沉井范文10篇

沉井范文篇1

关键词：沉井；地压；主动土压力；被动土压力

引言

岩石力学认为：所谓地压是泛指在岩体中存在的力，它既包含原岩对围岩的作用力，围岩间的相互作用力，又包含围岩对支架的作用力。当围岩的次生应力不超过其弹性极限时，地压可全部由围岩来承担，井巷可不加支护在一定时期内维持稳定；当次生应力超过围岩强度极限时，为保持井巷稳定，必须架设支架，这时，地压是由围岩和支架共同承受。为此，把围岩因变形移动和冒落岩块作用在支架上的压力称为狭义地压；而将岩体内部原岩作用于围岩和支架上的压力称为广义地压。就地下工程而言，主要研究狭义地压。

若在竖井（垂直巷道）中，由于井帮发生破坏，使井筒（支架）受压，这种岩土压力和水压（有水时）所形成的压力，即为竖井地压。

1、竖井地压

1.1竖井散体（松动）地压的计算

当竖井在表土层或竖井井帮岩石破碎时，井筒井壁周围将产生散体（松动）地压，对于该地压的计算公式有多个，目前“竖井设计中散体（松动）地压的计算广泛使用平面挡土墙公式和圆锥挡土墙计算法”［1］。

平面挡土墙计算法的实质是把表土或破碎的围岩视作无凝聚力的松散体，将井壁视为平面挡土墙，作用在井筒井壁上的地压为主动土压力。

圆锥挡土墙计算法中，竖井井壁是个圆柱面，当土体（或破碎岩体）向内滑移时，井壁周围岩土体形成空心圆锥体，按空间轴对称问题求得计算公式。

它们的计算假设和依据都是基于：

1.在讨论竖井围岩的应力分布时，把井筒看作是一个半无限体的垂直孔。

2.竖井井筒（支架）是固定直立，不会移动的受力体。

3.按狭义地压的定义，把围岩因变形移动或冒落作用于支架上的压力，来计算竖井散体（松动）地压。

1.2平面挡土墙计算法的由来

1.2.1普氏计算法［6］

普洛托吉雅可洛夫（M.M.Протодьяконов）用坚固性系数f来代表岩石的性质，也即用似内摩擦系数tgΦ来代表。井壁压力就是极限平衡状态的侧压力，岩（土）体自重为γz（z为计算深度），侧压系数为，井壁压力为P.但当井筒深入岩层，硬岩和软岩中井壁压力有明显差别，从而产生了秦氏计算法。

1.2.2秦氏计算法

秦巴列维奇（П。М。Цимбаревич）的基本观点与普氏相同，只是不用加权平均的坚固性系数，而是分层计算。秦氏提出计算竖井（垂直巷道）的地压公式是：“垂直巷道内的支架，即可看作一种承受着围岩方面的主动压力的挡土墙，这种假想并不是十分严格的，而只是一种可以提供近似结果的假设”。同时，视土为松散介质，而不考虑粘结力：“而且假定在岩层与支架材料之间没有摩擦才能有效”［2］。

由于秦氏计算式在设计计算中被广泛使用至今，因而，人们长期都认为竖井井壁（包括沉井）所受的力，就是这种“承受着围岩（土）方面的主动压力”的地压，而不存在其他力的作用。

2、挡土墙与土压力简介

2.1土压力的种类

根据挡土墙位移的情况，产生三种不同的土压力，

（1）挡土墙固定不动，作用在挡土墙上的土压力称为静止土压力P0.

（2）松散介质（土）对于挡土墙的推力而产生的主动土压力Pa.

（3）松散介质（土）受到挡土墙的抗力而产生的被动土压力Pp.

2.2主动土压力与被动土压力

著名的朗肯土压力理论一般情况的适用条件为：（1）挡土墙墙背垂直；（2）墙后填土表面水平；（3）挡土墙背光滑，没有摩擦力因而没有剪应力，即墙背为主应面。

2.2.1主动土压力与被动土压力的计算

（1）在半无限弹性土体中，深度Z处取一微元体，土的容重为γ，则微元顶面应力为σz，σz=γZ；σx为侧面应力［图2（a）］，此时应力状态可用

（2）主动土压力：假设土体在水平方向均匀拉伸膨胀，则σz不变，σx逐渐减小，直至极限平衡状态为止，如图2的（c）和（b）中的摩尔园Ⅱ，此时Ⅱ与抗剪强度曲线相切于T1点。可求出无粘性土时（粘性土时，略）的主动土压力：

Pa=KaγZ

式中：Pa为主动土压力；γZ为土的自重；Ka为主动土压力参数，Ka=tg2[（45°-Φ）/2]；Φ为土的内摩擦角。

（3）被动土压力：若土体在水平方向压缩，则σz不变，σx不断增大并超过σz，一直到达被动极限平衡状态为止。如图2（d）和（b）中的摩尔园Ⅲ所示，此时Ⅲ与抗剪强度曲线相切于T2点。可求出无粘性土时（粘性土时，略）的被动土压力：

Pp=KpγZ

式中：Pp为被动土压力；γZ与（5）式同；Kp为被动土压力系数，Kp=tg2[（45°-Φ）/2].

（4）在竖井表土地压中，是否只有主动土压力的作用？有没有被动土压力的存在和作用？这就是本文所要探讨的关键问题。

3、沉井受力简析

3.1沉井法概况

沉井法是在不稳定含水表土层中，开凿井筒的特殊施工方法之一。1839年法国沙龙尼（Saloney）煤田首次使用沉井法以来，在欧洲已使用于地下工程中有1500多个［4］。1966年日本竣工的日铁有明3号立井，沉深达200.3m为世界之最。我国煤炭工业使用沉井法已建成100多个井筒，其中山东单家村煤矿下沉到192.75m深度［5］。沉井法工艺较简单，设备较少，劳动强度轻，在我国煤炭表土建井中曾有较大发展，在桥梁交通、地铁、建筑等行业中，也得到应用。

3.2沉井受力与下沉条件

沉井一般是靠井筒自重Q，克服土壤的正面阻力Rs，侧面阻力Tf，井筒水的浮力B而下沉。Q是沉井的主动力；Rs是土给刃脚斜面的反力，若及时出土，Rs即可消失。B等于井壁所排开同体积水重，若采用淹水沉井，虽有阻力作用，但它保持了井内外压力平衡，对沉井有利。Tf是井筒外壁所受土的阻力（包括井筒前端的刃脚），是下沉的一个重要因素。因此，加大自重Q，减少Tf是沉井的关键。由于自重是人为的可控因素，应着重研究的是侧面阻力Tf.

3.3沉井侧面阻力的侧压力

3.3.1我国学者（包括有关的高校教材）对沉井侧阻所提出的看法，主要论点可归结为：

（1）下沉的沉井井壁与土壤直接发生摩擦，也有认为是沉井井壁与土壤间发生滑动。

（2）沉井井壁所受的侧压是竖井表土地压（散体地压）。

这些看法可能是由于受原苏联学者的影响所致，例如П。М。秦巴列维奇在他的著作《矿井支护》中提到：沉下式“支架所受的影响是它本身的重量，岩层及水的侧压以及支架基础所生反作用力，当支架底部岩石一旦挖出，其底部的反作用力即消失，支架可由本身自重而下沉，支架外表的摩擦力逐渐增加，无论支架处于哪一种位置，摩擦力大小都决定于侧压力的大小，岩石与支架外表之间的摩擦系数，以及支架外部表面的大小，即侧阻值等于侧压与表面积摩擦系数之积”［2］。

此处的侧压是什么力，秦氏未明确指出。然而人们却用竖井表土地压作为沉井侧压力，并用秦氏公式来计算它，显然与秦氏平面挡土墙公式的理论不符。因为该公式是在“假定在岩层与支架材料之间没有摩擦才能有效”［2］。

3.3.2沉井井壁与土层间发生了什么？从沉井施工现场，可观察到以下现象：

（1）在徐州拾屯沉井施工时，为了纠偏，进行壁外“大揭盖”，发现与沉井壁相隔0.2-0.3m的炉渣层（壁外充填料）的土层，有一比同一标高土层颜色较深，结构较密实的环状土层。在距地表下3m（井西南方），距井壁外0.7m与4.0m处取同层土样，测得干容重分别为：在0.7m处，γd=16.4kN/立方米；在4.0m处，γd=15.3kN/立方米.γd常见值为13-20kN/立方米，γd越大，土体越密实，说明靠近井壁的土层被压密实了。

（2）徐州地区进行料石沉井壁后注浆时，都比较费劲，几乎每个沉井井壁外都要捣1-3m的硬土层才能进行。例如东城矿主井筒（沉井），穿过的硬土层为2-3m.

（3）在沉井壁中放置的放水管，经常放不出水。例如拾屯主井从地表下沉到31m深，放水管从未流出过水，工人用2m长的钢钎捅和用锤击钎子，发觉壁外有一硬层难以通过。又如马庄主井，沉井井壁安置放水管伸出壁外较短，放不出水来，但听见有水的响声。

（4）拾屯主井下沉到30多米时，下沉几乎停止，刃脚部份完全露出（即Rs=0，B=0）。伸手摸刃脚外壁，有一层200-400mm厚，粘着紧密且含水少，很难尅出的土层。通过计算，此时沉井自重大大的超过侧面阻力（表土地压为侧压力），该现象无法解释。

（5）在各种沉井正常下沉时，均可在井壁与土层间进行充填，如用炉碴、泥浆、压气等物充填；表明刃脚与井壁（内缩）形成的台阶（约0.3m宽）空间，围绕井筒而存在。否则，壁后充填都将无法进行。

以上各种事实表明，沉井井壁外有一层被压密的土层存在，并形成一个围绕沉井壁而竖立的“压密壳”体。因此，在正常下沉情况下，井壁与土层间都不会直接发生接触和产生摩擦。

3.4沉井刃脚下的应力分布

沉井刃脚下沉时，其周围土的受力情况较为复杂，通过实验和数学分析相结合的方法，分析如下［6］：

（1）若在刃脚尖端作用下，土受垂直集中力P作用，可求得在集中力作用下的半平面体的应力。以集中力P的作用点为极坐标原点（图4），应力与P，r，θ有关，通过推导得：

σr=2p/（πr）cosθ

由τγθ=0，σγ=σ1，σθ=σ3=0，按有关公式可求任意方向应力，因此，X，Z方向的应力：

σz=2p/πcos3θ/r

σx=2p/πsin2θcosθ/r

τzx=2p/πsinθcos2θ/r（10）

因θ是无因次量，故应力分量σγ是1/γ的函数，又是θ的函数。r越大，应力σγ越小。集中力P作用线上应力最大，向两侧逐渐减小。

垂直线上的应力随深度变化，愈深愈小，因而在垂直与水平方向上，土体受力被压缩。

（2）在刃脚下沉过程中，周围的土中应力变化，可按三角形荷载作用下半面体的应力计算：

根据公式可得出不同深度Z/b与不同位置X/b，在三角形荷载下的应力σZ/P值。

3.5压密壳与土压力

沉井下沉，井筒最前端的刃脚对其周围土层施力，在力的作用下，土被挤压和压缩，土中应力应变发生改变。土中发生动水过程，水分被挤出，孔隙减少，土被压实和移动变形（弹性变形并伴随永久变形），若达到土的抗剪强度，土产生相对滑动，若强度破坏点越来越多，则形成滑动面，使压实土体滑动分离，逐渐形成“压密体”和“压密壳”体。

刃脚垂直剖面为三角形，一般刃脚高3-8m，夹角30°左右。刃脚与井壁相连，井壁外侧向内收缩0.3m左右，形成一台阶空间，因而使井壁与土层“压密壳”间形成一空间，压密壳环绕井壁而立。因此，在一般正常下沉情况下，井壁是不会与土层发生接触和摩擦的。

通过上述分析知道：沉井在正常下沉过程中，将不会受到地压（主动土压力）的作用（除了产生涌砂，突水，壁外充填被破坏；或沉井偏斜过大等不正常情况外）；而只是在刃脚部份受到被动土压力的作用。

4、竖井表土地压与沉井地压

在竖井表土（散体）地压的计算公式中，人们把垂直巷道内的支架，看作是承受围岩（土）方面的主动压力的挡土墙，而不论这些支架（竖井井筒）处于何种状态——是静止还是移动的。这与我国长期接受和采用普氏、秦氏等人的观点与理论有关，因此，当有不同的看法与论点，例如，笔者撰写的“水力机械化料石沉井侧面阻力计算”（1961年毕业论文，和文献［7］，［8］），认识到“沉井刃脚的侧面压力是被动土压力”，均未引起注意。同时，在矿山岩石力学教材中，也很少介绍被动土压力的有关知识。

应当指出，沉井井筒在表土层中下沉，不是静止的，井筒不断下沉，井筒前端的刃脚要压迫土体，挤压土体和受到土的被动土压力的作用；并形成“压密壳”体围绕井筒而立。在正常下沉情况下，沉井不会受到地压（主动土压力）的作用。我们知道：被动土压力和主动土压力（地压），两者无论在质和量上都是不相同的，两者有较大的差别：“在一般表土层中，被动土压力较地压（主动土压力）要大几倍，且其与深度的关系也较密切”［8］。为了区别，我们把沉井井筒（刃脚）所受的被动土压力称之为沉井地压。

5、结语

（1）沉井地压是竖井表土地压现象中的一种特殊地压形式，它无论在作用方式以及性质和数量上都与竖井表土地压是不相同的，而且有很大差别。

（2）沉井井壁外“压密壳”的形成，为正常下沉时，实施炉碴、泥浆、压气等减阻措施提供了空间，并起到平衡地压的作用。只有在出现涌砂、突水、压密壳破坏等异常情况下，才可能产生地压（主动土压力）作用。

（3）沉井地压的提出，改变了有关沉井的认识和计算，有助于岩石力学地压理论的研究和探讨。

（4）沉井施工法，不仅在煤炭工业上得到应用，还应用于交通、桥梁、建筑、地铁等的施工中，因此，对沉井地压的研究，不仅有理论意义，还有施工的经济价值。

参考文献：

［1］李通林，等。矿山岩石力学［M］。重庆：重庆大学出版社，1991.177-179.

