圆形沉井在顶力作用下的内力分析

圆形工作井（沉井）结构计算
本次计算结构简图如下:
15940
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:
n
20*6.03 10*2.5 25
*「3 25*「17 l8.85KPa (6.03+2.5+1.3+1.17 ) 沉井井壁自重 G=212.09X 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:
3889KN
沉井排水下沉系数
抗浮验算
沉井井壁自重:
沉井底板自重: k st ^w, 530^^ T 3889 1.363 1.05
经计算，沉井下沉系数大于 1.05, 下沉系数满足规范要求。

g
罠
I.
r
r
1 卜
r
—IB T (f ka h 0.7 f ka H 5m h
(18.85 2.5 0.7 18.85
11 5 1
0.7f ka 2 1 2.5 — 0.7 18.85 5) 3.142 9.8 2 5m )n d G 1=5302.25KN G 2=3.142 X 42X 0.6 X
25=754.08KN f ki h si。

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。

圆形地下连续墙计算书1 工程概述xx 铁路xx 特大桥100#-109#墩位于主河槽中，主墩承台为二层，一层平面尺寸为11.3×7.3米，高度为2.5米，二层平面尺寸为9×5，高度为1米，主墩桩基为10根Φ1.25米钻孔桩。

承台底标高为-4.44m 、-4.94m 、-5.44m ，按筑岛顶标高为4.0m 考虑，开挖深度在8.64m —9.64m 之间，以上10个承台开挖深度大，采用混凝土沉井为围护结构的方式施工。

承台、墩身具体布置如下：50001040037001500150020001500100-103、109号墩平面图140028001000100030001000700010400370035011501800500240050018001400280010001000250025001000104-105、108号墩平面图76001040037005509501800800240080018001400280010001000280028001000106-107号墩平面图各墩具体参数表墩 号 承台尺寸 承台底 标高（m ） 承台顶 标高（m ） 筑岛顶 标高（m ） 开挖深度（m ） 沉井高度（m ） 100 一层：11.3*7.3*2.5二层：9*5*1 -4.44 -0.94 4.2 8.64 10.5 101 一层：11.3*7.3*2.5二层：9*5*1 -4.44 -0.94 4.2 8.64 10.5 102 一层：11.3*7.3*2.5二层：9*5*1 -4.94 -1.44 4.2 9.14 11.0 103 一层：11.3*7.3*2.5二层：9*5*1 -4.94 -1.44 4.2 9.14 11.0 104 一层：11.3*7.3*2.5二层：9*5*1 －5.44 －1.94 4.2 9.64 11.5 105 一层：11.3*7.3*2.5二层：9*5*1 -5.44 －1.94 4.2 9.64 11.5 106 一层：11.3*7.3*2.5二层：9*5*1 -5.44 －1.94 4.2 9.64 11.5 107 一层：11.3*7.3*2.5二层：9*5*1 -5.44 －1.94 4.2 9.64 11.5 108 一层：11.3*7.3*2.5二层：9*5*1 －5.44 －1.94 4.2 9.64 11.5 109一层：11.3*7.3*2.5二层：9*5*1-5.44－1.944.29.6411.52 基坑土特性及取值本计算中土层参数根据设计图提供的土层资料，按经验取值如下：各层土特性取值表本工程土压力计算对于粘性土采用水土合算法，对于砂性土采用水土分算法，基坑外考虑有长臂挖掘机作用（参考机型：ZE230LC），荷载按条形荷载考虑，取值为挖掘机接地比压40Kpa。

