沉井施工中计算分析
钢筋混凝土沉井计算
钢筋混凝土沉井计算在建筑工程和基础施工中，钢筋混凝土沉井是一种常见且重要的结构形式。
它被广泛应用于桥梁墩台基础、取水构筑物、污水泵站等工程中。
要确保沉井结构的安全可靠和经济合理，准确的计算是至关重要的。
钢筋混凝土沉井的计算涉及多个方面，包括结构的自重、土压力、水压力、刃脚的受力分析、井壁的内力计算等。
下面我们逐步来探讨这些计算要点。
首先，结构自重的计算是基础。
这包括井壁、封底混凝土、顶板、隔墙等各个部分的重量。
在计算时，需要根据构件的尺寸和材料的密度来精确计算。
同时，还要考虑施工过程中的附加重量，如施工设备、临时支撑等。
土压力的计算是一个关键环节。
土压力的大小和分布取决于土层的性质、埋深、地下水情况等因素。
一般来说，常用的土压力计算方法有朗肯土压力理论和库仑土压力理论。
对于沉井这种特殊结构，通常需要根据实际情况进行适当的修正。
在计算主动土压力时，要考虑土的内摩擦角和粘聚力等参数；而在计算被动土压力时，由于土体的被动破坏机制较为复杂，计算难度相对较大。
水压力也是不可忽视的因素。
如果沉井处于地下水位以下，就需要考虑水压力的作用。
水压力的大小等于水的重度乘以水头高度。
在计算时，要明确水头高度的取值，以及是否存在水的渗流等情况。
刃脚是沉井结构的重要组成部分，其受力情况较为复杂。
刃脚通常承受着竖向的压力、水平的土压力和水压力，以及弯矩和剪力的作用。
在计算刃脚的内力时，需要采用合理的力学模型进行分析。
可以将刃脚视为悬臂梁或固定端梁，根据不同的边界条件和受力情况来计算内力。
井壁的内力计算是沉井计算的核心内容之一。
井壁在竖向受到自重和土压力的作用，在水平方向受到水压力和土压力的作用。
对于圆形沉井，可以采用薄壁圆筒的理论进行计算；对于矩形沉井，则需要采用框架结构的计算方法，考虑梁和柱的作用。
在进行内力计算后，还需要根据混凝土结构设计规范对钢筋进行配置。
要根据计算得到的弯矩、剪力等内力值，选择合适的钢筋直径、间距和布置方式，以满足承载能力和裂缝控制的要求。
沉井侧力和摩擦力计算
沉井侧力和摩擦力计算一、基本原理沉井侧力是指水平方向对沉井管束施加的力，使沉井管束保持稳定。
它通常由两个部分组成：一部分是沿着沉井管束的切向施加的摩擦力，另一部分是因为沉井管束引起的水平土体抗力。
沉井侧力的大小与沉井管束的摩擦系数、土体侧面积、土体的抗力等因素有关。
摩擦力是沉井管束与周围土体之间的摩擦力，它是保持沉井管束处于稳定状态的重要因素。
当沉井管束向下推进时，由于与周围土体接触，会发生相互的摩擦，这种摩擦会阻碍管束的下沉，当摩擦力大于沉井管束的重力时，管束就会停止下沉。
摩擦力的大小取决于沉井管束和土体之间的摩擦系数、土体的压实状态、管束的几何形状等因素。
二、计算公式计算沉井侧力和摩擦力的公式主要有两种：一种是使用基于土体力学的方法，一种是使用实测数据的方法。
1.基于土体力学的方法侧向土体抗力的计算公式如下：Fr = 0.5 * ρ * H^2 * L * tanα其中，Fr为侧向土体抗力，ρ为土体的重度，H为沉井管束的高度，L为沉井管束的长度，α为土体的内摩擦角。
摩擦力的计算公式如下：Ff=μ*Fr其中，Ff为摩擦力，μ为摩擦系数。
2.实测数据的方法实测数据的方法是根据实际沉井的情况进行现场测试，计算沉井侧力和摩擦力。
常用的测试方法有拉应变测试、沉井槽测试等。
三、影响因素1.土壤类型和压密状态：不同类型的土壤具有不同的强度和变形特性，对侧向抗力和摩擦力的大小有影响。
另外，土壤的压密状态也会影响侧向抗力和摩擦力。
