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：
F fk=Uh k f=(9.0+7.0)*8.0*17.5=4480KN
下沉系数K= G K /F fk=4884/4480=1.09≥1.05
满足《规程》下沉要求。
四、沉井竖向计算
1、抽垫木时井壁竖向计算
沉井在开始下沉特别是在抽垫木时，井壁会产生皆大的弯曲应力。沉井采用四个支承点，定位支撑点布置如图。
（1）假定定位承垫木间距为0.7L，不考虑刃脚下回填砂的承载力，
如图a所示。
井壁单宽自重标准值：
g k=(11.0*0.6-0.6*0.3/2-0.4*0.2)*25=160.75KN/m
井壁单宽自重标准值：g s=1.27*160.75=204.15N/m
支座弯矩：
M支=-1/2*204.15*(9.0*0.15)2-1/2*5.8*204.15*(9.0*0.15-0.3)
=-807.7KN.m
跨中弯矩：M中=1/8*204.15*(9.0*0.7)2-807.7=205.1KN.m
(2)、假定抽垫木时，先抽并回填部位已经压实变成支点。此时，沉井井壁支承在三个点上，如图b所示。
支座弯矩：
M支=-1/8*204.15*4.52=-516.87KN.m
跨中弯矩：M中=0.07*204.15*4.52=289.4KN.m
(3)配筋计算
L10/H≤2，按深梁进行设计，根据《混凝土结构设计规范》，计算如下：
因为L10刃脚底部：M中=289.4KN.m,
A s= M中/f y z1=289400/300*5.4=178.6mm2
井墙顶部：M支=807.7KN.m,
A s= M支/f y z1=807700/300*5.4=498.6mm2
求得的钢筋值较小，故按构造配筋已能满足要求。
2、井壁的抗拉计算
根据《规程》，由于本工程地基为土质均匀的软土地基，不必进行竖向拉断计算。
五、刃脚计算
1、刃脚外侧竖向钢筋计算
本沉井采用排水法施工，井内无水，刃脚按第一种情况——沉井位于设计标高，刃脚下的土已挖空情况计算，如图。
（1）外力计算
井壁外水平侧向压力标准值如
（2）内力计算及配筋
1）刃脚跟部C——C截面弯矩的计算及配筋
计算时，刃脚自重及井壁摩阻力略去不计。
M C=1/2*1.27*128.7*0.62+1/2*1.27*(136.5-128.7)*0.62*2/3
=30.6KN.m
选择钢筋截面：M=30.6KN.m，h0=555mm,b=1000mm,
αs=M/α1f c bh02=30600000/(1.0*11.9*1000*555*555)=0.00835
ζ=0.0084
A S=188mm2A S=1200mm2,选用8φ14。
2）、槽下口D——D截面弯矩计算及配筋
M D=1/2*1.27*117*1.52+1/2*1.27(136.5-117)*1.52*2/3=185.7 KN.m
选择钢筋截面：M=185.7KN.m，h0=355mm,b=1000mm,
αs=M/α1f c bh02=185700000/(1.0*11.9*1000*355*355)=0.1239
ζ=0.1326
A S=1921mm2>A S,min=0.2%*400*1000=800mm2 , 选用10φ16。
2、刃脚内侧竖向钢筋计算
按第二种情况——沉井已部分入土，刃脚内侧入土中60cm进行验算，计算简图如下：
按β=ψ=300（取砂垫层内摩擦角）
A=60cm,h=30cm,c=30cm,
α=arctan a/b= arctan600/300=630
(1)水平作用力H的计算
(2)井壁单宽重量设计值：g s=204.15KN/m
(3)土反力：R= g s=V1+V2=204.15 KN/m
R=σc+1/2σb, σ=2r/(b+2c)
V2=1/2σb=1/2*2*204.15*0.3/(0.3+2*0.3)=68.05 KN/m
