沉井素混凝土垫、砂垫的施工计算
浙江裕众建设集团有限公司肖心太
摘要：
沉井施工法广泛的应用在桥梁下部基础、取水构筑物、排水泵站、大型集水井、盾构和顶管工作井等工程。
目前，在中、小型沉井的施工中已把传统的垫木改为素混凝土垫层。
支垫质量的好坏直接影响沉井的施工质量，为帮助施工队伍在沉井施工前进行沉井支垫的计算，结合工程实例给出沉井素混凝土垫、砂垫的施工计算方法，供大家在沉井的施工计算中参考。
关键词：
沉井、素混凝土垫、施工计算
一、综述
沉井施工法因其需要的施工场地小、对周围建构筑物影响小和方便经济等优点被越来越多的应用在桥梁下部基础、取水构筑物、排水泵站、大型集水井、盾构和顶管工作井等工程。
在施工的过程中，施工队伍不断总结经验，在中、小型沉井的施工中把传统的垫木改为素混凝土垫层。
支垫质量的好坏直接影响沉井的施工质量，但目前一些资料里还没有混凝土垫施工计算方面的内容。
为帮助施工队伍在沉井施工前进行沉井支垫的计算，本人根据自己的施工经验并结合浙江省绍兴市迪荡新城1#路下穿萧甬铁路立交工程泵房沉井工程实例，给出沉井素混凝土垫、砂垫的施工计算方法，供大家在沉井的施工计算中参考，不对之处请给以指正。
二、素混凝土垫的施工计算
根据《混凝土结构设计规范》GB 50010—2002附录A的规定，结合工程的实际情况，我认为应对素混凝土垫进行抗压和抗弯强度计算。
1、抗压强度计算
抗压强度采用下式进行计算：
N≤φf cc A’c,
式中: N—轴向压力设计值，即素混凝土垫上的荷载设计值（N）；
φ—素混凝土构件的稳定系数；（本工程取1）
f cc—素混凝土轴心抗压强度设计值（Mpa），（f c×0.8取用）
A’c—混凝土受压区的面积（mm2）；
f c—混凝土轴心抗压强度设计值（Mpa）。
2、抗弯强度计算
抗弯强度采用下式进行计算
M≤γf ct W，
式中：M—弯矩设计值，即由沉井单位长度自重和模板等引起的地基反力对素混凝土垫产生的最大弯矩；
γ—截面抵抗矩塑性影响系数，对矩形截面取1.55；
f ct—素混凝土轴心抗拉强度设计值（Mpa），（f t×0.55取用）
W—抗弯截面系数。
f t—混凝土轴心抗拉强度设计值（Mpa）。
3、荷载产生的弯矩的计算
按均布荷载倒T梁进行计算，
M＝qL‘2/2
式中：M—单位长度上由沉井自重、模板等
产生的弯矩KN.m；
q—单位长度上由沉井自重、模板等在混凝土垫下部产生的均布反力KN/ m2；
L‘—混凝土垫悬臂最大长度（m）。
计算简图见图1。
三、砂垫层的计算
1、承载力的验算
1）、承载力验算公式
承载力的验算按下式进行
R＞q，
式中：R—砂垫层的允许承载力（Kpa），
q—素混凝土垫下的均布荷载KN/m2。
2）、砂垫承载力的计算
砂垫承载力特征值的计算公式：
图1 混凝土垫计算简图
f a＝m bγb＋m dγm d＋m c c k；
式中：f a—地基承载力特征值（Kpa）；
m b、m d、m c—承载力系数，按φk值由下表1查取；
b—基础底面宽度（m），对于砂土小于
3m时按3m取值；
γ—基础底面以下土的重度KN/m3；
γm—基础底面以上土的加全平均
重度KN/m3；
d—基础埋深（m）；
c k，φk—基底下一倍短边宽深度内
土的粘聚力（Kpa）、内摩擦角
标准值（0）。
根据现场实际确定的相对密度，按
图2进行内摩擦角的计算。
2、砂垫层厚度、宽度的计算
1）、砂垫层厚度的计算
采用下式进行砂垫层厚度的计算：
P≥G
0/（L＋2 h
s
tanα）＋γ
s
h
s
；
式中：P—砂垫层下地基土的承载力（KN/m2）；
G
—沉井下沉前单位长度的重量（KN）；
L —素混凝土承垫层的宽度（m ）； h —素混凝土承垫层的厚度（m ）； h s —砂垫层的厚度（m ）； α—砂垫层的压力扩散角（0）， γs —砂的重度（KN/m 3），一般为
γs ＝18KN/m 3。
砂垫层厚度的计算简图见图3 2）、砂垫层宽度的计算
采用下式进行砂垫层宽度的计算 B ≥L ＋2 h s tan α且B ≥b ＋2L