圆形沉井结构计算sap2000圆形沉井结构是一种常见的工程结构形式，广泛应用于水利、交通、城市建设等领域。

它的主要特点是结构形式简单、承载力强、抗震性能好等。

在圆形沉井结构的计算设计中，SAP2000是一种常用的工程分析和设计软件。

本文将介绍如何使用SAP2000进行圆形沉井结构的计算。

首先，我们需要确定沉井的几何尺寸和材料特性。

圆形沉井通常由圆筒部分和底板组成。

沉井的直径和高度是计算的关键参数。

此外，还需要确定沉井的材料特性，如混凝土强度等。

在进行计算前，需要创建SAP2000模型。

根据实际情况，我们可以在SAP2000中选择适当的模板模型，如“框架模型”、“平板模型”等。

在模型中，我们需要添加沉井的节点和杆件。

节点用于表示沉井的连接点，杆件用于表示沉井的圆筒部分和底板。

接下来，我们需要给沉井的节点和杆件设置相应的属性。

对于节点，我们需要设置其坐标位置和边界条件。

对于杆件，我们需要设置其截面属性和材料属性。

在设置材料属性时，需要根据实际情况输入混凝土的强度参数。

完成节点和杆件的设置后，我们需要对沉井进行加载。

根据实际情况，我们可以给沉井施加静载荷或动载荷。

静载荷可以通过施加节点荷载的方式实现，动载荷可以通过施加动力分析的方式实现。

在施加节点荷载时，需要根据实际情况设置荷载的大小和作用位置。

完成加载设置后，我们可以进行沉井结构的分析和设计。

在SAP2000中，可以选择不同的分析方法，如静力分析、模态分析、谱响应分析等。

在进行分析时，需要选择适当的分析方法和设置相应的参数。

分析结果将会得到沉井结构的内力、位移、应变等信息。

根据分析结果，我们可以进行沉井结构的设计。

在设计过程中，需要根据沉井的强度要求和规范要求，对结构进行合理的尺寸和材料选择。

通过SAP2000提供的设计功能，可以进行结构的验证和优化，以满足强度和稳定性的要求。

最后，我们需要对设计结果进行复核和总结。

对于圆形沉井结构的计算设计，需要考虑多种因素，如强度、稳定性、耐久性、抗震性等。

浅谈沉井下沉常见问题的原因和处理办法摘要：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。

本文将对沉井施工过程中常见的问题（如沉井下沉倾斜、沉井下沉过快、沉井下沉过慢、沉井内流砂等）展开原因分析，并提出处理办法。

关键词：沉井介绍、不排水下沉、下沉常见问题、解决办法0引言沉井作为建造地下工程构筑物或深基础的一种方法，与大开挖方法相比，具有施工场地面积小，节省开挖支护费用，节省降水排水费用等明显优点，地下构筑物或深基础深度越大，沉井的优点越为突出。

且当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产生不利影响时，或者江心和岸边的井式构筑物排水施工有困难时，采用沉井都是最佳选择。

因此，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，随着施工技术以及施工机具的不断发展而获得越来越广泛的应用。

1 沉井介绍沉井基础是以沉井法施工的地下结构物和深基础的一种型式。

是先在地表制作成一个井筒状的结构物（沉井），然后在井壁的围护下通过从井内不断挖土，使沉井在自重作用下逐渐下沉，达到预定设计标高后，再进行封底，构筑内部结构。

广泛应用于桥梁、烟囱、水塔的基础；水泵房、地下油库、水池竖井等深井构筑物和盾构或顶管的工作井。

沉井按用途分类可分为构筑物类、基础类和基坑支护类；按材料分类可分为混凝土沉井、钢筋混凝土沉井和钢沉井；按平面形状分类可分为圆形沉井、矩形沉井、尖端沉井和多格沉井；按场地分类可分为陆地沉井、筑岛沉井和浮运沉井。

2沉井组成沉井主要有刃角、井壁、内隔墙、取土井、凹槽、封底、顶板等组成。

（1）井壁：沉井的外壁，是沉井的主要部分，它应有足够的强度，以便承受沉井下沉过程中及使用时作用的荷载；同时还要求有足够的重量，使沉井在自重作用下能顺利下沉.（2）刃脚：井壁下端一般都做成刀刃状的“刃脚”，其功用是减少下沉阻力。

第四节 水、土压力标准值计算
1．水压力 Fw=γwzw 2. 土压力 Fep,k=Kaγsz-2c √Ka Ka=tg2(45°-φ/2) φ—土的内摩擦角，取固结快剪峰值强度指标
3．水、土压力合算与分算 合算、分算尚属学术界存在争议的问题，各地有各自的工 程经验。 工程界较为能接受的算法如下： 无粘性土，水土分算 粘性土，水土合算，不固结不排水抗剪强度指标；水土分 算，固结不排水抗剪强度指标。
第一节 概述
一．定义 把不同截面形状的井筒或箱体，按边排土边 下沉的方式使其沉入地下，即沉井或沉箱。
也有人把沉井称为开口沉箱，把沉箱称为闭口沉井。 二．沉井的特点 1．施工场地占地面积小、出土量少、成本低、 可靠性好; 2．适用土质范围广，淤泥土、砂土、粘土、砾 砂等均可施工； 3．施工深度大，最大深度可达100m； 4．施工给周围地层中造成的位移小，对临近建 筑物的影响小。 三．用途 适用于地下构筑物及深基础，如地下泵房、地 下沉淀池、地下车库、地下料坑等。
第五节 沉井的下沉计算
1．井壁与土的摩阻力计算 1）单位面积摩阻力选用 我们在岩土工程勘察技术委托时，若可能存在沉井， 通常要求勘察单位提供各土层的单位面积摩阻力。 若报告中未提出，则参见沉井结构设计规程取值。
在取值时，粘性土根据液性指数IL的高、低取其下、 上限；砂、石土根据其标准贯入锤击数N或重型动力触 探锤击数N63.5的高、低取其上、下限。 2）摩阻力沿井壁外侧的分布
2．下沉系数的计算 kst=(Gk-Ffw,k)/Ffk Gk—沉井自重标准值 Ffw,k—下沉过程中水的浮托力标准值 Ffk—井壁总摩阻力标准值 要求下沉系数kst≥1.05 上海地基规范中，下沉系数1.05~1.25，位于淤泥质土 层中取小值，其他土层中取大值。 天津地基规范中，下沉系数1.05~1.15，位于软弱土层 中1.05，其他土层中1.15。 浙江地基规范中，下沉系数1.05~1.25，位于淤泥质土 层中取小值，土质条件较好时取大值。 其他地区参考上述取值，土质条件差（淤泥、淤泥质 土）时1.05，其他1.25。

