精品沉井计算书.docx

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精品沉井计算书

沉井计算书

滨江区污水预处理厂

实施性施工组织设计计算书

根据滨江区给排水公司要求、上海市政工程设计研究院提供的设计图纸、我公司编制的投标施工组织设计及相关施工规范规程、及以往同类工程的施工经验，在原则上遵循招标文件要求及施工投标文件的承诺的施工技术方案的前提下编制滨江区污水预处理厂的实施性施工组织设计。

由于本工程的特殊性，即本工程的难度及进度关键线路均为集约化沉井的施工，为了较合理地安排集约化沉井的施工，给施工组织设计的编制提供较详细的理论依据，特编制本计算书。

一、沉井自重计算

由于沉井配筋比例高，自重单位体积重量取2.5T/m3（25KN/m3），按施工程序的安排，拟在-2.8m及2.0m高程设施工分节，故计算结果如下：

-8.3m~-2.8m重1205T

-2.8m~2.0m重927T

2.0m~5.5m重583T

即沉井总重为2715T，沿周长单位长度重量为27.89T/m，按沉井三次浇筑，两次下沉井计算，在浇筑到2.0m高程时，沿下沉自重为2132T，此时沿周长单位长度自重为22T/m。

二、预制过程中地基处理的计算

根据如上计算，在沉井浇筑到2.0m高程时沉井生重2132T，故沿周长单位长度自重为22T/m。

根据施工安排，拟沉井预制底高程面控制为2.0m，刃脚下部采用20cm厚C20素砼垫层+50cm厚粗砂垫层（换土厚度），按一般常规计算，换土层、垫层及其他临时加载的自重取2T/m2。

综上两项，沉井到完成第二次浇筑时，对地基沿周长单位长度的压力为24T/m。

此时下处于地质编号为2-2层，该层土的相关力学性能为：

渗透系数2.16×10-4，地基承载力标准值fk=170Kpa，沉井外壁与土体间的单位摩阻力qs=25Kpa。

在此次的计算中，承载力取标准承载力值即为170Kpa（即17T/m2）。

由于如上计算则可计算垫层最小有效受力宽度为

24T/m

=1.41m

17T/m2

考虑到施工支架搭设的方便及增加素砼垫层的受力性能，将砼垫层宽度考虑取值1.8m，其中为便于垫在起沉时的破除，需按5m间距设置沿直径方向的施工缝。

具体基地布置如下图示。

三、每层浇筑的混凝土拌和物用量

按施工规程的相关要求，砼宜按30cm左右一层沿垂直方向分层浇筑，考虑到沉井第一次浇筑时，结构宽度为1.0m至-2.8m，上部结构宽度分别为0.8m和0.6m

。

故要计算混凝土拌和物的供应及浇注工艺时，主要考虑务必满足第一次浇筑即可。

根据计算。

按30cm每层浇筑时，每层混凝土量为29.2m3，可采用两台750型电子计量拌和设备拌制沉井用混凝土拌和物，根据常规施工及拌和机的相关性能参数，两台750型拌和机每小时可出料35~40m3，加上砼输送泵导管的拆管及移管时间，浇筑完每层需用时间50~60min，在低气温季节中，此速度可满足砼初凝的要求。

第一次浇筑高度为5.5m，按如上计算，浇筑第一节需连续18小时。

四、沉井下沉的下沉系数计算

按有关同类工程的计算经验，沉井下基本均在下沉5m左右后达到摩阻力大值，按下沉5m的深度估算，沉井可以较快下沉。

此处计算基本沉至-8.3m高程时的摩阻力，根据经验公式，本工程按沉井外壁为阶梯状的计算公式计算如下：

T‘f=πDfh+0.6πD’f’（H-h-2.5）

＝3.14×32×14×5.5+0.6×3.14×31.6×25×（10.3-5.5-2.5）

＝7737+3423

＝11160KN（1116T）

另沉井底部刃脚所承受的竖向支承力计算按沉井进入2-4层土计算，该层土地基承载力标准值为fk=160KPA，但该层土距其下层淤泥质粘土层只有约50cm厚一层，故其计算承载力取上下2层的平均值，为100KPA。