［2］秦巴列维奇。矿井支护［M］。北京：煤炭工业出版社，1953.98-696.

［3］陈希哲。土力学地基基础。第二版［M］。北京：清华大学出版社，1995.120-138.

［4］余力，马英明。特殊凿井法的发展与展望［R］。徐州：中国矿业学院，1982.1-5.

［5］余力。泥浆淹水深沉井新工艺［J］。建井科技动态，1983.1（1）：16-17.

［6］华安增。矿山岩石力学基础［M］。北京：煤炭工业出版社，1980.93-103.

沉井范文篇2

1.1布设测量控制网

按照设计图纸的平面位置要求设置测量控制网和水准点，进行定位放线，定出沉井中心轴线和基坑轮廓线，作为沉井制作和下沉定位的依据。

2.沉井制作

2.1首先做地基处理，用粗、中砂垫层做地基的传力层，使沉井第一次制作时的重量通过混凝土垫层扩散后的荷载值小于下卧层地基土的承载力特征值。

为防止由于地基不均匀下沉引起井身开裂，对粗、中砂垫层基底夯压密实。并在上铺设C10砼垫层一道。

2.1.1砂垫层设计尺寸计算方法如下：

a.砂垫层厚度，根据沉井重量和地基土承载力确定

G/(ι+hs)≤fa

得hs≥G/fa-ι

式中：G--沉井的单位长度重量（KN/m）

fa--地基承载力设计值（KN/m2）

hs--砂垫层的厚度（m）

ι--刃脚垫层宽度

b.砂垫层宽度：

B≥b+2ι

2.1.2砼垫层的厚度计算：

h砼=(G/R1-b)/2

h--砼垫层厚度（m）

G--沉井第一节单位长度重量（KN/m）

R1--砂垫层的承载力设计值一般取（100KN/m2）

b--刃脚踏面宽度

2.2模板支设：根据设计图纸，在基底混凝土垫层上放线，刃脚内侧模采用MU10砖、MU7.5水泥砂浆砌筑，内抹1:3水泥砂浆找平压光。井壁模板采用加工订制木质多层板，一次支设至比施工缝略高100mm处，为保证砼浇筑外观效果，下一次支模板前，不允许拆前一次所支模板。待砼强度达到设计要求和施工要求后，再依次拆除。

2.3钢筋绑扎：池壁墙体钢筋净距控制采用钢筋排架，排架采用Ф14钢筋制作，架间距1000mm设置。钢筋交叉点均逐点绑扎，绑丝头一律扣向里侧，严防出现因保护层过薄而侵蚀钢筋的现象。钢筋连接宜采用直螺纹机械连接，用挂线法控制垂直度，用水平仪测量控制水平度，用木卡尺控制间距，用与结构同强度的细石混凝土垫块控制钢筋保护层厚度。在施工缝位置安装300mm宽钢板止水带。

2.4混凝土浇筑：沿沉井周围搭设脚手架,周围设布料管分布均匀下灰，每层厚500mm。注意对称均匀，防止造成地基不均匀下沉和倾斜。振捣时，振捣棒应插入下层混凝土50mm，保证层间结合紧密。混凝土养护采用浇水养护，两侧覆无纺布，养护14天。为防止出现冷缝，应具备足够的混凝土熟料供应能力。

3.沉井下沉

3.1准备与验算：检查混凝土强度和抗渗等级，刃脚、筒壁、底梁混凝土强度达到设计强度100％后方可进行第一次下沉。其余各节应达到设计强度的70%方可下沉,根据勘测报告验算下沉系数，当下沉系数较小时，应采取增加配重，或注入触变泥浆，减小下沉摩阻力等措施；当下沉系数较大时，可沿井壁回填土方，增大总摩擦力。采取不排水下沉时还需克服水的浮力。因此，为使沉井能够顺利下沉，应进行分阶段下沉系数的计算，作为确定下沉施工方法和采取技术措施的依据。

下沉系数按下式计算：

K0=（G-B）/Tf

式中G-井体自重；

B-下沉过程中地下水的浮力；

Tf、-井壁总摩擦力；

K0-下沉系数，宜为1.05-1.25,位于淤泥质土中的沉井取小值,位于其它土层中取大值。

当下沉系数较大,或在软弱土层中下沉,沉井有可能发生突沉时,除在挖土时采取措施外,宜在沉井中加设或利用已有的隔墙或横梁等作防止突沉措施,并按下式验算下沉稳定性:

K0’=(G-B)/(Tf+R)

式中R-沉井刃脚、隔墙和横梁下地基土反力之和B-下沉过程中地下水的浮力；

K0’-沉井下沉过程中的下沉稳定系数，取0.8-0.9

当下沉系数不能满足要求时,可在基坑中停止取土,减少下沉深度;或在井壁顶部堆放钢、铁、砂石等材料以增加附加荷重；或在井壁与土壁间注入触变泥浆，以减少下沉摩阻力等措施。

3.2下沉挖土：刃脚部位采用跳仓破土，使沉井均匀下称。由沉井中间开始逐渐向四周扩展，每层挖土厚度500mm，沿刃脚周围保留0.5～1.5m土堤，然后沿沉井壁，每2～3m一段向刃脚方向逐层、对称、均匀的削薄土层，每次50～100mm，当土层受刃脚挤压破裂后，沉井在自重作用下均匀垂直下沉，使不产生过大倾斜。

3.3按确保沉井稳定的需要掌握临界挖深。对沉井下沉过程中的基底隆起、管涌或承压水引起的不透水层穿破，下沉前要有预计，下沉时应严格掌握。

3.4按勤测勤纠偏的原则进行沉井下沉。在终沉阶段，刃脚的标高差和平面轴线偏差，要始终控制在规范容许的范围内。

3.5当沉井为多次制作多次下沉时，每次接高都须满足沉井的稳定要求；即传送至刃脚下土层的荷载，应小于该层土的极限承载力。必要时须在井周回填砂土或向井内灌水，保持刃脚下土层的稳定性。

4.沉井干封底

4.1封底条件：当沉井下沉距设计标高200mm时，停止挖土和抽水，使其靠自重下沉至设计标高，沉井达到终沉标高后8小时的累积下沉量≤1cm时，可进行混凝土干封底；

4.2干封底可采用分格浇筑方法，其浇筑顺序和每次浇筑格数，要根据下沉终止时的刃脚高差及井格内涌土情况而定；

4.3封底前将锅底整平，与封底混凝土接触的刃脚和井壁须凿毛并洗干净；

4.4设置集水井，其四周应设反滤层，并与排水沟相连；

4.5集水井在混凝土达到设计强度后方可封堵。

5.测量控制与观测

5.1沉井平面位置、标高的控制：在沉井外部地面及井壁顶部四面设置纵横十字中心控制线、水准基点，以控制其平面位置和标高。

5.2沉井垂直度控制：在井筒内按8等分标出垂直轴线，各吊线锤对准下面的标板来控制，并定时用两台经纬仪进行垂直偏差观测。挖土时，随时观测垂直度，当线锤偏离墨线50mm，或四周标高不一致时，应立即纠正。

5.3沉井下沉控制：在井壁周围弹水平线用水准仪来观测沉降。

5.4观测：沉井下沉过程中应加强位置、垂直度和标高（沉降值）的观测，每班测量两次（于班中和每次下沉后检测）；接近设计标高时，每2h观测一次，严防超沉。由专人负责并做好记录，发现倾斜、位移或扭转，应及时纠正。

6.注意事项

6.1沉井开始下沉的5m以内，要特别注意保持平面位置和垂直度的正确，以免继续下沉，不易调整。

6.2为减少下沉的摩阻力和以后的清淤工作，在沉井的外壁采取随下沉随填砂的方法，以减轻下沉难度。

沉井范文篇3

关键词：沉井；地压；主动土压力；被动土压力

引言

岩石力学认为：所谓地压是泛指在岩体中存在的力，它既包含原岩对围岩的作用力，围岩间的相互作用力，又包含围岩对支架的作用力。当围岩的次生应力不超过其弹性极限时，地压可全部由围岩来承担，井巷可不加支护在一定时期内维持稳定；当次生应力超过围岩强度极限时，为保持井巷稳定，必须架设支架，这时，地压是由围岩和支架共同承受。为此，把围岩因变形移动和冒落岩块作用在支架上的压力称为狭义地压；而将岩体内部原岩作用于围岩和支架上的压力称为广义地压。就地下工程而言，主要研究狭义地压。

若在竖井（垂直巷道）中，由于井帮发生破坏，使井筒（支架）受压，这种岩土压力和水压（有水时）所形成的压力，即为竖井地压。

1、竖井地压

1.1竖井散体（松动）地压的计算

当竖井在表土层或竖井井帮岩石破碎时，井筒井壁周围将产生散体（松动）地压，对于该地压的计算公式有多个，目前“竖井设计中散体（松动）地压的计算广泛使用平面挡土墙公式和圆锥挡土墙计算法”［1］。

平面挡土墙计算法的实质是把表土或破碎的围岩视作无凝聚力的松散体，将井壁视为平面挡土墙，作用在井筒井壁上的地压为主动土压力。

圆锥挡土墙计算法中，竖井井壁是个圆柱面，当土体（或破碎岩体）向内滑移时，井壁周围岩土体形成空心圆锥体，按空间轴对称问题求得计算公式。

它们的计算假设和依据都是基于：

1.在讨论竖井围岩的应力分布时，把井筒看作是一个半无限体的垂直孔。

2.竖井井筒（支架）是固定直立，不会移动的受力体。

3.按狭义地压的定义，把围岩因变形移动或冒落作用于支架上的压力，来计算竖井散体（松动）地压。

1.2平面挡土墙计算法的由来

1.2.1普氏计算法［6］

普洛托吉雅可洛夫（M.M.Протодьяконов）用坚固性系数f来代表岩石的性质，也即用似内摩擦系数tgΦ来代表。井壁压力就是极限平衡状态的侧压力，岩（土）体自重为γz（z为计算深度），侧压系数为，井壁压力为P.但当井筒深入岩层，硬岩和软岩中井壁压力有明显差别，从而产生了秦氏计算法。

1.2.2秦氏计算法

秦巴列维奇（П。М。Цимбаревич）的基本观点与普氏相同，只是不用加权平均的坚固性系数，而是分层计算。秦氏提出计算竖井（垂直巷道）的地压公式是：“垂直巷道内的支架，即可看作一种承受着围岩方面的主动压力的挡土墙，这种假想并不是十分严格的，而只是一种可以提供近似结果的假设”。同时，视土为松散介质，而不考虑粘结力：“而且假定在岩层与支架材料之间没有摩擦才能有效”［2］。

由于秦氏计算式在设计计算中被广泛使用至今，因而，人们长期都认为竖井井壁（包括沉井）所受的力，就是这种“承受着围岩（土）方面的主动压力”的地压，而不存在其他力的作用。

2、挡土墙与土压力简介

2.1土压力的种类

根据挡土墙位移的情况，产生三种不同的土压力，

（1）挡土墙固定不动，作用在挡土墙上的土压力称为静止土压力P0.

（2）松散介质（土）对于挡土墙的推力而产生的主动土压力Pa.

（3）松散介质（土）受到挡土墙的抗力而产生的被动土压力Pp.

2.2主动土压力与被动土压力

著名的朗肯土压力理论一般情况的适用条件为：（1）挡土墙墙背垂直；（2）墙后填土表面水平；（3）挡土墙背光滑，没有摩擦力因而没有剪应力，即墙背为主应面。

2.2.1主动土压力与被动土压力的计算

（1）在半无限弹性土体中，深度Z处取一微元体，土的容重为γ，则微元顶面应力为σz，σz=γZ；σx为侧面应力［图2（a）］，此时应力状态可用

（2）主动土压力：假设土体在水平方向均匀拉伸膨胀，则σz不变，σx逐渐减小，直至极限平衡状态为止，如图2的（c）和（b）中的摩尔园Ⅱ，此时Ⅱ与抗剪强度曲线相切于T1点。可求出无粘性土时（粘性土时，略）的主动土压力：

Pa=KaγZ

式中：Pa为主动土压力；γZ为土的自重；Ka为主动土压力参数，Ka=tg2[（45°-Φ）/2]；Φ为土的内摩擦角。

（3）被动土压力：若土体在水平方向压缩，则σz不变，σx不断增大并超过σz，一直到达被动极限平衡状态为止。如图2（d）和（b）中的摩尔园Ⅲ所示，此时Ⅲ与抗剪强度曲线相切于T2点。可求出无粘性土时（粘性土时，略）的被动土压力：

Pp=KpγZ

式中：Pp为被动土压力；γZ与（5）式同；Kp为被动土压力系数，Kp=tg2[（45°-Φ）/2].

