2008-04-29 14:51 【大 中 小】【打印】【我要糾錯】
1、工程概況及特點
某污水處理廠粗格柵及進水泵房采用現澆鋼筋混凝土結構、沉井法施工。
進水泵房、粗格柵平面均為矩形,兩者組合形成平面“T”形。進水泵房鋼筋砼結構外部平面尺寸為13.9×7.4m,內有六道梁;粗格柵鋼筋砼結構外部平面尺寸為13.25×8.8m,內有兩道隔墻,隔墻厚0.4m.沉井在刃腳位置被梁和隔墻分成六格。沉井刃腳處寬1.2m,刃腳底寬0.4m,高1.6m;井壁厚0.7m;沉井高12.63m.根據設計及以往施工經驗,沉井施工擬分兩次澆筑、兩次下沉;沉井采用不排水法下沉。
該沉井基礎施工具有以下特點:
。1)混凝土一次性澆筑高度高(每節(jié)高約6.5m),即重心高,穩(wěn)定性差;
(2)僅靠第一節(jié)下沉后形成的支撐力不能滿足第二節(jié)制作時的穩(wěn)定要求;
。3)形狀特殊,為“T”形,重心與形心不重合,增加了沉井基礎施工難度。
2、地質情況
擬建場區(qū)原為水田,淤積著大量的淤泥,已提前予以挖除。該工程的地質勘察報告顯示,沉井設計刃腳底標高-3.35m位于5-1含圓礫細砂層。
3、沉井基礎設計及施工
3.1 沉井第一節(jié)自重
經計算,沉井第一節(jié)自重G1=8759kN;
即沿刃腳每延米沉井重q1=8759kN/70.7m=124kN/m;
考慮施工荷載,取沿刃腳每延米沉井重Q1=1.15q1=124×1.15=143kN/m.
3.2 沉井基槽開挖
為了減少沉井立模支架的高度、下沉深度和便于施工,淤泥挖除后再開挖深約0.7米的基槽(基礎座落于2-1層),以方便墊層基礎施工,開挖邊坡1:1,四周設排水溝,通過水泵排水,保證施工需要。
3.3 砂墊層厚度計算及鋪設
根據砂墊層允許承載力的計算公式:
[P]=[σ]×(1+2Htgφ)-γH
其中:[σ]—地基承載力,現基礎位于2-1層,取[σ]=100kPa;
φ —砂墊層擴散角,取φ=40°;
γ —粗砂容重,取γ=16.5kN/m3;
H —粗砂墊層厚度;
[P]—砂墊層允許承載力,取設計值[P]=160 kPa.
經計算,H=0.4m.
考慮砂墊層采用小型平板式振動機械壓實,其壓實系數取0.96,故取砂墊層設計厚度H=0.5m.基坑排水后,在井壁外2m范圍內整個基槽鋪設中粗砂墊層,
3.4 承墊木間距計算
承墊木采用標準枕木,標準枕木截面尺寸25cm×16cm,長度2.5m.
每延米所需枕木數:
n=Q1/(F×[P])
其中: Q1—每延米沉井重143kN/m;
F—枕木接觸面積,標準枕木F=2.5×0.22=0.55m2;
[P]—砂墊層允許承載力,取設計值[P]=160kPa.
計算得n=1.63,所以承墊木間距1/1.63=0.61m,取設計承墊木間距0.5m.
在砂墊層上的沉井墻壁轉角處分別設八組定位支架,定位支架為每五根枕木密排;再沿刃腳軸線的垂直方向,鋪設枕木,枕木中心間距50cm.枕木鋪設要求平整,其高差不宜大于10mm,以利受力均勻。
枕木間的間隙用中粗砂找平、平板振搗器振平、密實,中粗砂鋪設寬度、位置同枕木長度。然后沿刃腳底面位置再澆筑5cm厚C10素混凝土(其下先設置一層寬50cm的塑料薄膜,以與枕木隔離),素混凝土基礎的水平投影面控制在刃腳兩側模板范圍內,寬度同刃腳底面寬,為40cm,作為沉井澆筑前的基礎。
4、第二節(jié)沉井混凝土澆筑時的穩(wěn)定性驗算及技術處理
第一節(jié)沉井下沉到標高(露出地面50cm)時,澆筑第二節(jié)沉井的穩(wěn)定性計算如下:
4.1 第二節(jié)沉井自重及總重
第二節(jié)沉井自重G2‘=8216kN,考慮施工荷載取G2=1.15G2=9448kN.即第一節(jié)和第二節(jié)沉井總重ΣG=8759+9448=18207kN.
