沉井施工计算书 计算依据： 1、《给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程》CECS 137∶2015 2、《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011 3、《公路桥涵地基与基础设计规范》JTG D63-2007 4、《公路桥涵施工技术规范》JTG/T F50-2011 5、《建筑施工计算手册》江正荣编著 6、《实用土木工程手册》第三版杨文渊编著 7、《地基与基础》第三版 一、参数信息 1、基本参数
沉井总体示意图 二、砂垫层铺设厚度验算 沉井承垫材料：垫木垫木宽度L(m)： 2 砂的天然容重γs(kN/m3)：20 砂垫层的压力扩散角θ(°)：25 砂垫层厚度h0(m)：0.5 砂垫层底部地基承载力设计值[P](kPa)： 150 砂垫层计算简图 沉井第一节沿井壁单位长度重量：G0=tH s(G2k+G1k)=0.5×3×(24+1)=37.5kN/m
砂垫层底部荷载计算值：P=G0/(2h0tanθ+L)+γs h0=37.5/(2×0.5×tan25°+2)+20×0.5=25.205kpa≤[P]=150kpa 满足要求！ 三、垫架拆除井壁强度验算 两支承点之间最大距离L1(m)：7 支承点距端部的距离L2(m)： 1.5 沉井垫架拆除示意图 沉井在开始下沉特别是在抽垫木时，井壁会产生较大的弯曲应力。 沉井井壁抗弯按深受梁考虑，参考GB50010-2010附录G，深受梁计算第G.0.8 2 条，0.2Hs范围内纵向受力实际钢筋面积经计算：A's 底部=A's顶部=1608.495mm 支座弯矩M支：M支=-G0L22/2-G0(B s/2-t)(L2-t/2)=-37.5×1.52/2-37.5×(8/2-0.5)×(1.5-0.5/2)=-206.25kN·m 跨中弯矩M中：M中=G0L12/8-M支=37.5×72/8-206.25=23.438kN·m 将沉井结构按深梁结构进行验算，根据《混凝土结构设计规范》，计算如下：
XXXX路及其配套设施建设项目（排水工程）工作井（沉井）结构计算书 计算: 校核: 审定: XXXXX设计建设有限公司 二○一二年X月
1目录 1 目录 (2) 1.1 工程概况 (3) 1.2 结构计算依据 (3) 1.3 顶管概况 (3) 1.4 顶管工作井、接收井尺寸 (3) 1.5 1000mm管顶力计算 (4) 1.5.1 推力计算 (4) 1.5.2 壁板后土抗力计算： (4) 1.5.3 后背土体的稳定计算： (5) 1.6 工作井（沉井）下沉及结构计算 (5) 1.6.1 基础资料： (5) 1.6.2 下沉计算： (5) 1.6.3 下沉稳定计算： (6) 1.6.4 抗浮稳定计算(沉井下沉到设计标高浇注底板后)： (6) 1.6.5 刃脚计算： (6) 1.6.6 沉井竖向计算： (7) 1.6.7 井壁内力计算：(理正结构工具箱计算) (9) 1.6.8 底板内力计算：(理正结构工具箱计算) (14) 1.7 接收井（沉井）下沉及结构计算 (15) 1.7.1 基础资料： (15) 1.7.2 下沉计算： (16) 1.7.3 下沉稳定计算： (16) 1.7.4 抗浮稳定计算(沉井下沉到设计标高浇注底板后)： (16) 1.7.5 刃脚计算： (16) 1.7.6 沉井竖向计算 (17) 1.7.7 井壁内力计算：(理正结构工具箱计算) (18) 1.7.8 底板内力计算：(理正结构工具箱计算) (24)
1.1工程概况 本工程污水管道起于XXX污水接入位置，沿XX快速路布设，汇入XXX路西侧的XX污水第一处理厂进场干管，长约1Km。主要解决包括XXXXX地块等的污水排放，管道布设位置距道路中线7.9m,为了不影响XX路的交通，W24~W26段采用顶管穿越XXX路。 1.2结构计算依据 1、测量资料、污水管道平面、纵断面设计图； 2 、地勘资料（XXXX工程地质勘察队 2010年10月29日）； 3、《室外排水设计规范》GB50014-2006； 4 、《给水排水工程构筑物结构设计规范》（GB50069-2002）； 5 、《给水排水工程管道结构设计规范》（GB50332-2002）； 6 、《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB50268-97）； 7 、《市政排水管道工程及附属设施》（国家标准图集06MS201）； 8 、《混凝土结构设计规范》GB 50010-2002； 9 、《顶管施工技术及验收规范》（试行）中国非开挖技术协会行业标准 2007年2月； 10 、《给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程》（CECS 137：2002）。1.3顶管概况 1、顶管工程性质为解决XX安置小区污水排放问题，兴建地点XX快速路接 XX路交叉口处，顶管管径1m，管道埋深5.1米。XX路顶管管道放置在密实的卵石层内，覆土平均取 4.5m，由于顶管长度较长，分两段顶管，每段长度L≤50m。顶管工作井、中继井尺寸 5.3m*3.8m，顶管接收井尺寸 2.7m*2.7m。 2、本工程设计合理使用年限为五十年，抗震设防烈度为七度。 3、钢筋及砼强度等级取值： （1）钢筋 Ф—HPB235级钢筋强度设计值fy=fy′=210N/ mm2 Ф—HRB335级钢筋强度设计值fy=fy′=300N/ mm2 （2）圆管砼：采用C50，沉井采用C25。 （3）所顶土层为砂砾石，r=21KN/ m3 4、本工程地下水埋深为2.0～2.5m。 5、本计算除井壁、底板外未采用专业计算软件。 1.4顶管工作井、接收井尺寸 1、工作井尺寸的设计、核算由检查井的设计要求及顶管操作技术要求决定。 （1）、工作井的宽度计算公式
