污水處理廠沉井結構設計研究

盧 晰

（中國市政工程東北設計研究總院有限公司，吉林 長春 130021）

在對污水處理廠進行建設期間，如果應用到深基坑支護技術，那么會花費較多的費用，但結合相關數據調查可以看到，當污水處理廠使用沉井結構時，不會花費很多的資金，繼而獲得可觀的經濟效益。所以，文章針對污水處理廠沉井結構設計進行探討具有一定的現實意義。

1 污水處理廠構筑物應用沉井結構設計的條件

結合相關資料可以發現，以往都是采取以下地基處理方法來建設污水處理廠的：一是陳井施工法；二是敞口開挖法等。但是倘若當該廠的建筑物碰到如下現象時，以往的地基處理方法根本無法適用，那么這個時候就要以沉井施工法為主。第一種情況是當土壤的含水量相對較高的時候，這個時候埋設深度就會受到很大的影響，要想更好地解決這個問題就需要以沉井施工法為主來進行施工處理。第二種情況是當污水處理廠建設的位置是土質強度相對較弱而且地下水位也非常高的情況下，這個時候也是要以沉井施工法為主。第三種情況就是當土壤滲透系數較高且排水量較大時，那么此時就可以將沉井施工法當作主要地基處理方式。第四種情況就是在水流比較密集的地方，也要盡可能以沉井施工法為主。第五種情況就是在建設場地附近存在大量的建筑物，這時也要選擇沉井施工法。

針對沉井施工法而言，其實際上是一種在地面就能夠制作，再通過將土體提取出來的手段，令其井體結構通過沉井作為相應的支護結構，就能夠建設出各種各樣的構筑物。不僅如此，該施工法無論是應用在構筑物中還是應用在深基礎工程當中均發揮出了不容小覷的作用，而沉井結構就是與該施工技術最匹配的工程結構。從客觀的立場出發，使用次數比較頻繁的沉井方式有很多，如吸水井、雙層沉淀池等。在使用該施工方式開展施工的前期階段，應當對沉井的施工特征以及地質條件做好相應的勘察工作，只有經過深度剖析才能確保沉井施工的正常開展，確保建設完畢之后的污水處理廠的構筑物安全可靠。總而言之，只有熟練掌握污水處理廠構筑物應用沉井結構設計的條件，才能從根本上促進設計水平的全面提升。

2 給排水構筑物沉井結構設計的一般步驟和內容

首先，應當在全面了解當地水文條地質情況、施工條件等相關內容的基礎上，對沉井的平面形狀、埋置深度等參數加以明確，同時還要將目光放在沉井結構體系的設計上面，并在此基礎上設計各種適合此種情況的施工方案，以便可以從中選擇出最佳的施工方案。其次，對截面尺寸加以明確。相關人員應當對外荷載做好相應的計算工作，并及時繪制出與之相匹配的圖形。結合結構布置狀況，對封底混凝土厚度進行詳細計算。與此同時，還要對以下兩點加以明確：一是沉井井壁厚度；二是其他一些部位構件的截面尺寸。再次，對施工階段做好強度計算工作。通常情況下，相關人員應當從以下方面入手：一是井壁平面框架內力計算及配筋；二是井壁的豎向計算配筋；三是刃腳計算及配筋；四是框架底梁防突沉的強度驗算；五是鋼筋混凝土底板的計算及配筋等。最后，對實際應用階段做好相應的計算工作。一般而言，可以從以下方面入手：一是沉井結構各部分的強度計算和抗裂驗算；二是沉井抗浮、抗滑移、抗傾覆穩定驗算；三是地基承載力和變形計算等。

3 污水處理廠沉井結構設計要點

基于復雜環境之下，沉井結構設計在市政工程當中得到了普遍的認可與推崇，如果想要提高污水處理廠沉井結構設計水平，那么就要熟練掌握其設計要點，具體內容如圖1 所示。

圖1 沉井剖面結構圖

3.1 沉井頂標高設計

設計人員應當在全面了解沉井結構特征的基礎上，對其井頂標高做好相應的設計工作，不但要對污水處理廠對沉井結構的要求這一因素進行充分考慮，還要將安全因素放在首要位置上。在實際設計期間，需要對污水處理廠四周水位狀況進行深層次的分析，當井結構終沉以后，還要做好內部填充、封底等一系列工作，并采取有效措施確保井頂設計標高大于四周水位0.5m 以上，并且還要將井頂設計標高保持在0 ～0.3m，這樣做的目的是為了盡可能減少地面水溢出情況發生的概率。一般而言，對污水處理廠進行深入分析以后，結合工程經驗建議沉井結構井頂標高允許大于地面0.3m 甚至更多，然而實際數值還應當結合具體情況加以明確。