（4）在竖井表土地压中，是否只有主动土压力的作用？有没有被动土压力的存在和作用？这就是本文所要探讨的关键问题。

3、沉井受力简析

3.1沉井法概况

沉井法是在不稳定含水表土层中，开凿井筒的特殊施工方法之一。1839年法国沙龙尼（Saloney）煤田首次使用沉井法以来，在欧洲已使用于地下工程中有1500多个［4］。1966年日本竣工的日铁有明3号立井，沉深达200.3m为世界之最。我国煤炭工业使用沉井法已建成100多个井筒，其中山东单家村煤矿下沉到192.75m深度［5］。沉井法工艺较简单，设备较少，劳动强度轻，在我国煤炭表土建井中曾有较大发展，在桥梁交通、地铁、建筑等行业中，也得到应用。

3.2沉井受力与下沉条件

沉井一般是靠井筒自重Q，克服土壤的正面阻力Rs，侧面阻力Tf，井筒水的浮力B而下沉。Q是沉井的主动力；Rs是土给刃脚斜面的反力，若及时出土，Rs即可消失。B等于井壁所排开同体积水重，若采用淹水沉井，虽有阻力作用，但它保持了井内外压力平衡，对沉井有利。Tf是井筒外壁所受土的阻力（包括井筒前端的刃脚），是下沉的一个重要因素。因此，加大自重Q，减少Tf是沉井的关键。由于自重是人为的可控因素，应着重研究的是侧面阻力Tf.3.3沉井侧面阻力的侧压力

3.3.1我国学者（包括有关的高校教材）对沉井侧阻所提出的看法，主要论点可归结为：

（1）下沉的沉井井壁与土壤直接发生摩擦，也有认为是沉井井壁与土壤间发生滑动。

（2）沉井井壁所受的侧压是竖井表土地压（散体地压）。

这些看法可能是由于受原苏联学者的影响所致，例如П。М。秦巴列维奇在他的著作《矿井支护》中提到：沉下式“支架所受的影响是它本身的重量，岩层及水的侧压以及支架基础所生反作用力，当支架底部岩石一旦挖出，其底部的反作用力即消失，支架可由本身自重而下沉，支架外表的摩擦力逐渐增加，无论支架处于哪一种位置，摩擦力大小都决定于侧压力的大小，岩石与支架外表之间的摩擦系数，以及支架外部表面的大小，即侧阻值等于侧压与表面积摩擦系数之积”［2］。

此处的侧压是什么力，秦氏未明确指出。然而人们却用竖井表土地压作为沉井侧压力，并用秦氏公式来计算它，显然与秦氏平面挡土墙公式的理论不符。因为该公式是在“假定在岩层与支架材料之间没有摩擦才能有效”［2］。

3.3.2沉井井壁与土层间发生了什么？从沉井施工现场，可观察到以下现象：

（1）在徐州拾屯沉井施工时，为了纠偏，进行壁外“大揭盖”，发现与沉井壁相隔0.2-0.3m的炉渣层（壁外充填料）的土层，有一比同一标高土层颜色较深，结构较密实的环状土层。在距地表下3m（井西南方），距井壁外0.7m与4.0m处取同层土样，测得干容重分别为：在0.7m处，γd=16.4kN/立方米；在4.0m处，γd=15.3kN/立方米.γd常见值为13-20kN/立方米，γd越大，土体越密实，说明靠近井壁的土层被压密实了。

（2）徐州地区进行料石沉井壁后注浆时，都比较费劲，几乎每个沉井井壁外都要捣1-3m的硬土层才能进行。例如东城矿主井筒（沉井），穿过的硬土层为2-3m.

（3）在沉井壁中放置的放水管，经常放不出水。例如拾屯主井从地表下沉到31m深，放水管从未流出过水，工人用2m长的钢钎捅和用锤击钎子，发觉壁外有一硬层难以通过。又如马庄主井，沉井井壁安置放水管伸出壁外较短，放不出水来，但听见有水的响声。

（4）拾屯主井下沉到30多米时，下沉几乎停止，刃脚部份完全露出（即Rs=0，B=0）。伸手摸刃脚外壁，有一层200-400mm厚，粘着紧密且含水少，很难尅出的土层。通过计算，此时沉井自重大大的超过侧面阻力（表土地压为侧压力），该现象无法解释。

（5）在各种沉井正常下沉时，均可在井壁与土层间进行充填，如用炉碴、泥浆、压气等物充填；表明刃脚与井壁（内缩）形成的台阶（约0.3m宽）空间，围绕井筒而存在。否则，壁后充填都将无法进行。

以上各种事实表明，沉井井壁外有一层被压密的土层存在，并形成一个围绕沉井壁而竖立的“压密壳”体。因此，在正常下沉情况下，井壁与土层间都不会直接发生接触和产生摩擦。

3.4沉井刃脚下的应力分布

沉井刃脚下沉时，其周围土的受力情况较为复杂，通过实验和数学分析相结合的方法，分析如下［6］：

（1）若在刃脚尖端作用下，土受垂直集中力P作用，可求得在集中力作用下的半平面体的应力。以集中力P的作用点为极坐标原点（图4），应力与P，r，θ有关，通过推导得：

σr=2p/（πr）cosθ

由τγθ=0，σγ=σ1，σθ=σ3=0，按有关公式可求任意方向应力，因此，X，Z方向的应力：

σz=2p/πcos3θ/r

σx=2p/πsin2θcosθ/r

τzx=2p/πsinθcos2θ/r（10）

因θ是无因次量，故应力分量σγ是1/γ的函数，又是θ的函数。r越大，应力σγ越小。集中力P作用线上应力最大，向两侧逐渐减小。

垂直线上的应力随深度变化，愈深愈小，因而在垂直与水平方向上，土体受力被压缩。

（2）在刃脚下沉过程中，周围的土中应力变化，可按三角形荷载作用下半面体的应力计算：

根据公式可得出不同深度Z/b与不同位置X/b，在三角形荷载下的应力σZ/P值。

3.5压密壳与土压力

沉井下沉，井筒最前端的刃脚对其周围土层施力，在力的作用下，土被挤压和压缩，土中应力应变发生改变。土中发生动水过程，水分被挤出，孔隙减少，土被压实和移动变形（弹性变形并伴随永久变形），若达到土的抗剪强度，土产生相对滑动，若强度破坏点越来越多，则形成滑动面，使压实土体滑动分离，逐渐形成“压密体”和“压密壳”体。

刃脚垂直剖面为三角形，一般刃脚高3-8m，夹角30°左右。刃脚与井壁相连，井壁外侧向内收缩0.3m左右，形成一台阶空间，因而使井壁与土层“压密壳”间形成一空间，压密壳环绕井壁而立。因此，在一般正常下沉情况下，井壁是不会与土层发生接触和摩擦的。

通过上述分析知道：沉井在正常下沉过程中，将不会受到地压（主动土压力）的作用（除了产生涌砂，突水，壁外充填被破坏；或沉井偏斜过大等不正常情况外）；而只是在刃脚部份受到被动土压力的作用。

4、竖井表土地压与沉井地压

在竖井表土（散体）地压的计算公式中，人们把垂直巷道内的支架，看作是承受围岩（土）方面的主动压力的挡土墙，而不论这些支架（竖井井筒）处于何种状态——是静止还是移动的。这与我国长期接受和采用普氏、秦氏等人的观点与理论有关，因此，当有不同的看法与论点，例如，笔者撰写的“水力机械化料石沉井侧面阻力计算”（1961年毕业论文，和文献［7］，［8］），认识到“沉井刃脚的侧面压力是被动土压力”，均未引起注意。同时，在矿山岩石力学教材中，也很少介绍被动土压力的有关知识。

应当指出，沉井井筒在表土层中下沉，不是静止的，井筒不断下沉，井筒前端的刃脚要压迫土体，挤压土体和受到土的被动土压力的作用；并形成“压密壳”体围绕井筒而立。在正常下沉情况下，沉井不会受到地压（主动土压力）的作用。我们知道：被动土压力和主动土压力（地压），两者无论在质和量上都是不相同的，两者有较大的差别：“在一般表土层中，被动土压力较地压（主动土压力）要大几倍，且其与深度的关系也较密切”［8］。为了区别，我们把沉井井筒（刃脚）所受的被动土压力称之为沉井地压。

5、结语

（1）沉井地压是竖井表土地压现象中的一种特殊地压形式，它无论在作用方式以及性质和数量上都与竖井表土地压是不相同的，而且有很大差别。

（2）沉井井壁外“压密壳”的形成，为正常下沉时，实施炉碴、泥浆、压气等减阻措施提供了空间，并起到平衡地压的作用。只有在出现涌砂、突水、压密壳破坏等异常情况下，才可能产生地压（主动土压力）作用。

（3）沉井地压的提出，改变了有关沉井的认识和计算，有助于岩石力学地压理论的研究和探讨。

（4）沉井施工法，不仅在煤炭工业上得到应用，还应用于交通、桥梁、建筑、地铁等的施工中，因此，对沉井地压的研究，不仅有理论意义，还有施工的经济价值。

参考文献：

［1］李通林，等。矿山岩石力学［M］。重庆：重庆大学出版社，1991.177-179.

［2］秦巴列维奇。矿井支护［M］。北京：煤炭工业出版社，1953.98-696.

［3］陈希哲。土力学地基基础。第二版［M］。北京：清华大学出版社，1995.120-138.

［4］余力，马英明。特殊凿井法的发展与展望［R］。徐州：中国矿业学院，1982.1-5.

［5］余力。泥浆淹水深沉井新工艺［J］。建井科技动态，1983.1（1）：16-17.

［6］华安增。矿山岩石力学基础［M］。北京：煤炭工业出版社，1980.93-103.

沉井范文篇4

关键词：沉井；地压；主动土压力；被动土压力

引言

岩石力学认为：所谓地压是泛指在岩体中存在的力，它既包含原岩对围岩的作用力，围岩间的相互作用力，又包含围岩对支架的作用力。当围岩的次生应力不超过其弹性极限时，地压可全部由围岩来承担，井巷可不加支护在一定时期内维持稳定；当次生应力超过围岩强度极限时，为保持井巷稳定，必须架设支架，这时，地压是由围岩和支架共同承受。为此，把围岩因变形移动和冒落岩块作用在支架上的压力称为狭义地压；而将岩体内部原岩作用于围岩和支架上的压力称为广义地压。就地下工程而言，主要研究狭义地压。

若在竖井（垂直巷道）中，由于井帮发生破坏，使井筒（支架）受压，这种岩土压力和水压（有水时）所形成的压力，即为竖井地压。

1、竖井地压

1.1竖井散体（松动）地压的计算

当竖井在表土层或竖井井帮岩石破碎时，井筒井壁周围将产生散体（松动）地压，对于该地压的计算公式有多个，目前“竖井设计中散体（松动）地压的计算广泛使用平面挡土墙公式和圆锥挡土墙计算法”［1］。

平面挡土墙计算法的实质是把表土或破碎的围岩视作无凝聚力的松散体，将井壁视为平面挡土墙，作用在井筒井壁上的地压为主动土压力。

圆锥挡土墙计算法中，竖井井壁是个圆柱面，当土体（或破碎岩体）向内滑移时，井壁周围岩土体形成空心圆锥体，按空间轴对称问题求得计算公式。

它们的计算假设和依据都是基于：

1.在讨论竖井围岩的应力分布时，把井筒看作是一个半无限体的垂直孔。

2.竖井井筒（支架）是固定直立，不会移动的受力体。

3.按狭义地压的定义，把围岩因变形移动或冒落作用于支架上的压力，来计算竖井散体（松动）地压。

1.2平面挡土墙计算法的由来

1.2.1普氏计算法［6］

普洛托吉雅可洛夫（M.M.Протодьяконов）用坚固性系数f来代表岩石的性质，也即用似内摩擦系数tgΦ来代表。井壁压力就是极限平衡状态的侧压力，岩（土）体自重为γz（z为计算深度），侧压系数为，井壁压力为P.但当井筒深入岩层，硬岩和软岩中井壁压力有明显差别，从而产生了秦氏计算法。

1.2.2秦氏计算法

秦巴列维奇（П。М。Цимбаревич）的基本观点与普氏相同，只是不用加权平均的坚固性系数，而是分层计算。秦氏提出计算竖井（垂直巷道）的地压公式是：“垂直巷道内的支架，即可看作一种承受着围岩方面的主动压力的挡土墙，这种假想并不是十分严格的，而只是一种可以提供近似结果的假设”。同时，视土为松散介质，而不考虑粘结力：“而且假定在岩层与支架材料之间没有摩擦才能有效”［2］。

由于秦氏计算式在设计计算中被广泛使用至今，因而，人们长期都认为竖井井壁（包括沉井）所受的力，就是这种“承受着围岩（土）方面的主动压力”的地压，而不存在其他力的作用。

2、挡土墙与土压力简介

2.1土压力的种类

根据挡土墙位移的情况，产生三种不同的土压力，

（1）挡土墙固定不动，作用在挡土墙上的土压力称为静止土压力P0.

（2）松散介质（土）对于挡土墙的推力而产生的主动土压力Pa.

（3）松散介质（土）受到挡土墙的抗力而产生的被动土压力Pp.

2.2主动土压力与被动土压力

著名的朗肯土压力理论一般情况的适用条件为：（1）挡土墙墙背垂直；（2）墙后填土表面水平；（3）挡土墙背光滑，没有摩擦力因而没有剪应力，即墙背为主应面。

2.2.1主动土压力与被动土压力的计算

（1）在半无限弹性土体中，深度Z处取一微元体，土的容重为γ，则微元顶面应力为σz，σz=γZ；σx为侧面应力［图2（a）］，此时应力状态可用

（2）主动土压力：假设土体在水平方向均匀拉伸膨胀，则σz不变，σx逐渐减小，直至极限平衡状态为止，如图2的（c）和（b）中的摩尔园Ⅱ，此时Ⅱ与抗剪强度曲线相切于T1点。可求出无粘性土时（粘性土时，略）的主动土压力：

Pa=KaγZ

式中：Pa为主动土压力；γZ为土的自重；Ka为主动土压力参数，Ka=tg2[（45°-Φ）/2]；Φ为土的内摩擦角。

（3）被动土压力：若土体在水平方向压缩，则σz不变，σx不断增大并超过σz，一直到达被动极限平衡状态为止。如图2（d）和（b）中的摩尔园Ⅲ所示，此时Ⅲ与抗剪强度曲线相切于T2点。可求出无粘性土时（粘性土时，略）的被动土压力：

Pp=KpγZ

式中：Pp为被动土压力；γZ与（5）式同；Kp为被动土压力系数，Kp=tg2[（45°-Φ）/2].

（4）在竖井表土地压中，是否只有主动土压力的作用？有没有被动土压力的存在和作用？这就是本文所要探讨的关键问题。

3、沉井受力简析

3.1沉井法概况

沉井法是在不稳定含水表土层中，开凿井筒的特殊施工方法之一。1839年法国沙龙尼（Saloney）煤田首次使用沉井法以来，在欧洲已使用于地下工程中有1500多个［4］。1966年日本竣工的日铁有明3号立井，沉深达200.3m为世界之最。我国煤炭工业使用沉井法已建成100多个井筒，其中山东单家村煤矿下沉到192.75m深度［5］。沉井法工艺较简单，设备较少，劳动强度轻，在我国煤炭表土建井中曾有较大发展，在桥梁交通、地铁、建筑等行业中，也得到应用。

3.2沉井受力与下沉条件

沉井一般是靠井筒自重Q，克服土壤的正面阻力Rs，侧面阻力Tf，井筒水的浮力B而下沉。Q是沉井的主动力；Rs是土给刃脚斜面的反力，若及时出土，Rs即可消失。B等于井壁所排开同体积水重，若采用淹水沉井，虽有阻力作用，但它保持了井内外压力平衡，对沉井有利。Tf是井筒外壁所受土的阻力（包括井筒前端的刃脚），是下沉的一个重要因素。因此，加大自重Q，减少Tf是沉井的关键。由于自重是人为的可控因素，应着重研究的是侧面阻力Tf.