沉井结构设计计算 第一章概述 第一节沉井的涵义及应用范围 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。沉并施工方法是修筑地下构筑物或深基础工程特殊而重要的施工方法，而沉井结构则是与这种施工方法相适应的工程结构。与沉井相类似，沉箱也是通过取除箱内土体使之沉到地下的一种工程结构，所不同的是沉箱在取除箱内土体的过程中，箱内必须保持一定的气压，使箱外的土和水不致渗入箱内，人员可在箱内进行取土作业。沉井则因可在水下取土而无需在井内加压，这是两者主要的区别之处。 沉井的应用范围一般有以下几方面： 一、当构筑物埋置较深，采用沉井方式较经济时； 二、当构筑物埋置很深(如矿山的竖井)时，采用其他施工方式有困难，采用沉井最合适； 三、新建构筑物附近存在已有建筑物，开挖施工可能对已有建筑物产生不利影响，就应考虑使用沉井； 四、江心和岸边的井式构筑物，排水施工有困难时，采用沉井是最佳选择； 五、建筑物的地下室、拱管桥的支墩及大型桥梁的桥墩采用沉井结构都有成功实例。 第二节沉井的特点 沉井作为建造地下工程构筑物或深基础的一种方法，与其他方法相比，具有十分明显的特点。 一、沉井与广泛应用的大开挖方法相比，特点如下： (一)如果大开挖不设支护，则不但土方工程量大，而且往往由于需留出开挖边坡，使场地面积大大增加；沉井的土方工程量则可以限制在沉井的体积范围内，而且因为无需留出边坡，场地面积也可大大减少。 (二)沉井不但可以作为地下结构的外壳部分，而月在挖土下沉的过程中可作开挖支护。与设支护的大开挖方法相比，省去了开挖支护的费用。 (三)在地下水丰富的地区，大开挖方法的降水措施是必不可少的。这一措施需花费大量的人力与物力，而沉井施工方法则因町以采用水下挖十及水下封底等技术而节省了降水或排水的费用。 (四)对于一些深度较大的地下构筑物或深基础，大开挖法往往是不可能的或是费用巨大，此时，沉井的优点则是无法比拟的。深度越大，则沉井的优点就越为突出。 二、沉井与沉箱相比，特点如下： (一)一般情况下，沉箱法所需的专用设备多，而沉井法则因所需的专用设备比较简单而易于满足，所需费用也比沉箱法为小。 (二)沉箱法在作业过程中，箱内人员需在高于大气压力的条件下操作，其操作条件不如沉井法；而如下沉的深度较深，则需进——步增加箱内的气压而使箱内的操作条件大大劣化。所以，沉箱的下沉深度是受到一定程度的限制的，一般不超过35-40in，而沉井的下沉深度则无此限制。 三、沉井法虽然具有一定优点，但在一些情况下，其应用也是受到一定程度的限制的,这表现在： (一)沉井在下沉的过程中，对周围一定范围内的土体将产生扰动，在一些土层中，这种扰动还相当严重，如果周边环境对这种扰动的反应敏感，则还必需采取环境保护措施。 (二)在下沉深度范围内，沉井刃脚下必须无大块孤石、坚硬的土层或其他障碍物，否则沉井的下沉将受到严重的妨碍。一旦遇到上述障碍，无论是排水下沉与不排水下沉，在下沉过程中要处理这些障碍物是非常田难的。对于深度较深的沉井，要完全摸清刃脚下的情况也十分费力。 第三节沉井技术的发展状况 沉井，这一由古老的掘井作业发展而来的技术，由于其在建造地下构筑物或深基础工程中显示的优越性，随着施工技术及施工机具的不断发展而获得越来越广泛的应用。从20世纪50年代借鉴国外的设计理论和经验开始至今，我国建造的沉井不下1000座。其体积从直径2m的集水井到巨大的江阴长江大桥的主索平衡墩(体积达60mx 58mx50m)；沉井形状包括方形、矩形、多边形、圆形和
矩形沉井工程设计实例 某小型雨水沉井,地面标高为-0.5m。对于沉井结构计算及施工计算介绍如下。 一、设计条件 1、工程概况 根据使用要求，本沉井结构尺寸如附图2-1所示。沉井平面为矩形，剖面也为矩形，井顶标高为+0.00m,刃脚踏面标高为-11.0m。制作高度为11.0m，施工时采用两次制作，一次下沉，第一节制作高度为6.0m，井壁厚度为600mm，沉井封底水下混凝土厚度为1.3m。 2、沉井材料 混凝土：采用C25; fc=11.9N/mm2, ft=1. 27N/mm2, 钢筋：d≥10mm,采用热扎钢筋HRB335；fy=300N/mm2, 3、地质资料 根据地质钻探资料分析，本沉井工程范围内的的地层，大致可
分五层，其物理力学性能指标如附表。 土层物理力学指标 二、水、土压力的计算 本沉井采用排水法下沉，对于作用在井壁上的水、土压力，采用重液地压公式计算： p w+E=13h 当h=0m，p w+E=0 h=4.5m, p w+E=13*4.5=58.5kn/m2 h=8.6m, p w+E=13*8.6=111.8kn/m2
h=9.0m, p w+E=13*9.0=117.7kn/m2 h=9.9m, p w+E=13*9.9=128.7kn/m2 h=10.5m, p w+E=13*10.5=136.5kn/m2 根据上述计算，绘制水压力、主动土压力图形，如下图： 三、下沉计算 1、沉井自重 井壁钢筋混凝土容重按25KN/m3计，沉井重量为 G K=（9.0*7.0*11-7.8*5.8*11.0）*25=4884KN 2、摩阻力 井壁侧面的摩阻力分布如图，单位摩阻力，按《上海市地基基础设计规范》规定：f=25-20 KN/m2。 h k= 5*1/2+5.5=8.0m 井壁总摩阻力：
