[12-11 16:59:52] 来源:http://www.tmgc8.com 市政工程 阅读:3349次
【摘 要】 本文结合郑州北区开元路污水泵站沉井工程实例,详细介绍了采用增设翼缘板准确控制沉井终沉高程位置的方法原理及计算过程,对实际效果进行跟踪监测,得出通过增设翼缘板控制沉井终沉高程位置是一种切实可行的新方法。
【关键词】 沉井施工 超沉 翼缘板
在软土地层中建设的地下构筑物,譬如盾构与顶管工作井、排水泵站、地下油库等各类基础工程,经常采用沉井施工方法。其基本原理是在地面预制好井状四周墙体后,通过挖出井内土体,依靠井状构筑物自重而自行沉入设计深度位置的施工方法。
沉井施工法是市政工程常用的一种方法,具有造价低、占地少、施工方便等优点。但在施工中,往往因为软土土层的力学性能较差,抗剪强度较小,与沉井井壁之间的摩阻力较小,所提供的阻力不够而发生超沉现象。目前解决这一问题的常用方法是在沉井刃脚踏面下采用水泥搅拌桩进行地基加固,增加端阻力,防止沉井发生超沉。该方法存在搅拌桩施工时桩顶标高难以控制,施工成本相对较高等缺点,因而,大家都在不断寻找新的施工方法。
本文结合开元路工程实例,主要阐述了在沉井顶部增设翼缘板控制沉降的方法,探索克服沉井超沉的另一种途径,在工程实施中,取得了预期成效。现介绍如下,供从事类似工程的同仁参考。
一、工程概况
该泵站位于郑州北区开元路,地下为沙质土,地下水位较高。设计泵房内径尺寸为9m×7m,深16.5m,壁厚在-5.52m以下为90cm,以上为70cm,混凝土总量约550m3。
二、下沉系数计算
沉井下沉计算主要考虑沉井自重应略大于井壁摩阻力与刃脚及底梁部分的端阻力之和。一般取下沉系数为1.05-1.25之间。
下沉系数计算:
Kf=(G-Pw)/(T+F)≥1.05
式中:Kf——下沉系数
G——沉井自重(kN)
Pw——地下水浮力,该工程采用井
内排水取土下沉,故取Pw=0
T——土体与井壁的总摩阻力(kN)
F——土体对沉井的端阻力(kN)
根据设计要求和现场情况,沉井拟分三级制作,分段下沉。对各级沉井下沉系数计算如表1所示:
表1 各级沉井下沉系数计算值一览表
注:各级沉井在不同地层中的端阻力应有所差异,但该地区性质相似。为简化计算,故各级沉井的端阻力取值均为同值。
第一级沉井的下沉系数为1.1,符合稳定要求;第二级沉井制作后,沉井自重超过了沉井与地基之间的摩阻力与端阻力之和,下沉系数达1.46;当第三级沉井制作后,下沉系数更高达1.56,沉井将会发生超沉、偏斜等不良后果,为此必须采取相应对策。
三、防超沉对策
1、对策一:控制沉并内取土量
适当保留沉井内土体高度,以增加沉井内壁与土体的摩阻力。
设下沉系数取1.1,在第三级沉井下沉时尚须增加的摩阻力:
T2′=G/K2-T2-F=2460(kN)
沉井内壁周长为32m,单位面积的摩阻力取10kPa,则应保留的土体高度:
h2=T2′/(32×10)=7.7m;亦即沉井内最多能挖取13.5-7.7=5.8m深度的土体。
这里需要指出的是,本计算前提是地基土与沉井壁之间的摩阻力按极限值计算,而沉井正沉过程中,对土体必定会发生扰动,降低了摩阻力,具体降低的量值,待施工实践过程中测定,然后根据现场情况再进行调整。
2、对策二:增加沉井的端阻力