1.工程概况地质资料如下图所示，沉井内径D1=12.5米，沉井结构高度H=15.1米，沉井起沉标高低于地面500mm。

抗浮计算时，考虑施工时降水，地下水位于起沉标高下500mm；强度计算时，考虑施工过程中设备已进场，降水可能中止时出现的最高地下水位，即地下水位于原地面下500mm。

施工采用排水法，三次浇注两次下沉。

考虑地面堆载q m=10kPa。

上部第一层土考虑换填砂层。

企口宽度c=0.3m第一类截面壁厚d=0.65m井壁自重：（标准值）底板底以上G1k=2×（h1×d+h2×t+h3×c）×（b1+L2）×γ1=2354.70KN刃脚G2k=2×[（h7+h5+h6）×b+a×（h5+h6）+h4×a]×（b1+L2)×γ1=2749.50KN井壁自重G ok=G1K+G2K=5104.20KN底板自重G dk=（L1+2b)×（b1+2b)×γ1=5231.25KN封底混凝土自重G fk= 0.25×[L2-2×（a+b）]×[b2-2×（a+b）]×(h7+h6/2)×23=2382.05KN井壁上土重G tk=h1×（t-D)×（L2+b1)=-15.51KN抗浮验算K f= (G0k+G dk+G fk+G tk)/[γs×L2×b2×(H2-h8-h6/2)/4]= 1.89≥ 1.00满足《规范》抗浮要求三、下沉计算摩阻力计算(标准值)单位面积摩阻力f ka= (h1×f k1+h2×f k2+h3×f k3+h4×f k4+h5×f k5+h6×f k6)/(h1+h2+h3+h4+h5+h6)=16.25KPa总摩阻力F fk= (L2+b2)×(H2-h1+H1-2.5)×f ka=4706.77KN排水下沉系数K st= G0k/F fk= 1.08＞ 1.05满足《规程》下沉要求地基土极限承载力R j=160Kpa排水下沉稳定系数K st,s= G0k/{F fk+0.25×[L2×b2-(L2-2(a+b））×（b2-2（a+b））]×R j}=0.880=0.8～0.9满足《规程》下沉稳定要求29.05m0.75m 2m 刃脚h 6传来的荷载P A1=k 2×(（c 1-c 2)×γ1+(c 2-c 3)×γ2)×λ1+k 4×(c 2-c 3)×γs +k 3×q m ×λ1=244.58kN/m 2P A2=k 2×(（c 1-c 2)×γ1+(c 2-c 4)×γ2)×λ1+k 4×(c 2-c 4)×γs +k 3×q m ×λ1=255.91kN/m2P B1=k 2×(（c 1-c 2)×γ1+(c 2-c 3)×γ2)×λ2+k 4×(c 2-c 3)×γs +k 3×q m ×λ2=284.92kN/m 2P B2=k 2×(（c 1-c 2)×γ1+(c 2-c 4)×γ2)×λ2+k 4×(c 2-c 4)×γs +k 3×q m ×λ2=297.88kN/m2P A =0.5×(P A1+P A2)×(c 3-c 4)=150.15kN/m P B =0.5×(P B1+P B2)×(c 3-c 4)=174.84kN/m 截面受力q A =(k 2×(（c 1-c 2)×γ1+(c 2-b 01)×γ2)×λ1+k 4×(c 2-b 01)×γs +k 3×q m ×λ1)×h c +P A=633.66kN/m q B =(k 2×(（c 1-c 2)×γ1+(c 2-b 01)×γ2)×λ2+k 4×(c 2-b 01)×γs +k 3×q m ×λ2)×h c +P B =738.19kN/mω=q B /q A -1=0.1650-886.68KN·m/m -813.98KN·m/m 5403.99KN 5178.73KN2700mm 2/m 选筋d25@15029.30m截面受力：q A =k 2×(（b 1-b 2)×γ1+(b 2-b 02)×γ2)×λ1+k 4×(b 2-b 02)×γs +k 3×q m ×λ1=237.04kN/m2q B =k 2×(（b 1-b 2)×γ1+(b 2-b 02)×γ2)×λ2+k 4×(b 2-b 02)×γs +k 3×q m ×λ2=276.28kN/m 2ω=q B /q A -1=0.1655-332.82KN·m/m -305.53KN·m/m 2022.31KN/m 1937.76KN/m1700mm 2/m选筋d20@1501、计算截面一：取刃脚根部以上1.5倍井壁厚度一段进行环向计算2、计算截面二：取刃脚影响区以上单位高度井壁进行计算，计算点标高为底板底标高 刃脚根部段中心标高计算高度h c =1.5(a+b)=为便于计算取h c =h 5=截面内力：M A = -0.1488qAr2ω =M B = -0.1366qAr2ω =N A =qAr(1+0.7854ω) =N B =qAr(1+0.5ω) =截面内力：M A = -0.1488qAr2ω =M B =-0.1366qAr2ω =N A =qAr(1+0.7854ω) =N B =qAr(1+0.5ω) =按压弯构件强度配筋，由理正软件计算得内外侧均为构造配筋，面积= 按压弯构件强度配筋，由理正软件计算得内外侧均为构造配筋，面积=35.15m截面受力：q A =k 2×(（c 1-c 2)×γ1+(c 2-b 03)×γ2)×λ1+k 4×(c 2-b 03)×γs +k 3×q m×λ1=126.66kN/m 2q B =k 2×(（c 1-c 2)×γ1+(c 2-b 03)×γ2)×λ2+k 4×(c 2-b 03)×γs +k 3×q m ×λ2=149.89kN/m2ω=q B /q A -1=0.1834-197.03KN·m/m -180.88KN·m/m 1094.00KN/m 1043.95KN/m1700mm 2/m选筋d20@150五、纵向弯曲计算（四支点）90.50KN/m 108.60KN/m 7.550m 685.35KN·m/1328.29KN·m/643.97KN 205.18KN·m/11.86m 7.12m 321.05mm 2/m5d22622.24mm 2/m 4d25+2d20由于剪力和扭矩均较小，垂直钢筋按其他工况配置。