附录Q 沉井下沉过程中刃脚的计算 Q.0.1沉井刃脚抗弯承载能力验算可分别采用悬臂梁和框架结构模型进行。 Q.0.2刃脚作为向外弯曲的悬臂梁进行承载能力验算时，其作用力可按下列规定计算（图Q.0.2-1、图Q.0.2-2）： 1假定刃脚内侧切入土中1m ，并考虑沉井在地面以上或水面以上还露出一定高度或井壁全部浇筑完成后具有外露高度。 O 1 图Q.0.2-1刃脚受力示意 2沿刃脚周边水平方向取单位宽度，并按本规范附录P 的规定计算作用在刃脚上的侧土压力E 1’、E 2’和E’和水压力W 1’、W 2’、W’。 3作用在刃脚外侧的侧土压力和水压力的总和大于静水压力的70%时取70%的静水压力。4沿井壁单位周长上沉井侧面的总摩阻力按下列公式计算，并取其中较小值。 T E μ=?（Q.0.2-1）T q A =?（Q.0.2-2）式中:T —沿井壁单位周长上沉井侧面的总摩阻力（kN/m ）； μ—摩擦系数，tan μ?=； ?—土的内摩擦角，一般取tan 0.5?=； q —土与井壁间的单位摩阻力（kPa ），按本规范表7.3.2选用； A —沉井侧面与土接触的单位宽度上的总面积（m 2），h h A =?=1（h 为沉井高度，
以m 计）； E —作用在井壁上每m 宽度的总土压力（kN/m ）。 5刃脚底单位周长上土的竖向反力R v 按下列公式计算： V R G T =-（Q.0.2-3） 式中：G —沿沉井外壁单位周长上的沉井重力（kN/m ），其值等于该高度沉井的总重除以沉 井的周长；在不排水挖土下沉时，应在沉井总重中扣去淹没水中部分的浮力。 6R v 的作用点按下列规定计算（见图Q.0.2-3）： 1）假定作用在刃脚斜面上的土反力的方向与斜面的法线成β角，并按三角形分布，β为土 反力与刃脚斜面间的外摩擦角（一般取β=30°） 。2）作用在刃脚斜面上的土反力的垂直分力V 2按式（Q.0.2-4）计算，作用点距刃脚外壁的距离为3 b a +。22V b V R a b = + （Q.0.2-4）式中:a —刃脚踏面底宽（m ）； b —刃脚入土斜面的水平投影（m ），b=cot α，α为刃脚斜面与水平面所成的夹角。 图Q.0.2-2井壁摩阻力T 及刃脚下土的反力R v 3）作用在刃脚底面的垂直反力V 1按式（Q.0.2-5）计算，作用点距刃脚外壁的距离为2 a 。1V 2V R V =-（Q.0.2-5）
圆形工作井沉井结构计 算 Document serial number【KK89K-LLS98YT-SS8CB-SSUT-SST108】
圆形工作井（沉井）结构计算 本次计算结构简图如下： 下沉计算 工作井采用排水下沉 地下水位埋深3.90m(根据地勘成果)。 根据地勘资料，素填土、淤泥、粉质粘土及砂质粘性土侧摩阻力系数f分别取20kPa、10kPa、25kPa和25kPa。 多层土单位摩阻力标准值f k按各层土单位摩阻力标准值取加权平均值f ka，计算式如下：沉井井壁自重G=212.09×25=5302 KN 当井外壁为阶梯形时，沉井与土间的总摩阻力T按下图计算： 相应公式及计算结果为： 沉井排水下沉系数 经计算,沉井下沉系数大于1.05，下沉系数满足规范要求。 抗浮验算 沉井井壁自重： G 1 =5302.25KN 沉井底板自重： G 2 =3.142×4.02×0.6×25=754.08KN 封底砼自重： G 3 =76.51×24=1836.24KN 沉井总重： G=G 1+G 2 +G 3 =5302.25+754.08+1836.24=7892.57KN 浮力F=3.142×4.92×9.07×10=6842.36KN G / F = 7892.57/6842.36=1.153＞1.05 经计算，抗浮系数大于1.05,满足规范要求。 井壁水平内力及配筋计算 圆形井筒在稳定下沉的条件下，井壁的承受的水平荷载为均布荷载，受力情况为轴心受压。但是由于井外土质及扰动程度并非均匀，而且在下沉过程中总要发生偏斜，从而便井壁在同一水平环上的土压力呈不均匀分布，导致井壁的弯矩相差大。 目前圆形沉井内力计算常用的方法是将井体积作受对称不均匀压力作用的封闭圆环，取其中四分之一圆环计算。假定90°的井圈上两点处的土壤内摩擦角差值5°～10°。本工程土壤内摩擦角差值取7.5°计算。 根据地质资料，按加权平均值取土容重r = 17.7kN/m3，内摩擦角φ=13°。 φ 1=13°+7.5°=20.5°
深圳市城市轨道交通4号线工程 主体工程4302标段二工区 （沉井）结构计算书 计算: 校核: 审定: 中铁二局工程××公司 深圳市轨道交通4号线4302标二工区项目部 2019年10月
1目录 1目录 (2) 1.1顶管概况 (3) 1.2顶管工作井、接收井尺寸 (3) 1.31200mm管顶力计算 (3) 1.3.1推力计算 (3) 1.3.2壁板后土抗力计算： (4) 1.3.3后背土体的稳定计算： (4) 1.4工作井（沉井）下沉及结构计算 (4) 1.4.1基础资料： (4) 1.4.2下沉计算： (5) 1.4.3下沉稳定计算： (5) 1.4.4刃脚计算： (5) 1.4.5沉井竖向计算： (6) 1.4.6井壁内力计算：(理正结构工具箱计算) (7) 1.4.7底板内力计算：(理正结构工具箱计算) (12) 1.5接收井（沉井）下沉及结构计算 (13) 1.5.1基础资料： (13) 1.5.2下沉计算： (14) 1.5.3下沉稳定计算： (14) 1.5.4抗浮稳定计算(沉井下沉到设计标高浇注底板后)： (14) 1.5.5刃脚计算： (14) 1.5.6沉井竖向计算 (15) 1.5.7井壁内力计算：(理正结构工具箱计算) (16)
