Vol 128,No.2　2001年6月Journal of Heilongjiang Hydraulic Engineering College

J un.,2001

文章编号:1000-9833(2001)02-0020-02

沉井下沉系数的计算与分析

魏岩峰1,李玉平1,潘多助2

(1.黑龙江省水利第二工程处,阿城　150302;2.西泉眼水库管理处,黑龙江阿城　150302)

摘　要:对沉井下沉过程中不同情况下的下沉系数进行了计算与分析。关键词:沉井;下沉系数;计算与分析中图分类号:TU753.

　　　文献标识码:A

收稿日期:2001-01-10

作者简介:魏岩峰(1963-),男,山东郓城人,工程师。

　　富锦县幸福灌区渠首泵站工程沉井下沉过程中,依据不同阶段、不同情况的下沉阻力及下沉系数的计算分析成果,采取了相应的技术措施,从而保证了沉井下沉顺利进行安全就位。另外,用下沉阻力及下沉系数的分析结果,诠释了沉井下沉过程中所表现出来的各种难工现象。

1　工程概况

富锦县幸福灌区渠首泵站工程位于松花江右岸堤内,上部粘土层2～515m ,其下为砂性土。泵站总装机3300kW ,

10台机组。泵站为“

”字形结构,由两种尺寸相同高度的3

个沉井组成。两侧沉井型式相同,平面尺寸为1614m ×

1310m ,中间沉井为2114m ×13m 。沉井设中间隔墙、隔墩。

沉井内分吸水室、水泵室、电机室等3层。沉井井壁、隔墙壁厚度均为110m ,混凝土标号为C 20F 200。

沉井高15125m ,分下沉与现浇两部分施工,第一部分下沉施工,原方案拟分两节制作,二次下沉,后因在第二节下沉时,遇到困难,3d 仅下沉2cm ,故加高第三节配重,第一节高4m (高程52175～48175m )。第二节5105m (高程57180～52175m ),第三节3155m (高程61135～57180m )。第一部分下沉结束后,可按常规进行第二部分(高程100～

61135m )混凝土现浇施工。

沉井下沉方法采用“湿法”,即不排水下沉法。由于3个沉井的第一节下沉都比较顺利,均按预期按设计要求下沉至指定位置,故在此不作分析。在侧沉井第二节下沉过程中遇到了偏移、缓沉、停沉等诸多难工现象。本文主要介绍侧沉井第二节下沉过程中不同情况下的下沉系数的计算与分析成果,以此作为判断分析下沉施工中处理诸多难题并制订相应对策的理论依据。

2　下沉摩阻系数与摩阻力的计算与分析211　求沉井实际通过的土层厚度

侧沉井实际通过的土层厚度应为制作沉井的基准地面

高程与沉井刃脚底部进入土层内的设计高程之差,即

H =57136-48175=8161(m )

212　确定粘土层与砂性土层的厚度

按设计院提供的《设计报告书》“中细砂顶板高程为

5618～54191m ”,取其低值54191m ,故粘土层厚度为h 1=57136-54191=2145(m ),砂性土层厚度为h 2=54191-48175=6116(m ),见图1(a )。213　计算摩阻系数

沉井下沉范围内的土由粘土层、砂性土层等不同土层构成,故平均摩阻力系数[1]由两种土层的加权平均而得,即

　　 f =

f 1h 1+f 2h 2h 1+h 2

=1178(t/m 2

)

式中粘土摩阻力系数f 1、砂性土摩阻力系数f 2,分别取215

t/m 2、115t/m 2。214　计算摩阻力

侧井下沉井壁侧面摩阻力总和R f 按下式计算[1]　　R f =U (H -215) f =63915(t )式中U 为沉井周长;H 为沉井入土深度。

215　将沉井壁四周土挖去110m 时的摩阻系数及摩阻力的

计算

为减少井壁摩阻约束力,将井壁外围土层挖去110m

(见图1(b )),此时平均摩阻系数、井壁侧面摩阻力总和均发

生变化:

　　 f =

f 1′h 1′+f 2′h 2′h 1

′+h 2′

=1169(t/m 2

)

　　R f ′=U (H ′-215) f ′=50718(t )

