沉井在城市有限空间背景下的应用.pdf
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1、水电站设计 第 卷第 期年 月修回日期:作者简介:谭祖勇(),男,四川达州人,本科,高级工程师,从事水利水电工程设计工作。沉井在城市有限空间背景下的应用谭祖勇,(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司,四川 成都 ;四川省城市水环境治理工程技术研究中心,四川 成都 )摘要:沉井依靠井筒自重克服井壁与地层的摩擦阻力逐步沉入地下,当沉井不能有效下沉时,需要一定的助沉力才能满足要求,常用的助沉措施有压重法、触变泥浆减阻、空气幕减阻、桩基反压法、沉井工法等。通过总结在城市有限空间背景下采用沉井助沉措施的相关应用,为类似项目提供一定的工程经验。关键词:触变泥浆减阻;空气幕减阻;沉井工法中图分类号:文献标
2、志码:文章编号:()前言沉井是在预制好的钢筋混凝土井筒内挖土,依靠井筒自重克服井壁与地层的摩擦阻力逐步沉入地下,以实现工程目标的一项施工技术。沉井技术具有结构可靠、所需机械设备简单、施工安全等优点,尤其在用地比较紧张的区域采用沉井技术能大幅度减少征地,减少工程投资。从 世纪 年代借鉴国外设计理论和经验至今,我国建造的沉井不下 座,本文结合工程案例主要研究沉井助沉的相关工程应用。沉井设计要点 沉井选址沉井选址应尽可能选在平缓和开阔地带,以最大限度减小因沉井周边土压力不均匀可能导致下沉时发生倾斜的风险;沉井不应布置在地质不均匀或地下障碍物未完全探明的场地,以免造成下沉作业困难;若拟建沉井周边范围内
3、有已建建(构)筑物或其他设施,应采取相应的措施加固沉井周边土体,减小周边一定范围内的土体下沉。沉井施工方法选择沉井施工方法与沉井设计计算有非常紧密的关系,应根据工程地质、水文地质、周边环境等条件,因地制宜,合理选择施工工艺,常用的施工方法有排水下沉、不排水下沉。结构设计要点()沉井平面形状选择。沉井平面形状可细分为圆形沉井、矩形沉井、圆端沉井、多格沉井和尖端沉井。圆形沉井因受力性能较好,在静水压力作用下只产生轴向压力,特别适用于下沉深度较深的沉井;矩形沉井使用性能好,容易布置,但在侧压力作用下产生力矩较大;圆端沉井和尖端沉井适用于作桥墩和河中心的取水构筑物;多格沉井常因工艺功能要求或受力要求而
4、进行分隔。()沉井井体厚度确定。沉井井体厚度由以下几方面因素确定:下沉需要,满足受力及适用性要求,抗浮要求。下沉需要。沉井设计应优先考虑沉井依靠其自重克服土层摩阻力而下沉到设计标高的原则,当重量不足时,应采取外加压重或其他助沉措施(触变泥浆减阻 、空气幕减阻 、压重法 、桩基反压法 、沉井工法 等)。满足受力及适用性要求。在施工阶段,井体的各部分厚度应满足受力的要求;在使用阶段,井体作为结构的一部分,则井体除了强度外,还应满足相应的适用性要求。抗浮要求。当井位处于水中或存在地下水场地时,沉井必须满足抗浮要求(考虑摩阻力时,抗浮系数一般应不小于 ),故依靠自重抗浮的井体各部分也要有适当的厚度。(
