第 28 卷第 2 期 黑 龙 江 水 专 学 报 Vol128 ,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
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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. 64 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
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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 2~515 m ,其下为砂性土。泵站总装机 3 300 kW ,
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 1614 m ×
1310 m ,中间沉井为 2114 m ×13 m。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 110 m ,混凝土标号为 C20 F200 。
沉井高 15125 m ,分下沉与现浇两部分施工 ,第一部分
下沉施工 ,原
方案
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拟分两节制作 ,二次下沉 ,后因在第二节下
沉时 ,遇到困难 ,3 d 仅下沉 2 cm ,故加高第三节配重 ,第一节
高 4 m (高程 52175~48175 m) 。第二节 5105 m (高程 57180
~52175 m) ,第三节 3155 m (高程 61135~57180 m) 。第一
部分下沉结束后 ,可按常规进行第二部分 (高程 64100~
61135 m)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
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书》“中细砂顶板高程为
5618~54191 m”,取其低值 54191 m ,故粘土层厚度为 h1 =
57136 - 54191 = 2145 ( m) ,砂性土层厚度为 h2 = 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 1 h1 + f 2 h2h1 + h2 = 1178 (t/ m2)
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/ m2 、115 t/ m2 。
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 110 m 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 110 m
(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′h1′+ f 2′h2′h1′+ h2′ = 1169 (t/ m2)
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 K1 、K3 ,
即分两种情况 : ①只计沉井侧面摩阻力时的下沉系数 K1 ; ②
计入侧面摩阻力和刃脚踏面的支承反力时的下沉系数 K3 。
311 按正常情况下 (未破坏井壁外侧土)计算下沉系数 [1 ]
K1 = GR f
K3 = GR f + R1
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 ; R1 为刃脚踏面下土的支承反力 ,t。
第一、二节沉井重量为 G′= 1 419101 t ;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 = 56716 m3 ;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 115~210 MPa ,这里取较
大值 210 MPa ,则刃脚踏面下土的支承反力 R1 可按下式[1 ]
计算 ,则
R1 = F[ R ] = 274 t
K1 = GR f =
G′- W
R f
= 1133
K3 = GR f + R1 = 0193
上述计算的 K1 = 1133 , K3 = 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 3 d 下沉 210 m 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 ,加之井内纵横隔墙限制 ,而使 K1 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
K3 增大。
当降低 110 m 水位时 ,相应减少浮力 W1 = 751074 t ,则
K3 = 1101。
经计算 ,当降低 210 m 水位时 , K3 = 1110。
观察以上 K3 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 K3 值增大。
井壁外围土挖去 110 m 深时 K1 = 1168 , K3 = 1109。
在此基础上 ,降低水位 ,亦可相对增加荷重。
当降低水位 110 m 时 , K3 = 1115 ;当降低水位 210 m 时 ,
K3 = 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 K3 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 K3 值。
313 在接高第三节情况下计算下沉系数
2 # 侧沉井加高 3155 m ,增加重量 58417 t ,经计算 K3 =
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-feng1 , L I Yu- ping1 , PAN Duo-zhu2
(1. Heilongjiang No. 2 Hydraulic 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 situa2
tion.
Key words :sinking well ;subsidence coefficient ;calculation and analysis
12第 2 期 魏岩峰等. 沉井下沉系数的计算与分析