3.2 沉井平面尺寸設計

針對平面尺寸而言，其在沉井結構設計中占有著重要的位置，該部分設計情況會對沉井結構抗壓性能等因素帶來直接的影響。對我國相關施工規范進行深度剖析以后，通過觀察沉井結構中的四角可以發現：如果平面兩角水平距離是小于10m 的時候，這時只可以讓兩刃腳高差不得大于100mm，要控制在100mm 之內。而且，四角里任何兩刃腳之間地面高差都最好控制在1%之內，而且兩刃腳之間要≤300mm。當沉井結構有下沉現象發生時，要確保下沉的總深度不能超過10m，這個時候水平移動的范圍便可到100mm。如果下沉深度并沒有發生較大變化，沉井結構水平位移就不得大于沉井結構下沉深度的1%。由此可見，在具體設計期間，一定要將該結構終沉深度等因素考慮在內，并以此為依據對平面之間的尺寸進行深層次的研究，同時在開展數值計算工作與尺寸設計工作期間還要做好反復試驗工作。

3.3 沉井刃腳踏面標高設計

相關人員在對污水處理廠沉井結構刃腳踏面標高進行設計的過程中，應當在全面了解靜空要求的基礎上來對相關數值加以明確。首先，在具體設計期間應當重視污水處理廠的處理能力、沉井結構其他部位尺寸，同時還要深度剖析沉井結構抗滑移和沉井結構刃腳踏面標高之間的關系、傾覆等穩定性能和沉井結構刃腳踏面標高之間的關系，為可以及時明確刃腳踏面標高數值創造有利條件。其次，無論是針對相關設計者，還是就管理人員而言，二者均要在全面了解地質條件等相關內容的同時，對刃腳踏面標高數值做好相應的計算工作，并對哪些數值還存在模糊情況進行深層次的分析，將增強沉井結構可靠性與安全性當作核心任務，不斷優化刃腳踏面標高數值。最后，嚴格按照既定標準對刃腳踏面標高最大允許誤差進行科學預算，為能夠預留出刃腳踏面標高誤差提供應有的保障。

3.4 沉井井壁厚度及各部位界面尺寸設計

和沉井結構其他方面設計進行詳細比較可以發現，無論是針對沉井井壁厚度設計，還是就各部位界面尺寸設計而言，二者均存在一定的繁瑣性。總之，在對以上內容進行設計的過程中還應當將以下要求考慮在內，并采取相應技術措施滿足這些要求：首先是下沉方面的要求。因為該結構在眾多污水處理廠中扮演著地基的角色，所以在每一個環節中都要具備各種能力，如抗滑移能力、抗傾覆能力等，只有這樣才能充分確保污水處理廠能夠有條不紊地運作下去。其次是強度方面的要求。不管是對于污水處理廠建設還是日后運作而言，沉井結構均要具備與之相匹配的剛度和強度，以便可以從源頭上降低下沉等情況發生的次數。最后是抗滲方面的要求。在實際施工期間，沉井結構很容易受到施工難度、天氣等相關因素的干擾，致使污水處理廠施工不能嚴格按照既定要求進行，這樣長此以往下去就會增加沉井等情況發生的概率。

如果污水處理廠下部屬于流砂層時，那么這個時候相關人員在具體設計期間，一是要考慮沉井下沉期間出現的高程誤差問題對施工帶來的影響，二是要考慮沉井下沉期間出現的傾斜下沉問題對施工帶來的影響。鑒于此，筆者結合自身經驗在這里建議相關單位在把沉井結構下沉至流砂層時，需要采取針對性的手段使沉井結構自身重量得以提升，令該結構能夠在充分滿足既定標準的同時，加快下沉速度，同時還要充分確保沉井結構內水位處于最佳狀態，以便可以從根本上增強建筑物的整體性能。

4 污水處理廠沉井結構設計問題與解決措施

沉井結構出現下沉等情況往往和地質條件存在著密切的聯系。在實際下沉期間極易衍生出無法下沉以及下沉偏大等問題，所以要想解決此問題，就要從以下方面入手：首先，應當增加沉井結構自身重量。相關人員可通過以下兩種方式來增加沉井結構自身重量，一種是在沉井結構上增加重量；另一種是對沉井結構上面需要砌筑且沒有砌筑好的地方做好砌筑工作，以便可以強化下沉順利度。其次，采取切實可行的沉降手段。相關人員可借助于部分排水法的方式來增加沉井結構自身重量。再次，對沉井刃腳四周土壤做好開挖工作。之所以這樣做，主要是為了使沉井結構在實際下沉期間刃腳呈現出懸空狀態，以便可以從源頭上降低刃腳形成的反力。最后，采取有效措施降低四周土壤和沉井結構之間形成的摩擦，相關人員可通過沖刷沉井四周土壤的方法來強化土地的平整度。倘若沉井結構發生下沉偏差時，那么這個時候相關人員也可以采取這種方法處理土壤一側較高的問題，目的是為了使一側高的土壤結構慢慢降低，以便可以妥善處理好沉井偏差問題，為沉井結構可以發揮出最大的價值提供應有的保障。

5 結論

如今，我國的城市化腳步還在不斷加快，沉井結構如今也在很多的行業領域中得到了重視以及應用，而且在沉井結構設計的研究方面也起到很大的作用，這一項技術目前已經越來越成熟。對于沉井施工方式，它不僅被廣泛應用到污水處理廠構筑物，而且現在的橋梁以及地鐵等施工當中都使用了沉井施工方式。因此，對于沉井結構設計進行必要的相關深入探索研究有非常重要的意義，不僅可以創造巨大的經濟價值，還可以具有不可估量的理論價值。