给排水工程沉井刃脚设计

《给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程》(CECS137—20o2)是我国第一本有关沉井设计的规范标准，颁布实施以来受到欢迎，对市政工程建设做出了贡献。应中国工程建设标准化协会要求，本规程将修编后再版。新版规程将在刃脚构造、刃脚设计和圆形沉井水平钢筋计算等方面吸纳技术发展的新成果，本文是规程修编研究的文章之一。
1沉井刃脚的功能
沉井借助刃脚切土下沉，如果沉井不设刃脚，沉井就不可能下沉。所以刃脚是沉井不可缺少的重要部件。沉井下沉施工时，用挖土机械或人工在沉井内侧和在刃脚下面取土下沉。刃脚就是种刀口，在刃脚及上部的沉井自重作用下切土，刃脚的构造因土质不同而有一定变化。
2刃脚的构造和尺寸计算
2．1踏面宽度计算
刃脚的踏面宽度随沉井下沉处土质的软硬程度不同应有所不同。在硬土中下沉，踏面宽度应当小些，否则下沉切土阻力过大；下沉不太困难时，踏面宽度则应宽些，以增大下沉阻力，避免下沉速度过快。踏面宽度计算公式建议如下：时，踏面宽度则应宽些，以增大下沉阻力，避免下沉速度过快。踏面宽度计算公式建议如下：从公式(2)可以得出，当a角较小时，沉井下沉时刃脚与土接触面宽度增加速度很快，下沉阻力必须增加很多。
2．2角大小涉及下沉作业安全性
如果a角太缓(a角小)，并且(t—c)大于挖掘人员的立足尺寸，在沉井发生意外突沉时，就可能把挖掘人员带人土中，造成人身伤亡事故。沉井下沉时，刃脚斜面上有一个向下作用，同时也有一个向水平的推动作用。倾角较陡时(a角大)水平作用大，可把作业人向井内推出刃脚范围。钢筋混凝土沉井设计规程推荐刃脚斜面倾角取60。，一般不应小于5O。
3．刃脚上面平直段长度的确定
刃脚上的平直段不可缺少，它是沉井底板与沉井井壁连接时的支点和抗剪构造的要求，平直段的长度通常不小于300ram。沉井底板底至基坑面的尺寸b，就是沉井封底混凝土的计算厚度，采用水下封底时，b值就大，如果采用于封底b值就小，这种情况a值可由于封底构造来决定。b的计算公式可参照《沉井设计规程》公式(6．1．13)。3沉井底板与沉井井壁的连接方式选择《钢筋混凝土沉井结构设计规程》(CECS137—2002)中列有如图5所示几种形式。图5一共列出了7种连接形式，其中图5f为一种新发展的形式，其避免刃脚上设凹槽，削弱截面，引起配筋增加。沉井结构设计中如何选择使用，下面的几点意见可供参考。1．图5a是常用的一种连接方式。它的缺点是井壁截面削弱了。如果截面比较厚，根据计算，刃脚垂直配筋是构造配筋或配筋率低，则可以使用这种构造；如果井壁很薄，刃脚垂直配筋率高，再削弱截面造成配筋更多就不合适了。所以这种连接方式适用于厚壁的沉井。图5f则适用薄壁沉井，底板支承在挑出井壁的牛腿上对井壁截面不会削弱。2．图5b的特点是在井壁上预留插筋，且可以减小底板跨中弯曲力矩，也因此可以减薄底板厚度，对于底板尺寸大的沉井特别有利。其缺点是插筋影响沉井施工作业，并且容易导致潜水人员作业时受伤。这种连接比较适用于干沉或排水下沉的条件，预埋钢筋可以清洗干洁增强混凝土之间的联结力。3．图5c适用于无地下水地区，之间不考虑封底混凝土的受力，垫层起找平作用。这种连结不可以用在地下水丰富且地基强度差的地区。4．图5d适用于降水施工可以干封底的圆形沉井。沉井壁厚较薄，井壁自重轻，考虑井外要减少下沉阻力及井内底板支承的需要，刃脚壁较厚，支承面积大，地基降水以后，地基强度又有一定提高。上海的部分排水泵站沉井就是选择这样的连接构造。封底时可以干作业封底。底板做成钢筋混凝土结构，混凝土到达设计强度后可以抵抗水踟_虬蛹№-32c眦的浮托力和地基反力。用这样连接形式的沉井，一般在沉井上还有泵房，抗浮重量除了沉井自重外，尚应考虑上部泵房的重量。5．图5e只封混凝土而不设钢筋混凝土底板，适用于使用期间井内保持充水的集水井。在封底时要考虑地下水的浮力及地基的反力作用，使用期间仅有井的浮重作用，沉井受力很小。刃脚上的两道凹槽是考虑增加封底混凝土与井壁之间的接触面，起抗剪和止水作用。