沉井下沉系數(shù)在實(shí)際施工中的意義探討

葉小鵬

（騰達(dá)建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，浙江臺(tái)州 318050）

0 引言

沉井為現(xiàn)代市政排水工程最常用的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其施工工藝簡(jiǎn)便，技術(shù)穩(wěn)妥可靠，無(wú)須特殊專(zhuān)業(yè)設(shè)備。沉井在施工時(shí)，常需按照地勘資料驗(yàn)算沉井的下沉系數(shù)。對(duì)于下沉系數(shù)市面上的參考書(shū)是這樣描述的：“下沉細(xì)數(shù)小于1.0的沉井，固然能順利下沉到位，但看起來(lái)這是不合邏輯的，顯然是取用假定井壁摩擦力偏大而不符合客觀實(shí)際情況所致……實(shí)際上，沉井下沉系數(shù)K在整個(gè)下沉過(guò)程中均不會(huì)是常數(shù)，有時(shí)可能大于1.0，有時(shí)可能小于1.0，有時(shí)可能接近于1.0，但開(kāi)始下沉?xí)r，K必須大于1.0，在沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)K應(yīng)接近1.0，一般保持K在1.05～1.25?！绷怼俺辆鲁?xí)r，必須克服井壁與土間的摩阻力和地層對(duì)刃腳的反力，沉井自重力與井壁摩阻力和刃腳反力的比值稱(chēng)為下沉系數(shù)K，K一般應(yīng)不小于1.15～1.25；井壁與土間的摩阻力，通常有兩種計(jì)算方法，一種是假定摩阻力隨土深而加大，并且在5 m時(shí)達(dá)到最大值，5 m以下保持常值；另一種是假定摩阻力隨土深而增大，在刃腳臺(tái)階處達(dá)到最大值，以下即保持常值。使用較多為前一種，按此計(jì)算偏安全，而后一種比較符合實(shí)際情況。”[1-2]

依照書(shū)上的描述，施工單位會(huì)在沉井下沉前對(duì)沉井下沉系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，以期沉井能如理論描述那樣?？蓪?shí)際上很多時(shí)候按照勘察單位提供的地質(zhì)資料，下沉系數(shù)與書(shū)上提供的參考數(shù)據(jù)是不吻合的，下沉系數(shù)小于1.0，數(shù)據(jù)超限后，沉井的下沉仍然很順利。那么沉井系數(shù)在沉井下沉?xí)r的作用怎樣呢，下面以工程實(shí)例來(lái)說(shuō)明。

1 沉井下沉系數(shù)與工程實(shí)例

以臺(tái)州市內(nèi)環(huán)路工程的3#立交項(xiàng)目排水工程的工作井的沉井計(jì)算的下沉系數(shù)與實(shí)際下沉情況為例來(lái)說(shuō)明這個(gè)現(xiàn)象。

工作井情況：本工程工作井為C30抗?jié)Bp6，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),沉井外墻與刃腳總高8.7 m，刃腳底標(biāo)高-5.779 m，外徑φ5.9 m，內(nèi)徑φ5.0 m，井壁板厚0.45 m，底板厚0.45 m，頂板厚0.35 m。沉井采取二次澆筑二次下沉，第一節(jié)高度4.2 m；第二節(jié)高度4.5 m，混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%時(shí)開(kāi)始下沉，見(jiàn)圖1。地基承載參數(shù)見(jiàn)表1。

圖1 工作井與土層關(guān)系圖

表1 地基承載參數(shù)表（單位：kPa）

沉井下沉系數(shù)計(jì)算：

（1）先計(jì)算土層的平均摩阻力

（4.5×30+4.2×10）/8.7=20.34 kN/m2

（2）計(jì)算沉井的下沉系數(shù)：

第一段下沉混凝土量計(jì)算(高度按4.2 m計(jì)算)

混凝土工程量=[1.75×0.45+0.5×0.6+0.45×0.45+0.6×1+(0.6+0.3)/2]×(5.45×3.14)=36.21 m3

第二節(jié)下沉混凝土量計(jì)算(高度按4.5 m計(jì)算)混凝土工程量=4.5×0.45×5.45×3.141 6=34.67 m3

沉井下沉按下式計(jì)算:K=G/(T+R)