1.1顶管概况 （1）钢筋 Ф—HRB335级钢筋强度设计值fy=fy′=300N/ mm2 （2）圆管砼：采用C50，沉井采用C30。 （3）所顶土层为黏土，r=17KN/ m3 本计算除井壁、底板外未采用专业计算软件。 1.2顶管工作井、接收井尺寸 1、工作井尺寸的设计、核算由检查井的设计要求及顶管操作技术要求决定。 （1）、工作井的宽度计算公式 B =D+2b+2c 式中： B——工作井宽度； D——顶进管节的外径尺寸； b——工作井内安好管节后两侧的工作空间，本工程采用每侧0.8m； c——护壁厚度，本工程采用0.4m； 本工程的顶管直径为D1000，壁厚200。 工作井的宽度尺寸为 B=8.7mm； （2）工作井底的长度计算公式： L=L1+L2+L3+2L4+L5式中： L——工作井底部开挖长度； L1——管节长度取2m ； L2——顶镐机长度取1.1m ； L3——出土工作长度，取1.1m；； L4——后背墙的厚度，取0.4m；； L5——已顶进的管节留在导轨上的最小长度，取0.3m。 确定本工程工作井的底部长度尺寸为 L=8.7m。 （3）工作井的深度工作井的深度由设计高程和基础底板的厚度决定。 （4）接收井尺寸只需满足工具管退出即可，本工程接收井尺寸4.35m。1.31200mm管顶力计算 1.3.1推力计算 =1.2m 管径D 1 管外周长 S=3.14d=3.14x1.6=5.024m 顶入管总长度L=50m 管壁厚t=0.2m 顶入管每米重量W={3.14X（1.42-1.02）/4}X25=18.84KN/m 管涵与土之间摩擦系数f=0.40 =RS+Wf=5x5.024+18.84x0.4=32.656 每米管子与土层之间的综合摩擦阻力 f kN/m 初始推力 F0=（Pe+Pw+△P）(3.14/4)B2c=（150+2.0 x10+20x3.14/4x1.62=484.6kN
第5章 沉井基础 §5-1 概述 5-1-1 沉井的作用及适用条件 沉井是一种带刃脚的井筒状构造物（图5-1 a ））。它是利用人工或机械方法清除井内土石，借助自重克服井壁摩阻力逐节下沉至设计标高，再浇 筑混凝土封底并填塞井孔，成为结构物的基础（图5-1b ））。 沉井的特点是埋置深度较大（如日本采用壁外喷射高压空气施工，井深超过200m ），整体性强，稳定性好，具有较大的承载面积，能承受较大的垂直和水平荷载。此外，沉井既是基础，又是施工时的挡土和挡水围堰结构物，施工工艺简便，技术稳妥可靠，无需特殊专业设备，并可做成补偿性基础，避免过大沉降，保证基础稳定性。因此在深基础或地下结构中应用较为广泛，如桥梁墩台基础，地下泵房、水池、油库，矿用竖井，大型设备基础，高层和超高层建筑物基础等。但沉井基础施工工期较长，对粉、细砂类土在井内抽水易发生流砂现象，造成沉井倾斜；沉井下沉过程中遇到的大孤石、树干或井底岩层表面倾斜过大，也会给施工带来一定的困难。 沉井最适合在不太透水的土层中下沉，其易于控制沉井下沉方向，避免倾斜。一般下列情况可考虑采用沉井基础： ① 上部荷载较大，表层地基土承载力不足，而在一定深度下有较好的持力层，且与其它基础方案相比较为经济合理； ② 在山区河流中，虽土质较好，但冲刷大，或河中有较大卵石不便桩基础施工； ③ 岩层表面较平坦且覆盖层薄，但河水较深，采用扩大基础施工围堰有困难。 5-1-2 沉井的分类 1. 按施工的方法不同，沉井可分为一般沉井和浮运沉井。一般沉井指直接在基础设计的位置上制造，然后挖土，依靠沉井自重下沉，若基础位于水中，则先人工筑岛，再在岛上筑井下沉。浮运沉井指先在岸边制造，再浮运就位下沉的沉井。通常在深水地区（如水深大于10m ），或水流流速大，有通航要求，人工筑岛困难或不经济时，可采用浮运沉井。 2. 按制造沉井的材料可分为混凝土沉井、钢筋混凝土沉井、竹筋混凝土沉井和钢沉井。混凝土沉井因抗压强度高，抗拉强度低，多做成圆形，且仅适用于下沉深度不大（4～7m ）的松软土层。钢筋混凝土 图 5-1沉井基础示意 a ) 沉井下沉; b ) 沉井基础
顶管工程中矩形沉井土抗力计算方法探讨 摘要：顶管施工中，顶管工作井后背的稳定与变形控制是顶管工作的重要关键之一。分析了矩形沉井工作井的受力性状，对矩形沉井后背土抗力分布形式进行了探讨，提出了呈梯形分布的后背竖向土抗力分布形式，并根据沉井的整体受力平衡求得沉井工作井允许的最大土抗力和顶力计算公式。通过算例，采用水土合算得到的允许顶力与实测最大顶力非常接近，符合实际情况。 关键词：顶管矩形沉井工作井顶力土抗力分布形式 1 矩形沉井工作井受力性状分析 1.1 工作井的受力性状分析 在顶管施工前，沉井井壁与土体之间的土压力介于静止土压力与主动土压力之间。由于沉井结构刚度较大，可假定为静止土压力。在受到顶力作用后，可忽略钢制的后靠背，假设主顶油缸的推力通过后座墙均匀地作用在工作井后的土体上[1]。由于矩形沉井刚度较大、整体性强，破坏主要是由后座井壁后部土体的土压力超过被动土压力引起的。 当顶力较小时，顶力首先由作用于井壁的静止土压力平衡。随着顶力的增大，顶力一部分由后背土体承担，一部分由井侧壁摩阻力和井底摩阻力承担。当井侧壁摩阻力和井底摩阻力小于静摩阻力时，不产生井位移。由于后座井壁的刚度不是无限大，在顶力作用下要产生变形，且与其后部土体的变形保持协调。