3.3沉井侧面阻力的侧压力

3.3.1我国学者（包括有关的高校教材）对沉井侧阻所提出的看法，主要论点可归结为：

（1）下沉的沉井井壁与土壤直接发生摩擦，也有认为是沉井井壁与土壤间发生滑动。

（2）沉井井壁所受的侧压是竖井表土地压（散体地压）。

这些看法可能是由于受原苏联学者的影响所致，例如П。М。秦巴列维奇在他的著作《矿井支护》中提到：沉下式“支架所受的影响是它本身的重量，岩层及水的侧压以及支架基础所生反作用力，当支架底部岩石一旦挖出，其底部的反作用力即消失，支架可由本身自重而下沉，支架外表的摩擦力逐渐增加，无论支架处于哪一种位置，摩擦力大小都决定于侧压力的大小，岩石与支架外表之间的摩擦系数，以及支架外部表面的大小，即侧阻值等于侧压与表面积摩擦系数之积”［2］。

此处的侧压是什么力，秦氏未明确指出。然而人们却用竖井表土地压作为沉井侧压力，并用秦氏公式来计算它，显然与秦氏平面挡土墙公式的理论不符。因为该公式是在“假定在岩层与支架材料之间没有摩擦才能有效”［2］。

3.3.2沉井井壁与土层间发生了什么？从沉井施工现场，可观察到以下现象：

（1）在徐州拾屯沉井施工时，为了纠偏，进行壁外“大揭盖”，发现与沉井壁相隔0.2-0.3m的炉渣层（壁外充填料）的土层，有一比同一标高土层颜色较深，结构较密实的环状土层。在距地表下3m（井西南方），距井壁外0.7m与4.0m处取同层土样，测得干容重分别为：在0.7m处，γd=16.4kN/立方米；在4.0m处，γd=15.3kN/立方米.γd常见值为13-20kN/立方米，γd越大，土体越密实，说明靠近井壁的土层被压密实了。

（2）徐州地区进行料石沉井壁后注浆时，都比较费劲，几乎每个沉井井壁外都要捣1-3m的硬土层才能进行。例如东城矿主井筒（沉井），穿过的硬土层为2-3m.

（3）在沉井壁中放置的放水管，经常放不出水。例如拾屯主井从地表下沉到31m深，放水管从未流出过水，工人用2m长的钢钎捅和用锤击钎子，发觉壁外有一硬层难以通过。又如马庄主井，沉井井壁安置放水管伸出壁外较短，放不出水来，但听见有水的响声。

（4）拾屯主井下沉到30多米时，下沉几乎停止，刃脚部份完全露出（即Rs=0，B=0）。伸手摸刃脚外壁，有一层200-400mm厚，粘着紧密且含水少，很难尅出的土层。通过计算，此时沉井自重大大的超过侧面阻力（表土地压为侧压力），该现象无法解释。

（5）在各种沉井正常下沉时，均可在井壁与土层间进行充填，如用炉碴、泥浆、压气等物充填；表明刃脚与井壁（内缩）形成的台阶（约0.3m宽）空间，围绕井筒而存在。否则，壁后充填都将无法进行。

以上各种事实表明，沉井井壁外有一层被压密的土层存在，并形成一个围绕沉井壁而竖立的“压密壳”体。因此，在正常下沉情况下，井壁与土层间都不会直接发生接触和产生摩擦。

3.4沉井刃脚下的应力分布

沉井刃脚下沉时，其周围土的受力情况较为复杂，通过实验和数学分析相结合的方法，分析如下［6］：

（1）若在刃脚尖端作用下，土受垂直集中力P作用，可求得在集中力作用下的半平面体的应力。以集中力P的作用点为极坐标原点（图4），应力与P，r，θ有关，通过推导得：

σr=2p/（πr）cosθ

由τγθ=0，σγ=σ1，σθ=σ3=0，按有关公式可求任意方向应力，因此，X，Z方向的应力：

σz=2p/πcos3θ/r

σx=2p/πsin2θcosθ/r

τzx=2p/πsinθcos2θ/r（10）

因θ是无因次量，故应力分量σγ是1/γ的函数，又是θ的函数。r越大，应力σγ越小。集中力P作用线上应力最大，向两侧逐渐减小。

垂直线上的应力随深度变化，愈深愈小，因而在垂直与水平方向上，土体受力被压缩。

（2）在刃脚下沉过程中，周围的土中应力变化，可按三角形荷载作用下半面体的应力计算：

根据公式可得出不同深度Z/b与不同位置X/b，在三角形荷载下的应力σZ/P值。

3.5压密壳与土压力

沉井下沉，井筒最前端的刃脚对其周围土层施力，在力的作用下，土被挤压和压缩，土中应力应变发生改变。土中发生动水过程，水分被挤出，孔隙减少，土被压实和移动变形（弹性变形并伴随永久变形），若达到土的抗剪强度，土产生相对滑动，若强度破坏点越来越多，则形成滑动面，使压实土体滑动分离，逐渐形成“压密体”和“压密壳”体。

刃脚垂直剖面为三角形，一般刃脚高3-8m，夹角30°左右。刃脚与井壁相连，井壁外侧向内收缩0.3m左右，形成一台阶空间，因而使井壁与土层“压密壳”间形成一空间，压密壳环绕井壁而立。因此，在一般正常下沉情况下，井壁是不会与土层发生接触和摩擦的。

通过上述分析知道：沉井在正常下沉过程中，将不会受到地压（主动土压力）的作用（除了产生涌砂，突水，壁外充填被破坏；或沉井偏斜过大等不正常情况外）；而只是在刃脚部份受到被动土压力的作用。

4、竖井表土地压与沉井地压

在竖井表土（散体）地压的计算公式中，人们把垂直巷道内的支架，看作是承受围岩（土）方面的主动压力的挡土墙，而不论这些支架（竖井井筒）处于何种状态——是静止还是移动的。这与我国长期接受和采用普氏、秦氏等人的观点与理论有关，因此，当有不同的看法与论点，例如，笔者撰写的“水力机械化料石沉井侧面阻力计算”（1961年毕业论文，和文献［7］，［8］），认识到“沉井刃脚的侧面压力是被动土压力”，均未引起注意。同时，在矿山岩石力学教材中，也很少介绍被动土压力的有关知识。

应当指出，沉井井筒在表土层中下沉，不是静止的，井筒不断下沉，井筒前端的刃脚要压迫土体，挤压土体和受到土的被动土压力的作用；并形成“压密壳”体围绕井筒而立。在正常下沉情况下，沉井不会受到地压（主动土压力）的作用。我们知道：被动土压力和主动土压力（地压），两者无论在质和量上都是不相同的，两者有较大的差别：“在一般表土层中，被动土压力较地压（主动土压力）要大几倍，且其与深度的关系也较密切”［8］。为了区别，我们把沉井井筒（刃脚）所受的被动土压力称之为沉井地压。

5、结语

（1）沉井地压是竖井表土地压现象中的一种特殊地压形式，它无论在作用方式以及性质和数量上都与竖井表土地压是不相同的，而且有很大差别。

（2）沉井井壁外“压密壳”的形成，为正常下沉时，实施炉碴、泥浆、压气等减阻措施提供了空间，并起到平衡地压的作用。只有在出现涌砂、突水、压密壳破坏等异常情况下，才可能产生地压（主动土压力）作用。

（3）沉井地压的提出，改变了有关沉井的认识和计算，有助于岩石力学地压理论的研究和探讨。

（4）沉井施工法，不仅在煤炭工业上得到应用，还应用于交通、桥梁、建筑、地铁等的施工中，因此，对沉井地压的研究，不仅有理论意义，还有施工的经济价值。

参考文献：

［1］李通林，等。矿山岩石力学［M］。重庆：重庆大学出版社，1991.177-179.

［2］秦巴列维奇。矿井支护［M］。北京：煤炭工业出版社，1953.98-696.

［3］陈希哲。土力学地基基础。第二版［M］。北京：清华大学出版社，1995.120-138.

［4］余力，马英明。特殊凿井法的发展与展望［R］。徐州：中国矿业学院，1982.1-5.

［5］余力。泥浆淹水深沉井新工艺［J］。建井科技动态，1983.1（1）：16-17.

［6］华安增。矿山岩石力学基础［M］。北京：煤炭工业出版社，1980.93-103.

沉井范文篇5

关键词：位移被动土压力侧摩阻力刃脚

0引言

沉井法是一种特殊的施工方法。沉井的下沉是在自重G作用下，克服井壁与土体的摩擦阻力Rf、刃脚反力Rj和浮力Nw来完成，见图1（a）。在沉井下沉计算中，一般假设沉井单位面积上的侧摩阻力随深度而变化：在浅土层中，侧摩阻力从地表起逐渐增加，进入土层一定深度后达到最大值，然后逐渐减少，达到一定的深度趋于稳定[1，2]。工程设计中，单位面积侧摩阻力q一般按规范或实测取值。折算深度的计算一般按照图1（b）方法进行。文献[3]提出按图1(c)的计算方法。

对沉井所受的土压力，普遍观点认为沉井受主动土压力的作用，并根据Coulomb和Rankine土压力理论进行计算与分析。文献[4]提出沉井所受的土压力为被动土压力，并进行了论证。认为沉井下沉过程中井壁未受到土压力的作用，只是在刃脚处受到被动土压力的作用。但是并未提出此土压力的计算方法。

图1沉井侧摩阻力分布图

（a）沉井下沉受力；（b）规范提出的折算高度计算方法；（c）文献[3]提出的折算高度计算方法

现行的计算方法简便，但比较粗糙。它忽略了沉井外土体对沉井井壁与刃脚的不同作用；未考虑刃脚结构几何尺寸对沉井下沉的影响；也未考虑沉井挤压土体后的影响，因此，精度较差。

由于土压力的性质与大小与墙身的位移、墙身的材料、高度及结构形式、墙后填土的性质、填土表面的形式以及墙和地基的弹性等有关，而其中又以墙身的位移、墙高和填土的物理力学性质等最为重要[5，6]。因此本文重点从土体的位移、墙高和填土的物理力学性质等方面对沉井土压力及侧摩阻力进行分析。通过对单孔圆形沉井下沉过程进行分析，对沉井结构的简化，建立沉井受力简化模型，分析沉井所受的土压力，并据此对沉井刃脚和井壁所受的土压力及侧摩阻力进行分析。同时对现行方法及本文方法，对某钢厂新建的地下铁皮旋流池结构的受力进行分析和验算。

1沉井的下沉分析模型

根据试验研究和理论分析可知，沉井的下沉过程实际是刃脚的踏面挤压土体的过程。沉井下沉时，在重力作用下，刃脚对其下及周围土施加压力，使土中的应力、应变发生改变，水分被挤出，土的孔隙减少，土体产生弹性变形并伴随着永久变形。在沉井刃脚踏面下，由于土与基底间的摩擦力对基底下土粒侧向位移的约束作用，在基础下形成楔形的弹性压实核，见图2（a）。为此，对沉井下沉进行如下假定：

图2沉井下沉模型

(a)刃脚与弹性核；(b)沉井下沉的闭口系

⑴沉井下沉对地基的破坏形式主要是冲剪破坏和局部剪切破坏。

⑵被压缩的土体符合小变形的假定：

土体的压缩量为：，设土体的压缩距离为s＜＜D，当Δh→0时，ΔV→0。

⑶沉井在Δt的时间内下沉深度Δh→0的这一过程为一准平衡过程。

⑷被压缩的土体符合连续性坚定和各向同性假定。

⑸在沉井下沉过程中，将与基础同时移动的压实核看作基础的一部分。沉井下沉Δh高度，相当于刃脚从a-b-o-c下沉到a′-b′-o′-c′面。

⑹设刃脚的厚度Δ=(D-d)/2≤0.1D，Δ为D的高阶无穷小。将沉井简化为直径为фd′=D-2s、壁厚为Δ→0的园筒；将沉井环形面积上的荷载(G-Nw)简化为直径为φd′的园周上的线荷载，见图2（b）。

⑺井内及时取土，Rj≈0。

⑻沉井对土体的压缩为刃脚宽度的一半s，即土体从o-o′面被挤压至c-c′面外。

⑼沉井外土体土体被压缩后，土体产生相对滑动，达到土的抗剪强度，形成滑动面，土体被压缩后（图3），逐渐在沉井外形成一环绕沉井井壁及刃脚的压密体。环绕沉井的土体被压缩前后，内摩擦角φ不变。

图3刃脚外侧土体压缩变化的三相图

⑽将沉井及被压缩的土体设置为一闭口系，见图2（b）虚线所围成的体积。外力作用下，沉井的下沉及压缩土体的过程为一绝热过程，且与外界无物质交换。

在上述假定的基础上，依据热力学第一定律可知，沉井下沉过程中外力所做的功全部转化为物质的变形能，且外力所做的功与初始状态和最终状态有关，而和变形过程无关。因此，可将沉井在Δt的时间内下沉深度Δh分解为两个独立的子过程的叠加、而建立沉井受力模型：

⑴沉井的下沉

直径φd′、壁厚Δ→0的园筒，在园周上的线荷载作用下，克服摩擦阻力，下沉Δh深度。在此过程中，土体位移：s=0；土的物理性质指标（γ、e、w、φ）保持不变。

⑵土体的位移与压缩

直径φd′、壁厚Δ→0的园筒在土压力作用下挤压土体，使土体产生的位移s＞0。土的物理性质指标（γ′、e′、w′、φ′）发生改变，其中：γ′＞γ、e′＜e、w′＜w，φ′=φ。