沉井下沉和结构计算6.1 一般规定6.1.1 沉井井壁外侧与土层间的摩阻力及其沿井壁高度的分布图形，应根据工程地质条件、井壁外形和施工方法等，通过试验或对比积累的经验资料确定。

当无试验条件或无可靠资料时，可按下列规定确定:1 井壁外侧与土层间的单位摩阻力标准值fk，可根据土层类别按表6.1.1的规定选用。

2 当沿沉井深度土层为多种类别时，单位摩阻力可取各层土单位摩阻力标准值的加权平均值。

该值可按下式计算:3 摩阻力沿沉井井壁外侧的分布图形，当沉井井壁外侧为直壁时，可按图6.1.1-a采用；当井壁外侧为阶梯形时，可按图6.1.1-b采用。

6.1.3 当下沉系数较大，或在下沉过程中遇有软弱土层时，应根据实际情况进行沉井的下沉稳定验算，并符合下式的要求:2. 抗倾覆验算：6.1.7 靠近江、河、海岸边的沉井，应进行土体边坡在沉井荷重作用下整体滑动稳定性的验算。

6.1.8 水中浮运的沉井在浮运过程中(沉入河床前)，必须验算横向稳定性。

沉井浮体在浮运阶段的稳定倾斜角φ不得大于6°，并应满足(p-l)>0的要求。

φ角按下式计算:6.1.9 在施工阶段，井壁的竖向抗拉应按下列规定计算:1 土质较好，沉井下沉系数接近1.05时，等截面井壁的最大拉断力为:2 土质均匀的软土地基，沉井下沉系数较大(≥1.5)时，可不进行竖向拉断计算，但竖向配筋不应小于最小配筋率及使用阶段的设计要求。

3 当井壁上有预留洞时，应对孔洞削弱断面进行验算。

6.1.10 当沉井的下沉深度范围内有地下水时，对下列情况可酌情按不排水施工或部分不排水施工设计:1 在下沉度范围内的土层中存在粉土或粉细砂层，排水下沉有可能造成流砂时；2 沉井附近存在已有建筑或构筑物，降水施工可能增加其沉降或倾斜而难以采取其它有效措施时。

