沉井下沉系数在实际施工中的意义探讨

叶小鹏

（腾达建设集团股份有限公司，浙江台州 318050）

0 引言

沉井为现代市政排水工程最常用的基础结构，其施工工艺简便，技术稳妥可靠，无须特殊专业设备。沉井在施工时，常需按照地勘资料验算沉井的下沉系数。对于下沉系数市面上的参考书是这样描述的：“下沉细数小于1.0的沉井，固然能顺利下沉到位，但看起来这是不合逻辑的，显然是取用假定井壁摩擦力偏大而不符合客观实际情况所致……实际上，沉井下沉系数K在整个下沉过程中均不会是常数，有时可能大于1.0，有时可能小于1.0，有时可能接近于1.0，但开始下沉时，K必须大于1.0，在沉到设计标高时K应接近1.0，一般保持K在1.05～1.25。”另“沉井下沉时，必须克服井壁与土间的摩阻力和地层对刃脚的反力，沉井自重力与井壁摩阻力和刃脚反力的比值称为下沉系数K，K一般应不小于1.15～1.25；井壁与土间的摩阻力，通常有两种计算方法，一种是假定摩阻力随土深而加大，并且在5 m时达到最大值，5 m以下保持常值；另一种是假定摩阻力随土深而增大，在刃脚台阶处达到最大值，以下即保持常值。使用较多为前一种，按此计算偏安全，而后一种比较符合实际情况。”[1-2]

依照书上的描述，施工单位会在沉井下沉前对沉井下沉系数进行计算，以期沉井能如理论描述那样。可实际上很多时候按照勘察单位提供的地质资料，下沉系数与书上提供的参考数据是不吻合的，下沉系数小于1.0，数据超限后，沉井的下沉仍然很顺利。那么沉井系数在沉井下沉时的作用怎样呢，下面以工程实例来说明。

1 沉井下沉系数与工程实例

以台州市内环路工程的3#立交项目排水工程的工作井的沉井计算的下沉系数与实际下沉情况为例来说明这个现象。

工作井情况：本工程工作井为C30抗渗p6，钢筋混凝土结构,沉井外墙与刃脚总高8.7 m，刃脚底标高-5.779 m，外径φ5.9 m，内径φ5.0 m，井壁板厚0.45 m，底板厚0.45 m，顶板厚0.35 m。沉井采取二次浇筑二次下沉，第一节高度4.2 m；第二节高度4.5 m，混凝土强度达到100%时开始下沉，见图1。地基承载参数见表1。

图1 工作井与土层关系图

表1 地基承载参数表（单位：kPa）

沉井下沉系数计算：

（1）先计算土层的平均摩阻力

（4.5×30+4.2×10）/8.7=20.34 kN/m2

（2）计算沉井的下沉系数：

第一段下沉混凝土量计算(高度按4.2 m计算)

混凝土工程量=[1.75×0.45+0.5×0.6+0.45×0.45+0.6×1+(0.6+0.3)/2]×(5.45×3.14)=36.21 m3

第二节下沉混凝土量计算(高度按4.5 m计算)混凝土工程量=4.5×0.45×5.45×3.141 6=34.67 m3

沉井下沉按下式计算:K=G/(T+R)

式中:K——沉井下沉系数，一般应大于1.15；

G——沉井混凝土重量：第一节36.21 m3，第二节34.67 m3；

T——沉井与土间的摩阻力（kN）；T=ЛD(H-2.5)f；外径 D=5.9×3.141 6=18.53 m；

第一次f——摩阻力30 kN/m2；

第二次f——平均摩阻力20.34 kN/m2；

H——下沉深度；

R——刃脚反力，R=0；

本次沉井分段下沉，故验算各次能否下沉；

第一下沉段下沉系数：

K1=36.21×25/[18.53×(4.2-2.5)×30]=0.96<1.15

接高后第二下沉段下沉系数：

K2=(36.21+34.67)×25/[18.53×(8.7-2.5)×20.34]=0.76<1.15

计算数据全部比参考书给出的限值要小，沉井下沉时人工配合一台1 m3单斗挖掘机挖土下沉，施工顺利。

若单纯以计算数据按照上述的有关描述，沉井能顺利下沉是不符合逻辑的。其实这并非违背逻辑，而是对下沉系数的理解出现了偏差。让我们来分析书上给出的理论，“沉井下沉时，必须克服井壁与土间的摩阻力和地层对刃脚的反力”下沉系数大于1.0时才能克服井壁与土间的摩阻力和地层对刃脚的反力。沉井在没有外力的情况下克服了下沉阻力，其势必能自然下沉。这个值就是沉井可以自然下沉的临界值，大于1.0沉井可以自然下沉，小于1.0沉井不能自然下沉。而在施工过程中，施工单位因为工期和地质情况的复杂性，不可能让沉井自然下沉，施工现场大多采用排水下沉或者机械挖土下沉的施工方法进行，台州市内环路工程3#立交的工作井就是采用机械挖土下沉的方法进行的。在人为的干预下，下沉系数的作用就不明显了。

那么下沉系数这个数据对施工单位的现实意义在那呢，施工中该如何利用这个数据呢，这个数据其实起作用是在沉井即将下沉到标高的时候，若K值大于1.0，那么快到标高时，施工单位就要考虑到，沉井会自然下沉，此时不管是采用何种方式助沉，都要预留自然下沉的量，以免沉井超沉；若K值小于1.0，那么就无须预留沉井自然下沉的量，可以直接人工干预让沉井沉到位置。

2 结语

通过上文可以得出三条结论：（1）沉井下沉时，井壁摩阻力会因施工机械的扰动而降低，若土质坚硬时辅以泥浆润滑，勘察资料提供的数据不能代表实际的摩阻力值；（2）按书中计算的下沉系数不满足要求时，沉井可以顺利下沉，下沉系数在沉井即将下沉到标高时，可以警示施工单位采取何种措施对沉井进行干预，以便沉井满足标高要求；（3）沉井施工时，尽量按照现场实际情况进行动态控制，对于相关书籍给出的数据要理解透彻进行参考使用，让数据真正指导施工。

[1]江正荣,朱国梁.简明施工计算手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2004.

[2]段良策,殷奇.沉井设计与施工[M].上海:同济大学出版社,2006.