图1　两种情况下摩阻系数及摩阻力计算图

3　不同情况下的下沉系数计算与分析

沉井内隔墙底面高于井壁刃脚,且纵横交叉、沉井下沉

时不会发生突沉,故在进行下沉系数计算时只分析K 1、K 3,即分两种情况:①只计沉井侧面摩阻力时的下沉系数K 1;②计入侧面摩阻力和刃脚踏面的支承反力时的下沉系数K 3。

311　按正常情况下(未破坏井壁外侧土)计算下沉系数[1]

　　K 1=G

R f

　　K 3=

G R f +R 1

式中G 为沉井自重,不排水下沉时计浮重,t ;R f 为井壁侧面摩阻力总和,t ;R 1为刃脚踏面下土的支承反力,t 。

第一、二节沉井重量为G ′=1419101t ;假定井内外水位与沉井顶面齐平,则沉井排开水的体积W 为沉井混凝土体积V =56716m 3;从设计院提供的渠首地质勘测报告得知,下卧层砂性土的[R ]值一般为115～210MPa ,这里取较大值210MPa ,则刃脚踏面下土的支承反力R 1可按下式[1]计算,则

　　R 1=F[R ]=274t 　　K 1=G R f =G ′-W

R f =1133　　K 3=

G

R f +R 1

=0193

上述计算的K 1=1133,K 3=0193,说明沉井下沉后期是不能切土下沉的,而必须在掏空刃脚踏面下土层的状态下,使沉井下沉。在施工中曾出现3d 下沉210m 的缓沉、甚至停沉,采用很多方法试图淘净刃脚下的土层,终因不排水下沉法,须水中作业,加之井内纵横隔墙,而使K 1所要求的“脚下无土”不能达到效果,这样,应考虑在改善外部受力状态的情况下实现切土下沉较为合理。

如降低井内水位,以减少浮托力;相对增加沉井重量,使

K 3增大。

当降低110m 水位时,相应减少浮力W 1=751074t ,则

K 3=1101。

经计算,当降低210m 水位时,K 3=1110。

观察以上K 3值均大于110,按说可以顺利下沉了,实际情况是沉井下沉虽稍快一些,但仍然缓慢。原因是由于降低井内水位,必须引起内外水位差,而使流砂裹埋刃脚,形成更大的阻力。

312　按非正常情况(破坏井壁外侧土)计算下沉系数

破坏井壁外围土,以从根本上减少摩阻力相对增加荷重,使K 3值增大。

井壁外围土挖去110m 深时K 1=1168,K 3=1109。在此基础上,降低水位,亦可相对增加荷重。

当降低水位110m 时,K 3=1115;当降低水位210m 时,

K 3=1124。

由此可见,采取迫降水位或破坏井壁外围土,以相对增加荷重,提高K 3值,其效果仍不明显,原因是沉井自重较轻,应采取接高沉井、增加配重、主动提高下沉系数K 3值。

313　在接高第三节情况下计算下沉系数

2#侧沉井加高3155m ,增加重量58417t ,经计算K 3=11572,较适合,沉井下沉顺利。4　结　语

(1)沉井下沉施工前,应详尽计算与分析不同情况下的

摩阻力及下沉系数,以指导施工。

(2)不排水下沉法实属隐蔽作业,水下情况难明、刃脚下

切复杂,应制定详细可行的探测手段,确保沉井安全下沉。

(3)当沉井下沉出现异常时,应采取破坏井壁外围土,降

低水位,提高配重等技术措施。

(4)沉井分节制作,分期下沉时,应根据各个阶段下沉系

数,确定沉井重量,再考虑结构要求最后划定分节高度。

(5)当采用降低水位,以相对增加荷重时,应注意井内外

水位差,避免流砂产生。

参考文献:

[1]　汪国荣,朱国梁.简明施工手册[M ].北京:中国建筑工业出版社,1995.247.

Calculation and analysis of subsidence

coefficient of sinking well

WEI Yan-feng 1,L I Yu -ping 1,PAN Duo-zhu 2

(1.Heilongjiang No.2Hydraulic Engineering Department ,Acheng 　150302,China ;2.Xiquanyan Reservoir Management Department ,Heilongjiang Prov.,Acheng 　150302,China )

Abstract :This paper calculated and analyzed the subsidence coefficient of the sinking well under diffenent situa 2tion.

K ey w ords :sinking well ;subsidence coefficient ;calculation and analysis

1

2第2期　　　　　　　　　　　　魏岩峰等.沉井下沉系数的计算与分析下载本文