给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程 [附条文说明] CECS137:2015 建标库

6.2 圆形沉井

6.2.1 圆形沉井应根据下沉前的支承情况,对井壁竖向受力进行强度计算。沉井制作采用支承时,可按周边均匀布置,支点数量和尺寸可根据沉井的直径、砂垫层厚度及持力土层的极限承载力决定。四支点情况(图6.2.1)井壁所承受的最大内力,可按下列公式计算:


图6.2.1 圆形沉井定位支承点布置
1-沉井;2-定位支承点

6.2.2 圆形沉井刃脚的内力应按下列规定计算:
    1 刃脚竖向的向外弯曲受力,应按沉井开始下沉刃脚已嵌入土中的工况计算[忽略刃脚外侧水、土压力,图6.2.2(a)]。当沉井高度较大时,可采用分节浇筑多次下沉的方法减小刃脚向外弯曲受力。弯曲力矩可按下列公式计算:

    式中:M1——刃脚根部的竖向弯矩计算值[(kN·m)/m];
          P1——刃脚内侧的水平推力之和(kN/m);
          h1——刃脚的斜面垂直高度(m);
          hs——沉井开始下沉时刃脚的入土深度(m),可按刃脚的斜面高度h1计算;当h1>1.0m时,hs可按1.0m计算;
          Rj——刃脚底端的竖向地基反力之和(kN/m);
          d1——刃底面地基反力的合力作用点至刃脚根部截面中心的距离(m);
          N1——刃脚根部的竖向轴力计算值(kN/m);
          g1——刃脚的结构自重(kN/m);
          a——刃脚的底面宽度(m);
          θ——刃脚斜面的水平夹角;
          β0——刃脚斜面与土的外摩擦角,可取等于土的内摩擦角,硬土可取30°,软土可取20°;
          b——刃脚斜面入土深度的水平投影宽度(m)。


图6.2.2 刃脚计算简图

    2 刃脚竖向的向内弯曲受力,可按沉井已沉至设计标高,刃脚下的土已被全部掏空的工况计算[图6.2.2(b)]:

    式中:Fep1——沉井下沉到设计标高时,沉井刃脚底端处的水、土侧压力计算值(kN/m2);
          F′ep1——沉井下沉到设计标高时,沉井刃脚根部处的水、土侧压力计算值。
    3 当刃脚以上井壁留有连接底板的企口凹槽时,尚应对凹槽处的截面进行竖向弯曲受力验算;
    4 刃脚的环向拉力,可按下式计算:

    式中:Nθ——刃脚承受的环向拉力(kN);
          rs——刃脚的计算中心半径(m),取刃脚截面P1作用点的中心半径。

    5 计算刃脚向外弯曲时,可考虑沉井自重轴压力N 1的作用,按压弯构件配筋;
    6 圆形沉井的刃脚力矩对井壁竖向配筋影响,可根据筒壳两端自由,应按筒壳下端有弯矩作用的图式计算。

6.2.3 不带隔墙下沉的圆形沉井,在下沉过程中井壁的水平内力可按下列规定计算:
    1 当下沉区域土质均匀、不存在特别软弱的土质时,可按不同高度截取闭合圆环计算,并假定在互成90°的两点处土的内摩擦角差值为4°~8°。内力可按下列公式计算(图6.2.3):

    式中:NA——A截面上的轴力(kN/m);
          rc——沉井井壁的中心半径(m);
          NB——B截面上的轴力(kN/m);
          MA——A截面上的弯矩[(kN·m)/m],以井壁外侧受拉取负值;
          MB——B截面上的弯矩[(kN·m)/m];
          pA、pB——井壁外侧A、B点的水平向土压力(kN/m2)。


图6.2.3 圆形沉井井壁计算

    2 当下沉区域有较厚的杂填土、土质变化复杂或沉井下沉深度内存在软弱土层可能发生突沉时,宜采用考虑沉井倾斜理论的分析方法计算内力。内力计算可按本规程附录B的规定执行。

6.2.4 带隔墙下沉的圆形沉井,在下沉过程中和使用阶段的井壁内力,可沿不同高度截取闭合圆环按平面结构计算,计算时假定井壁在同一水平圆环上的土压力均匀分布。各截面的内力可按本规程附录C计算确定。

6.2.5 单孔、双孔圆端形沉井(图6.2.5),在下沉过程中井壁的内力,可沿井壁不同高度截取闭合环形按平面结构计算。计算时假定井壁在同一水平环上的水、土压力q均匀分布,各截面的内力系数可按表6.2.5取值。


图6.2.5 单孔、双孔圆端形沉井井壁计算简图

表6.2.5 圆端形平面框架内力系数

6.2.6 顶管工作井的沉井井壁在顶管推进时的内力,应由顶力、土抗力和井周土压力叠加作用求得。

6.2.7 圆形顶管工作井在顶管力作用下的土抗力假定沿竖直方向按三角形分布,沿水平方向按余弦函数分布(图6.2.7)。壁板后土抗力最大值和各点内力可按下列公式计算:

    式中:qAmax——壁板后土抗力的最大值(kN/m2);
          Pt——顶管力设计值(kN);
          rc——沉井中心半径(m);
          hf——顶管力至刃脚底的距离;
          γp——顶管力分项系数,取1.3;
          Ptk——顶管力标准值(kN),根据本规程第4.3.6条确定;
          qA——任意高度上A点的土抗力(kN/m2)。


图6.2.7 圆形顶管井土抗力分布

6.2.8 圆形沉井在顶管力作用下,后背土体的稳定应符合下列公式规定(图6.2.8):


    式中:Ptk——顶管力标准值(kN);
          ξ——考虑顶管力与土压力合力作用点可能不一致的折减系数;
          Epk——沉井后方被动土压力合力标准值(kN);
          Fep,k——刃脚底部主动土压力标准值(kN/m2);
          r——沉井外壁半径(m);
          H——沉井入土深度(m);
          Fpk——刃脚底部被动土压力标准值(kN/m2);
          Eep,k——沉井前方主动土压力合力标准值(kN);
          hp——土压力合力至刃脚底的距离。


图6.2.8 圆形沉井在顶管力作用下后背土体的稳定计算

6.2.9 圆形沉井的底板在均布荷载作用下的弯矩可按下列规定计算:
    1 当底板与池壁采用凹槽连接时,应按周边简支的圆板计算;
    2 当底板与池壁采用预留插筋连接时,按周边固定的圆板计算;
    3 圆形板在均布荷载作用下的计算公式可按本规程附录D的规定执行。

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