2.管束的几何形状和尺寸：沉井侧力和摩擦力的大小与沉井管束的几何形状和尺寸有关，如管束的直径、壁厚等。
3.土壤与管束之间的摩擦系数：土壤与管束之间的摩擦系数决定了摩擦力的大小，摩擦系数受土壤类型、土壤压密状态和管束的表面状况等因素的影响。
总结：沉井侧力和摩擦力是沉井过程中重要的力，对沉井工作的稳定性和安全性具有重要作用。
基于土体力学的方法和实测数据的方法都可以用于计算沉井侧力和摩擦力。
沉井工程量计算
沉井工程量计算沉井工程是指在建筑物或其他工程中，为了排水或通风等目的而在地下开挖的井。
沉井工程量计算是沉井工程设计的重要环节之一，正确计算工程量可以保证工程的顺利进行和质量的保证。
下面介绍沉井工程量计算规则最新。
一、沉井工程量计算规则1. 沉井的计算方法沉井的计算方法有两种，一种是按照沉井的实际尺寸计算，另一种是按照沉井的设计尺寸计算。
一般情况下，按照实际尺寸计算比较准确，但是在设计时需要考虑到施工的难易程度和成本等因素，因此需要按照设计尺寸计算。
2. 沉井的计算公式沉井的计算公式为：V=π/4×(D1²-D2²)×H，其中V为沉井的体积，D1为沉井的上口直径，D2为沉井的下口直径，H为沉井的深度。
3. 沉井的计算单位沉井的计算单位一般为立方米，也可以根据实际情况选择其他单位。
4. 沉井的计算精度沉井的计算精度一般为小数点后两位，如果需要更高的精度，可以根据实际情况进行调整。
二、沉井工程量计算实例下面以一个实例来说明沉井工程量计算的具体步骤。
假设需要建造一个直径为2米，深度为3米的沉井，按照设计尺寸计算，计算公式为：V=π/4×(D1²-D2²)×H=π/4×(2²-1.8²)×3≈3.14立方米。
因此，这个沉井的工程量为3.14立方米。
三、注意事项1. 在进行沉井工程量计算时，需要考虑到施工的难易程度和成本等因素，选择合适的计算方法和计算精度。
2. 在进行沉井工程量计算时，需要注意单位的选择和换算，确保计算结果的准确性。
3. 在进行沉井工程量计算时，需要根据实际情况进行调整，避免出现误差。
4. 在进行沉井工程量计算时，需要注意安全问题，确保施工过程中的安全性和稳定性。
沉井结构计算施工
沉井结构计算施工一、沉井结构概述沉井结构是一种在水下或湿地地段，用于管道敷设、水下修筑等工程施工的人工建筑物。
它通常包括沉箱、管道、沉井浮吊等组成部分。
沉井结构的特点是在施工过程中只有垂直向下的固定力，施工结束后具有较好的抗水、抗波浪和抗土压性能。
二、沉井结构的计算1.沉井结构的设计目标沉井结构的设计目标主要包括保证沉箱安全下沉、达到合适的沉井竖向位置、提供足够的强度和刚度、满足相应的使用要求等。
2.沉井结构的正常工作状态下的计算（1）沉箱的沉井深度计算利用等效荷载法，按照施工荷载对沉箱造成的沉井深度进行计算。
根据施工过程中所受力效应，采用多种理论计算沉井深度，如平衡法、基于小孔面积的法、稳定法等。
（2）沉箱结构的强度计算通常采用有限元分析等方法，计算沉箱结构在施工和正常使用情况下的各个截面的受力情况，并对其进行验算。
（3）沉井浮吊的计算沉井浮吊计算主要包括沉箱所受总浮力的计算、沉井浮吊设计高度的选择、吊装索的计算等。
三、沉井结构的施工沉井结构施工的一般步骤如下：1.制作沉箱：根据设计要求，制作沉箱，并检查其强度、刚度等机械性能。
2.安装管道：将管道预先安装在沉箱上，固定好位置。
3.沉井准备：选择一个合适的施工场地，清理并平整施工区域。
4.沉箱下沉：使用吊装设备将沉箱从船上或岸上运到施工水域，根据设计要求完成下沉操作。
