水利工程建设
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2020年12月D"c. 2020
江苏水利
JIANGSU WATER RESOURCES
沉井力学性能验算分析
张江1，符锐2，张健3
(1.徐州市黄河北闸管理处，江苏徐州221000； 2.南京市雨花台区水务总站，江苏南京210017；
3.睢宁县水务局，江苏徐州221000)
摘要：简要介绍了板桥河水系水环境提升工程3#沉井结构，并对施工设计进行了力学性能验算，
验算内容包括：刃脚垫层验算、沉井相关系数验算、模板验算。结果表明沉井各项力学性能参数 均满足规范要求，说明该沉井结构和施工设计是合理的&
关键词：沉井；力学性能；验算分析中图分类号:TV87
文献标识码：B 文章编号：1007-7839 (2020)12-0065-05
Checknng calcularnonandanalytntofcantonmechanncalproperrnet
ZHANG Jiang 1，FU Rui 2，ZHANG Jian 3
(1. Xuzhop Yelloo Rger North Gate Management Office ，Xuzhop 221000，China ；
2. Yuhuatai Dgtrgt Water Concancc Bureau ，Nanjing City ，Nanjing 210017，China ；
3. Suing County Water Maic Bureau ，Xuzhop 221000，China )
Abstraci : The stmctura of 3# caisson of Banqiao River Water Environment Improvement Project was brUVy intro
duced ，and checking calculation and analysis of mechanical paperties of tOe construction design were conducted ，in cluding tOe checking calculation of blade foot bed ，the checking calculation of caisson cow^elation coefficient and the
checking calculation of template. The results showed that the mechanical property parameters of the caisson met the
requirements of the code ，which indicated that tOe stmcture and construction design of the caisson were reasonable.
Key words : caisson ； mechanical propeties ； check and analysis
随着社会经济水平的提高，城市水利、市政、交
通基础设施也逐步发展完善，越来越多的城市在建 筑物密集区修建地下设施[1]&最常见的施工工艺 就是利用沉井法修筑地下构筑物和深基础，它是在 预制好的钢筋混凝土井筒结构底部开挖砂或土，利
用井筒自重或施加外力以克服井筒与井壁和地层 的摩擦力从而逐步下沉至指定位置[2]&沉井法挖 填土方量较小，施工也较为安全，从而节约大量人
力物力，同时对邻近建筑物扰动破坏较小，因而目 前应用较为广泛[3'5] &沉井施工为地下工程施工,
地下水文地质较为复杂，因此，需进行合理的设计 和严谨的验算分析后才可予以施工，以保证施工过
程中的安全&本文根据南京市雨花台区板桥河水
系水环境提升工程的具体情况，详细介绍3#沉井的 力学性能验算过程&
1工程概况及沉井结构
该工程为南京市雨花台区板桥河水系水环境 提升工程&工程起点为肖家山（雨花台区与江宁区
交界处），终点板桥河闸，全长约7.2 km ，包括新建 2座引水泵站，将处理后的板桥河水通过活水循环
管线补充至河道，共设顶管井5座，施工工艺采用
顶管施工& 1#工作井~2#接收井顶管总长为 60.9叫材质为DN1000钢管，需横穿凤汇大道，周
com
收稿日期：2020-09-01
作者简介：张江（1988—），男，工程师，本科，主要从事水利工程运行管理、维修养护等方面工作& E-maii ：464690864@qq.
66江苏水利2020年12月
围施工场地附近有交通信号灯2座，配电箱3座，距大型建筑物较远。3#工作井〜4#接收井顶管总长为79.4m，材质为DN1000钢管，需横穿板桥河，河面宽31m，水深5.4叫穿过泵站路，周围有1座高压电塔，距离3#工作井35m&5#工作井~出水口顶管总长为43.8m，材质为DN1000钢管，需横穿板桥河河堤，周围无建筑物。本文选取3#沉井进行分析验算。
2结构参数
2.1沉井设计参数
该沉井为圆形沉井，井筒高117叫内径6.8m，壁厚0.6m；刃脚高1.9叫厚0.8m，踏面宽0.3m，钢筋混凝土结构&
2.2工程地质参数
工程地质参数、土层相关参数分别见表1〜表4&
