[摘要]輻照中心貯源井為全地下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，常采用沉井施工法。結(jié)合工程實(shí)際特點(diǎn)，對沉井施工法設(shè)計(jì)與計(jì)算進(jìn)行系統(tǒng)介紹。
1.概述
輻照中心的貯源井是用于“貯藏”放射源的，其深度是由裝源量和源架高度確定。貯源井位于輻照室中，為全地下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。根據(jù)不同的地質(zhì)條件可以采用不同的施工方法，如沉井或直接開挖。通常巖石場地宜采用直接開挖施工法，而黏性土場地宜采用沉井施工法。下面筆者結(jié)合實(shí)際工程對沉井施工法做一下簡要的介紹。
2.沉井施工法
沉井是以現(xiàn)場澆注、挖土下沉方式?jīng)]入地基中的深基礎(chǔ)，按橫截面一般分為圓形和矩形。而作為貯源井的一部分，沉井一般均為矩形截面，它就象貯源井的“外殼”，承擔(dān)外側(cè)的水、土壓力，并作為二次澆注的源井的外模。
沉井施工開挖量少，而且對周圍土的擾動較小，適于狹小施工面作業(yè)。上海某輻照中心的貯源井，就采用了沉井施工法。
沉井的計(jì)算比較復(fù)雜，需要進(jìn)行下沉計(jì)算、抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算、井壁配筋計(jì)算、刃腳計(jì)算及封底混凝土的厚度計(jì)算。
2.1下沉計(jì)算
下沉宜按結(jié)構(gòu)自重下沉設(shè)計(jì)，沉井依靠自重下沉，必須克服井壁與土間的摩阻力和水的浮力。
下沉系數(shù)：k0=(Gk-Fg)/Tf
式中GK——井體自重標(biāo)準(zhǔn)值（KN）；
Fk——下沉過程中地下水的浮力標(biāo)準(zhǔn)值（KN）；
Tf——井壁總摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值（KN）；
k0——下沉系數(shù)；
上海市《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》DGJ08-11規(guī)定k0宜取1.05~1.25，經(jīng)計(jì)算，該輻照中心沉井的下沉系數(shù)k0為1.12滿足施工要求。
2.2抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算
抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算包括：下沉封底和使用兩個階段驗(yàn)算。
DGJ08-11中要求，在不計(jì)井壁摩阻力的情況下，抗浮穩(wěn)定系數(shù)可取1.0～1.05。
抗浮穩(wěn)定系數(shù)：kf=（Gk+Tf）/Fk
2.2.1下沉封底階段
當(dāng)沉井下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高并澆注封底混凝土后，設(shè)計(jì)中偏安全未考慮井壁摩阻力。Gk取沉井和封底混凝土自重的標(biāo)準(zhǔn)值，地下水位取沉井的始沉標(biāo)高-2.200m。經(jīng)計(jì)算，Kf為1.13滿足要求。
2.2.2使用階段
設(shè)計(jì)中未考慮井壁摩阻力，Gk取沉井、二次澆灌源井和封底混凝土自重的標(biāo)準(zhǔn)值，地下水位則取±0.000m。經(jīng)計(jì)算，Kf為1.14滿足要求。
2.3沉井井壁計(jì)算
2.3.1井壁豎向鋼筋驗(yàn)算
井壁受拉的最不利情況是沉井沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高，由于上部井壁被土“夾住”，而刃腳下的土業(yè)已挖空，這時在井壁內(nèi)將可能出現(xiàn)較大的拉力。為計(jì)算沉井產(chǎn)生的最大豎向拉力，假定井壁摩阻力呈倒三角形分布，則最危險斷面在沉井高度的一半處，總拉力的設(shè)計(jì)值Nmax為1/4G，G為沉井下沉?xí)r的總重設(shè)計(jì)值（KN），自重分項(xiàng)系數(shù)取1.2。經(jīng)驗(yàn)算，實(shí)配豎向鋼筋滿足要求。
2.3.2井壁水平鋼筋計(jì)算
分為下沉封底和使用兩個階段，但使用階段有二次澆灌的源井和沉井共同作用，所以應(yīng)以下沉封底階段為配筋控制，設(shè)計(jì)中也以此階段的內(nèi)力計(jì)算作為水平配筋的依據(jù)。