2沉井受力分析

2.1土体的位移

根据上述的沉井受力模型，由Coulomb和Rankine土力学理论可知：在沉井下沉过程中，土体未产生位移，沉井所受的土压力为静止土压力E0；而在土体的压缩过程中，土体产生的位移从0增加到s。沉井所受的土压力从静止土压力E0逐渐增大到Ep′，Ep′=∈(E0,Ep］，见图4。综合以上两个过程可知：沉井所受的土压力为被动土压力。

图4土压力随位移的变化

由于在沉井实际设计中，井壁外侧一般向内收缩一定距离，形成一台阶空间。因此，对沉井的井壁及刃脚所受的土压力需要进一步分析。

有关文献资料已证明，在正常的下沉情况下，沉井外侧的环状的压实土体一般不会与土层发生接触和摩擦[3]。因此，沉井在正常下沉过程中，沉井所受的被动土压力只局限于刃脚部份受到被动土压力的作用，井壁并未受到被动土压力的作用。

对沉井所受到的被动土压力Ep′的计算，可以采用的考虑变形的Rankine土压力模型[7]进行分析，当挡土墙位移量s∈(0,sp)时，

Ep′=Ep（1）

其中，被动土压力系数折减系数：

式（1）中，s与sa符号相反，取产生被动土压力的位移为正。很明显，刃脚的宽度越大，被动土压力的折减系数越大。

尽管在沉井下沉过程中，井壁未受到被动土压力的作用。但是，随着时间的推移，被压缩的土体有向井壁移动的趋势。因此，沉井井壁所受的土压力应按土体向沉井井壁移动、按主动土压力进行计算分析。

2.2土的重度变化

根据工程实践资料，沉井的刃脚挤压和压缩土体，在沉井外侧形成一环状的压实土[3]，表明沉井下沉使刃脚外土的物理性质指标发生变化。对沉井所受的土压力，由Rankine土压力理论：

及：（对无粘性土：）（2）

可知，土压力随着土的重度增加而增加。因此，在计算土压力E0、Ep或Ep′时，应考虑土体物理性质指标的变化对土压力的影响与变化。

土体被压缩前：，压缩后：。

则：（3）

取土体压缩后沉井外侧形成的环状压实土体：e≈0，w≈0，则：

（4）

将式（4）代入式（2），即可求出Ep及Ep′。

2.3刃角的高度

在沉井侧摩阻力的计算中，规范法假定总侧摩阻力Rf距地面5m范围内按三角形分布，其下为常数，见图1（b）；文献[3]提出的观点与此相近，见图1（c），只是折算深度计算方法不同。两种方法均认为沉井井壁受到土体侧摩阻力的作用，总侧摩阻力Rf沿深度成梯形分布。而根据沉井受力模型及实际工程中的沉井结构，在沉井下沉过程中，井壁未受到被刃脚压实的环状的土体的接触和摩擦，因此，本文建议采用单位面积侧摩阻力q等于侧压力E与表面积摩擦系数μ之积[8]，即：

q=μEp′（5）

取h0=h进行计算，求得的侧摩阻力Rf与沉井实际所受侧摩阻力更为吻合。

3应用与分析

3.1基本情况

某钢厂新建连铸车间拟建一地下铁皮旋流池，工艺要求，旋流池水容量V≥320m3。各层土的分布规律及物理力学性质见表1。地下水位为标高-16.00～-20.00m。

表1地基土的物理力学性质

岩土名称层厚γ0weIpILEsfkφδcμqkk

/m/kN/㎡/%//Mpa/kPa/º/Kpa/kPa

层①：杂填土1.516~18140.780..45

层②：粗砂层3.518.6140.7511.0140260.5

层③：粉土6.019.0140.7570.457.0199292120.35

层④：粗砂层10.020200.60.4516.0200250.502000

根据工艺要求及场地情况确定旋流池结构几何尺寸，选择圆形、带隔墙的旋流池。由于场地限制，取旋流池外径D=9m，旋流池壁厚取较小值(D-d)/2=0.7m，旋流池内径d=7.2m，深度H=18.2m，刃脚高度根据经验取h=2.0m～3.2m，池底标高-16.2m。持力层为层⑤粗砂层，地下旋流池的结构见图5。

图5地下旋流池结构简图

3.2计算与讨论

根据初选的结构几何尺寸，计算沉井重量为G≈11398kN。取刃脚高度h=2.0m、2.4m、2.8m、3.2m，以及刃脚踏面宽度2s=150mm、200mm、250mm进行计算分析。为了简化计算，取达到被动土压力极限值所需的位移量sp=5%H，达到主动土压力所需的位移sa=-sP；静止土压力系数k=1-sinφ′≈0.5；刃脚外侧被压缩后的土体e≈0，w≈0，其重度γ′按式（4）进行计算。侧摩阻力Rf的计算与下沉系数k的验算分别采用规范法、文献[7]的方法和本文的方法进行计算和比较，计算结果见表2。其中表2中Ea、Ep为沉井下沉中刃脚所受的最大土压力。

表2侧摩阻力的计算及下沉系数的计算

计算方法hh0qsaspskakpk0kp′γEaEpmEp′Rfk

/m/m/kPa/m/m/m/kN/m3/kN/m/kN/m/kN/m/kN

规范法2.0H-2.5=15.725.9-------γ=19.11----11497.40.99

2.4H-2.5=15.725.9-------γ=19.11----11497.40.99

2.8H-2.5=15.725.9-------γ=19.11----11497.40.99

3.2H-2.5=15.725.9-------γ=19.11----11497.40.99

文献[3]2.0(H+h)/2=10.125.9-------γ=19.11----7392.21.54

2.4(H+h)/2=10.325.9-------γ=19.11----7538.61.51

2.8(H+h)/2=10.525.9-------γ=19.11----7575.51.50

3.2(H+h)/2=10.725.9-------γ=19.11----7823.81.45

本文方法2.0h=2.0--0.0610.910.0750.312.90.52.76γ′=29.34398.42419.50.224543.16892.81.65

2.0h=2.0--0.0610.910.1000.312.90.52.76γ′=29.34398.42419.50.242586.57444.21.53

2.0h=2.0--0.0610.910.1250.312.90.52.76γ′=29.34398.42419.50.259630.07995.61.42

2.4h=2.4--0.0610.910.0750.312.90.52.76γ′=29.34478.12903.30.224650.48270.81.38

2.4h=2.4--0.0610.910.1000.312.90.52.76γ′=29.34478.12903.30.242702.48932.51.28

2.4h=2.4--0.0610.910.1250.312.90.52.76γ′=29.34478.12903.30.259754.59594.11.19

2.8h=2.8--0.0610.910.0750.312.90.52.76γ′=29.34557.83387.30.224758.89649.71.18

2.8h=2.8--0.0610.910.1000.312.90.52.76γ′=29.34557.83387.30.242819.510421.71.09

2.8h=2.8--0.0610.910.1250.312.90.52.76γ′=29.34557.83387.30.259880.211193.71.03

3.2h=3.2--0.0610.910.0750.312.90.52.76γ′=29.34637.53871.30.224867.211028.71.03

3.2h=3.2--0.0610.910.1000.312.90.52.76γ′=29.34637.53871.30.242936.611911.00.95

3.2h=3.2-0.061–0.91–0.1250.312.90.52.76γ′=29.34637.53871.30.259100612793.20。89

从表2中可知：

⑴按规范法进行分析，取有效高度h0=(H-2.5)，刃脚高度、刃脚踏面宽度的变化，对计算的沉井的侧摩阻力Rf及下沉系数k均不存在任何影响。

按文献[3]方法，取有效高度h0=(H+h)/2，刃脚高度从h=2.0m增加到h=3.2m、增加60%，沉井的侧摩阻力Rf由7392.2kN增加到7823.8kN，增加5.8%，下沉系数k由1.54下降到1.45，减少5.8%。

以上两种计算方法的结果说明，目前的沉井结构设计实际上均未考虑刃脚结构几何尺寸、土体的变形对沉井受力的影响。

⑵采用本文方法进行计算分析，刃脚结构的几何尺寸如刃脚的高度h，刃脚踏面的宽度2s的取值对沉井的侧摩阻力Rf和下沉系数k影响很大对沉井的下沉影响很大。

当刃脚高度h＞2.8m，刃脚宽度2s＞0.25m时，采用本文方法计算的侧摩阻力大于规范法计算的侧摩阻力。而当刃脚的高度h=2.0m，刃脚的宽度2s=0.15m时，计算的侧摩阻力仅为规范法结果的60%。

当刃脚的高度h=2.0m，计算的侧摩阻力与文献[5]方法基本接近；当h＞2.0m时，计算的侧摩阻力均大于文献[5]的计算结果。

⑶在本文的分析中，假设刃脚外侧被压缩后的土体处于完全密实状态，沉井对土体的压缩仅假设为刃脚踏面下一半的土体。尽管如此，在保持刃脚高度h不变情况下，踏面宽度由2s=150mm增加到250mm，增加66.7%；侧摩阻力Rf增加16%，下沉系数k下降12.7%～14%。

⑷根据本文的计算公式：刃脚的高度主要与沉井和土体的接触面积有关。沉井的侧摩阻力与沉井和土体的接触面积成正比。因此，刃脚的高度越大，沉井与土体的接触面越大，则沉井的侧摩阻力越大。相应地，计算的下沉系数越低。表2中，保持刃脚踏面宽度2s不变，刃脚的高度h从2.0m增加到3.2m，增加60%；沉井的侧摩阻力Rf增加60%、下沉系数k约下降37.3%～37.6%。

⑸对刃脚处所受的土压力进行比较，刃脚的宽度从2s=0.15m增加到0.25m，Ep′/E0从1.36增加到1.58，增幅为16.2%

上述分析表明，减少刃脚的高度和宽度均可减少沉井的侧摩阻力。因此，采用本文分析方法进行分析，可以为某些沉井设计、施工中存在的问题如：计算的沉井自重远超过沉井的侧面阻力，但施工中出现难沉、而沉井壁无孤石等异常情况；计算的沉井自重能满足沉井的下沉，但施工中却出现超沉情况；设计表明，只有在沉井自重加一定的配重才能满足设计要求，而实践发现几乎无需配重就能下沉到设计标高等，应从刃脚的结构几何尺寸、刃脚及井壁所受的土压力等方面进行分析。

针对某钢厂地下旋流池的设计，采用本文的分析方法，可取沉井刃脚高度h=2.8m。刃脚和井壁强度及刚度的计算按规范进行。其中刃脚的计算分析采用被动土压力；井壁的计算则根据沉井最不利情况，即被压缩的土体可能向沉井井壁移动，作用于井壁而采用主动土压力进行计算与分析。设计的配筋见图5。

4结论

⑴基于土体的位移而建立的沉井下沉受力分析模型，可以得出沉井在刃脚处所受的土压力为被动土压力，其被动土压力的大小与刃脚踏面受力有关。在一般情况下，沉井刃脚处的被动土压力介于静止土压力与被动土压力极限值之间。根据文献[5]提出的考虑变形的Rankine土压力模型，可以计算出沉井刃脚处的被动土压力值。

⑵采用规范法计算沉井的受力，未考虑沉井结构的几何尺寸的影响。

⑶根据本文的分析，刃脚尺寸对沉井结构影响很大。在沉井下沉过程中，刃脚设计高度和刃脚踏面的宽度对沉井侧摩阻力影响因素较大。

参考文献：

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[6]K.Terzaghi.LargeRetainingWallTests[J].EnggNewsRecord,1934,11(2):112.

沉井范文篇6

关键词：沉井刃脚管涌封底

1、工程概况

大坑口污水泵站是通过加压将南宁市朝阳溪污水经跨江管道输送到江南污水处理厂的一个加压污水泵站。泵站位于南宁市大坑口朝阳溪旁，经多方案比较优化，泵站结构设计为沉井结构，这也是目前南宁市在建最大的沉井结构之一。沉井结构尺寸为28.6米×23米，下沉深度为16.1米。

2、水文地质情况、气候条件

泵站地面高程73.2m，沉井底部高程为57.4m泵站场地土层自上而下分别为杂填土

①、粉质粘土②、粉质粘土③、圆砾④、粉砾⑤和泥岩⑥。场地地下水主要为贮存于填土层①的上层滞水和贮存于圆砾④、粉砂⑤中的空隙承压水。上层滞水的稳定水位为67.5～67.9m，空隙承压水与邕江水有互补关系（邕江水位全年水位61.15～68.19，未计洪水水位）。

南宁市气候为亚热带气候，长夏无冬，雨量充沛，降雨多集中在5～9月间，约占全年降雨量的72％左右。

3、沉井施工方案

沉井根据设计井壁形式，采取分2次制作、1次下沉，施工顺序为：挖基坑——铺设砂垫层，安装垫架——制作底节、第二节沉井、隔墙——拆除垫架、模板、挖土下沉到设计深度——沉井封底、浇筑钢筋砼底板——制作第三节沉井。

4、沉井结构

下沉受力计算根据以往经验，沉井高度大于12m，浇筑困难，下沉易引起倾斜，本沉井高达16.1m，采取分节制作，分节高度应保证其稳定性，使沉井能在自重下顺利下沉，沉井下沉系数计算如下：K=Q/L（H-2.5）f其中：K—沉井下沉系数Q—井壁自重H—井壁高度L—井壁外周长f—土壤的摩擦系数第一次下沉系数（包括第一、二节沉井和底梁、隔墙）：K=（539+346.42+151.8+26.38+89.7+40.5）×24／100.4×（16.1-6-2.5）×25＝1.5＞1.15本沉井根据沉井井壁设计分节，采取分三节制作，高度分别为7.1m，5.5m，3.5m，浇筑程序是第一、二节沉井砼和底梁、隔墙砼浇好后，待其达到设计强度100%后，即进行下沉12.1m然后进行封底、浇注设备平台、浇筑第三层沉井砼。

5、沉井施工过程

5.1施工坑开挖沉井采取在基坑中制作，以减少下沉深度，降低施工作业面。开挖深度为6米，考虑到拆除垫架和支模操作的需要，基坑比沉井宽2米，四周挖排水沟，集水井，使地下水位降至比基坑底面低0.5m，挖土采用1台小松220-31.0m3反铲挖掘机进行。配合人工修坡和平整坑底，挖出的土方用自卸车运至弃土场堆放。