式中:K——沉井下沉系數(shù)，一般應(yīng)大于1.15；

G——沉井混凝土重量：第一節(jié)36.21 m3，第二節(jié)34.67 m3；

T——沉井與土間的摩阻力（kN）；T=ЛD(H-2.5)f；外徑 D=5.9×3.141 6=18.53 m；

第一次f——摩阻力30 kN/m2；

第二次f——平均摩阻力20.34 kN/m2；

H——下沉深度；

R——刃腳反力，R=0；

本次沉井分段下沉，故驗(yàn)算各次能否下沉；

第一下沉段下沉系數(shù)：

K1=36.21×25/[18.53×(4.2-2.5)×30]=0.96<1.15

接高后第二下沉段下沉系數(shù)：

K2=(36.21+34.67)×25/[18.53×(8.7-2.5)×20.34]=0.76<1.15

計(jì)算數(shù)據(jù)全部比參考書(shū)給出的限值要小，沉井下沉?xí)r人工配合一臺(tái)1 m3單斗挖掘機(jī)挖土下沉，施工順利。

若單純以計(jì)算數(shù)據(jù)按照上述的有關(guān)描述，沉井能順利下沉是不符合邏輯的。其實(shí)這并非違背邏輯，而是對(duì)下沉系數(shù)的理解出現(xiàn)了偏差。讓我們來(lái)分析書(shū)上給出的理論，“沉井下沉?xí)r，必須克服井壁與土間的摩阻力和地層對(duì)刃腳的反力”下沉系數(shù)大于1.0時(shí)才能克服井壁與土間的摩阻力和地層對(duì)刃腳的反力。沉井在沒(méi)有外力的情況下克服了下沉阻力，其勢(shì)必能自然下沉。這個(gè)值就是沉井可以自然下沉的臨界值，大于1.0沉井可以自然下沉，小于1.0沉井不能自然下沉。而在施工過(guò)程中，施工單位因?yàn)楣て诤偷刭|(zhì)情況的復(fù)雜性，不可能讓沉井自然下沉，施工現(xiàn)場(chǎng)大多采用排水下沉或者機(jī)械挖土下沉的施工方法進(jìn)行，臺(tái)州市內(nèi)環(huán)路工程3#立交的工作井就是采用機(jī)械挖土下沉的方法進(jìn)行的。在人為的干預(yù)下，下沉系數(shù)的作用就不明顯了。

那么下沉系數(shù)這個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)施工單位的現(xiàn)實(shí)意義在那呢，施工中該如何利用這個(gè)數(shù)據(jù)呢，這個(gè)數(shù)據(jù)其實(shí)起作用是在沉井即將下沉到標(biāo)高的時(shí)候，若K值大于1.0，那么快到標(biāo)高時(shí)，施工單位就要考慮到，沉井會(huì)自然下沉，此時(shí)不管是采用何種方式助沉，都要預(yù)留自然下沉的量，以免沉井超沉；若K值小于1.0，那么就無(wú)須預(yù)留沉井自然下沉的量，可以直接人工干預(yù)讓沉井沉到位置。

2 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上文可以得出三條結(jié)論：（1）沉井下沉?xí)r，井壁摩阻力會(huì)因施工機(jī)械的擾動(dòng)而降低，若土質(zhì)堅(jiān)硬時(shí)輔以泥漿潤(rùn)滑，勘察資料提供的數(shù)據(jù)不能代表實(shí)際的摩阻力值；（2）按書(shū)中計(jì)算的下沉系數(shù)不滿足要求時(shí)，沉井可以順利下沉，下沉系數(shù)在沉井即將下沉到標(biāo)高時(shí)，可以警示施工單位采取何種措施對(duì)沉井進(jìn)行干預(yù)，以便沉井滿足標(biāo)高要求；（3）沉井施工時(shí)，盡量按照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制，對(duì)于相關(guān)書(shū)籍給出的數(shù)據(jù)要理解透徹進(jìn)行參考使用，讓數(shù)據(jù)真正指導(dǎo)施工。

[1]江正榮,朱國(guó)梁.簡(jiǎn)明施工計(jì)算手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2004.

[2]段良策,殷奇.沉井設(shè)計(jì)與施工[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,2006.