摘要：根據(jù)有關(guān)沉井工程的技術(shù)規(guī)范載明的計(jì)算方法，結(jié)合施工的特點(diǎn)和經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)例分析沉井工程刃角下墊層及灌砂工程量常規(guī)計(jì)算方法，以供同行參考。
一、前言
沉井施工法是修筑地下工程和深埋基礎(chǔ)工程的重要施工方法，對(duì)于從事市政專(zhuān)業(yè)的造價(jià)人員來(lái)說(shuō)，沉井工程有兩項(xiàng)工程量的計(jì)算常讓人覺(jué)得無(wú)從下手，一是刃角下墊層的工程量計(jì)算，二是沉井下沉過(guò)程中灌砂的工程量計(jì)算。這兩項(xiàng)作為沉井工程施工過(guò)程中的措施項(xiàng)目，在施工設(shè)計(jì)圖中一般沒(méi)有詳細(xì)的設(shè)計(jì)，往往被造價(jià)人員忽略，形成漏項(xiàng)。下面就結(jié)合本地區(qū)的地質(zhì)條件進(jìn)行分析，探討這兩項(xiàng)工程量的計(jì)算方法，供有興趣的同行參考。
二、刃角下墊層的工程量計(jì)算
1、墊層的作用及受力分析
沉井制作時(shí)，為解決地基承載力的不足，現(xiàn)普遍采用墊層法。墊層主要承受面層傳來(lái)的荷載，并將此荷載均勻地傳給結(jié)構(gòu)層或基層。就本地的地質(zhì)條件而言，往往采用在刃角下設(shè)素砼墊層和砂墊層，逐層擴(kuò)大。沉井的重力經(jīng)素砼墊層作用到砂墊層，再經(jīng)砂墊層擴(kuò)散后作用到天然地基上。
素砼墊層直接承受沉井重力（N）的作用，不能因偏小過(guò)薄受沖切和局部受壓而被破壞，亦不能偏大過(guò)厚，給下沉施工造成困難。經(jīng)砼墊層擴(kuò)大作用后的壓力小于砂墊層的容許承載力(R)，在經(jīng)砂墊層擴(kuò)散后的壓力要小于天然地基的容許承載力([σ])。
即：N*b≤R≤[σ]式（1）
式中：N——沉井重力(KN/m)
2、墊層工程量的計(jì)算
⑴、砼墊層最小寬度bmin計(jì)算根據(jù)式（1）：R≥N*b
則：b≥N/R式（2）
砂墊層密實(shí)程度很容易達(dá)到“接近中密”，為保險(xiǎn)起見(jiàn)，砂的密實(shí)度取近似中密，R取作140Kpa。井壁自重單位體積取25KN/m3，將已知數(shù)據(jù)代入上式（2），整理可得砼墊層寬度b。
⑵、砂墊層厚度H計(jì)算砂墊層的厚度應(yīng)滿足以下關(guān)系式：N/（b+2Htgα）+γ砂H≤[σ]式（3）式中：α——砂墊層的壓力擴(kuò)散角，取26°34′；則2tgα=1.0γ砂——砂墊層的干容重，取18KN/m3。
b——由式（2）求得，
可將式（3）簡(jiǎn)化為：N/（b+2Htgα）≤[σ]
則：H≥N/[σ]-b式（4）
將已知數(shù)據(jù)代入上式（4），整理可得砂墊層厚度H。由于忽略了砂的自重，所以取稍微大于計(jì)算所得的數(shù)值代入式（3）中，驗(yàn)算出準(zhǔn)確的值，為最終的砂墊層厚度。
⑶、砂墊層寬度B計(jì)算可用下式計(jì)算砂墊層的寬度：B=b+2Htgα=b+2H式（5）
⑷、砼墊層厚度h計(jì)算可用下式計(jì)算砼墊層的厚度：
h≥N（b-b0）/(2N+1.2b*ft)式（6）
式中：b0——刃角底寬ft——砼抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，當(dāng)砼的等級(jí)選用C20，其軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值ft=110KN/m2。
b——由式（2）求得
將已知數(shù)據(jù)代入上式（6），整理可得砼墊層厚度h。
沉井下沉過(guò)程中灌砂石的工程量計(jì)算
灌砂作為沉井施工工程中的一項(xiàng)技術(shù)措施，因地質(zhì)差異引起灌砂工程量變化情形較多，這里僅結(jié)合一般需要灌砂的幾種情況就灌砂量的計(jì)算進(jìn)行討論。