5.2沉井制作

5.2.1刃脚支设本沉井高度大，重量重，地基强度较低，采用垫架法支撑。

沉井刃脚铺设标准枕木（160mm×220mm×2500mm）作支承垫架的垫木，然后在其上支设刃脚及井壁模板，浇筑砼。地基上铺设砂垫层，可减少垫架数量，将沉井的重量扩散到更大的面积上，避免制作中发生不均匀沉降，同时易于找平，便于铺设垫木和抽除。

根据第一、二节沉井的重量和地基的承载力设计，按下式计算枕木用量：n——每米内垫木根数（根）；G——第一节沉井的单位长度的重力（kN/m）；F——每根垫木与地基（或砂垫层）的接触面积（平方米）；「f」——砂垫层（或地基土）的承载力设计值（kN/平方米）

n＝1193.8×24/（97.2×0.22×2.5×250）＝2.14枕木间距为0.46m，共用97.2÷0.46≈212根。设8组定位架，砂垫层厚度为50cm，满足砂垫层底面处的自重应力加砂层底面处加附加应力小于或等于砂垫层底部土层的承载力设计值。选用中砂用平板振动器振捣并洒水，控制干密度≥1.56t/m3，地基整平后，铺设垫木，使顶面保持在同一水平面上，用水平仪控制其标高差在10mm以内，并在其孔隙中垫砂夯实，垫木埋深为其厚度一半。

5.2.2模板支设和钢筋绑扎沉井制作的模板支设和钢筋绑扎与普通结构施工要求一样，只不过由于是在软基上施工，所以要均匀对称施工，以防止不均匀沉降。

5.2.3混凝土浇筑混凝土采用商品砼，并用砼输送泵，送至沉井浇筑部位，沿井壁均匀对称浇筑。浇筑采用分层平铺法，每层厚30cm，将沉井沿周长分成若干段同时浇筑，保持对称均匀下料，以避免一侧浇筑，使沉井倾斜，每层混凝土量为23立方米，要求2h内浇筑一层。

两节混凝土的接缝处设凹型水平施工缝，上节混凝土须待下节混凝土强度达到70%后浇筑，接缝处经凿毛及冲洗处理，并浇10cm厚减半石子混凝土。

5.3沉井下沉控制

5.3.1下沉速度的控制根据土质情况，采用台阶形挖土自重破土方式。采用从中间开始向四周逐渐开挖，并始终均衡对称地进行，每层挖土厚度为0.4～1.5m.刃脚处留1.2～1.5m宽土垅，用人工逐层全面、对称、均匀地削薄土层，每人负责2～3m一段，方法是顺序分层逐渐往刃脚方向削薄土层，每次削5～15cm，当土垅挡不住刃脚的挤压而破裂时，沉井便在自重作用下破土下沉，削土时应沿刃脚方向全面、均匀、对称地进行，使均匀平衡下沉，刃脚土方开挖方法如下图所示。

沉井挖土下沉采用人工挖土，一台塔吊吊运出土，由于挖土施工困难，综合考虑挖土、吊运的施工能力，研究沉井下沉的安全控制，沉井下沉速度控制为30cm/天。沉井自2003年5月19日开始挖土下沉到7月21日封底，历时64天，基本按预定的速度进行。沉井下沉中，如遇到砂砾石或硬土层，当土垅削至刃脚，沉井仍不下沉或下沉不平稳，则按平面布置分段的次序，逐段对称地将刃脚下掏空，并挖出刃脚外壁10cm，每段挖完后用小卵石填满夯实，待全部掏空回填后，再分层刷掉回填的小卵石，可使沉井因均匀地减少承压面而平衡下沉。

在沉井开始下沉和将沉至设计标高时，周边开挖深度小于10cm，避免发生倾斜，尤其在开始下沉5m以内时，其平面位置与垂直度要特别注意保持正确，否则继续下沉不易调整，在离设计深度20cm左右停止取土，依靠自重下沉至设计标高。

5.3.2下沉观测沉井位置的控制是在井外地面设置纵横十字控制桩、水准基点。下沉时，在井壁上设十字控制线，并在四侧设水平点。于壁外侧用红铅油画出标尺，以测沉降，井内中心线与垂直度的观测系在井内壁四边标出垂直轴线，各吊垂球一个，对准下部标志板来控制，并定时用两台经纬仪进行垂直偏差观测。挖土时随时观测垂直度，当垂球离墨线边达50mm或四面标高不一致时，立即纠正，沉井下沉过程中，每班至少观测两次，并在每次下沉后进行检查，做好记录，当发现倾斜、位移、扭转时，及时通知值班队长，指挥操作工人纠正，使允许偏差范围控制在允许范围以内。沉井在下沉过程中，最大沉降差均控制在250mm以内。当沉至离设计标高2m时，对下沉与挖土情况应加强观测，以防超沉。

5.3.3下沉纠偏沉井下沉过程中，有时会出现倾斜、位移及扭转等情况，应加强观测，及时发现并采取措施纠正。

产生倾斜的可能原因有：⑴刃脚下土质软硬不均；⑵拆刃脚垫架时，抽出承垫木未对称同步进行，或未及时回填；⑶挖土不均，使井内土面高低悬殊；⑷刃脚下掏空过多，使沉井不均匀突然下沉；⑸排水下沉，井内一侧出现流砂现象；⑹刃脚局部被大石块或埋设物搁住；⑺井外弃土或施工荷载对沉井一侧产生偏压。

操作中可针对原因予以预防，如沉井已经倾斜，可采取在刃脚较高一侧加强挖土并可在较低的一侧适当回填砂石，必要时配以井外射水，或局部偏心压载，都可使偏斜得到纠正。待其正位后，再均匀分层取土下沉。

位移产生的原因多由于倾斜导致，如沉井在倾斜情况下下沉，则沉井向倾斜相反方向位移，或在倾斜纠正时，如倾斜一侧土质较松软时，由于重力作用，有时也沿倾斜方向产生一定位移，因此预防位移应避免在倾斜情况下下沉，加强观测，及时纠正倾斜。位移纠正措施一般是有意使沉井向位移相反方向倾斜，再沿倾斜方向下沉，至刃脚中心与设计中心位置吻合时，再纠正倾斜，因纠正倾斜重力作用产生的位移，可有意向位移的一方倾斜后，使其向位移相反方向产生位移纠正。

沉井下沉产生扭转的原因是多次不同方向倾斜和位移的复合作用引起的，可按上述纠正位移、倾斜方法纠正位移，然后纠正倾斜，使偏差在允许范围以内。

5.4下沉到位、封底技术当沉井沉到设计标高，经2～3天，下沉已稳定，在8h内累计10mm时，即可进行沉井封底。沉井封底有排水封底和不排水封底两种方案，本沉井对封底质量要求严格，不允许出现渗漏，再者涌水量不大，井底土质较密实，因此确定采取排水封底方案，分两步进行。第一步进行土形整理，使之呈锅底形，自刃脚向中心挖放射形排水沟，填以石子做成滤水暗沟，在中部设2～4个集水井，井深1～2m，插入直径0.6～0.8m，周围有孔的混凝土或钢套管，四周填以卵石，使井中的水都汇集到集水井中，用潜水泵排出，使地下水位保持低于井底面30～50cm.刃脚混凝土凿毛处洗刷干净，然后，在井底对称均匀浇一层0.7～0.9m厚的混凝土垫层，强度达到30%后，绑钢筋，浇筑上层550mm厚的防水混凝土底板。浇筑应在整个沉井面积上分层由四周向中央进行，每层厚30～40cm，并捣固密实。混凝土养护14d期间，在封底的集水井中应不间断地抽水，待底板混凝土达到70%设计强度后，进行第二步，对集水井逐个停止抽水，逐个进行封堵。方法是在抽除井筒水后，立即向滤水井管中灌入C30早强干硬性混凝土捣实，装上法兰，再在上面浇筑一层混凝土，使之与底板平。封底时因上部结构尚未施工，设备管道未安装，应验算沉井的抗浮稳定性。

5.5沉井抗浮计算若地下水对沉井的浮力大于井壁及封底砼重量与井壁与土的摩擦力之和，可以采取在井壁上加载的方法抗浮，但根据地勘资料中对地下水的描述，稳定水位为55～56m，而沉井底高为58m，地下水对沉井的浮力很小。考虑洪水期施工的影响，取土层滞水的稳定水位67m为水面标高，则地下水对沉井的浮力为F＝ρghs1其中ρ－水的密度，取103Kg/立方米。h－水面至井底高度67m-58m＝9ms1－井底面积，23.626.6＝627.76平方米F－水对沉井的浮力F＝5649.8t井壁与土层的摩擦力f＝s2μs2－井壁表面积（23.6＋26.6）×12×2＝1204.8平方米μ—单位摩擦力，取最小值20Kpaf＝2409.6t井壁及封底砼自重：p＝ρv＝1900×2.4＝4563tF＝5649.8因此，沉井在地下水浮力的作用下，是能够保持稳定的。

6、沉井施工中管涌处理及经验体会

6.1管涌及处理因沉井近靠朝阳溪，沉井在下沉至距离基底2米时，开始出现管涌现象，共有6处，且涌水量大小不一，涌水的同时带出大量的细砂，影响了沉井开挖、下沉，处理措施主要是采用卵石装袋，进行填堵，并用滤布覆盖，阻止细砂流出。过滤的水集中至集水坑进行抽排。

6.2经验与体会

沉井范文篇7

1.1布设测量控制网

按照设计图纸的平面位置要求设置测量控制网和水准点，进行定位放线，定出沉井中心轴线和基坑轮廓线，作为沉井制作和下沉定位的依据。

2.沉井制作

2.1首先做地基处理，用粗、中砂垫层做地基的传力层，使沉井第一次制作时的重量通过混凝土垫层扩散后的荷载值小于下卧层地基土的承载力特征值。

为防止由于地基不均匀下沉引起井身开裂，对粗、中砂垫层基底夯压密实。并在上铺设C10砼垫层一道。

2.1.1砂垫层设计尺寸计算方法如下：

a.砂垫层厚度，根据沉井重量和地基土承载力确定

G/(ι+hs)≤fa

得hs≥G/fa-ι

式中：G--沉井的单位长度重量（KN/m）

fa--地基承载力设计值（KN/m2）

hs--砂垫层的厚度（m）

ι--刃脚垫层宽度

b.砂垫层宽度：

B≥b+2ι

2.1.2砼垫层的厚度计算：

h砼=(G/R1-b)/2

h--砼垫层厚度（m）

G--沉井第一节单位长度重量（KN/m）

R1--砂垫层的承载力设计值一般取（100KN/m2）

b--刃脚踏面宽度

2.2模板支设：根据设计图纸，在基底混凝土垫层上放线，刃脚内侧模采用MU10砖、MU7.5水泥砂浆砌筑，内抹1:3水泥砂浆找平压光。井壁模板采用加工订制木质多层板，一次支设至比施工缝略高100mm处，为保证砼浇筑外观效果，下一次支模板前，不允许拆前一次所支模板。待砼强度达到设计要求和施工要求后，再依次拆除。

2.3钢筋绑扎：池壁墙体钢筋净距控制采用钢筋排架，排架采用Ф14钢筋制作，架间距1000mm设置。钢筋交叉点均逐点绑扎，绑丝头一律扣向里侧，严防出现因保护层过薄而侵蚀钢筋的现象。钢筋连接宜采用直螺纹机械连接，用挂线法控制垂直度，用水平仪测量控制水平度，用木卡尺控制间距，用与结构同强度的细石混凝土垫块控制钢筋保护层厚度。在施工缝位置安装300mm宽钢板止水带。

2.4混凝土浇筑：沿沉井周围搭设脚手架,周围设布料管分布均匀下灰，每层厚500mm。注意对称均匀，防止造成地基不均匀下沉和倾斜。振捣时，振捣棒应插入下层混凝土50mm，保证层间结合紧密。混凝土养护采用浇水养护，两侧覆无纺布，养护14天。为防止出现冷缝，应具备足够的混凝土熟料供应能力。

3.沉井下沉

3.1准备与验算：检查混凝土强度和抗渗等级，刃脚、筒壁、底梁混凝土强度达到设计强度100％后方可进行第一次下沉。其余各节应达到设计强度的70%方可下沉,根据勘测报告验算下沉系数，当下沉系数较小时，应采取增加配重，或注入触变泥浆，减小下沉摩阻力等措施；当下沉系数较大时，可沿井壁回填土方，增大总摩擦力。采取不排水下沉时还需克服水的浮力。因此，为使沉井能够顺利下沉，应进行分阶段下沉系数的计算，作为确定下沉施工方法和采取技术措施的依据。

下沉系数按下式计算：

K0=（G-B）/Tf

式中G-井体自重；

B-下沉过程中地下水的浮力；

Tf、-井壁总摩擦力；

K0-下沉系数，宜为1.05-1.25,位于淤泥质土中的沉井取小值,位于其它土层中取大值。

当下沉系数较大,或在软弱土层中下沉,沉井有可能发生突沉时,除在挖土时采取措施外,宜在沉井中加设或利用已有的隔墙或横梁等作防止突沉措施,并按下式验算下沉稳定性:

K0’=(G-B)/(Tf+R)

式中R-沉井刃脚、隔墙和横梁下地基土反力之和；

B-下沉过程中地下水的浮力；

K0’-沉井下沉过程中的下沉稳定系数，取0.8-0.9

当下沉系数不能满足要求时,可在基坑中停止取土,减少下沉深度;或在井壁顶部堆放钢、铁、砂石等材料以增加附加荷重；或在井壁与土壁间注入触变泥浆，以减少下沉摩阻力等措施。

3.2下沉挖土：刃脚部位采用跳仓破土，使沉井均匀下称。由沉井中间开始逐渐向四周扩展，每层挖土厚度500mm，沿刃脚周围保留0.5～1.5m土堤，然后沿沉井壁，每2～3m一段向刃脚方向逐层、对称、均匀的削薄土层，每次50～100mm，当土层受刃脚挤压破裂后，沉井在自重作用下均匀垂直下沉，使不产生过大倾斜。