式中：b —沉井刃脚踏面的宽度（m ）， B —砂垫层底面的宽度（m ）， L —混凝土垫的宽度（m ）。
四、计算实例 1、工程概况 1）、工程简介
迪荡新城1#路下穿萧甬铁路立交工程是绍兴市的重点工程，泵房沉井是该工程的重要部位和关键环节。
泵房下部为内径Ф8m ，壁厚500mm 的钢筋混凝土池体，采用沉井法进行施工，沉井总高为10.87M 。
沉井的刃脚踏面的宽度为0.15cm ，刃脚的斜坡度为600；沉井顶标高为6.61m ，底标高为－4.26m ，
沉井施工采用先放坡开挖2.87m 到高程3.24 m 。
然后进行沉井的制作。
沉井井身采用三次制作，第一次高度为4m ，第二次高度为4m ，第二次混凝土强度达到75%后开始下沉。
封底后浇筑第三节井身。
2）、工程地质
（1）--1杂填土。
厚2.45m ，层面分布高程6.11—3.66 m 。
（2）粉质粘土，厚2.42m ，层面分布高程3.66—1.24 m ，地基承载力容许值为90KPa 。
（3）—1淤泥质粘土（粘土）。
厚6.50m ，层面分布高程1.24—－5.26 m ，地
图3. 砂垫层计算简图
承垫层
砂
h
h s
α
基承载力容许值为65KPa。
2、素混凝土垫的计算
素混凝土垫层采用C20混凝土，f c＝9.6Mpa，f t＝1.10Mpa，
1）、素混凝土垫层尺寸的确定
沉井壁厚0.5m，考虑模板的需要，混凝土垫的宽度采用0.8m；根据施工经验混凝土垫的厚度采用0.12m。
2）、构件的抗压计算（按每延米计）
在模板施工中，刃脚斜面用锲木进行支撑，刃脚踏面和坡面总宽0.5m，
井身自重：（8×0.5－0.35×0.61×0.5）×25＝97.33KN；
模板自重：模板自重按0.5KN/m2，8×0.5×2＝8KN；
活荷载：按2KN/m2，2×0.8＝1.6KN；
N＝1.2×97.33＋1.2×8＋1.4×1.6＝128.64KN；
为安全考虑抗压由井身下混凝土垫0.5m宽度承压，则：
N≤φf cc A’c,
N＝128.64KN≤φf cc A’c,＝1×0.8×9.6×1000×0.5＝3840KN；
满足要求。
（2）、构件的抗弯计算（按每延米计）
M≤γf ct W，
按均布荷载的倒T梁进行计算，
均布荷载q＝N÷0.8＝128.64÷0.8＝160.8KN/m2；
施工中，刃脚下采用木垫支撑刃脚模板，则混凝土垫的悬臂长为0.15m，M＝qL‘2/2＝160.8×0.15×0.15÷2＝1.81KN.m；
M＝1.81KN.m≤γf ct W＝1.55×0.55×1.10×1000×1202÷6÷106＝2.25 KN.m；
满足要求。
2、砂垫层的计算
1）、承载力的计算
（1）、砂垫层的承载力
砂垫层的相对密度取0.65，砂垫层的内摩擦角通过查图2，则：
tgφ＝0.73，φ＝360；
根据φ＝360；查上表：
m b＝4.2
m d＝8.25
m c＝9.97
f a＝m bγb＋m dγm d＋m c c k＝4.2×18×3＋8.25×0×0＋9.97×0＝226.8Kpa。
（2）荷载
q＝N÷0.8＝128.64÷0.8＝160.8KN/m2；
（3）、承载力的验算
f a＝226.8Kpa≥q＝N÷0.8＝128.64÷0.8＝160.8KN/m2；故满足要求
2）厚度的计算
砂垫下地基土质为粉质粘土，地基承载力容许值为90Kpa，则：
P≥G
0/（L＋2 h
s
tanα）＋γ
s
h
s
＝128.64/（0.8＋2×h
s
×0.577）＋18h
s
＝90
通过计算：h
s
＝0.8m；
取砂垫层混凝土垫下的厚度为0.80m；总厚0.90m；
3）宽度的确定
B＝L＋2×h×tgα＝0.8＋2×0.8×0.73＝1.97 m；
且B≥b＋2L＝0.15＋2×0.8＝1.75m；
故取砂垫层的宽度为2.0m。
目前本工程已完成，施工进度比计划提前12天，施工质量符合设计和规范的要求，一次验收合格。