后部土体要达到被动土压力需较大位移，砂土约为0.005H，黏性土约为0.1H(h为挡墙高度)[2]。在软土地区，如果后座井壁后部土体较软、没有加固，要达到被动土压力所需的位移光靠后座井壁变形显然不够，因此在土体达到破坏之前必定会产生井位移。 当顶力克服了井侧壁和井底的静摩阻力时，沉井开始产生井位移。井壁和井底变为滑动摩擦，摩阻力为定值，多余的顶力由后座井壁后部土体承担。井位移产生的前提条件是工作井的结构要牢固，后座井壁与井侧壁、井底的连接处不断裂。随着井位移变大，由于达到主动土压力所需的位移较小，前壁土体首先达到主动土压力。后背土体位移等于井位移加上后座井壁的变形，当达到某一值时，最大土抗力达到被动土压力，此时工作井达到临界状态。顶力再增大，则后座井壁后部土体发生破坏，沉井发生倾覆。 矩形沉井的受力分析如图1所示。图中L为沉井长度，B为沉井宽度。沉井受到的作用力有：顶力F、后座井壁后部土抗力F P、井侧壁摩阻力f侧壁、井底摩阻力f底和前壁主动土压力F a。 1.2 后背土抗力分布形式探讨 对于顶管施工中后背竖向土抗力分布形式，现有的4种分布形式，见图2。主要可以分为两类：一是按挡土墙朗肯被动土压力理论计算，土抗力呈线性分布，如图2 a)、2 c)、2 d)所示；二是借鉴弹性地基梁法，竖向土抗力简化为三部分，如图2 b)所示，最大反力出现在后座墙后面的土体范围内。这两种方法都有不足之处：对于第一类方法，由于一般矩形沉井的长宽比较小，通常在2-3之间，只有当挡土墙长宽比大于4时，朗肯理论才能较为准确地反映实际的土压力情况[3]；对于第二类方法，忽略了井底以下的土体对后座井壁底部的阻挡作用，井底部分的土抗力不可能为三角形分布，井壁最底部的土抗力也不为零。
沉井素混凝土垫、砂垫的施工计算 浙江裕众建设集团有限公司肖心太 摘要： 沉井施工法广泛的应用在桥梁下部基础、取水构筑物、排水泵站、大型集水井、盾构和顶管工作井等工程。目前，在中、小型沉井的施工中已把传统的垫木改为素混凝土垫层。支垫质量的好坏直接影响沉井的施工质量，为帮助施工队伍在沉井施工前进行沉井支垫的计算，结合工程实例给出沉井素混凝土垫、砂垫的施工计算方法，供大家在沉井的施工计算中参考。 关键词： 沉井、素混凝土垫、施工计算 一、综述 沉井施工法因其需要的施工场地小、对周围建构筑物影响小和方便经济等优点被越来越多的应用在桥梁下部基础、取水构筑物、排水泵站、大型集水井、盾构和顶管工作井等工程。 在施工的过程中，施工队伍不断总结经验，在中、小型沉井的施工中把传统的垫木改为素混凝土垫层。支垫质量的好坏直接影响沉井的施工质量，但目前一些资料里还没有混凝土垫施工计算方面的内容。为帮助施工队伍在沉井施工前进行沉井支垫的计算，本人根据自己的施工经验并结合浙江省绍兴市迪荡新城1#路下穿萧甬铁路立交工程泵房沉井工程实例，给出沉井素混凝土垫、砂垫的施工计算方法，供大家在沉井的施工计算中参考，不对之处请给以指正。 二、素混凝土垫的施工计算 根据《混凝土结构设计规范》GB 50010—2002附录A的规定，结合工程的实际情况，我认为应对素混凝土垫进行抗压和抗弯强度计算。 1、抗压强度计算 抗压强度采用下式进行计算： N≤φf cc A’c, 式中: N—轴向压力设计值，即素混凝土垫上的荷载设计值（N）； φ—素混凝土构件的稳定系数；（本工程取1） f cc—素混凝土轴心抗压强度设计值（Mpa），（f c×0.8取用）
概述 沉井是顶管工作井的常用结构形式。矩形沉井制作简单，结构布置灵活，平面利用率也较高，但是其主要缺点是受力性能不如圆形沉井好，其计算过程也相对复杂。而在现有的结构设计手册中，还没有一套完整的矩形沉井在顶管时结构受力计算的标准模式。 故本文以单孔矩形顶管井为例，对矩形顶管工作井井壁的结构计算方法进行探讨。 顶力的确定 在计算顶管井受力之前，首先应确定顶力的大小。《市政工程施工及验收规范》pⅳ－99第四章中有述最大允许顶力是通过对工作井后靠土体稳定验算而求得的，即保证工作井在土体中不移动，不倾覆所能承受的最大外力。 1. 抗滑移计算----确定最大顶力 请见下列公式及简图。 f ----最大顶力； fp----顶力作用下井后靠土体产生的被动土压力； fa----主动土压力； f摩----土体对井外表面产生的摩阻力（一般不计）； s----安全系数，1.0～1.2。 2. 抗倾覆计算----验算最大顶力
《规程》在“顶力估算与后靠土体稳定验算”中指出，顶力所产生的力矩可忽略不计。 井壁内力计算 顶力作用下，后背井壁受力较大，但我们并不能就此下结论：井壁的配筋计算应由此工况下得出的内力控制。相反，大量计算结果证明，使用阶段井外水压力作用下的内力才是控制非受顶侧井壁配筋的首要因素。 使用阶段井壁的内力计算 一般情况下，我们认为当沉井沉到设计标高，刃脚内侧土被掏空时，作用于井壁上的水平荷载为最大，此法对于不排水下沉施工方法是可行的，其计算方法也比较简单：沿井壁每隔2～3m或于变截面处划分为若干水平区段按水平框架进行计算，这在《给排水工程结构设计手册》上已有详尽的描述。就排水下沉的沉井来说，此工况下无水压力作用，并不能就此判断此时所受的水平荷载为最大。实际的施工情况是到底板浇筑完毕（甚至是顶管施工结束）才恢复地下水位。因此，我们不妨将底板浇筑完毕，井外水位恢复之时作为控制井壁计算的工况。这也可以说是“使用阶段井壁内力计算”的确切意义。前面提到，我们在计算井壁时，常将水平框架作为井壁的不动铰支座。