3.3按确保沉井稳定的需要掌握临界挖深。对沉井下沉过程中的基底隆起、管涌或承压水引起的不透水层穿破，下沉前要有预计，下沉时应严格掌握。

3.4按勤测勤纠偏的原则进行沉井下沉。在终沉阶段，刃脚的标高差和平面轴线偏差，要始终控制在规范容许的范围内。

3.5当沉井为多次制作多次下沉时，每次接高都须满足沉井的稳定要求；即传送至刃脚下土层的荷载，应小于该层土的极限承载力。必要时须在井周回填砂土或向井内灌水，保持刃脚下土层的稳定性。

4.沉井干封底

4.1封底条件：当沉井下沉距设计标高200mm时，停止挖土和抽水，使其靠自重下沉至设计标高，沉井达到终沉标高后8小时的累积下沉量≤1cm时，可进行混凝土干封底；

4.2干封底可采用分格浇筑方法，其浇筑顺序和每次浇筑格数，要根据下沉终止时的刃脚高差及井格内涌土情况而定；

4.3封底前将锅底整平，与封底混凝土接触的刃脚和井壁须凿毛并洗干净；

4.4设置集水井，其四周应设反滤层，并与排水沟相连；

4.5集水井在混凝土达到设计强度后方可封堵。

5.测量控制与观测

5.1沉井平面位置、标高的控制：在沉井外部地面及井壁顶部四面设置纵横十字中心控制线、水准基点，以控制其平面位置和标高。

5.2沉井垂直度控制：在井筒内按8等分标出垂直轴线，各吊线锤对准下面的标板来控制，并定时用两台经纬仪进行垂直偏差观测。挖土时，随时观测垂直度，当线锤偏离墨线50mm，或四周标高不一致时，应立即纠正。

5.3沉井下沉控制：在井壁周围弹水平线用水准仪来观测沉降。

5.4观测：沉井下沉过程中应加强位置、垂直度和标高（沉降值）的观测，每班测量两次（于班中和每次下沉后检测）；接近设计标高时，每2h观测一次，严防超沉。由专人负责并做好记录，发现倾斜、位移或扭转，应及时纠正。

6.注意事项

6.1沉井开始下沉的5m以内，要特别注意保持平面位置和垂直度的正确，以免继续下沉，不易调整。

6.2为减少下沉的摩阻力和以后的清淤工作，在沉井的外壁采取随下沉随填砂的方法，以减轻下沉难度。

6.3在沉井开始下沉和接近设计标高时，周边开挖深度应小于300mm，避免发生倾斜。在离设计标高200mm左右停止取土，靠其自重下沉至设计标高。

沉井是修筑深基础和地下构筑物的一种施工工艺,可在场地狭窄的情况下施工较深的地下工程,且对周围环境影响较小;可在地质、水文条件复杂地区施工；施工不需复杂的机具设备；与大开挖相比，可减少开挖、运输和回填的土方等工程量。

沉井范文篇8

关键词：沉井施工工程应用

引言

沉井是修建深基础和地下深构筑物的主要基础类型，它具有结构截面尺寸和刚度大，承载力高，抗渗，耐久性好，内部空间可有效利用等特点，施工时不需要复杂的机具设备，对地质较复杂的状况下均可施工。缺点是施工工序较多，施工工艺较为复杂，技术要求高，质量控制要求严。下面对某工程采用沉井施工方法进行简单介绍。

1沉井施工工艺

基坑测量放样→基坑开挖→刃脚垫层施工→立井筒内模和支架→钢筋绑扎→立外模和支架→浇捣混凝土→养护及拆模→封砌预留孔→井点安装及降水→凿除垫层、挖土下沉→沉降观察→铺设碎石及混凝土垫层→绑扎底板钢筋、浇捣底板混凝土→混凝土养护→素土回填。

2基坑测量放样

根据沉井设计图纸和工程地质报告所揭示的地质情况，沉井基坑开挖深度取2米，沉井刃脚外侧面至基坑边的工作距离取2米，基坑边坡采用1:1。整平场地后，根据沉井的中心座标定出沉井中心桩、纵横轴线控制桩及基坑开挖边线。施工放样结束后，须复核准确无误后方可开工。

3基坑开挖

基坑开挖边线确定后，即可进行挖土工序的施工。挖土采用1米3的单斗挖掘机，并与人工配合操作。基坑底面的浮泥应清除干净并保持平整和干燥，在底部四周设置排水沟与集水井相通，集水井内汇集的雨水及地下水及时用水泵抽除，防止积水而影响刃脚垫层的施工。

4刃脚垫层施工

刃脚垫层采用砂垫层和混凝土垫层共同受力。

4.1砂垫层厚度的确定

砂垫层厚度H可采用如下计算公式计算：

N/B＋γ砂H≤〔σ〕

根据计算结果，无论是工作井还是接收井，砂垫层厚度H均为60（厘米）。砂垫层采用加水分层夯实的办法施工，夯实工具为平板式振捣器。

4.2混凝土垫层厚度的确定

混凝土垫层厚度可按下式计算公式计算：

h＝（G0/R－b）/2

根据计算结果，混凝土垫层厚度h为10～15厘米（工作井为15厘米，接收井为10厘米）。混凝土垫层表面应用水平仪进行校平，使之表面保持在同一水平面上。

5立井筒内模及支架

由于顶管沉井高度达8米左右，因此，井身混凝土分三节浇捣，内模同样分三节按装。井筒模板采用组合钢模与局部木模互相搭配，以保证内模的密封性。刃脚踏脚部分的内模采用砖砌结构，宽度与刃脚同宽。井身内模支架采用空心钢管支撑。钢管支架必须架设稳固，如有必要，可采用对撑支架，增加内模的稳定性。

6钢筋绑扎

钢筋的表面应洁净，使用前将表面油渍、鳞锈等清理干净；钢筋应平直，无局部弯折，成盘的钢筋均应调直；预制构件中的主钢筋均采用对焊、焊接并按照有关规定抽样送检；钢筋接头应互相错开，并严格按照国家标准《混凝土结构工程施工及验收规范》（GB50204—92）中的有关规定执行；现场钢筋绑扎时，其交叉点应用21＃铁丝绑扎结实，必要时用电焊焊牢。钢筋规格、尺寸应符合设计图纸要求和规定，绑扎钢筋时应采用撑件将二层钢筋位置固定，保证钢筋设计间距。为了保证保护层的厚度，应在钢筋与模板之间设置同强度标号的水泥砂浆垫块，垫块应与钢筋扎紧并互相错开。钢筋绑扎完成后，应上报监理工程师进行隐蔽验收。隐蔽验收合格后，方可进行立外模。

7立外模和支架

钢筋绑扎验收后，应进行架立外模和支架。井壁内外模用串心螺丝固定，串心螺丝采用φ16的圆钢，中间设置止水片，两端设置铁片控制井壁厚度尺寸，圆钢两端头上铰成螺纹，用定制钢螺帽固定，拆模时拆去钢螺帽，割去外露部分，再用同标号防水砂浆二度抹平，确保不渗水。外模支架必须稳、牢、强，保证在浇捣混凝土时，模板不变形，不跑模。

8浇捣混凝土

模板和支架工序完成后，必须经监理工程师进行验收。验收合格后，方可进行混凝土的浇捣。为缩短施工周期和保证工程质量，采用泵送商品混凝土。泵送混凝土可将输送管的软管直接放入浇捣段，距离浇捣面1米左右，保证混凝土不离析。混凝土浇捣前应严格检查各种预留孔、预留管和预埋件的位置和几何尺寸，严禁漏放和错放。混凝土振捣采用插入式振捣器振捣，振捣棒插入时应离开钢筋，但应防止混凝土振捣不匀和振捣过密而产生混凝

土离析现象的发生。混凝土在捣振时应注意和随时检查模板受力和钢筋受力的情况，防止模板因混凝土振捣的原因而跑模。

井身浇捣混凝土分三段施工：

工作井——总高度为8.43米，分三次浇捣完成，一次下沉。第一次浇捣刃脚部分，高度2.4米，标高－5.73～－3.33米；第二次浇捣高度3米，标高－3.33～－0.33米；第三次全部浇捣完成，浇捣高度3.03米，标高－0.33～＋2.70米。

接收井——总高度为7.85米，分三次浇捣完成，一次下沉。第一次浇捣刃脚部分，高度2.0米，标高－5.15～－3.15米；第二次浇捣高度2.9米，标高－3.15～－0.25米；第三次全部浇捣完成，浇捣高度2.95米，标高－0.25～＋2.70米。

采用分段浇捣混凝土时，严格按规范要求做好施工缝。施工缝做成凸缝，并在后浇时将连接处的混凝土凿毛，并用水清洗干净，浇捣时先用12%的UEA砂浆座浆，然后轻倒第一层混凝土并振捣密实，以免形成蜂窝，影响沉井的质量。

在混凝土浇捣过程中，还应做好混凝土的试块工作，保证质保资料的完善。

9混凝土养护及拆模

混凝土浇捣完成后应及时养护，养护方法可采用自然养护和塑料膜覆盖法。在养护过程中，对混凝土表面需浇水湿润，严禁用水泵喷射而破坏混凝土。养护时应确保混凝土表面不发白，至少养护七天以上。养护期内，不得在混凝土表面加压、冲击及污染。

在拆模时，应注意时间和顺序。拆模时间控制在混凝土浇捣后的3～4天内进行，过早或过晚的拆模对混凝土的养护都是不利的；拆模顺序一般是先上后下，小心谨慎，以免对混凝土表面造成破坏。对于分段浇捣混凝土部位，应保留最后一排模板，利于向上接模。

10封砌预留孔

严格按照设计图纸的要求，设置和封砌各种预留孔，并保证在沉井下沉过程中，预留孔内不渗水。

11井点安装及降水

为确保沉井平稳下沉，采用排水下沉法施工。用井点抽除地下水，降低地下水位，井点在基坑外周布置，并至少预抽七天后，方可开始挖土。公务员之家:

12凿除垫层挖土下沉

沉井下沉需待混凝土强度达到设计要求后，方可开始挖土下沉。下沉时，应先凿除刃脚下的混凝土垫层及砖砌内模。挖土工具采用蟹斗挖机挖土吊出井外。沉井挖土顺序应中间稍低于四周，沉井内的挖土高差控制在1米以内，禁止深锅底挖土，防止沉井突沉造成沉井倾斜的危险。另外，井壁外的灌砂必须均匀充实，使沉井下沉时四周摩阻力相近，均匀下沉。沉井下沉时，应防止倾斜，发现问题及时纠偏，若沉井下沉有困难时应另外想办法，不准大量挖深，造成突沉。沉井挖土三班制连续作业，中途不停顿，确保沉井连续、安全地下沉就位。当刃脚距离设计标高在1.5米时，沉井下沉速度应逐渐放缓，挖土高差控制在50cm内，当沉井接近标高时，应预先做好止沉措施。止沉措施可采用在刃脚四周间隔挖出设计标高的槽，填入方木，并应注意抛高系数，禁止超沉和超挖。

13沉降观测

沉井在下沉过程中，必须随时测定沉井标高，确保均匀下沉，并做好沉井下沉记录。沉井下沉至设计标高（包括抛高）后，应先清除表面浮泥等杂物，超挖的土方必须用碎石夹砂填实，不得用土填，井内不得有积水，并确保井点的正常工作，不允许发生停泵，同时加强对水位的观测，保证降水要求，地下水位必须距离垫层50cm以下。底板与刃脚的接触面，必须将表面混凝土全部凿毛并露出石子，便于新老混凝土的结合。当沉井在8小时内的累计下沉量不大于10mm时，方可浇捣底板碎石垫层。

14铺设混凝土垫层

在铺筑碎石层时，应确保井底内无积水、无流砂、无翻浆等现象。20cm的碎石层应做到平整，无坑塘，必须时应用水平仪抄平，保证碎石层的水平。碎石层铺筑完成后，即可在其上浇捣素混凝土垫层。在铺筑素混凝土垫层后，应保证表面平整，无地下水上冒现象。

15绑扎底板，浇捣底板混凝土

沉井范文篇9

1沉井刃脚的功能

沉井借助刃脚切土下沉，如果沉井不设刃脚，沉井就不可能下沉。所以刃脚是沉井不可缺少的重要部件。沉井下沉施工时，用挖土机械或人工在沉井内侧和在刃脚下面取土下沉。刃脚就是种刀口，在刃脚及上部的沉井自重作用下切土，刃脚的构造因土质不同而有一定变化。

2刃脚的构造和尺寸计算

2．1踏面宽度计算

刃脚的踏面宽度随沉井下沉处土质的软硬程度不同应有所不同。在硬土中下沉，踏面宽度应当小些，否则下沉切土阻力过大；下沉不太困难时，踏面宽度则应宽些，以增大下沉阻力，避免下沉速度过快。踏面宽度计算公式建议如下：时，踏面宽度则应宽些，以增大下沉阻力，避免下沉速度过快。踏面宽度计算公式建议如下：从公式(2)可以得出，当a角较小时，沉井下沉时刃脚与土接触面宽度增加速度很快，下沉阻力必须增加很多。

2．2角大小涉及下沉作业安全性

如果a角太缓(a角小)，并且(t—c)大于挖掘人员的立足尺寸，在沉井发生意外突沉时，就可能把挖掘人员带人土中，造成人身伤亡事故。沉井下沉时，刃脚斜面上有一个向下作用，同时也有一个向水平的推动作用。倾角较陡时(a角大)水平作用大，可把作业人向井内推出刃脚范围。钢筋混凝土沉井设计规程推荐刃脚斜面倾角取60。，一般不应小于5O。