5.沉井位置调整：根据设计要求，对沉井位置进行调整，保证其竖直性和平面位置的准确。
6.沉箱固定：对沉箱进行固定，通常采用水泥封固、石料护岸等方式，保证沉井的稳定性和密封性。
7.沉井浮吊施工：安装沉井浮吊设备，提升管道至需求位置，并进行径向固定、竖向调整等工作。
8.沉井浮吊回收：工程完成后，通过吊装设备回收沉井浮吊。
9.沉箱拆除：根据设计要求，拆除沉箱，使工程达到最终状态。
四、沉井结构的应用领域沉井结构广泛应用于水下或湿地地段的管道敷设、桩基施工、海岸工程、修堤工程等。
它可以减少施工对水体的影响，提高工程施工的安全性和效率。
19-4沉井井壁计算
（1）竖向挠曲计算（第一节沉井抽垫木时）
2、井壁计算不排水挖土下沉排水挖土下沉
能很好地控制支承点,为了使
井壁挠曲应力尽可能小，支点
位置可设在最有利位置（使支
点和跨中点的弯矩大致相等）。
很难控制支承点，第一节沉井下沉过程可能会出现最不利的支承情况。
（竖向挠曲应力、竖向拉力、水平内力）
将沉井视为承受自重的梁来计算竖向挠曲应力，以此验算井壁的弯曲抗拉强度。
验算时取的支承点位置和施工方法有关：
τh
G
（3）井壁水平内力计算（井壁水平钢筋验算）
作为闭合的水平框架进行计算（方法同刃脚框架），但所取的位置不同。
最不利工况是：下沉至设计标高，刃脚下土已挖空而尚未封底。
此时在刃脚根部c-c 断面以上截取一段高度等于该处井壁厚度的井壁作为水平框架。
框架上的水平荷载除了该段井壁范围内的水土压力外，还有刃脚作为悬臂作用传到刃脚根部的水平剪力（其值等于刃脚向内挠曲时的水平外力乘以分配系数
）平面图
剖面图。
沉井下沉稳定性验算计算书
沉井下沉稳定性验算计算书依据《建筑施工计算手册》(江正荣编著)以及市政相关规范等。
一. 参数信息沉井在软弱土层中下沉时，需要对沉井下沉进行稳定性验算。
沉井相关计算参数如下：沉井外径为 20.00m,壁厚为 1.00m,井深为 16.50m,混凝土密度为 24.00kN/m^3,沉井井身混凝土量为 470.00m^3,地基承载力设计值为 130.00kN/m^2,隔墙和底梁总支撑面积为 0.00m^2.采用排水下沉方式，不考虑地下水浮力的作用。
刃脚尺寸数据(如图所示)：h=1.45m,h1=1.25m,C=0.20m,C1=0.70m,C2=0.20m,a=0.10m.二. 沉井计算沉井的下沉稳定性以下沉稳定系数 K 表示，可按下式验算:其中K －沉井下沉稳定系数，应小于1；G －沉井的自重力；B －地下水浮力，排水下沉，B=0，不排水下沉时总浮力的70%；－沉井外壁有效摩擦力总和.Rf－刃脚踏面及斜面下土的支撑力.R1－沉井的平均直径.DC －刃脚踏面宽度；n －刃脚斜面与井内土体接触面的水平投影宽度；R－沉井内部隔墙和底梁下土的支撑力；2－隔墙和底梁的总支撑面积；A1－土的极限承载力。
fu所以有，沉井的自重力为：G = 470.00×24.00=11280.00kN采用排水下沉，不需要考虑地下水的浮力：B = 0沉井外壁摩擦力总和为：Rf = 3.14×20.00×16.50×22.60 = 23430.00kN因沉井刃脚斜面土被掏空，不考虑斜面土的支承力，刃脚踏面支承力为：R1 = 3.14×19.90×1.45×130.00 = 11784.59kN沉井隔墙和底梁支承力为：R2 = 0.00×130.00 = 0.00kN则下沉稳定系数为：K = (11280.00-0.00) / (23430.00+11784.59+0.00) = 0.32 下沉稳定系数 K < 1.0，沉井在自重下能够稳定。
