浅谈沉井在基坑支护的应用及配筋计算

摘要：随着近几年我国工程的增多，以沉井作为基坑支护得到了越来越多的应用。其施工时所需机具不多，施工工艺也不复杂。但实际施工中沉井的配筋往往是经验配筋，配筋量较大造成了一定程度的浪费，本文以某特大桥73#墩承台施工为实例讲述沉井护壁时沉井尺寸的选定及配筋验算。

关键词：沉井基坑支护应用配筋计算

Abstract: with the increasing of the project in China in recent years, in order to open caisson as foundation pit supporting get more and more applications. When not needed for the construction machinery, construction technology is less complex. But the actual construction of open caisson reinforcement is often experience reinforcement, large quantities reinforcement caused a degree of waste, taking a big bridge 73 # pier pile caps is about protecting wall of open caisson construction for example when the size of open caisson selected checking and reinforcement.

Keywords: open caisson foundation pit supporting application reinforcement calculation

中图分类号：TV551.4文献标识码：A 文章编号：

沉井是建造在墩址所在地面上或筑岛面上的井筒状结构物。它从井孔内取土，借自重克服土对井壁的摩擦力而沉入土中，这样逐节接筑、下沉，直至设计位置后封底，再进行井内结构物或填充物的施工，沉井多数是作为基础，沉井基础的刚性大，整体性强，能承受较大的竖直和水平荷载。施工时井壁既能挡土又起着防水的作用。

一、沉井的类型

(一)按材料分类：混凝土沉井、钢筋混凝土沉井、钢沉井。

（二）按沉井的平面形状分类：

1、圆形沉井结构本身受力条件较好，在周围的土压力、水压力的作用，井壁主要承受轴向压应力；下沉过程中用的机械挖土较方便，且有利于刃脚均匀地支撑在土层上，沉井不易倾斜。

2、矩形沉井此种沉井外形结构简单，制作较容易，在外力和基底相同的条件下，矩形的基底面积为最小（因其惯性距大），可节省圬工，易在无水或流水速度较小的河流中采用。

3、圆端型沉井 其优点介于圆形和矩形沉井之间，但沉井的制作比较麻烦。

（三）按沉井的立面形状分类：柱形沉井、阶梯形沉井、锥形沉井。

沉井平面及剖面形式

（a）平面形式；（b）竖剖面形式

二、沉井的构造

沉井作为基础通常由井壁、隔墙、刃脚、井孔（取土井）、凹槽、封底、顶盖、射水管组、探测管等。射水管组是在沉井自重不足以克服下沉阻力时，在井壁四周围设置的。利用高压射水破坏沉井周围及刃脚下的土，以减小土对沉井的摩擦力。探测管是在井壁内设置而沉井作为基坑支护通常只有井壁和刃脚。 直径200～500mm的钢管或预制管道作为探测管。其主要作用：①探测井壁刃脚下和隔墙底面下的泥面标高，以便控制除土部位；②可在探测管中安设射水管，破坏沉井刃脚下的土体以利于下沉，也可用来射水清基；③沉井水下封底后，可作为封底混凝土的质量检查孔。

沉井作为基坑支护通常只有井壁和刃脚，有时为克服下沉阻力需设置射水管。

三、基坑支护时沉井主要尺寸的拟定和下沉计算

沉井主要尺寸的拟定主要依据基坑内结构物如承台的外轮廓尺寸，除应遵照沉井构造的一般要求外，还应考虑结构受力条件和沉井下沉两方面的需要。沉井壁厚不宜小于0.4m，且井壁混凝土的强度不的低于C15。沉井内壁尺寸应等于基坑内结构物如承台的外轮尺寸加襟边宽度，襟边的最小宽度一般不小于沉井总高度的1/50，且不得小于200mm。

以洋河特大桥73#墩承台施工为例来对沉井尺寸及下沉进形计算。73#承台尺寸为11m×8m×2m，经计算需开挖基坑4.5m深，土质为砂类土。

① 确定沉井尺寸

根据承台尺寸及开挖深度H=4.5m，取襟边b=0.3m，取壁厚c=0.5m则沉井内壁为11.6m×8.6m×4m外壁为12.6m×9.6m×4m。

② 沉井下沉计算

检算要求满足：Q＞T或K=Q/T＞1.0

式中 K―沉降系数

Q―沉井自重（KN）

T―土对沉井外壁的摩擦力，其值为T=Σfihiui

fi―第i层土对井壁单位面积的摩擦力（kpa）,其数值与沉入土深度、土的性质、井壁外形及施工方法有关，可参考下表。

以某特大桥73#墩计算为例：取混凝土c30，重度r=27kN/m³

Q=（12.6m×9.6m-11.6m×8.6m）×4m×27 kN/m³=2289.6 kN

T=(12.6m×2+9.6m×2) ×4m×12 kpa=2131.2kN

K=Q/T＞2289.6/2131.2=1.07＞1.0满足下沉要求，如不满足可加大壁厚

土的单位面积摩阻力fi

土种类 土对井壁的摩擦力（kpa）

砂类土 12～25

卵石土 15～30

黏性土 25～50

软土 10～12

或在沉井顶部压重或采用高压射水辅助下沉等措施。若沉井较高需分段浇筑应计算每段的自重得出下沉系数。右表为土的单位面积摩阻力

四、配筋计算

①土压力计算：

利用朗肯土压力理论计算土压力：土为砂性土取内摩擦角ø=30°r=18 kN/m³

土的压力分部如右图所示，沉井底处的主动土压力强度：

Pa=r•z•tan2(45°-ø/2)=18×4×1/3=24 kpaKa= tan2(45°-ø/2)

计算主动土压值：

Ea=1/2rh2Ka=1/2×18×42×1/3=48KN/m合力作用点距沉井底h/3=4/3m处

② 井壁横向配筋：

将长边池壁沿高度方向分为4段

H Pa

0～1 6 kpa

1～2 12 kpa

2～3 18 kpa

3～4 24 kpa

取1m壁宽进行计算，两侧按固支计算，采用如下公式进行弯矩及配筋计算。

MA=ql2/12 MB=ql2/24

=M/(fcbh02)r=(1+(1-2)*1/2)/2 As=M/rh0fy

式中

M-弯矩fc-混凝土抗压强度，本例取fc=14.3N/mm2

b-井壁宽度，取1mh0-壁的有效厚度

fy-钢筋抗拉强度设计值，本例选钢筋为HRB335，取fy= 310N/mm2

最小配筋率0.2% 安全系数取1.2。

经计算得如下表

说明：通过计算理论配筋面积均小于最小配筋面积，固As均取最小配筋率所配钢筋。

③ 井壁竖向配筋计算

取1m宽进行计算，按下端固支上端自由进行配筋计算。配筋公式可采用以上公式，弯矩MA=Fs*l*1.2 弯矩图如下：

MA=Fs*l*1.2=48×4/3×1.2=76.8kN••m 根据以上配筋公式计算得出

As=470 mm2，最小配筋率钢筋面积：As=0.2%*(500*1000)=1000 mm2

固实配钢筋。

这样通过以上的计算就可以得出实配钢筋，以避免经验配筋给工程造成的钢筋浪费。

参考文献：

1.《混凝土结构基本原理》马芹永主编

2.《土力学与地基基础》李文英主编

3.《结构力学》李家宝主编

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。