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。

4结语

作者借《钢筋混凝土沉井结构设计规程》修编之际，对沉井刃脚做了研究，以推动规程纳入技术进步的成果。本文将刃脚的尺寸计算方法和几种底板与刃脚连接的方式及其适用性介绍给读者，如果能得到大家的认可，有可能列入规程的有关条文。