6.1.11 作用在底板上的反力可假定按直线分布，计算反力时不宜考虑井壁与土的摩阻力作用。

底板与井壁间，当无预留插筋连接时，应按铰接考虑；当用钢筋整体连接时，可按弹性固定考虑。

计算 半径
rc= 3.700 m
计算 系数：
ω’= pBd/pAd-1
= 0.1984
内力 计算：
NA=
PAdrc(1+0.78 54ω’)
2.1.1.3
= NB=
=
PBdr3c7(11.+809.5 ω- ’42)3.85
kN kN
MA= =
0--.3154.8185PAdrc2
kN.m
MB= =
选用 φ20 @ （2）
= 891.36
mm2
100 mm , 实际 As = 3456
mm2 ，满 足承载能 力要求。
下层钢因筋简
支板支座
弯矩为
0，故按
构造钢筋
配置，选
用:φ
16@100。 4.1.3 裂
缝宽度计 按纯弯计算，裂缝宽度控制在0.25mm。按本计算书2.2.2节的计算方法计算钢
筋混凝土底板的裂缝宽度如下：
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（1）
上层钢筋 按纯
弯计算，
按承载能
力极限状
态进行配
筋。
c= 30 mm,
as= 50 mm,
h= 600 mm,
h0= 550 mm,
l0= 0.00 m
b= 1000 mm,
A0= M/fcbh02 = 0.0336
查表 得：
ξ= 0.0340
As= ξbh0fc/fsd
=
-10..1204.16.58ftk/ρte
(5)
Ψ>1.0, 取Ψ= ωmax= =
1.0 1.8Ψσ s0q.[012.25c+0.1
mm ，
内外钢筋选用 φ20 @

沉井在软弱土层中下沉，当下沉系数较大时（一般大 于1.5），或在下沉过程中遇有特别软弱土层时，需进行 下沉稳定验算，以防止突沉或下沉标高难以控制。
kst,s=(Gk-F’fw,k)/(F’fk+Rb) kst,s—下沉稳定系数，0.8~0.9 F’fw,k—水的浮托力标准值 F’fk—井壁总摩阻力标准值 Rb—沉井刃脚、隔墙和底梁下地基土的极限承载
三．裂缝宽度及配筋计算
以不包括地面活荷载的弯矩标准值计算裂缝宽度， 注意用沉井结构设计规程中的公式，裂缝宽度不超过 0.25mm。
土力学中，土的渗透系数≤10-7cm/s定为实际上的不 透水。
我们的工程中，通常采用水土压力分算的原则，若 需合算，应有充分的经验并经技术会议讨论。
4．c、φ指标的选用 建筑基坑支护技术规程（JGJ 120-99）中，c、φ采用 三轴试验固结不排水抗剪强度指标，有可靠经验时可采用 直接剪切试验的固结不排水抗剪强度指标。
在我们的工程中，一般采用直接剪切试验固结快剪总 应力抗剪强度指标c、φ，若需采用三轴试验指标或有效应 力指标，应进行讨论。
5．重度 水土分算时取土的浮重度，合算时取土的天然重度。
第五节 沉井的下沉计算
1．井壁与土的摩阻力计算 1）单位面积摩阻力选用 我们在岩土工程勘察技术委托时，若可能存在沉井， 通常要求勘察单位提供各土层的单位面积摩阻力。 若报告中未提出，则参见沉井结构设计规程取值。
排水工法简介： 1）集水井排水法
这种方法易发生流砂现象，由于排水致使周围 土体压密，给沉井下沉也带来困难。
2）外围排水法，这种方法是在沉井外围设置 深井，在深井中插入水泵往外抽水，使地下水位降 低。
该法影响范围大，容易造成周围地面下沉；
3）防渗墙法 为防止因降水造成地面下沉，可在沉井外围设置 防渗墙，载分项系数