4.2 由于采用不排水法下沉,此時井內(地下)水位在第一節(jié)沉井下50cm(即5.5m標高)位置,浮力F=rWV=10×337.4=3374KN
其中水的重度rW=10KN/m3,水位5.5m標高下鋼筋砼沉井體積V=337.4m3
4.3 外露50cm時,井周摩阻力T1=S×fk =380×17=6460kN
其中井周與土接觸面積S=380m2;fk為井周摩阻系數,取fk=17kPa.
4.4 刃腳踏面阻力及橫隔梁下阻力
T2= ΣS×[σ]=(70.7×0.7+6.4×0.4)×120=6553kN
其中刃腳踏面積、橫隔梁踏面積之和ΣS為(70.7×0.7)m2+(6.4×0.4)m2,土基承載力在4-2砂質粉土層,取[σ]=120 kPa.
4.5 總向上的力為 ΣT=F+ T1+ T2=3374+6460+6553=16387kN
4.6 總向下的力(自重和施工荷載)為ΣG =18207kN
4.7 穩(wěn)定系數kst,s=ΣG/ΣT=18207/16387 =1.11≥1.05,由于穩(wěn)定系數較大,可能產生自沉,需進行止沉處理。
4.8 防止自沉的處理措施
在以往干沉法(即排水法)施工中,通常采用加設“帽沿”或在井外壁換填塘渣的方法,來增加側壁摩阻力。本次施工在保持井內水位高度維持在與基槽水平(此時浮力最大)的同時,將在井內回填材料,來增加側壁的摩阻力。
由于采用的是不排水法下沉,井內土體通過沖水已稀釋成泥漿,再用泥漿泵排至沉淀池,顯然沉淀池的沉淀物不可以作為回填材料。而根據地質報告,在廠區(qū)內4.5m深度范圍內土質為耕植土、粉質粘土、粘質粉土混砂,若取土回填在井內,無疑將會被稀釋成泥漿,并且小顆粒材料的摩阻系數相對較;若改用塘渣,塘渣粒徑太大,無法采用不排水法用泥漿泵排出;最后確定采用中粗砂作為回填材料,來增加對側壁的摩阻力。
已知井內周長167.2m,中粗砂對側壁的摩阻系數fk砂=20kPa.取回填中粗砂高為1.6m,即所增加對側壁的摩阻力Δf=167.2×20×1.6=5350kN
ΣT=ΣT+Δf=16387+5350=21737kN
下沉穩(wěn)定系數kst,s=ΣG/ΣT‘=18207/21737=0.84,滿足《給水排水鋼筋混凝土沉井結構設計規(guī)程》CECS137:2002的穩(wěn)定系數0.8~0.9的要求。
回填中粗砂在第二節(jié)沉井制作前進行,以方便材料的運輸和施工,由于中粗砂是在水下,可用插入式振搗器振搗密實。之后再進行鋼筋、模板安裝,有足夠的自密實時間。
5、超沉驗算
G總= G1+ G2=8759+8216=16975kN
沉到位刃腳踏面處于5-1層,fk=135kPa.
經計算,不會產生超沉。
6、抗浮計算
在水下混凝土澆筑后,底板施工前,按照7.0m標高水位計算,刃腳底標高-3.35m.
水深h=7-(-3.35)=10.35m
在水中的體積V=2271m3
浮力F浮=10×2271=22710kN
沉井自重G總= G1+ G2=8759+8216=16975kN
側壁所受的摩阻力T阻=69.1×9.35×17=10983kN,其中周長S=69.1m,沉井埋深h=9.35m,土對側壁的摩阻系數fk=17kPa.
向下的力T總=16975+10983=27958kN
抗浮系數K=27958 KN/22710KN =1.23>KfW=1.0,滿足《給水排水鋼筋混凝土沉井結構設計規(guī)程》CECS137:2002的抗浮要求。
7、結束語
根據以上的計算設計,在實際施工中予以了實踐,并作了觀測監(jiān)控。
第一節(jié)混凝土澆筑完成,基礎沉降值最大為8mm,不均勻沉降最大為5mm;第二節(jié)混凝土澆筑完成,基礎沉降值最大為10mm,不均勻沉降最大為4mm;觀測結果驗證了基礎及下沉穩(wěn)定性設計、驗算的正確性。
封底混凝土灌筑完成14天后,把井內水打干,對封底混凝土檢查,未發(fā)現滲漏現象;同時我們對沉井作了軸線、標高復測,與設計相比,軸線偏差為橫向10mm、縱向18mm,標高最大偏差為8mm,相鄰觀測點不均勻高差為4mm,均很好的滿足了設計和施工質量標準要求。
參考文獻:
1、《給水排水鋼筋混凝土沉井結構設計規(guī)程》CECS137:2002
2、《鋼筋混凝土沉井結構設計施工手冊》 中國建筑工業(yè)出版社 葛春輝主編
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