1、一般情況下，為減少下沉的摩擦力和以后的清淤工作，在沉井的外壁隨下沉隨填砂?？捎孟率接?jì)算回填砂的工程量：
V=2*3.14*R*(H-h)*b（沉井為圓形）
V=(A+B)*2*(H-h)*b（方形沉井）式（7）
式中：b——刃角凸出寬度
R——沉井外圍半徑
H——沉井埋深
h——第一次制作沉井時(shí)土體開(kāi)挖深度
A、B——井壁外邊長(zhǎng)
2、在刃角墊層采用枕木時(shí)，沉井下沉過(guò)程中，按平面布置分段的次序逐段對(duì)稱(chēng)地抽出枕木后，要及時(shí)的回填砂，這時(shí)砂的體積為枕木體積。
3、當(dāng)土層為砂卵石或硬土層時(shí)，在下沉過(guò)程中，如果土垅挖至刃角，沉井仍不下沉或下沉不平穩(wěn)，則按平面布置分段的次序逐段對(duì)稱(chēng)的將刃角下挖空，并挖出刃角外壁10cm，用小卵石填塞夯實(shí)，可用下式計(jì)算回填砂石的工程量：
當(dāng)砂卵石或硬土層厚度<1.2m時(shí)，這時(shí)砂石的體積除按式（7）計(jì)算外，應(yīng)增加刃角下部回填砂石的體積。
當(dāng)砂卵石或硬土層厚度>1.2m時(shí)，每增加1.2m，增加一倍工程量。
4、其他特殊情況：如遇軟弱土層，土的耐壓強(qiáng)度小，沉井下沉的速度超過(guò)挖土速度時(shí)，或長(zhǎng)期抽水或因砂的流動(dòng)，使井壁與土間摩擦力減少時(shí)，或沉井外部土體液化等。這些情況往往導(dǎo)致施工過(guò)程中井體整體下沉過(guò)快，這時(shí)就要在沉井外壁填碎石等粗糙的材料，減緩下沉速度。當(dāng)井體傾斜時(shí)，在刃角較底的一側(cè)回填砂石或石塊。由于以上這些情況是不可預(yù)測(cè)的，往往在投標(biāo)時(shí)不考慮，實(shí)際發(fā)生時(shí)，按實(shí)計(jì)算。
三、算例
某污水頂管工程，工作井采用沉井法施工。該沉井結(jié)構(gòu)尺寸9.3*6.6*7.2，池壁厚0.9m，刃角底寬0.3cm，刃角高2.0m。沉井埋深12m。由于沉井較小，采用一次制作、一次下沉。基坑開(kāi)挖深2.5m。計(jì)算結(jié)果如下：
沉井總重：（9.3+6.3）*2*7.2*0.9*25=5054.4KN。
沿周長(zhǎng)單位長(zhǎng)度重量N=5054.4/31.2=162KN/m。
注：由于未考慮沉井配重，所以沉井自重可按外圍周長(zhǎng)不扣除壁厚計(jì)算。
⑴、砼墊層最小寬度bmin計(jì)算根據(jù)式（2）：b≥N/R≥162/140≥1.16，取bmin=1.2m
⑵、砂墊層厚度H計(jì)算根據(jù)式(4)：H≥N/[σ]-b，H≥162/120-1.2≥0.15，取H=0.2.
把H=0.2代入式（3）驗(yàn)算.
162/（1.2+0.2）+18*0.2=119.31。
當(dāng)取H=0.3
則：162/（1.2+0.3）+18*0.3=113.4所以取H=0.3m。
⑶、砂墊層寬度B計(jì)算根據(jù)式(5)：B==b+2H=1.2+2*0.3=1.8m
⑷、砼墊層厚度h計(jì)算根據(jù)式(6)：h≥N（b-b0）/(2N+1.2b*ft)≥162*（1.2-0.3）/（2*162+1.2*1.2*110）≥0.3m。
取h=0.3m
(5)、沉井下沉過(guò)程中灌砂石的工程量計(jì)算
依據(jù)本工程特點(diǎn)，只計(jì)取在沉井的外壁隨下沉隨填砂。
根據(jù)式(7)：V=(A+B)*2*(H-h)*b（方形沉井）
=（9.3+6.3）*2*（12-2.5）*0.15=44.46
四、結(jié)束語(yǔ)
以上的公式為了計(jì)算方便和通用，做了部分簡(jiǎn)化，我們通過(guò)一些工程檢驗(yàn)，與實(shí)際施工方案有少許差異，對(duì)于造價(jià)的影響可以忽略，預(yù)算人員可根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)情況，靈活運(yùn)用，避免漏項(xiàng)。
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