4. 井壁受力计算 5. 混凝土封底及顶盖的计算
图 9-12 矩形和圆端形沉井
φ (b)
圆形沉井支承于n个支点上，在自重作用下的内力值，可 按连续水平环梁进行计算，其计算公式为：
3. 沉井刃脚受力计算
(1). 作用于刃脚和井壁四周的水平力
①. 土压力：作用于井壁单位面积上的土压力：
ri
e1 hi i tan(45 / 2)
沉井下沉进程中，在岛面以已接高一节沉井4~6m，刃 脚切入土中1m。此时，刃脚根部断面上产生向外挠曲的 最大弯矩。
R v1 v2 q T
式中 q—沿井壁击长单位周长沉井自重；在水下部分应考虑水的浮力；
—作用于单位周长井壁的摩阻力 ，
。
、T —刃脚踏面及斜面部分土的竖向反T力，mi其n(0压.5E力, 分布ihi如) 图9-14所示，
(9-40)
hi
式中 hi—计算位置至地面的距离；
ri — hi高度范围内土的平均重度，水位以下用浮重度；
—土的内磨擦角。
②. 水压力：作用于井壁单位面积上的水压力，按下列情 况计算：
不排水下沉时,井壁外侧水压力值按100%静水压计算，内 侧水压力值一般按50%计算，见图9-14a，但也可按施工 中可能出现的水头差计算，如图9-14b所示。
排水下沉时，在透水土中，井壁外侧水压力值按100%计 算，见图9-14c，在不透水土中，按静水压的70%计算， 见图9-14d。
hw hw h w' hw hw
0.5 hw
(a)
hw - hw'
(b)
1.0 hw
(c)
图 9-14 井壁单位面积上的水压力分布
0.7 hw

(4) 泥水输送弃土为连续作业，因而大
幅提高了推进速度，最适宜于长距离顶管。 综上所述,釆用泥水平衡式顶管施工能
满足本工程各方面要求。其工作示意图见图1。
泥浆沉淀池
进水箱
也・!进水泵
"供水阀
地面操作系统
EH
纠偏油缸
管道压力表
0 土口油眄/ 逅浆套
管节
普流阀 )进水阖
潅流阀
Q排泥阀Q
拆趣油缸加实液压泵站 泥水腔压力表
污水管道采用钢筋混凝土沉井顶管施工，顶
管起终点与老管道顺接处采用SMW工法井, 工作井及接收井为沉井，共6座，其中4座工 作井、2座接收井。
2顶管工艺选择 本工程顶管埋深深度大，最大埋深8 m,
单次顶进距离长,最长为120 m,地下水丰富，
综合考虑之后拟釆用封闭式泥水平衡顶管机
施工。采用泥水平衡式顶管施工工艺具有以 下优点：
(kN)； Eep.k —沉井前方主动土压力合力标准
值(kN)； r —沉井外壁半径，取3.6 m； 扎一顶力距刃脚底的距离，取2.15 m； fPk —最大被动土压力(kN/m?)； fep.k 一最大主动土压力(kN/m2)o (1)根据库仑土压力理论计算工作井后
11
ogzvkvogl
井盖标高民尹见《江苏省给排水工程通用图集》
泥水平衡式顶管施工关键技术
三航江苏分公司张广杰
1工程概况 淮安市快速路一期建设工程HA-KSL-4
标工作内容中，涉及到S237省道两侧污水管 道改造施工。
西侧改造段的污水管道采用F型钢承口 钢筋混凝土管(皿级)，设计强度C30,总长 527 m,管道内径 01 500 mm,壁厚 150 mm。 管道施工共分为7个分段，最长分段120 m。

圆形沉井下沉过程的施工力学研究
沉井作为一种基础工程,应用非常广泛,它的施工研究方法主要包括物理模拟法、经验公式法、数值解析法和数值模拟法。

在施工控制方面,沉井施工中最重要的是防止突沉,控制超沉以及减少对地层的扰动。

但是这些重要施工技术问题的解决尚缺乏成熟的理论指导,也没有可靠的数值模拟方法可供工程应用。

为此,本文对沉井下沉施工过程进行数值模拟,建立了沉井下沉时的力学模型,分析影响大型沉井施工过程非均匀下沉因素的灵敏度,以此建立合理的施工力学模型。

本文主要进行了以下几方面的研究工作：(1)对沉井施工方法概括,综述沉井施工过程国内外研究概况,存在的问题以及需要解决的问题,介绍论文的研究背景以及内容,本文研究的意义,创新点。