沉井或气压沉箱的计算与验算方法
沉井或气压沉箱的计算与验算方法一、一般规定（一）沉井施工前应对垫层厚度、下沉系数、接高稳定性、封底混凝土等内容进行计算与验算，计算和验算时所取的作用力均采用标准值。
（二）气压沉箱施工计算应符合下列规定：1、在下沉阻力计算中，除箱壁侧摩阻力、刃脚反力外，尚应包括气压浮托力；2、工作室顶板的计算荷载应根据不同工况确定，应取配重、自重、地基反力、水浮力和气压浮托力的最不利工况，且不应计入封底混凝土的作用。
3、水域沉井与沉箱在溜放、拖运以及沉放施工时，应对沉井与沉箱的倾斜稳定性进行验算；水域沉井与沉箱的前后两面水平作用不均衡时，尚应验算抗滑移及抗倾覆稳定性。
4、钢筋混凝土沉井与气压沉箱在分节制作时，每节井（箱）壁上端水平钢筋应加强。
5、沉井与气压沉箱首节制作时的基底压力不应大于下卧层地基承载力特征值，以后各节接高制作时应符合地基极限承载力的要求。
6、沉井与气压沉箱地基承载力及软弱下卧层验算应按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007的规定执行。
二、混凝土垫层及砂垫层（一）开挖工作坑遇有暗塘、暗沟、旧河道等不良地质时应进行加固处理，工作坑的开挖应符合现行行业标准《建筑基坑支护技术规程》JGJ120的规定。
（二）砂垫层的厚度应根据沉井与气压沉箱的重量和地基土的承载力按下列公式计算确定，且不宜小于600mm。
p=G0/(2*hs*tanα+BL)+γs*hsp≤fa式中：p——基底压力标准值(kN/m2)；hs——砂垫层厚度(m)；G0——沉井与气压沉箱第一节沿井壁单位长度重量(kN/m)；γs——砂的天然重度(kN/m3)，可取15kN/m3；BL——素混凝土垫层的宽度(m)，BL=B+2bl，计算时取bl=hc；b1——素混凝土外挑宽度(m)，可取b1≥hc(hc为素混凝土垫层厚度)；α——砂垫层的压力扩散角(°)，可取30°；fa——修正后的地基承载力特征值(kPa)；b——刃脚踏面宽度(m)；B——刃脚宽度(m)。
给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计 (5)沉井下沉和结构计算
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。
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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 左右，地基承载力为75 kPa。
②黏土。
呈黄灰色，软可塑和软塑状态，厚层状，高压缩性，含少许铁锰质渲染。
土面有油脂光泽，无摇震反应，韧性高，干强度高。
一般表部有0.3～0.4 m 厚的灰色种植土，结构松散，富含植物根须。
该层全场地均有分布，层厚0.90～2.60 m，地基承载力为60 kPa。
③淤泥质黏土。
呈灰色，流塑状态，厚层状，高压缩性，土质不均，含少量有机质条带，局部为淤泥。
土面有油脂光泽，无摇震反应，韧性高，干强度高。
该层全场地均有分布，层厚2.50～3.60 m，地基承载力为50 kPa。
④黏土。
呈灰色，软塑状态，厚层状，高压缩性，土质较均一。
土面有油脂光泽，无摇震反应，韧性高，干强度高。
该层全场地均有分布，层厚8.50～10.90 m，地基承载力为60 kPa。
地下水位为-1.0 m。
4.2 沉井结构形式
沉井的结构形式如图1所示。
4.3 沉井施工前的计算要点
