[摘要]辐照中心贮源井为全地下钢筋混凝土结构，常采用沉井施工法。结合工程实际特点，对沉井施工法设计与计算进行系统介绍。
1.概述
辐照中心的贮源井是用于“贮藏”放射源的，其深度是由装源量和源架高度确定。贮源井位于辐照室中，为全地下钢筋混凝土结构。根据不同的地质条件可以采用不同的施工方法，如沉井或直接开挖。通常岩石场地宜采用直接开挖施工法，而黏性土场地宜采用沉井施工法。下面笔者结合实际工程对沉井施工法做一下简要的介绍。
2.沉井施工法
沉井是以现场浇注、挖土下沉方式没入地基中的深基础，按横截面一般分为圆形和矩形。而作为贮源井的一部分，沉井一般均为矩形截面，它就象贮源井的“外壳”，承担外侧的水、土压力，并作为二次浇注的源井的外模。
沉井施工开挖量少，而且对周围土的扰动较小，适于狭小施工面作业。上海某辐照中心的贮源井，就采用了沉井施工法。
沉井的计算比较复杂，需要进行下沉计算、抗浮稳定验算、井壁配筋计算、刃脚计算及封底混凝土的厚度计算。
2.1下沉计算
下沉宜按结构自重下沉设计，沉井依靠自重下沉，必须克服井壁与土间的摩阻力和水的浮力。
下沉系数：k0=(Gk-Fg)/Tf
式中GK——井体自重标准值（KN）；
Fk——下沉过程中地下水的浮力标准值（KN）；
Tf——井壁总摩阻力标准值（KN）；
k0——下沉系数；
上海市《地基基础设计规范》DGJ08-11规定k0宜取1.05~1.25，经计算，该辐照中心沉井的下沉系数k0为1.12满足施工要求。
2.2抗浮稳定验算
抗浮稳定验算包括：下沉封底和使用两个阶段验算。
DGJ08-11中要求，在不计井壁摩阻力的情况下，抗浮稳定系数可取1.0～1.05。
抗浮稳定系数：kf=（Gk+Tf）/Fk
2.2.1下沉封底阶段
当沉井下沉到设计标高并浇注封底混凝土后，设计中偏安全未考虑井壁摩阻力。Gk取沉井和封底混凝土自重的标准值，地下水位取沉井的始沉标高-2.200m。经计算，Kf为1.13满足要求。
2.2.2使用阶段
设计中未考虑井壁摩阻力，Gk取沉井、二次浇灌源井和封底混凝土自重的标准值，地下水位则取±0.000m。经计算，Kf为1.14满足要求。
2.3沉井井壁计算
2.3.1井壁竖向钢筋验算
井壁受拉的最不利情况是沉井沉到设计标高，由于上部井壁被土“夹住”，而刃脚下的土业已挖空，这时在井壁内将可能出现较大的拉力。为计算沉井产生的最大竖向拉力，假定井壁摩阻力呈倒三角形分布，则最危险断面在沉井高度的一半处，总拉力的设计值Nmax为1/4G，G为沉井下沉时的总重设计值（KN），自重分项系数取1.2。经验算，实配竖向钢筋满足要求。
2.3.2井壁水平钢筋计算
分为下沉封底和使用两个阶段，但使用阶段有二次浇灌的源井和沉井共同作用，所以应以下沉封底阶段为配筋控制，设计中也以此阶段的内力计算作为水平配筋的依据。
由于作用在井壁上的水、土压力沿沉井的深度是逐渐增大的，因此设计中沿高度把沉井分为三段配筋。DGJ08-11中建议采用主动土压力，考虑到在使用阶段，有二次浇灌源井和沉井共同承担井外的水、土压力，设计中采用了主动土压力，但忽略粘性土内聚力的作用，也是对主动土压力的放大。地下水位取-2.200m，并考虑20KN/m2的地面堆载。
该辐照中心的沉井为矩形，平面外围尺寸为5x5.8m。按“平面框架”进行内力计算。
2.4刃脚计算
刃脚即沉井井壁最下端的“尖角”部分，它的作用是在沉井下沉时切入土中。刃脚是沉井受力最集中的部分，必须有足够的强度，以免产生挠曲或被碰坏。
2.4.1刃脚竖向内力计算
刃脚一方面可看作固定在刃脚根部处的悬臂梁，梁长等于刃脚斜面部分的高度；另一方面，刃脚又可看作一个封闭的水平框架。计算竖向内力时，偏安全仅考虑悬臂梁的作用，即按悬臂梁计算，并按刃脚向内挠曲和向外挠曲两种不利情况考虑。
情况1：刃脚向外挠曲（配制内侧竖向钢筋）：
沉井下沉、刃脚已嵌入土中时，刃脚主要受力如图1所示，并可按下列公式计算：
V1=G-V2
V2=[(b/2)/(a+b/2)]G
H=V2tg(α-δ)
式中：V1——单位周长刃脚踏面反力设计值（KN/m）；
V2——单位周长刃脚斜面反力设计值（KN/m）；
H——下沉时单位周长沉井自重设计值（KN/m），自重分项系数取1.2；
α——刃脚斜面与水平面所成的夹角（°）；
δ——土与混凝土刃脚间的摩擦角（°），可取土的内摩擦角标准值。
根据外力V1、V2和H可求出作用在刃脚根部O点的轴向力F、水平剪力V和力矩M。由F、M计算刃脚内侧所需的竖向钢筋；由V计算沿刃脚全高排设的剪力钢筋。
情况2：刃脚向内挠曲（配置外侧竖向钢筋）：
沉井下沉至设计标高、刃脚下的土已被全部掏空时，沉井的自重全部由井壁摩阻力承担，此时井壁外侧的水、土压力（PW、PE）使刃脚产生向内挠曲。刃脚按承受外侧土、水压力的悬臂梁计算。
（PE1、PE2——土压力；PW1、PW2——水压力）
根据水、土压力求出O点的V、M，由M计算刃脚外侧所需的竖向钢筋；由V验算刃脚剪力钢筋。
2.4.2刃脚水平内力计算
刃脚作为一个封闭的水平框架，作用在刃脚上的外力应乘以分配系数β，β按下列经验公式计算：
β=h4/(h4+0.05l4)
式中：h——刃脚斜面部分的高度；
l——沉井短边的计算跨度；
经计算，该辐照中心沉井刃脚的β为0.02，证明分配在水平框架上的外力很小，实际水平配筋同刃脚上部的水平配筋。
刃脚在构造上也有一些要求，刃脚的底平面称为踏面，踏面宽b一般取150—300mm，斜面倾角α≤60°。当土层松软时，b取大而α取小；当土层坚硬时，b取小而α取大。刃脚上凹槽的设计则是为了使封底混凝土与沉井壁有较好的连接，凹槽深一般取150—250mm。
2.5封底混凝土的厚度计算
封底混凝土可按均布荷载下的四边简支的双向板考虑。根据DGJ08-11，封底素混凝土厚度可计算为ht=1384mm，实际采用厚度为1600mm。
3结论
沉井施工法的设计应充分了解实际场地环境，考虑地下水位、地层土质稳定、流砂等不利因素。设计与计算时应全面和精确，并与施工方密切配合，确保沉井工程施工的安全可靠。
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