由于作用在井壁上的水、土壓力沿沉井的深度是逐漸增大的，因此設(shè)計(jì)中沿高度把沉井分為三段配筋。DGJ08-11中建議采用主動土壓力，考慮到在使用階段，有二次澆灌源井和沉井共同承擔(dān)井外的水、土壓力，設(shè)計(jì)中采用了主動土壓力，但忽略粘性土內(nèi)聚力的作用，也是對主動土壓力的放大。地下水位取-2.200m，并考慮20KN/m2的地面堆載。
該輻照中心的沉井為矩形，平面外圍尺寸為5x5.8m。按“平面框架”進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算。
2.4刃腳計(jì)算
刃腳即沉井井壁最下端的“尖角”部分，它的作用是在沉井下沉?xí)r切入土中。刃腳是沉井受力最集中的部分，必須有足夠的強(qiáng)度，以免產(chǎn)生撓曲或被碰壞。
2.4.1刃腳豎向內(nèi)力計(jì)算
刃腳一方面可看作固定在刃腳根部處的懸臂梁，梁長等于刃腳斜面部分的高度；另一方面，刃腳又可看作一個封閉的水平框架。計(jì)算豎向內(nèi)力時，偏安全僅考慮懸臂梁的作用，即按懸臂梁計(jì)算，并按刃腳向內(nèi)撓曲和向外撓曲兩種不利情況考慮。
情況1：刃腳向外撓曲（配制內(nèi)側(cè)豎向鋼筋）：
沉井下沉、刃腳已嵌入土中時，刃腳主要受力如圖1所示，并可按下列公式計(jì)算：
V1=G-V2
V2=[(b/2)/(a+b/2)]G
H=V2tg(α-δ)
式中：V1——單位周長刃腳踏面反力設(shè)計(jì)值（KN/m）；
V2——單位周長刃腳斜面反力設(shè)計(jì)值（KN/m）；
H——下沉?xí)r單位周長沉井自重設(shè)計(jì)值（KN/m），自重分項(xiàng)系數(shù)取1.2；
α——刃腳斜面與水平面所成的夾角（°）；
δ——土與混凝土刃腳間的摩擦角（°），可取土的內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值。
根據(jù)外力V1、V2和H可求出作用在刃腳根部O點(diǎn)的軸向力F、水平剪力V和力矩M。由F、M計(jì)算刃腳內(nèi)側(cè)所需的豎向鋼筋；由V計(jì)算沿刃腳全高排設(shè)的剪力鋼筋。
情況2：刃腳向內(nèi)撓曲（配置外側(cè)豎向鋼筋）：
沉井下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高、刃腳下的土已被全部掏空時，沉井的自重全部由井壁摩阻力承擔(dān)，此時井壁外側(cè)的水、土壓力（PW、PE）使刃腳產(chǎn)生向內(nèi)撓曲。刃腳按承受外側(cè)土、水壓力的懸臂梁計(jì)算。
?。≒E1、PE2——土壓力；PW1、PW2——水壓力）
根據(jù)水、土壓力求出O點(diǎn)的V、M，由M計(jì)算刃腳外側(cè)所需的豎向鋼筋；由V驗(yàn)算刃腳剪力鋼筋。
2.4.2刃腳水平內(nèi)力計(jì)算
刃腳作為一個封閉的水平框架，作用在刃腳上的外力應(yīng)乘以分配系數(shù)β，β按下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：
β=h4/(h4+0.05l4)
式中：h——刃腳斜面部分的高度；
l——沉井短邊的計(jì)算跨度；
經(jīng)計(jì)算，該輻照中心沉井刃腳的β為0.02，證明分配在水平框架上的外力很小，實(shí)際水平配筋同刃腳上部的水平配筋。
刃腳在構(gòu)造上也有一些要求，刃腳的底平面稱為踏面，踏面寬b一般取150—300mm，斜面傾角α≤60°。當(dāng)土層松軟時，b取大而α取??；當(dāng)土層堅(jiān)硬時，b取小而α取大。刃腳上凹槽的設(shè)計(jì)則是為了使封底混凝土與沉井壁有較好的連接，凹槽深一般取150—250mm。
2.5封底混凝土的厚度計(jì)算
封底混凝土可按均布荷載下的四邊簡支的雙向板考慮。根據(jù)DGJ08-11，封底素混凝土厚度可計(jì)算為ht=1384mm，實(shí)際采用厚度為1600mm。
3結(jié)論
沉井施工法的設(shè)計(jì)應(yīng)充分了解實(shí)際場地環(huán)境，考慮地下水位、地層土質(zhì)穩(wěn)定、流砂等不利因素。設(shè)計(jì)與計(jì)算時應(yīng)全面和精確，并與施工方密切配合，確保沉井工程施工的安全可靠。
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