桩底受力面积按0.8m宽度计算，计算为如下：

N=100×0.8×31×3.14=7782KPA（778T）

按如上计算，沉井下沉到-8.3高程后的阻力为1116+778=1894T

另由于沉井在下沉时采用的是排水下沉，故在计算下沉系数时，不计沉井所受浮力，具体如下：

K=2132/1894=1.126>1.05

故认为沉井可以下沉。

但因下沉系数大于规范值，且沉井刃脚下层土质即为淤泥质粘土层，故在沉井封底施工时有可能面临沉井超沉问题，需在方案中予以考虑。

五、沉井下沉稳定系数计算

按计算公式，K0=Gt/（Rf+R1+R2）

Gt——沉井总重KN，取2132T

Gt——沉井外壁摩阻力总和，取1116T

Gt——沉井刃脚下支承力KN，取16×0.8×31×3.14=1246T

Gt——沉井内部隔墙及支撑梁的支承力，本沉井无此支承力

K0=2132/1116+1246=2132/2362=0.9<1.0

故依据计算，认为沉井可以稳定。

六、施工中的沉井抗浮稳定计算

在沉井封底施工完成后，即应该考虑沉井由于外侧水位的上深而增加沉井的浮力，此处仅计算底板施工即底板加载之前，沉井最不利抗浮的情况下的稳定性。

按公式Kw=G+0.5Tf/Pfw≥1.1

其中Tf——总摩阻力

Pfw——沉井所受浮力

Pfw=（2132+0.5×1116）/1.1=2690T

封底后沉井浮力按圆筒计算，则井外水位高度限度计算为：

h<2690/16×16×3.14=3.35m

即沉井封底后，沉井外的水位应不高于封底砼底标高以上3.35m。

但由于沉井底板的加载及沉井内部的加载，沉井本身由于不断的加载而不断增加其抗浮性能。

具体应在沉井的施工过程中，根据加载的速度及沉井外水位的观测随时计算以正确指导施工。

七、模板侧压力及支撑钢楞的计算

新浇混凝土的侧压力（混凝土以60cm为每次计算单位）F1,根据公式F1=0.22γct0β1β2v0.5

γc——砼重力密度（KN/m3）

t0——200/（T+15）,T为砼温度（200/20+15=5.71）

β1——有外加剂取1.0，无则取1.2

β2——坍落度修正系数

v——砼浇筑速度m/h

F=0.22×24.5×6×1.0×1.15×0.60.5

=28.8KN/m2

=28800N/106mm2

根据模板布置，次楞计算间距为0.45m，主楞计算间距为1.2m。

则次楞的相关计算如下：

倾倒混凝土的侧压力F2，取6KN/m2，分项系数取1.4，则

F2=1.4×6=8.4KN/m2

故侧压力合计F3=F2+F1=8.4+28.8=37.2KN/m2

则次钢楞承受的均布荷载

q=bF3=0.45×37.2=16.74KN/m

次楞强度验算，M=1/8ql2=1/8×16.74×4502=423731.25

J=M/Wxj=423731.25/4.49×103=94.37N/mm2

<205N/mm2

对于其挠度验算，仅计算新浇混凝土的侧压力。

q’=bF1=0.45×28.8=12.96KN/m

Ixj=10.87×104mm4

E=2.06×105N/mm2

V=（5q’l4）/（384EIxj）=0.309mm

允许[V]=450/900=0.9m>0.309mm

即次楞挠次值满足要求。

关于主楞强度的计算如下：

按连续梁的计算模型，梁端的反力为0.6ql

p=0.60ql=0.60×16.74×0.45=4.52KN

按公式计算强度，M=1/4×4.52×1.2=1.356×106N/mm2

J=M/Wxj=423731.25/4.49×103=151N/mm2>205mm2

对于主楞的挠度计算，p=0.60q’l=0.60×12.96×0.45

=3.5KN

E、Ixj取值如上，则

V=Kw（pl3）/（100EIxj）=0.309mm

=1.58×（3.5×12003）/（100×2.06×105×2×10.87×104）

=1.87mm

允许[V]=1200/900=2.4>1.87

即主楞挠度值亦满足要求。

八、对拉螺栓的计算

考虑到支架及模板的相关参数，按初步确定对拉螺栓水平间距0.45m，垂直间距1.2m，具体布置详见模板设计图，即每四只螺杆之间加固的面积为0.54m2,计算公式如下：

N≤An×f

N——侧压力

An——螺栓面积（mm2）

F——抗拉强度设计值，取f=0.17KN/mm2

An≥28.8×0.54/0.17=91.5mm2

则R=√（91.5/3.14）

=5.4mm

故螺栓采用直径为Ф12。

九、沉井内涌水量计算

公式：

Q=K·A·i

其中：

K——渗透系数,取0.172m/d

A——水渗流面，即井底面积,706.5m2

K——水力坡度，取h/（h+2t）,h按确保沉井不浮的井外

位，即3m前提下计算，取0.455

Q=0.455×706.5×0.172

=55.3m3/d

=0.00064m3/s

十、滤鼓的滤管长度计算

L=Q/q=0.00064/0.001919=0.33m

十一、深井渗水量计算

由于属无压完整井，故按轻型井点一般公式计算。

公式：

x0=√A/π=22m（从深井到沉井中心）

A——基槽面积

初步布置本工程使用4只深井，深度16m，直径65cm，造孔直径120cm，地下水位深度1.0m。

各土质层厚度如下（ZK7钻孔样）：

2-1层、2.4m-0.6m=1.8m

2-2层、5.7m-2.8m=2.9m

2-3层、12.8m-5.7m=7.1m

2-4层、14.8m-12.8m=2m

渗透系数加权平均值：

K=（3.6×1.8+2.16×2.9+1.66×7.1+1.46×2）×10-4/13.8

=1.989×10-4cm/s

=17.2cm/d

实际由于受周边河道等自然水影响，K值取试验值的3倍计算。

即K=3×1.989×10-4cm/s

=3×17.2cm/d

=51.6cm/d

=0.52m/d

抽水影响半径R=1.95S√（H×K）,其中S为原地下水位高至降水后的水位高差，K为渗透系数，H为含水层厚度。

R=1.95×（4.6+8.3）×√（14.6×0.52）

=69.31m（取70m）

Q=1.366K（2H-S）S/（lgR-lgX0）

=1.366×0.52×（2×14.6-12.9）×12.9/（lg70-lg22）

=297m3/d=0.0034m3/秒（渗水量）

深井单位长度进水量q=2πrl√K/15

q=2×3.14×0.325×1×√1.959×10-4/15

=0.001919m3/秒

故深井滤管长度L=Q/q=1.77m