第三节沉井下沉到设计标高后,势必要将井内土体全部挖去,方可进行沉井封底,这时井的内壁与土体之间的摩阻力为0,于是考虑采用增加端阻力的方法,以克服沉井的超沉。增加端阻力的方法一般是采用在沉井刃脚底下预先施打搅拌桩或旋喷桩,增加地基土的承载能力。该工程根据现场具体施工条件,采用在沉井顶部增设翼缘板的方法,克服沉井超沉。下面对翼缘板进行设计验算。
四、翼缘板设计
假设翼缘板设计宽度1.2m,高0.5m,采用C20混凝土和Ⅱ级钢筋,下层受拉区配置Ф16@100的钢筋。
1、翼缘板宽度验算
设下沉系数取0.95,则应增加的端阻力:
F3=G/Ki F-T3得F3=5518(kN)
若沉井外周地基土体经过碎石、黄砂分层换填压密或施打沉管灌注桩处理后,地基的容许承载力达到120kPa,则应增加的翼缘板面积:
A=5518/120=46m2
沉井外周周长为39.2m,则翼缘板的宽度为46/39.2=1.17m≈1.2m。前面假设1.2m翼缘板的宽度符合要求。www.tmgc8.com
2、翼缘板截面配筋验算(按单筋矩形截面梁验算)
验算时取单位长度1m的翼缘板为研究对象,该单位体的受力简图见图1。
图1 翼缘板计算简图单位:mm
经分析计算得:
板的计算弯矩Mj=-233kN·m(负号表示方向与重力方向相反)
(1)求板的截面的模量系数A0:
A0=rcMj/Rabh02
式中:A0——板的截面模量系数
rc——材料安全系数(取1.25)
Ra——混凝土轴心抗压设计强
度(C20混凝土为11MPa)
b——板的截面宽度
h0——截面的有效高度(取46cm)
A0= rcMj/Rabh02 =0.104
查表得,r0=0.859,ξ=0.282
ro——抵抗力偶臂系数
ξ——截面受压区的相对高度
ξjg——混凝土受压区界限系数
(Ⅱ级钢筋为0.55)
ξ=0.282<ξjg
(2)纵、横向受拉钢筋的截面面积Ag:
Ag=rsMj/Rgr0h0
式中:Ag——纵向受拉钢筋的截面面积
rs——材料强度安全系数(取1.25)
Rg——纵向受拉钢筋的设计强度
(Ⅱ级钢筋为340MPa)其他
符号同上。
Ag= rsMj/Rgr0h0 1.25×233×10^6/340×0.859×460
=1970mm2=19.7cm2
因Ф16钢筋的单根截面积为2.0llcm2,故可选用10根Ф16的钢筋,设计间距为100mm。
(3)配筋率验证:
u=Ag/bh0=19.17/120×46=0.0036=0.36%>0.10%
3、板的强度验算
(1)混凝土受压区高度系数ξ:
ξ=uRg/Ra
式中:u——配筋率(纵向受拉钢筋)
Rg——横向受拉钢筋的设计强度
(Ⅱ级钢筋为340MPa)
Ra——混凝土轴心抗压设计强度
(C20号混凝土为11MPa)
ξ=uRg/Ra=0.0036×340/11=0.111
ξ<ξjg
查表得:A0=0.105
(2)截面抗力矩Mg:
MR=Rabh0^2A0/rc
式中:MR——板的截面抗力矩;
式中其他符号同上
MR=Rabh0^2A0/rc
=11×10^6×1.2×0.46^2×0.105/1.25
=234622N·m=235kN·m
|MR|>|Mj|,故强度满足要求。
综上所述,选用宽1.2m,高50cm,下层受拉区配置Ф16@100钢筋,混凝土强度为C20的翼缘板满足施工要求。
五、实施效果
经过近20天的施工该井顺利下沉到位,下沉过程中没有发生超沉,且经测量沉井终沉底标高比设计标高差最大处低5.8cm,沉井顶标高差最大值为2.1cm,各项技术指标都得到了有效的控制,均符合规范验收标准,该措施的实施取得了预期的效果。