(2)对于刃脚结构的不同类型,研究圆形沉井锅底开挖深度、刃脚下土体预留厚度下土体极限承载力的关系,建立刃脚下土体极限承载力的影响因素的具体关系。

(3)根据规范计算出侧壁阻力的大小,以下沉系数为出发点,建立沉井基础施工过程力学模型,得到下沉量与开挖量的控制方程。

根据一计算算例对沉井下沉过程尽进行模拟,得到开挖量与下沉量的关系,并对相关参数进行灵敏度分析。

(4)大型沉井下沉过程倾斜问题是不可避免的。

建立沉井倾斜的力学分析模型,考虑沉井结构的整体刚度,计算水平纠偏力的大小。

通过计算算例证明了该力学模型的正确性,能够对沉井进行纠偏。

４ 使用阶段井壁及底板优化
图 ５ 工况 ２ 下沉井受力分布( 单位:ｋＰａ)
场拼装、挖土下沉、内腔灌注混凝土、封底和设备安
３ 施工阶段井壁优化
在沉井中如何控制钢筋和混凝土的用量ꎬ是控
制沉井经济性的一项关键要素. 因此ꎬ在保证沉井
安全的前提下ꎬ应当使其受力性能尽可能得到充分
发挥
[９]
沉井的施工包括降水、部品预制、构件运输、现
２ 为运营阶段工况ꎬ此时地下水位恢复ꎬ沉井受到
周围水压力、土压力、沉井内部结构自重的作用以
及底板水浮力的作用.
根据土质情况ꎬ计算沉井所受土压力大小ꎬ按
照最不利荷载施加ꎬ刃脚段按照静止土压力大小施
加ꎬ标准段按照主动土压力施加. 其中ꎬ刃脚段高
根据 Ｃ３０ 混凝土定义材料的弹性模量、泊松比、密
１.８ ｍꎬ标准段高 １６. ６ ｍꎬ 沉井按照设计基础埋深
１０

工况 ２ 下底板所受上部荷载为
Ｐ＝
利用有限元软件 Ａｎｓｙｓ 建立了不同井壁厚度下的圆
１４ ０２０
＝ ５１.６ ｋＰａ.
９.３ × ９.３π
形沉井有限元仿真模型ꎬ各模型径向位移、径向应力
和环向应力对比分析如表 ２ 所示.
５７.７１
５１.２５
６２.５７
１３６.００
工况 ２ 水压力
/ ｋＰａ
１２.７４
５１.９４
９８.９８
１３６.２２
１６０.７２
１７５.４２
１７５.４２
１９３.０６
兰 州 工 业 学 院 学 报 第 ２８ 卷
应力 / ＭＰａ
应力 / ＭＰａ
应力 / ＭＰａ
应力 / ＭＰａ
应力 / ＭＰａ

材料3.0.1 干式沉井指使用阶段沉井内无水，如卧式泵泵房等；湿式沉井指使用阶段沉井内贮水，如集水井、进水箱等。

对于部分干式部分湿式的沉井，应按干式沉井考虑。

3.0.2 水下封底混凝土设计强度等级不宜低于C20，以免厚度过大，抗渗过差，同时受水影响的表面，混凝土强度可能达不到设计要求，必须予以注意。

3.0.3 混凝土抗渗等级沿用习惯使用的S4、S6、S8，它的单位是0.1MPa。

3.0.4 本条摘自《给水排水工程构筑物结构设计规范》GB 50069。

3.0.5 当地下水或井内贮水对混凝土和钢筋有腐蚀作用时，应采取相应的防腐措施。

3.0.7 外加剂一般可分为减水剂、早强剂和密实剂等，可根据实际需要选用。

3.0.9 本规程未列出混凝土和钢筋的力学性能指标，均应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010执行。

4 结构上的作用4.1.1 本条针对给水排水沉井设计中遇到的各种作用，根据《给水排水工程构筑物结构设计规范》GB 50069规定的原则，区分为永久作用和可变作用。

4.1.2 沉井结构设计时，对不同荷载采用不同的代表值。

本规程给出了三种代表值:标准值、组合值和准永久值。

其中标准值是荷载的基本代表值，其他代表值以标准值乘以相应的系数得出。

4.1.3～4.1.4 结构承受两种或两种以上可变作用时，作用效应组合值在承载能力极限状态下采用基本组合值；在正常使用极限状态下采用标准组合值和准永久组合值。

4.2.1～4.2.3 本条规定了沉井结构设计中各项永久作用标准值的取值。

现对沉井壁上的侧向土压力计算说明如下:1 侧向土压力按朗金理论计算；2 土的抗剪强度一般采用固结快剪或快剪的峰值作为指标；3 对非砂性土，按抗剪强度相等的原则换算等效内摩擦角。

