于既有地面下约-1.0m故在计算井壁总摩阻力时不考虑杂填土的贡献。经计算井体自重标准值G1k=2447.63KN，水浮力标准值Ffw，k =0KN，井壁总摩阻力标准值Ffk=2261.44KN，代入下沉系数计算公式得Kst=1.082满足下沉系数要求，故不需采取另外的助沉措施，沉井能够顺利下沉。

3.2下沉稳定计算

沉井应进行下沉稳定验算，下沉稳定系数Kst，s=（G1k-F′fw，k）/（F′fk+Rb）需介于0.8～0.9之间，由于本工程沉井下沉系数不大且下沉土层不是软弱土层故下沉系数不需验算。

3.3抗浮计算

沉井抗浮稳定应按沉井封底最高水位和使用阶段最高水位分别计算，抗浮系数Kfw=G1k/Fbfw，k需≥1.0，由于本工程沉井周边已设止水帷幕，沉井范围内土体已与外界场地水实现隔离，故不需验算抗浮。

3.4井壁计算

作用于井壁的荷载主要有井壁外水、土压力及自重，共分为施工期和使用期两种荷载组合并按井壁组成的水平框架分别计算，由于生产厂家因工艺要求已限定井壁厚度且本工程沉井深度大不，故设计时取位于刃脚上部的井壁内力作为控制内力计算配筋即可。

3.5刃脚计算

刃脚是指井壁下部楔形的部分，其作用是切入土中以减少沉井下沉阻力使沉井能在自重作用下顺利下沉。刃脚在下沉阶段，应计算沉井下沉时作用于刃脚侧面的水、土压力以及使用阶段沉井自重及其它外荷载作用于刃脚踏面和斜面上产生的垂直反力和水平推力，并根据控制内力计算配筋。

3.6封底计算

沉井在浇筑钢筋混凝土底板前需先行浇筑封底混凝土。沉井封底可分为干封和湿封两种。本工程沉井周边已设止水帷幕故沉井下沉至设计标高后，只需通过水泵抽干沉井内积水即可按干封法封底。由于设备使用后上部荷载较大，设计考虑沉井底板与桩基间采用C20片石混凝土作为封底材料（见图五）以增强基础整体刚性使沉井底部复合地基共同承受竖向荷载以避免刃脚下旋喷桩发生局压破坏。

4 结束语

沉井是常见的设备基础形式，随着社会的不断发展，受到外界条件所限而选择沉井结构的项目必将越来越多。本文通过对沉井及旋喷桩在设备基础中的计算及施工方法作了总结，希望能对同类工程提供一些有价值的参考。

参考文献：

[1]《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012），中国建筑工业出版社。

[2]《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012），中国建筑工业出版社。

[3]《钢筋混凝土沉井结构设计施工手册》，中国建筑工业出版社。

[4]《给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程》，中国建筑工业出版社。