3．刃脚上面平直段长度的确定

刃脚上的平直段不可缺少，它是沉井底板与沉井井壁连接时的支点和抗剪构造的要求，平直段的长度通常不小于300ram。沉井底板底至基坑面的尺寸b，就是沉井封底混凝土的计算厚度，采用水下封底时，b值就大，如果采用于封底b值就小，这种情况a值可由于封底构造来决定。b的计算公式可参照《沉井设计规程》公式(6．1．13)。3沉井底板与沉井井壁的连接方式选择《钢筋混凝土沉井结构设计规程》(CECS137—2002)中列有如图5所示几种形式。图5一共列出了7种连接形式，其中图5f为一种新发展的形式，其避免刃脚上设凹槽，削弱截面，引起配筋增加。沉井结构设计中如何选择使用，下面的几点意见可供参考。1．图5a是常用的一种连接方式。它的缺点是井壁截面削弱了。如果截面比较厚，根据计算，刃脚垂直配筋是构造配筋或配筋率低，则可以使用这种构造；如果井壁很薄，刃脚垂直配筋率高，再削弱截面造成配筋更多就不合适了。所以这种连接方式适用于厚壁的沉井。图5f则适用薄壁沉井，底板支承在挑出井壁的牛腿上对井壁截面不会削弱。2．图5b的特点是在井壁上预留插筋，且可以减小底板跨中弯曲力矩，也因此可以减薄底板厚度，对于底板尺寸大的沉井特别有利。其缺点是插筋影响沉井施工作业，并且容易导致潜水人员作业时受伤。这种连接比较适用于干沉或排水下沉的条件，预埋钢筋可以清洗干洁增强混凝土之间的联结力。3．图5c适用于无地下水地区，之间不考虑封底混凝土的受力，垫层起找平作用。这种连结不可以用在地下水丰富且地基强度差的地区。4．图5d适用于降水施工可以干封底的圆形沉井。沉井壁厚较薄，井壁自重轻，考虑井外要减少下沉阻力及井内底板支承的需要，刃脚壁较厚，支承面积大，地基降水以后，地基强度又有一定提高。上海的部分排水泵站沉井就是选择这样的连接构造。封底时可以干作业封底。底板做成钢筋混凝土结构，混凝土到达设计强度后可以抵抗水踟_虬蛹№-32c眦的浮托力和地基反力。用这样连接形式的沉井，一般在沉井上还有泵房，抗浮重量除了沉井自重外，尚应考虑上部泵房的重量。5．图5e只封混凝土而不设钢筋混凝土底板，适用于使用期间井内保持充水的集水井。在封底时要考虑地下水的浮力及地基的反力作用，使用期间仅有井的浮重作用，沉井受力很小。刃脚上的两道凹槽是考虑增加封底混凝土与井壁之间的接触面，起抗剪和止水作用。

沉井范文篇10

关键词：沉井刃脚管涌封底

1、工程概况

大坑口污水泵站是通过加压将南宁市朝阳溪污水经跨江管道输送到江南污水处理厂的一个加压污水泵站。泵站位于南宁市大坑口朝阳溪旁，经多方案比较优化，泵站结构设计为沉井结构，这也是目前南宁市在建最大的沉井结构之一。沉井结构尺寸为28.6米×23米，下沉深度为16.1米。

2、水文地质情况、气候条件

泵站地面高程73.2m，沉井底部高程为57.4m泵站场地土层自上而下分别为杂填土

①、粉质粘土②、粉质粘土③、圆砾④、粉砾⑤和泥岩⑥。场地地下水主要为贮存于填土层①的上层滞水和贮存于圆砾④、粉砂⑤中的空隙承压水。上层滞水的稳定水位为67.5～67.9m，空隙承压水与邕江水有互补关系（邕江水位全年水位61.15～68.19，未计洪水水位）。

南宁市气候为亚热带气候，长夏无冬，雨量充沛，降雨多集中在5～9月间，约占全年降雨量的72％左右。

3、沉井施工方案

沉井根据设计井壁形式，采取分2次制作、1次下沉，施工顺序为：挖基坑——铺设砂垫层，安装垫架——制作底节、第二节沉井、隔墙——拆除垫架、模板、挖土下沉到设计深度——沉井封底、浇筑钢筋砼底板——制作第三节沉井。

4、沉井结构

下沉受力计算根据以往经验，沉井高度大于12m，浇筑困难，下沉易引起倾斜，本沉井高达16.1m，采取分节制作，分节高度应保证其稳定性，使沉井能在自重下顺利下沉，沉井下沉系数计算如下：K=Q/L（H-2.5）f其中：K—沉井下沉系数Q—井壁自重H—井壁高度L—井壁外周长f—土壤的摩擦系数第一次下沉系数（包括第一、二节沉井和底梁、隔墙）：K=（539+346.42+151.8+26.38+89.7+40.5）×24／100.4×（16.1-6-2.5）×25＝1.5＞1.15本沉井根据沉井井壁设计分节，采取分三节制作，高度分别为7.1m，5.5m，3.5m，浇筑程序是第一、二节沉井砼和底梁、隔墙砼浇好后，待其达到设计强度100%后，即进行下沉12.1m然后进行封底、浇注设备平台、浇筑第三层沉井砼。

5、沉井施工过程

5.1施工坑开挖沉井采取在基坑中制作，以减少下沉深度，降低施工作业面。开挖深度为6米，考虑到拆除垫架和支模操作的需要，基坑比沉井宽2米，四周挖排水沟，集水井，使地下水位降至比基坑底面低0.5m，挖土采用1台小松220-31.0m3反铲挖掘机进行。配合人工修坡和平整坑底，挖出的土方用自卸车运至弃土场堆放。

5.2沉井制作

5.2.1刃脚支设本沉井高度大，重量重，地基强度较低，采用垫架法支撑。

沉井刃脚铺设标准枕木（160mm×220mm×2500mm）作支承垫架的垫木，然后在其上支设刃脚及井壁模板，浇筑砼。地基上铺设砂垫层，可减少垫架数量，将沉井的重量扩散到更大的面积上，避免制作中发生不均匀沉降，同时易于找平，便于铺设垫木和抽除。

根据第一、二节沉井的重量和地基的承载力设计，按下式计算枕木用量：n——每米内垫木根数（根）；G——第一节沉井的单位长度的重力（kN/m）；F——每根垫木与地基（或砂垫层）的接触面积（平方米）；「f」——砂垫层（或地基土）的承载力设计值（kN/平方米）

n＝1193.8×24/（97.2×0.22×2.5×250）＝2.14枕木间距为0.46m，共用97.2÷0.46≈212根。设8组定位架，砂垫层厚度为50cm，满足砂垫层底面处的自重应力加砂层底面处加附加应力小于或等于砂垫层底部土层的承载力设计值。选用中砂用平板振动器振捣并洒水，控制干密度≥1.56t/m3，地基整平后，铺设垫木，使顶面保持在同一水平面上，用水平仪控制其标高差在10mm以内，并在其孔隙中垫砂夯实，垫木埋深为其厚度一半。

5.2.2模板支设和钢筋绑扎沉井制作的模板支设和钢筋绑扎与普通结构施工要求一样，只不过由于是在软基上施工，所以要均匀对称施工，以防止不均匀沉降。

5.2.3混凝土浇筑混凝土采用商品砼，并用砼输送泵，送至沉井浇筑部位，沿井壁均匀对称浇筑。浇筑采用分层平铺法，每层厚30cm，将沉井沿周长分成若干段同时浇筑，保持对称均匀下料，以避免一侧浇筑，使沉井倾斜，每层混凝土量为23立方米，要求2h内浇筑一层。

两节混凝土的接缝处设凹型水平施工缝，上节混凝土须待下节混凝土强度达到70%后浇筑，接缝处经凿毛及冲洗处理，并浇10cm厚减半石子混凝土。

5.3沉井下沉控制

5.3.1下沉速度的控制根据土质情况，采用台阶形挖土自重破土方式。采用从中间开始向四周逐渐开挖，并始终均衡对称地进行，每层挖土厚度为0.4～1.5m.刃脚处留1.2～1.5m宽土垅，用人工逐层全面、对称、均匀地削薄土层，每人负责2～3m一段，方法是顺序分层逐渐往刃脚方向削薄土层，每次削5～15cm，当土垅挡不住刃脚的挤压而破裂时，沉井便在自重作用下破土下沉，削土时应沿刃脚方向全面、均匀、对称地进行，使均匀平衡下沉，刃脚土方开挖方法如下图所示。

沉井挖土下沉采用人工挖土，一台塔吊吊运出土，由于挖土施工困难，综合考虑挖土、吊运的施工能力，研究沉井下沉的安全控制，沉井下沉速度控制为30cm/天。沉井自2003年5月19日开始挖土下沉到7月21日封底，历时64天，基本按预定的速度进行。

沉井下沉中，如遇到砂砾石或硬土层，当土垅削至刃脚，沉井仍不下沉或下沉不平稳，则按平面布置分段的次序，逐段对称地将刃脚下掏空，并挖出刃脚外壁10cm，每段挖完后用小卵石填满夯实，待全部掏空回填后，再分层刷掉回填的小卵石，可使沉井因均匀地减少承压面而平衡下沉。

在沉井开始下沉和将沉至设计标高时，周边开挖深度小于10cm，避免发生倾斜，尤其在开始下沉5m以内时，其平面位置与垂直度要特别注意保持正确，否则继续下沉不易调整，在离设计深度20cm左右停止取土，依靠自重下沉至设计标高。

5.3.2下沉观测沉井位置的控制是在井外地面设置纵横十字控制桩、水准基点。下沉时，在井壁上设十字控制线，并在四侧设水平点。于壁外侧用红铅油画出标尺，以测沉降，井内中心线与垂直度的观测系在井内壁四边标出垂直轴线，各吊垂球一个，对准下部标志板来控制，并定时用两台经纬仪进行垂直偏差观测。挖土时随时观测垂直度，当垂球离墨线边达50mm或四面标高不一致时，立即纠正，沉井下沉过程中，每班至少观测两次，并在每次下沉后进行检查，做好记录，当发现倾斜、位移、扭转时，及时通知值班队长，指挥操作工人纠正，使允许偏差范围控制在允许范围以内。沉井在下沉过程中，最大沉降差均控制在250mm以内。当沉至离设计标高2m时，对下沉与挖土情况应加强观测，以防超沉。

5.3.3下沉纠偏沉井下沉过程中，有时会出现倾斜、位移及扭转等情况，应加强观测，及时发现并采取措施纠正。

产生倾斜的可能原因有：⑴刃脚下土质软硬不均；⑵拆刃脚垫架时，抽出承垫木未对称同步进行，或未及时回填；⑶挖土不均，使井内土面高低悬殊；⑷刃脚下掏空过多，使沉井不均匀突然下沉；⑸排水下沉，井内一侧出现流砂现象；⑹刃脚局部被大石块或埋设物搁住；⑺井外弃土或施工荷载对沉井一侧产生偏压。

操作中可针对原因予以预防，如沉井已经倾斜，可采取在刃脚较高一侧加强挖土并可在较低的一侧适当回填砂石，必要时配以井外射水，或局部偏心压载，都可使偏斜得到纠正。待其正位后，再均匀分层取土下沉。

位移产生的原因多由于倾斜导致，如沉井在倾斜情况下下沉，则沉井向倾斜相反方向位移，或在倾斜纠正时，如倾斜一侧土质较松软时，由于重力作用，有时也沿倾斜方向产生一定位移，因此预防位移应避免在倾斜情况下下沉，加强观测，及时纠正倾斜。位移纠正措施一般是有意使沉井向位移相反方向倾斜，再沿倾斜方向下沉，至刃脚中心与设计中心位置吻合时，再纠正倾斜，因纠正倾斜重力作用产生的位移，可有意向位移的一方倾斜后，使其向位移相反方向产生位移纠正。

沉井下沉产生扭转的原因是多次不同方向倾斜和位移的复合作用引起的，可按上述纠正位移、倾斜方法纠正位移，然后纠正倾斜，使偏差在允许范围以内。

5.4下沉到位、封底技术当沉井沉到设计标高，经2～3天，下沉已稳定，在8h内累计10mm时，即可进行沉井封底。沉井封底有排水封底和不排水封底两种方案，本沉井对封底质量要求严格，不允许出现渗漏，再者涌水量不大，井底土质较密实，因此确定采取排水封底方案，分两步进行。第一步进行土形整理，使之呈锅底形，自刃脚向中心挖放射形排水沟，填以石子做成滤水暗沟，在中部设2～4个集水井，井深1～2m，插入直径0.6～0.8m，周围有孔的混凝土或钢套管，四周填以卵石，使井中的水都汇集到集水井中，用潜水泵排出，使地下水位保持低于井底面30～50cm.刃脚混凝土凿毛处洗刷干净，然后，在井底对称均匀浇一层0.7～0.9m厚的混凝土垫层，强度达到30%后，绑钢筋，浇筑上层550mm厚的防水混凝土底板。浇筑应在整个沉井面积上分层由四周向中央进行，每层厚30～40cm，并捣固密实。混凝土养护14d期间，在封底的集水井中应不间断地抽水，待底板混凝土达到70%设计强度后，进行第二步，对集水井逐个停止抽水，逐个进行封堵。方法是在抽除井筒水后，立即向滤水井管中灌入C30早强干硬性混凝土捣实，装上法兰，再在上面浇筑一层混凝土，使之与底板平。封底时因上部结构尚未施工，设备管道未安装，应验算沉井的抗浮稳定性。

5.5沉井抗浮计算若地下水对沉井的浮力大于井壁及封底砼重量与井壁与土的摩擦力之和，可以采取在井壁上加载的方法抗浮，但根据地勘资料中对地下水的描述，稳定水位为55～56m，而沉井底高为58m，地下水对沉井的浮力很小。考虑洪水期施工的影响，取土层滞水的稳定水位67m为水面标高，则地下水对沉井的浮力为F＝ρghs1其中ρ－水的密度，取103Kg/立方米。h－水面至井底高度67m-58m＝9ms1－井底面积，23.626.6＝627.76平方米F－水对沉井的浮力F＝5649.8t井壁与土层的摩擦力f＝s2μs2－井壁表面积（23.6＋26.6）×12×2＝1204.8平方米μ—单位摩擦力，取最小值20Kpaf＝2409.6t井壁及封底砼自重：p＝ρv＝1900×2.4＝4563tF＝5649.8因此，沉井在地下水浮力的作用下，是能够保持稳定的。

6、沉井施工中管涌处理及经验体会

6.1管涌及处理因沉井近靠朝阳溪，沉井在下沉至距离基底2米时，开始出现管涌现象，共有6处，且涌水量大小不一，涌水的同时带出大量的细砂，影响了沉井开挖、下沉，处理措施主要是采用卵石装袋，进行填堵，并用滤布覆盖，阻止细砂流出。过滤的水集中至集水坑进行抽排。

6.2经验与体会