4.3.1 沉井下垫层的验算
沉井工艺是先在浅基坑或地面浇注成型，待强度达到要求后再在井内和井壁下取土下沉。
在此之前，预制好的井壁和内部构件靠井壁下刃脚承重，为了避免在下沉前因井壁自重破坏了下部的土层而发生沉降和倾斜，要对下部的地基承载力进行验算。
如果不符合要求，就要采取增加沙垫层、砖垫层或枕木的形式处理地基。
4.3.2 沉井下沉验算
沉井下沉有两种形式，分别为靠自重下沉和靠辅助下沉。
比较理想的状态是靠自重克服井壁四周和土的摩擦力来实现下沉，所以首先要进行沉井下沉的验算。
4.3.3 沉井上浮验算
沉井封底后，由于井内是空的，受地下水压力的影响，整个沉井会受到被排出的地下水的浮力作用。
因此，应对封底后的沉井进行抗浮稳定性验算，如果此时的沉井自重小于上浮力，那么沉井就会向上浮动，造成相接的管道差，无法满足使用要求，所以要提前进行上浮验算。
5 砂垫层铺设厚度计算
沉井在地面上施工时，为了减少下沉的深度，一般会在沉井制作前开挖基坑，位置应根据设计的坐标确定，基坑底平面尺寸要满足施工的需要。
基坑底四周设300 mm×300 mm的排水沟，并设置集水井（1 000 mm×1 000 mm）。
要在基坑四周铺设碎石，边上设明沟和集水井。
沉井内地面铺100 mm厚的碎石，刃脚下铺设1 m厚的砂垫层，垫层上均抹4 cm厚的水泥砂浆。
承载力验算公式应满足R>P，即砂垫层承载力大于沉井自重。
6 沉井下沉验算
7 沉井抗浮稳定计算
沉井封底后，水压力会造成沉井上浮，如果沉井自重能够克服上浮力，沉井会相对稳定，否则就会造成上浮现象。
这种现象一般可分为两种情况，分别为沉井外未回填土和沉井外已回填土。
8 沉井的抗滑移和抗倾覆计算
沉井下沉封底后，由于使用的需要，常开挖进、出水管道的基槽，或由于其他原因造成沉井侧面土压力不均匀，因此，需要对抗滑移和抗倾覆进行计算。
9 测量控制与观测
9.1 沉井井筒垂线倾斜度的观测
观测方法：提前在井筒内壁对称标注垂直直线，并挂好垂直线锤。
当井筒发生偏斜时，垂球锥尖就会偏离垂直线，垂球吊线就会偏离井筒内壁上的垂线。
根据垂球偏离标盘中心和偏离井筒内壁垂线的方位和大小进行纠偏，一般在沉井下沉前后各观测一次。
9.2 沉井刃脚踏面高程和下沉量的观测
观测方法：在沉井外地面上的轴线位置处预先设置水平标尺，然后前后分别测出下沉时刃脚踏面的高程及其前后差值（即下沉量），刃脚踏面下沉前高程减去测得下沉时踏面高程就是总下沉量。
同时，两个相对点高差值的正、负差也表示沉井井筒倾斜的方向和倾斜程度。
一般上述观测要在每次下沉前后各进行一次。
9.3 井筒倾斜度的测量
一般用水准仪或激光水平仪观测在井外壁事先设置4个对称点的高程，然后算出踏面的高程，最后用相对称点的高程差算出井筒倾斜角。
9.4 沉井封底
根据以上计算可知，如果沉井下沉到标高不稳定，即我们前面计算的K和K1均过大时，我们可以在封底前提前在井底用大块石或大比例矿渣预压，增加井底和四周基地的抵抗力，确保沉井下沉时的稳定性。
如果计算封底后抗上浮系数不够，可采取下沉到设计标高前，先对部分上部结构施工或在井上部放置重物等方法，来确保沉井下沉时的稳定性。
10 结束语
通过对实例的计算和分析，可以了解到沉井施工计算的要点和施工注意事项，只有对各环节进行验算，并采取相应的措施，才能确保沉井施工的质量和安全。
参考文献
[1]段良策，殷奇.沉井的设计与施工[M].上海：同济大学出版社，2006.
[2]建设部综合勘察研究设计院.JGJ/T 8-97 建筑变形测量规程[S].北京：中国建筑工业出版社，1997.
〔编辑：王霞〕。