矩形沉井实例介绍

设计实例

例题参见《给水排水工程结构设计手册》（第二版）第六篇沉井6.5.2。

1.土层参数

2.工程概况

矩形单孔沉井，各部位几何尺寸如下图所示。采用C25混凝土，热轧钢筋HRB。

采用理正CAD云或理正结构工具箱中的矩形沉井模块。适用于矩形单孔或多孔沉井的设计。可用于计算台阶形井壁，包括内台阶、外台阶及内外均有台阶的情况；下沉方式包括排水下沉、不排水下沉；底板边缘约束包括简支、固定。

参考例题创建模型。

说明：当计算刃脚和井壁内力时，需要将两节井壁改为一节10m高的井壁计算，厚度取mm，即修改红框参数。

说明：手册例题在计算土压系数时考虑了黏聚力，由于软件无法交互黏聚力参数，可用等效内摩擦角代替，红框数值是按照土压力合力相等原则计算的等效内摩擦角。

点击程序底部的“开始计算”按钮，进行计算。

点击程序底部的“结果查看”，可进行结果简图及计算书查看。

下表对比的是设计标高位置的下沉结果。

井壁自重(kN)

摩阻力(kN)

刃脚下地基阻力(kN)

下沉系数

下沉稳定系数

手册结果

3

1.2

0.

软件结果

.

2.

.55

1.21

0.77

1.井壁自重：手册是按照井壁内侧所围图形计算的周长，即2(L1-t+L2-t)，软件是按照井壁中心线所围图形计算的周长，即2(L10+L20)，如下图所示。

2.刃脚下地基阻力：手册是按照整个井壁考虑，如下图中（a）所示；软件按刃脚斜面部分按三角形分布考虑（依据《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG-）第7.3.2条、《沉井设计与施工》（段良策）式3-12、《钢筋混凝土建筑结构与特种结构手册》（陈载赋）式13-6），如下图中（b）所示。软件算法更合理。

下表对支座和跨中弯矩进行了对比。

支座弯矩(kN.m)

跨中弯矩(kN.m)

手册结果

95.2

.2

软件结果

.

.

计算跨度（主要原因）：手册按井壁中心线取的跨度，即L01、L02；软件是按井壁外侧线取的跨度，即L1、L2，（依据：《公给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程》（CECS-）第6.3.1条、《沉井设计与施工》（段良策）式3-~式3-）。软件计算结果偏保守一些，更安全。

刃脚根部水平荷载(kN)

刃脚踏面水平荷载(kN)

刃脚根部弯矩(kN.m)

手册结果

.72

.38

24.99

软件结果

.73

.78

25.28

软件和手册结果基本一致。

井壁水平荷载(kN/m)

跨中弯矩(kN.m)

支座弯矩(kN.m)

手册结果

.95

.32

.64

软件结果

.83

.24

.48

水平荷载：软件计算时取的计算段（-8.9m~-8.0m）范围内的侧压力合力.58kN/m，同时考虑刃脚传递的水平力合力83.25kN/m，即计算内力的荷载为.58+83.25=.83kN/m（下图(b)所示）；手册计算时取的刃脚根部（-8.9m）的面荷载.72kN/m2，同时考虑刃脚传递的水平力合力83.25kN/m，计算内力的荷载为.72+82.23=.95（下图(a)所示），手册这里是用面荷载和线荷载直接相加的，很明显是错误，不同荷载类型不能直接相加。

底板反力(kN/m2)

跨中弯矩(kN.m/m)

手册结果

98.8

.4

软件结果

92.41

.55

计算跨度：手册按井壁中心线取的底板跨度，即L10、L20，软件按井壁外侧线取的底板跨度即L1、L2。软件取法偏保守一些，更安全。

泊松比：手册计算时取的是泊松比为0的弯矩系数，即按表2.2.3-92取值；软件计算时取得是泊松比为0.2的弯矩系数，即按表2.2.3-1取值。通常混凝土泊松比按0.2考虑，因此我们认为软件算法更合理。

1.问：什么情况下采用台阶式井壁？

答：大型沉井受力大，井壁一般较厚，此时可以采用台阶式井壁，使截面由上而下逐渐变薄。考虑到下沉因素，软土地基上的沉井变截面台阶宜设在井壁内侧，硬土地基上的沉井变截面台阶可设在井壁外侧。

2.问：如何选择合理的下沉施工方式？

答：应根据场地的工程地质条件及水文地质资料，结合施工条件确定。当地下水位不高，或虽有地下水但沉井周边的土层渗水性不强，涌入井内水量不大且排水不困难时，可采用排水下沉；当下沉深度范围内存在粉土、砂土或其他强透水层而排水下沉有可能造成流砂时，采用不排水下沉。

3.问：下沉系数如何选取？

答：应根据土层性质、施工方法和下沉深度等因素，选择适当的下沉系数，一般在1.05~1.25之间，位于淤泥质土层中的沉井取小值，位于其他土层中取大值。

4.问：抗浮验算时封底混凝土应如何考虑？

答：当封底砼和底板间有拉结钢筋等可靠连接时，封底砼的自重可作为沉井抗浮重量的一部分。

5.问：井壁竖向抗拉应如何考虑？

答：沉井下沉至设计标高时，刃脚下已被掏空，沉井靠井壁与土之间的摩阻力维持平衡，井壁自重产生竖向拉力。当土质较硬，下沉系数接近1.05，等截面井壁的最大拉力一般取沉井自重的1/4。当土质均匀的软土地基且下沉系数较大时，可不进行竖向抗拉计算。但竖向配筋不应小于最小配筋率及使用阶段的设计要求。

6.问：外水压力、内水压力折减系数应如何考虑？

答：沉井在下沉阶段，水压力根据土壤的透水性与施工方法的不同，按下列情况考虑：排水下沉时，在透水性不良的土中，可按静水压力的70%计算，在透水性较好的土中，可按静水压力的%考虑；不排水下沉时，外水压力按%计算，内水压力按50%计算。

7.问：底板边缘约束如何考虑？

答：底板与井壁间，当无预留插筋连接时，应按简支考虑；当用钢筋整体连接时，可按固定考虑。

8.问：水平框架刃脚根部段取法有哪几种情况？

答：刃脚根部计算段取法，不同规范的规定如下：依据《给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程》（CECS）6.1.16条及其条文说明：计算段为刃脚根部至凹槽顶以上高度等于该处井壁厚度1.5倍的一段井壁，如图(a)所示，当没有底板时，计算段如图(c)所示；依据《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG-）附录P.0.3：计算段为刃脚根部以上高度等于该处井壁厚度的一段井壁，如图(b)所示。