(2)根据交叉对比分析法，本次验算，选取工作井作为验算对象，取其最高井位验算，用作本次验算的沉井数据，见表5&
3力学性能验算分析
根据施工方案内容，本工程需验算的内容有：刃脚垫层验算、沉井相关系数验算、模板及对拉螺栓验算。
3.1刃脚垫层验算
刃脚垫层上部为C20素混凝土垫层，垫层厚0.1m、宽2m；下部则为砂石垫层，垫层厚0.5m、宽3m；刃脚底宽0.4m。
3.1.1沉井自重
沉井靠自重下沉，本次施工沉井结构混凝土分3次浇筑，每次浇筑量分别为32.46m3,83.40m3和79.23m3，则工作井混凝土用量为195.09m3&
根据混凝土用量得工作井结构自重为
表1工程地质参数
层号名称底层标高/m平均厚度/m中国公祭日
①-1杂填土8.354.00
①-2素填土6.751.60
②-1B粉土夹粉砂9.003.40
②-2粉质黏土夹淤泥质粉质黏土-14.1517.50
2各土层压缩性质及物理指标明细表
号名称含水量*天然重度天然孔隙塑性性数压缩模量
%&/(kN/m—J比c指数I p指数I l t-2/(MPa-1) Es1-2/MPa
①-2素29.919.130.83811.50.840.355.6
②-1A质夹27.520.320.70311.20.770.325.51
②-1B夹26.919.510.7568.60.840.228.3
质夹淤泥质
②-237.217.681.09014.30.970.563.83
凤阁鸾台质
②-3质2919.420.81012.60.820.375巨细靡遗
③质25.319.960.714130.460.266.73
2.3算
(1)本工程施工区域隶属长江漫滩相地貌单元，地形整体较平整。根据地勘报告结果来看，该跨度内地层结构在垂直方向上基本相同，故验算时可取用同一地质参数。4877.25kN；沉井沿周长单位质量为209.9kN/m。
3.1.2沉井刃脚砂垫层
在沉井制作过程中，为使地基具有足够的承载力，避免沉井发生不均匀沉降，需对地基进行处理，常用处理方法包括采用砂、混凝土、砂砾、灰土垫层
第12期张江，等：沉井力学性能验算分析67
表3地基承载力特征值明细表
层号
多种方法确定承载力推荐承载力公式法
FS/HPa
动探法
F8H LHP8
静探法
F8H LHP8
查表法
F8H LHP8
标贯法
网络营销渠道的作用F8H LHP8
特征值
F8H LHP8
①-2-----40
②-1A95-10510010595②-1B110-145105120100②-260-60605555
②-385--808075
③150-175160140140
④-150---150
表4沉井设计参数表
号名称单位摩阻力/kPa
①-1杂填土15
①-2素填土10
②-1B夹14
②-2粉质黏土夹淤泥质粉质黏土12
表5沉井分段施工数量表
序号部位井高度/m混凝土用量/m3 1刃脚工作井1.932.46 21/2高池壁(下)工作井683.4 31/2高池壁(上)工作井5.779.23 4底板工作井0.621.78
配合人工夯实、人工碾压等措施加固处理。本工程经前期地质勘探，地基强度较低，施工过程中需使用较多垫木，当垫木铺设过密时，需在刃脚设置砂垫层以减少垫木数量&其中砂垫层设计是否合理，设计砂垫层厚度为其重要指标。本次砂垫层厚度验算过程如下：
2P'tan(2tan(
式中：5为砂垫层厚度；G为混凝土单位长度重量，本次取值为209-9HN/m；P'为下卧层地基极限承载力的折减值；(为压力扩散角，为30gS为刃脚素混凝土垫层宽度。
其中P'可用以下公式计算：
P»=P x J1x J2x J3(2)式中:P为地基的允许承载力，取值为60HPa；J为容许承载力转换为极限承载力的系数，取J=3;J 为极限承载力折减系数，取用J=0.8；J为施工荷载及沉井总自重超载系数的倒数，取用J=0-85&将P、J、叽J数值代入公式⑵，计算得P u为122.4HPa，将P'、G、(、S数值带入代入公式(1)进
行验算：得5=0.9m，故取砂垫层厚度为1.0m。
经验算，设计砂垫层厚度1m>0.9m，满足地
。
砂垫层宽度计算：B>b+25t an(=1-454叫砂垫层设计底宽S=4m，满足要求。
3.2沉井相关系数验算
为保证施工安全，对工作井下沉系数、下沉稳定系数、抗浮系数进行验算。
论文格式字体3.2.1下沉系数
下沉系数G&是指下沉重力与下沉阻力之比，沉井能否顺利下沉的关键取决于下沉系数G是否选取得当，沉井的总重力应大于沉井外表面的阻力，
68江苏水利2020年12月
又大于沉井刃脚参与工作的总阻力。沉井下沉时应对其重力下能否顺利下沉进行验算，即过程如下：
G t="G h-(3)式中:G t为下沉系数;G k为井体自重标准值，工作井自重为4877.2HN；Ff o,k为地下水浮力的标准值，当排水下沉时为F i,h=0；F a为井壁阻力的标准值。
F a=U x A(4)式中:U为沉井井壁外围周长，工作井外壁周长25.12m；A为长的摩阻力&
A==x(H-2.5)(5)式中:：为沉井下沉深度；F为面积的摩阻力。
根据以上公式计算下沉系数：F a=3663.85 HN；又Ff w,k=0，计算下沉系数G t=1.33，则下沉系数G t>1.20，施工时自重下沉要求&
3.2.2下沉稳定系数
根据地质勘察报告，施工作业面下软
