浅谈钢筋混凝土沉井的结构设计

浅谈钢筋混凝土沉井的结构设计

作者：邹海君

来源：《建筑工程技术与设计》2014年第31期

摘 要：简单沉井结构的设计流程 一.沉井的涵义及使用特点

沉井，是一种在地面上制作、通过取除井内土体的方法使之沉到地下某一深度的井体结构。利用沉井作为挡土的支护结构，可以建造各种类型或各种用途的地下工程构筑物。 在工程中，有很多构筑物或深基础地下部分埋置较深、周边有障碍不便于大面积开挖，或地下水位较高、地基为砂性土、容易产生涌流和塌陷，这时候采用沉井这种结构形式是一个很好的选择。

沉井的应用范围一般有以下几方面：

1、当构筑物埋置较深，采用沉井方式较经济时； 2、新建构筑物附近存在障碍物，不便于大面积开挖时； 3、地下水较丰富，排水施工有困难时。

二.以下以抚顺市新抚斜路道口下穿道路工程-----泵站综合吸水池工程为例，简单介绍一下沉井在实际工作中的设计思路。 1.工程概况

新抚斜路道口下穿道路工程-----排水泵站综合吸水池，平面尺寸5.7mx11.2m，高6.40m，板顶覆土0.7m。

地质情况：（1）杂填土层，±0.00（地表）～-7.30m，松散状态。（2）粗砂砂层，-7.30～8.50m，中密，饱和。（3）圆砾层，-8.5m开始，为基础持力层，fak=400kpa。地下水位标高约为-3.0m，年变化幅度约为1.0m。离本工程不到4米为沈抚铁路。 2.设计思路

从以上资料来看，本工程场地土质较差，附近有障碍无法进行大面积开挖，且有可能出现流砂。综合考虑，池体采用沉井结构。

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1）沉井的下沉

一般情况下，沉井依靠其自重来克服周边土的摩擦力而下沉到设计标高。满足公式Kst=（Gk-Ffw，k）/Ffk≥1.05

其中Kst---下沉系数Gk---自重Ffw，k---浮力Ffk---摩阻力

根据场地的地质情况，本工程沉井第一节采用不排水下沉，并开挖2m。第二节开始采用排水下沉。其中排水下沉可以增大下沉系数，避免出现流砂或倾斜等状况。排水下沉到设计标高后，采用干封底。

如果沉井下沉过程中可能出现倾斜位移情况，施工时应加强观察及时发现并采取措施纠正：可在刃脚较高一侧加强冲挖，在较低的一侧适当回填砂石，必要时配以井外射水或局部偏心压载，若倾斜是由于被大石块或其他障碍物支住，可在施工人员的配合下采用风镐破碎或爆破法使之成为小块取出。 2）沉井的抗浮

抗浮是地下建筑设计的一个重要问题。一般满足公式满足公式Kfw=G/Ffk，k≥1.05 其中Kfw---抗浮系数G---自重Ffw，k---浮力

沉井为了满足抗浮要求而把井壁设计得很厚是不经济的，在满足使用阶段的抗浮要求后，对于施工过程的抗浮可采用一些措施解决。当沉井封底后将井内积水抽干，而井的内部结构、设备以及上部结构尚未施工时，沉井的上浮处于最不利阶段。此时可以采用：（1）井点降水的方法降低沉井外面地下水位；（2）在底板以下设置反过滤层和集水井，用水泵将地下水抽走，使底板的上浮压力降低；（3）对于多格沉井还可以采用分格封底，或对水下封底的沉井采取分格的方法进行内部结构的施工。施工过程遇到暴雨时可以注水以增加抗浮能力，待内部结构施工完毕后，才停止降低井外地下水位。 3）.地基承载力验算

施工阶段，他是一个空箱体，一般重量小于所挖土重，不必计算，仅验算使用阶段地基承载力即可。

4）沉井配筋计算 沉井井壁的设计。

进行设计时，井壁的厚度至关重要，为满足下沉系数、抗浮系数和结构强度的要求，井壁应有适当的厚度。综上，本工程对沉井井壁进行设计时分别考虑施工阶段和使用阶段的情况。

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在施工阶段，考虑到沉井下沉到位时只承受外侧水土荷载，根据水土荷载随深度增加而增大的特点，将沉井井壁竖向分为三段，第一段包括刃脚长度2700mm，沉井壁厚600mm，第二段长度2500mm，沉井壁厚600mm，第二段长度2500mm，沉井壁厚600mm。当沉井下沉到位末封底时，沉井刃脚以上井壁按水平框架进行计算，第一段刃脚以上井壁不仅承受外侧水土荷载，而且还要承受刃脚传来的荷载，因而该段井壁为受力最大的一段构件。同理，可将第二段和第三段水平框架的弯矩图画出来，根据弯矩图算出施工阶段的池壁配筋；同时在使用阶段时，封底混凝土及底板均已做好，此时排水措施也已经取消，地下水位按设计最高水位-3.0m进行核算，井壁按四边支撑的双向板进行计算，最后根据两种工况综合比较得出井壁实际所需的配筋量。

沉井刃脚的设计。

沉井的刃脚强度是设计的关键部位。在进行沉井设计时不仅需要考虑沉井下沉时作用在刃脚四周的水、土压力，还需要考虑沉井自重在刃脚踏面和斜面上产生的垂直反力和水平推力，同时对刃脚上部井壁上留有连接底板的企口凹槽，也需对凹槽处的截面进行竖向挠曲受力验算。通过对刃脚竖向向外挠曲受力的计算以及刃脚竖向向内挠曲弯矩计算，得出具体刃脚的尺寸和配筋。 底板的设计。

钢筋混凝土底板视其周边与井壁所设凹槽或水平插筋的构造情况，确定支座条件，根据该工程刃脚与井壁的连接情况以及底板的长宽比，沉井的底板按四边铰支的单向板（双向板）计算，并考虑整个沉井（构筑物）的最大自重荷载计算，确定该沉井底板厚度为600mm。 井壁预留孔洞的处理。

根据工艺要求，本沉井的井壁需预留孔洞。对于较大的孔洞再设计中若处理不好，沉井在下沉的过程中在孔洞四角将会由于应力集中而产生裂缝。对于这个问题，设计中一般要求经过预留孔口的钢筋暂不切断，并用低一级混凝土封堵，以便增加其下沉过程中的整体刚度，改善洞口应力状况，待沉井下沉完成，并且底板施工完毕后，再凿开洞口和切断钢筋。 三.具体计算步骤

参见《给水排水工程结构设计手册》6.5章设计例题。 四.结语

沉井，由掘井作业而发展而来的技术，由于其在建造地下构筑物或深基础工程中显示的优越性，随着施工技术以及施工机具的不断发转而获得越来越广泛的应用。无论是设计理论方面或是实践技术方面军累计了十分丰富的经验，随着我国经济的飞速发展，各种用途的地下设施的基础都会出现，沉井作为一种快速施工有不扰民、不破坏环境的基础形式，有其独有的优

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点。可以预料，随着工程应用范围的不断扩大，沉井的设计技术和施工技术必将得到更为迅速的发展。 参考文献：

[1] 王建明，邓铭庭，刘行知. 集约化沉井工程施工技术[J]. 中国给水排水. 2006（08） [2] 陈风雷. 对沉井工程施工要点及常见质量问题的探讨[J]. 建筑施工. 2011（06） 简介：邹海君 出生：1983年2月7日，历：本科，职称：工程师

性别：女民族：汉，籍贯：辽宁省凌源市，学