当有了底板的作用，就不宜单独将井壁下部支撑设为不动铰支座，尤其是顶管工作井在底板和井壁间往往加设接驳器，我们就更应视下边缘为固定端，来考虑支座钢筋的配筋。顶管施工阶段井壁的内力计算。 这一工况下井壁的计算，是整个顶管工作井结构计算中一个比较关键的部分。计算模式的确立，可以从两种角度入手。其一、参考圆形顶管井井壁的设计思路，将顶力作用点作为井壁上在该点上的水平框架或竖向框架的一个不动铰支座。（如图）当然，采用这种计算模式是有一定的局限性。我们知道，只有当井壁（无中间支座）高度不大于井壁最大跨度的2倍或井壁最小跨度大于2倍井壁（无中间支座）的高度时，可沿井深或竖向截取单位长度，按水平或竖向框架进行计算。如不符合上述条件，我们只得按双向板计算井壁，中间有一不动铰支座，便会给计算带来很大麻烦。 那么第二种角度，将顶力做为荷载的一部分加以考虑。下图为工作井荷载作用的水平示意图，fa表示作用于沉井非受顶侧的主动土压力，fp表示后背靠土体应顶力作用而产生的被动土压力，f为顶力作用。而在施工期工作井外的水压力可能存在，也可能尚未恢复。而水压力对受顶侧井壁的内力是有减无增的，所
沉井计算实例 某公路独塔斜拉桥桥塔基础，基础平、立、剖面尺寸见图9-40，采用挖土下沉施工。 9.5.1设计资料 1.混凝土：底节沉井采用C25；其它各节采用C20；封底采用C25；盖板采用C25。 2.混凝土的设计强与参数：混凝土的设计强度与参数见表9-5。 3.钢材:A 3钢筋: R g =240MPa ；A 3钢板:[δω]=145MPa, [τ]=85MPa 9.5.2决定沉井高度及各部分尺寸 1.沉井高度 根据冲刷计算和最低水位要求，以及按地基土质条件、地基承载力要求沉井底面位于弱风化基岩层一定深度为宜，故定出沉井顶面标高为173.7m ，沉井底面标高为162.2m ，亦即沉井所需的高度H 为 H=183.7-162.2=21.5 m 考虑到施工期间的水位情况，底节沉井高度不宜太小，所以底节沉井高取为6.0m ，第一节顶节高度取决于上部结构的重量，与顶盖高度及牛腿受力要求有关，所以顶节沉井高取为5.5m ；其余两节均分剩下的高度，即每节高为5.0m 。 2.沉井平面尺寸 考虑到桥塔墩形式，采用两端半圆形中间为矩形的沉井，圆端的外半径为5.2m ，矩形长度为16.0m ，宽度为10.0m 。井壁厚度顶节取0.6m ，第二节厚度为1.4m ，第三节厚度为1.5m ，底节厚度为1.6m ，其它尺寸详见图9-40。 刃脚踏 面宽度采用0.1m ，刃脚高度为1.99m ，刃脚内侧倾角为:32667.1)1.06.1/(99.1tan =-=θ， θ=52?59'13.74">45?。 9.5.3沉降系数计算
1. 沉井自重计算 (1).第一节沉井自重 砼重度 1γ=25 kN/m 3 体积 V 1=[(52 -4.42 )π+(16×10-16×8.8)]×3.5 +[(1+1.5)/2×0.7+1.3×2.0]×(16×2+2×3.7×π) +2×0.8×7.4×2+0.52 /2×8×2 =129.2+192.0+25.68=346.9 m 3 自重 Q 1=346.9×25=8673 kN (2).第二节沉井自重 砼重度 2γ=25 kN/m 3 体积 V 2={(5.12-3.72 )π+[16×10.2-(3.6×2+7.2)×7.4+2/5.02×8]}×5.0 =(38.7+57.6) ×5.0=481.5 m 3 自重 Q 2=481.5×25=12037.5 kN (3). 第三节沉井自重 砼重度 3γ=25 kN/m 3 体积 V 3={(5.22-3.72)π+[(16×10.4)-(3.6×2+7.2)×7.4+0.52 /2×8]}×5.0 ={41.9+60.8}×5.0=513.5 m 3 自重 Q 3=513.5×25=12837.5 kN (4).底节沉井自重 砼重度 4γ=25 kN/m 3 体积 V 4={(5.32 -3.72 )π+[(16×10.6)-(3.6×2+7.2)×7.4+0.52 /2×8]}×6.0 ={45.2+64.04}×6.0=655.4 m 3 自重 Q 4=655.4×25=16385.0 kN 沉井自重：∑Q=8673+12037.5+12837.5+16385=49933 kN (5).盖板： 砼容重 5γ=25 kN/m 3 体积 V 5=[(5-0.6)2 π+16×(10-1.2)]×3.5=705.7 m 3 自重 Q 5=705.7×25=17642.5 kN (6). 封底： 砼容重 6γ=24 kN/m 3 体积 V 6=[3.72 π+(3.6×2+7.2)×7.4-0.52 /2×8]×4.5=148.6×4.5=668.6 m 3 自重 Q 6=668.6×24=16046.4 kN ∑Q =654321Q Q Q Q Q Q +++++ =8673+12037.5+12837.5+16385.0+17642.5+16046.4=83621.9 kN 2.浮力计算（按一半计算） Q '=（346.9+481.5+513.5+655.4）/2×10=9986.5 kN 3. 沉降系数计算 f =(18+30)/2=24，设计取22.5 h =21.5m u =2πr+16×2 =64.7 m ∑=u h f T =22.5×21.5×64.7=31299.0 kN T Q Q K '-= =276.10.312995 .998649933=- 9.5.4地基应力计算