层，因此需根据实际情况下沉计算，其下沉数G t,t应符合下列：
式中：G t,t为下沉稳定系数;f Z w,h为地下水浮力的标准值，排水下沉时取值为0；fz为井壁阻力的标准
上大学值)；，为极限总和，查表得,= 1673.0HN&
则计算得13.6m沉井G t,t=0.91V1.0，满足施工时下沉&
暴风一族3.2.3抗浮系数
施工时，沉井在各个时期可到地下水
生的，因此抗验算，即抗数计算。计井壁和土的阻力时，抗
安全系数通常可取1-&根据地质勘察报告，本工程地下水高，当沉井下沉高度达到设计高程后，需考虑丰水期沉井的抗数，并水措施。抗浮系数G计算如下。
F=
++51p g(8)式中:G为抗数;F为水浮托力；51为井底到地下水位高度，地下水位为4.5m&
计算得抗浮系数K=1.07> 1.0，满足施工期抗&3・3模板验算
3-3-1模板承受侧压力及有效压力计算
沉井模板侧的计算是设计模板及其支架的，侧模板及其支架计算时，主考虑新浇模板的侧、振捣生的倾生的，其中新浇模板产生的侧为沉井模板的主侧，主计算新浇模板的侧大小。侧大小可采用以下2个式计算，并2式的较小值。
F=0.22&C o伤02M(9)
f=&：(10)
5=&
&
(11)式中:F为模板承受来自新浇混凝土的最大侧压力；&为混凝土重力密度；)为新浇混凝土的初凝时，按照实&乏试验资料时，可方=200/(?+15)计算，？为的温度;M为浇筑速度，1m/h；：为侧压计算点到新浇顶面的总高度;)1为加生的修正系数，当掺 作用的外加剂时，12；掺加剂时， 1.0；&为坍落度正系数(当坍落度小于30mm时，取0.85；坍落度50〜90mm时，取1.0'当坍落度110〜150mm之间时，取1.15)；5为有高度。
参数值，式(9)计算得F为34-19HN/m2；由公式(10)可得F为170HN/m2&取其中较小值，即取值为34.19HN/m2，乘以分项系数1.2，即得模板来自新浇的最大侧向压力F ma X=41.03HN/m2。由公式(1
1)计算有效压力高度5=1.64m&
3.3.2模板强度验算
根据模板施工工艺，面板肋和竖肋所形成的矩形框架，模板为周界h支，模板板面
，上面计算得知，模板最大侧为41.03HN/m2，由于模板对拉螺栓布置为0.45m X 0.60m，方支为0.30m，故线荷载q 为24.62HN/m。计算简图见图1&
24.62kN/m
第12期张江，等：沉井力学性能验算分析69
其中，均布荷载C=24.62kN/叫模板厚h= 0.012m，根据《建筑施工安全技术规范》JGJ162—2008可得：静曲强度[,]=105.5N/mm2&根据公式计算矩形模板最大正应力&
M
,=帚(12)
M el=£=276.98Nm(13)
2
W e=^^=24000mm3(14) 6
式中:，为最大正应力；M igy为最大弯矩，；W e为抗弯截面系数。
从而可得最大正应力，=11-54N/mm2<[,]，本次模板设计满足强度要求&
4结语
(1)沉井法是一种目前应用十分广泛的施工方法，但其规格较大、所处施工场地水文地质条件的复杂多变性给沉井的设计及施工带来了一些不确定因素，因此施工前需要进行严谨的验算分析，以保证施工
质量和安全。
(2)本次以南京市雨花台区板桥河水系水环境提升工程为例，详细介绍了3#沉井的力学性能验算过程。验算结果表明，该设计方案满足规范要求。
(3)该沉井力学性能验算方法具有普遍性，可为其他类似工程验算提供参考。
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(上接第47页)
4.3.3.4在平水年非汛期(50%保证率)条件下
(1)秦淮新河水利枢纽泵引流量'30m3/s，上游不需要补水即可基本满足全流域生态基流需求&
(2)在现状污染源条件下，秦淮新河水利枢纽泵引流量'30m3/s，能够使铁心桥和七桥瓮断面水质满足相应水功能区要求，石城桥断面水质基本满足要求(达标率超过70%)。
(3)在流域污水接管率'95%条件下，秦淮新河不需要引水，即可使各断面水质满足相应水功能区要求。
(4)若不考虑A段河道生态基流需求，秦淮新河水利枢纽泵引流量'20m3/s，可基本满足下游骨干河道生态基流需求(秦淮新河1月份除外)&
银行服务礼仪5结论与建议
(1)秦淮河流域骨干河道的最小生态基流可为13.2-42.4m3/s，最小生态水位为6.3-6.8m&
(2)适当降低武定门闸的调控水位有利于改善水质，建议非汛期将东山站水位控制在6.8m左右。
(3)秦淮新河水利枢纽泵引流量'30m3/s，且流域上游补水时，能够基本满足全流域生态基流需求；泵引流量'50m3/s，能够使各断面水质满足相应水功能区要求。
(4)在流域污水接管率'95%条件下，秦淮新河水利枢纽泵引流量'10m3/s，能够使各断面水质满足相应水功能区要求。
(5)考虑A段河生流，秦新河水利枢纽泵引流量'30m3/s，可基本满足下游骨干河道生态基流需求&
(6)下一步将研究范围扩大至整个秦淮河流域，针对流域不同水体的生态功能特征，确定生态调度目标，构建全流域水量水质耦合模型，开展多情景调度模拟，评估水生态(环境)调度效果&
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