5、)封底混凝土厚度计算。沉井沉至设计标高,在浇筑底板之前,先浇筑封底混凝土,根据不同的施工方法、工程地质及水文地质条件,封底可采用干封底和水下封底。干封底混凝土厚度一般以能够保证钢筋混凝土底板顺利施工即可;水下封底混凝土厚度按 给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程 中下列公式计算。槡。()式中:为沉井水下封底混凝土厚度,;为计算宽度,;为 混 凝 土 抗 拉 强 度 设 计值,;为附加厚度,;为每 宽度最大弯矩设计值,。()冲剪验算。封底混凝土板边缘处剪力较大,应进行冲剪验算。抗剪验算按照式()计算:。()式中:为剪切面周长,;从封底砼板边计算;为最大剪力设计值,;其余参数意义同式()。冲切验
6、算按照式()计算:。()式中:为冲切面临界截面周长,即距封底混凝土周边 的周长;为设计冲切力,在 范围内封底混凝土承受的均布竖向荷载的总和;其余参数意义同式()。工程应用某活水工程位于广东省佛山市南海区,拟在河涌附近建设一座提水泵站,活水泵站总设计流量 ,拟采用 台水泵取水(单泵设计流量为 ,水泵型号为 ,装机容量 ,水泵淹没深度 ),经计算,需建设一座容积为 的集水池,水泵置于集水池内,通过补水管道方式将水体引往河涌上游,以改善河涌水动力条件,达到改善水质的目的。提水泵站周边地形如图 所示,提水泵站周边分布有光纤、路灯、燃气、供电、供水等地下综合管线。图 提水泵站周边地形由于提水泵站周边遍布
7、地下综合管线,对于这些管线的迁改或保护,涉及协调单位众多、消耗时间较长且费用较高等诸多问题,基于这些因素,在有限空间背景下建设提水泵站难度较大,需要从工程占地、施工难度、经济性、安全性等诸多方面予以综合考虑,最终选定设计方案。本工程周边地形复杂,考虑开挖施工可能对已有建筑物产生不利影响、开挖场地面积较大、降水措施费较多,本工程拟采用沉井技术建设集水井。地质情况工程区覆盖层主要为第四纪人工填土()、第四纪冲积层()和第四纪风化残积层()组成,下伏基岩为古近纪华涌组()砂岩或泥岩。场地地层工程地质特性表见表 。表 场地地层工程地质特性层号年代及成因岩土名称层厚 土层特征描述 素填土 黄褐色 红褐色
8、,湿 很湿,稍密。主要以粉质黏土或黏性土混少量砂为主,局部为 混凝土路面,含植物根系,回填时间大于 年 粉质黏土 黄褐色 红褐色,可塑状态,局部硬塑状态 淤泥质粉质黏土 灰褐色 灰黑色,软塑 流塑状态 粉质黏土 黄褐色 红褐色,可塑状态,局部硬塑状态 粉质黏土 红褐色 灰黑色,可塑 硬度状态,砂岩风化后形成,局部含少量细砂,约含 ,遇水软化强风化砂岩 灰色 褐红色,节理裂隙发育,砂质结构,泥质胶结,层状构造,岩芯呈短柱状,局部碎块状,岩石坚硬程度整体属较软岩,完整程度破碎,岩体基本质量等级为级中风化砂岩 灰色 褐红色,节理裂隙发育,砂质结构,泥质胶结,层状构造,岩芯呈短柱状,局部长柱状,岩石坚
9、硬程度整体属较软岩,完整程度为较完整,岩体基本质量等级为级 沉井尺寸初拟本工程所需集水池容积为 ,选用的水泵淹没深度为 ,常水位为 。初拟圆形沉井内径为 ,沉井底板高程 ,井壁厚度 ,底板厚度为 ,凹槽深度 ,刃脚到底板底 ,刃脚斜面高度及宽度为 ,沉井高度 ,沉井共分 节,沉井为 混凝土,因各土层渗透系数均小于 ,故本工程下沉施工方式适合选用不排水下沉,下沉系数 。沉井平面示意见图 ,沉井剖面示意见图 ,刃脚示意见图 ,土层示意见图 。图 沉井平面示意(单位:)图 沉井剖面示意(单位:)设计基本信息沉井选址位置地面标高 ,土压力计算方法为主动土压力法,主要土层信息见表 。图 刃脚示意(单位:
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