【例题8-1】计算某个连续沉井（两端无钢封门）下沉接近设计标高时的“下沉系数”。 （2）下沉阻力 设所处地层为灰色淤泥质黏土层，土壤对井壁的平 均极限摩擦力为15KN/㎡，则总的土对井壁侧面摩 擦力为： 2×28.0×7.6×15=6380KN 设井壁刃脚土的极限正面阻力（底横梁下的土已掏 空）为100KN/㎡，地面接触面积为： 2×28.0×0.7=39.2㎡ 则总的刃脚土极限阻力为：39.2×100=3920KN ∴下沉系数K1=10545/(6380+3920) =1.03 (沉井接近设计标高的值) 【例题8-2】验算大型圆形沉井的“抗浮系数” 已知沉井直径D=68m，底板浇毕后的沉井自重为650100KN，井壁土壤间摩擦力f0=20KN/㎡，5m内按三角形分布，沉井入土深度为h0=26.5m，封底 时地下水静水头H=24m。 【解】井壁侧面摩擦力Rj=U(h0-2.5)f0=π×68（26.5-2.5）×20 =102542KN 浮力Q=4π×68×68×24×10=871603KN 施工阶段（底板浇毕后）之抗浮稳定验算： 抗浮系数K2=(G+Rj)/Q=(650100+102542)/871603=0.86＜1.05(不满足) 采用下述措施：①在施工阶段设置临时倒滤层和集水井，抽去地下水，以消除地下水的浮托力；②或在施工阶段降低地下水位，如将地下水位降低 3.5m。 浮力Q=π/4×68×68×（24-3.5）×10=744495KN 则 K2=（650100+102542）/744495=1.01（不满足要求） 经设计和施工单位共同讨论后决定设置临时倒滤层和集水井以解决抗浮稳定问题。 该沉井竣工后的重量为914700KN，故竣工后的最终抗浮系数： K2=（914700+102542）/871603=1.17≈1.20 （一般要求使用期间的抗浮系数不小于1.20） 【例题8-3】设某矩形沉井封底前井自重27786KN，井壁周长为2×（20+32）=104m，井高8.15m，一次下沉，试求沉井刚开始下沉时刃脚向外挠曲 所需的竖直钢筋的数量（踏面宽a=35cm。b=45cm，刃脚高80cm）。 【解】求单位周长上沉井自重G=27786/104=267.2KN/m 根据公式（8-5b）可得： 斜面下土的竖直反力V2=（G-T）/（1+2a/b）=(267.2-0)/{1+(2×0.35)/0.45}=104.6KN V1=G-V2=267.2-104.6=162.6KN 作用在斜面上的水平反力U=V2tan(α-β) 式中α=arctan80/45=60°40′ β=12°40′（上海地区10°～15°） 则 U=104.6tan(60°40′-12°40′)=115KN 对截面m～n中点O点的弯矩M为： M=V1（α/2+0.05）—V2（b/3-0.05）+U(2/3×0.8) =162.6(0.35/2+0.05)-104.6(0.45/3-0.05)+115(2/3×0.8) =87.5(KN·m) 由于弯矩甚小，仅需按构造配筋即可，选用20@200。
X X X 污水泵站工程结构计算书 审核： 校对： 计算： 日期：2011年7月 X X X市城乡规划设计院
结构计算书 一．设计总信息： 1．本工程上部结构采用现浇钢筋混凝土框架，框架抗震等级：四级。地下结构采用钢筋混凝土沉井。 2．结构设计使用年限50年；建筑结构安全等级II级，结构重要性系数1.0。 3．基本风压0.4KN/m2,基本雪压0.65KN/m2。 4．抗震设防烈度6度；设计基本地震加速度值为0.05g；设计地震分组为第Ⅰ组；场地类别Ⅲ类；建筑抗震设防分类为丙类。 5．地基基础设计等级丙级。 二．主要材料及要求： 1．混凝土: (1) 水下混凝土封底采用C20； (2)垫层和填充混凝土为C15; (3)沉井壁板和底梁为C30，其余为C25; (4)地下结构混凝土抗渗标号均为S6。 2．钢筋：HPB235级钢，fy=210N/mm2；HRB335级钢，fy=300N/mm2板材：Q235 焊条：HPB235级钢及Q235用E43型；HRB335级钢用E50型。 3．砌体材料：Mu10非承重粘土多孔砖砌体墙，块体自重≤11KN/m3，混合砂浆强度等级为M7.5（地下部分为水泥砂浆）。 三．设计采用主要规范： 1．《泵站设计规范》（GB/T50265-97）； 2．《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）； 3．《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）； 4．《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）； 5．《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）； 6．《钢结构设计规范》（GB50017-2003）； 7．《给水排水工程构筑物结构设计规范》（GB50069-2002）；