4.3.1～4.3.5 本条规定了给水排水沉井结构设计中各项可变作用标准值的取值。

对正常使用极限状态按作用效应准永久组合设计时的准永久值系数，均根据工程实际情况或参照相关标准作出了具体规定。

1...2k d G q h u =2k d G q h u=⨯ 22k x G x q h u ⨯=⨯ 22k k x G x G x p h h⨯⨯=- 《铁路桥涵》规定（排水下沉） 沉井自重Q HA γ= A 沉井截面积；γ沉井容重 H 沉井高度 （注意铁路公路的H 和h ） 沉井计算总结（排水下沉）1. 下沉系数计算验算沉井自重是否能克服下沉时土的摩阻力，用下沉系数K 表示k R k G τ=≥1.05 R i i i u h f τ=∑当沿沉井深度土层为多种类别时，单位摩阻力可取各层土单位摩阻力标准值的加权平均值 摩阻力分布假定摩擦力从地表至5米范围内，摩阻力按直线规律由0增至最大值超过5米深度后取常数值沉井处于平衡时，下沉系数=1沉井自重=沉井沉入土中部分的摩擦力2. 沉井井壁计算沉井井壁进行竖直和水平向的内力计算① 竖直方向在沉井的下沉工程中，当沉井被周围土体嵌固而刃脚下的土已经被掏空时，应验算井壁接缝处的竖向抗拉强度接缝处：混凝土不承受拉应力，而由接缝处的钢筋承受，此时钢筋的抗拉安全系数可取1.25同时必须验算钢筋的锚固长度。

等截面井壁验算井壁摩阻力可假定沿沉井全高按倒三角形分布，刃脚底面处为0，在地面处为最大，此时最危险的截面在沉井入土深度的1/2处。

最大竖向拉力为沉井全部自重的1/4沉井自重 u ：沉井的周长作用河床表面处的井壁上的单位摩阻力 作用距刃脚底面x 高度处井壁上的单位摩阻力x q井壁任意x 处的拉力 最大拉力max 244k k kG G G p =-=台阶形井壁验算123412k k k k d G G G G q h u +++=⨯⨯ 作用河床表面处的井壁上的单位摩阻力 ()12342k k k k d GG G G q h u +++=⨯作用距刃脚底面x 高度处井壁上的单位摩阻力x qx d xq q h =⨯井壁任意x 处的拉力12x x x P G u q x =-⨯⨯对台阶形井壁，每段井壁都应进行拉力计算，然后取大值。

圆形工作井沉井结构计算seek； pursue； go/search/hanker after； crave； court； woo； go/run after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：1120*6.0310*2.525*1.325*1.1718.85n ki si i ka nsi i f h f KPa h ==+++===∑∑（6.03+2.5+1.3+1.17）沉井井壁自重G=×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：()()10.750.7521(18.85 2.50.718.85115 2.50.718.855) 3.1429.823889ka ka ka T f h f H m h f m d KN=⨯+⨯--+⨯⨯⨯⨯=⨯+⨯⨯--+⨯⨯⨯⨯⨯=（）π 沉井排水下沉系数,53020 1.363 1.053889fw kst G F k T --===> 经计算,沉井下沉系数大于,下沉系数满足规范要求.抗浮验算沉井井壁自重： G 1=沉井底板自重： G 2=×××25=封底砼自重： G3=×24=沉井总重： G=G1+G2+G3=++=浮力F=×××10=G / F = =＞经计算,抗浮系数大于,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°计算.根据地质资料,按加权平均值取土容重r = m3,内摩擦角φ=13°.φ1=13°+°=°φ2=13°°=°H=P A =××12×tg245°-φ1/ 2=P B =××12×tg245°-φ2/ 2=ω’=ω-1 土压力不均衡度ω= PB/ PAω’=–1=γc——沉井井壁的中心半径mNA=P Aγc1+ω’NB=P Aγc1+ω’M A =γc2ω’M B =γc2ω’式中：N A——较小侧土压力的A截面上的轴力kN/mNB——较大侧土压力的B截面上的轴力kN/mMA——较小侧土压力的A截面上的弯矩kN·mMB——较大侧土压力的B截面上的弯矩kN·mMA=×××=·mMB=×××=·mαSB=××106/×1000×6942=ζB =1- 1-2αSB^=As=f cζB h./f y=××1000×694/360=1333mm2选配钢筋φ22150 A s=2534mm2,裂缝计算执行规范:混凝土结构设计规范GB 50010-2010, 本文简称混凝土规范给水排水工程构筑物结构设计规范GB 50069-2002, 本文简称给排水结构规范1 设计资料截面尺寸参数材料参数荷载及其它参数2 计算过程及计算结果1受拉钢筋应力计算σsq=M q/=0/×694×2534=mm22按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率ρte=A s/A te=A s/=2534/×1000×750=3裂缝间受拉钢筋应变不均匀系数=te sq< , 取ψ=4最大裂缝宽度计算max 1.8sqE s0.11te+1⨯0.4000⨯1.5⨯0.00685验算最大裂缝宽度：mm＜ωmax=mm经计算,选配φ22150满足规范要求.根据钢筋混凝土沉井结构设计及施工手册,对井径不大于,沉井深度或第一节下沉高度大于的钢筋混凝土圆形沉井,可不作竖向内力计算.。