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/6114404274.html, 沉井施工中计算分析 作者：邓交华 来源：《科技与创新》2014年第22期 摘要：通过列举案例，着重分析了沉井开挖、浇注、下沉等情况，并通过计算分析，在 各环节满足技术和规范要求的基础上，最终使沉井达到了设计和施工质量要求。 关键词：沉井下沉；施工计算；过程控制；下沉验算 中图分类号：TU753.64 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）22-0092-02 1 沉井定义 沉井是一个基础构筑物，是深基础的一种型式。其施工流程为：先地上预制完成，然后通过井壁自身围护，在井内挖土，使沉井通过自身重量克服摩擦力下沉，待达到设计标高后再进行底板、内部结构和上部结构的施工。沉井由井壁、刃脚、隔墙和梁板组成，具有施工简便、技术可靠、无需特殊设备和避免过大沉降等优点，在桥梁、烟囱、水塔基础、地下泵房、水池和检查井等项目中得到了广泛的应用。 2 施工工艺 沉井施工工艺包括施工准备、地基处理、井壁制作、沉井下沉和沉井封底五大部分。 3 沉井计算要点 沉井施工计算基本可分沉井下沉前的地基承载力计算、沉井下沉时的计算、沉井下沉完成后的稳定性验算。 4 计算案例 4.1 工程概况 以浙江某不锈钢厂雨水排水泵房为例，其位于处理厂西部，泵房分地上、地下两部分，地下部分为钢筋混凝土沉井结构，地上为框架结构。泵站深8.18 m，设计室外地面相对标高为 ±0.000 m。根据使用要求，沉井设计为长方形，长13.5 m，宽7.9 m；池壁剖面为阶梯形，井刃脚踏面标高为-6.180 m，制作高度为6.180 m。井壁厚为500 mm，刃脚长为520 mm，刃脚 宽为200 mm。 根据地质资料，施工区域从上而下分别为：①杂填土。呈灰色等杂色，成分以碎石、块石等混黏性土为主。结构松散，以块径在30 cm以下的块石为主，土质极不均一。层厚在0.40 m
【第16次课】 板书…………………………讲解………………………………… 第四章沉井基础及地下连续墙 第一节沉井的基本概念、作用及适用条件 概念：沉井是井筒状的结构物(图4-1)。它是以井内挖土，依靠 自身重力克服井壁摩阻力后下沉到设计标高，然后 经过混凝土封底并填塞井孔，使其成为桥梁敦台或 其它结构物的基础（图4-2）。 优点：埋置深度可以很大，整体性强、稳定性好，有较大的承载 面积，能承受较大的垂直荷载和水平荷载;沉井既是 基础，又是施工时的挡土和挡水围堰结构物，施工 工艺并不复杂(图4-3)。同时，沉井施工时对邻近 建筑物影响较小且内部空间可资利用，因而常用作 为工业建筑物尤其是软土中地下建筑物的基础，也 常用作为矿用竖井、地下油库等。 缺点：施工期较长，对粉细砂类土在井内抽水易发生流砂现象， 造成沉井倾斜，沉井下沉过程中遇到的大孤石、树 干或井底岩层表面倾斜过大，均会给施工请来一定 困难。 适用：1．上部荷载较大，而表层地基土的容许承载力不足，做 扩大基础开挖工作量大，以及支撑困难，但在一定 深度下有好的持力层，采用沉井基础与其他深基础 相比较，经济上较为合理时; 165
2．在山区河流中，虽然土质较好，但冲刷大，或河中有 较大卵石不便桩基础施工时; 3．岩层表面较平坦且覆盖层薄，但河水较深;采用扩大基 础施工围堰有困难时。 板书…………………………讲解………………………………… 第二节沉井的类型和构造 一、沉井的分类 (一)按沉井施工方法的分类 1．一般沉井指就地制造下沉的沉井，这种沉井是在基础 设计的位置上制造，然后挖土靠沉井自重下沉。如基础 位置在水中，需先在水中筑岛，再在岛上筑井下沉。 2．浮运沉井在深水地区筑岛有困难或不经济，或有碍通 航，当河流流速不大时，可采用岸边浇筑浮运就位下沉 的方法，这类沉井称为浮运沉井或浮式沉井。 (二)按沉井的形状的分类 1．按沉井的平面形状 圆形沉井 矩形沉井 圆端形沉井 2．按沉井的立面形状 竖直式 倾斜式 台阶式等(图4-5)。 (三)按沉井的建筑材科的分类 166
沉井计算书 滨江区污水预处理厂 实施性施工组织设计 计算书 滨江区污水预处理厂 实施性施工组织设计计算书 根据滨江区给排水公司要求、上海市政工程设计研究院提供的设计图纸、我公司编制的投标施工组织设计及相关施工规范规程、及以往同类工程的施工经验，在原则上遵循招标文件要求及施工投标文件的承诺的施工技术方案的前提下编制滨江区污水预处理厂的实施性施工组织设计。于本工程的特殊性，即本工程的难度及进度关键线路均为集约化沉井的施工，为了较合理地安排集约化沉井的施工，给施工组织设计的编制提供较详细的理论依据，特编制本计算书。 一、沉井自重计算 于沉井配筋比例高，自重单位体积重量取/m3，按施工程序的安排，拟在-及高程设施工分节，故计算结果如下：-~-重1205T -~重927T ~重583T 即沉井总重为2715T，沿周长单位长度重量为/m，按沉井三次浇筑，两次下沉井计算，在浇筑到高程时，沿下沉自重为2132T，此时沿周长单位长度自重为22T/m。二、预制
过程中地基处理的计算 1 根据如上计算，在沉井浇筑到高程时沉井生重2132T，故沿周长单位长度自重为22T/m。 根据施工安排，拟沉井预制底高程面控制为，刃脚下部采用20cm厚C20素砼垫层+50cm厚粗砂垫层，按一般常规计算，换土层、垫层及其他临时加载的自重取2T/m2。综上两项，沉井到完成第二次浇筑时，对地基沿周长单位长度的压力为24T/m。 此时下处于地质编号为2-2层，该层土的相关力学性能为：渗透系数×10-4，地基承载力标准值fk=170Kpa，沉井外壁与土体间的单位摩阻力qs=25Kpa。 在此次的计算中，承载力取标准承载力值即为170 Kpa(即17T/m2)。 于如上计算则可计算垫层最小有效受力宽度为 24T/m 17T/m2 = 考虑到施工支架搭设的方便及增加素砼垫层的受力性能，将砼垫层宽度考虑取值，其中为便于垫在起沉时的破除，需按5m间距设置沿直径方向的施工缝。 具体基地布置如下图示。 三、每层浇筑的混凝土拌和物用量