泵站沉井刃腳結構形式設計的探討

程文婕

摘要：沉井需在在刃腳切開土壤的幫助下才能持續下沉，是許多工程建設中不可或缺的關鍵一環，因此在泵站設計建設時如何對刃腳結構形式進行設計是工程人員必須考慮到的因素。本文以市政泵站相關建設工程為例，針對泵站工程中的沉井作用，刃腳結構形式的設計對沉井內壁的作用力做了研究，為今后與需要使用到沉井的工程提供重要參考。

關鍵詞：刃腳結構;泵站;沉井;設計

沉井作為一種廣泛應用的成熟技術，經常在涉及地底建設的工程大展手腳，但缺點在于沉井的施工比較困難，建設周期長，經費使用高，在施工方案投標和決策時，更傾斜于采取現澆鋼筋混凝土開槽的方案。

隨著經濟社會的發展，城市建設施工變得越來越頻繁，這導致在城市中的建筑密集區、人員密集區進行工地施工的情形越來越多，引發了一系列諸如：施工安全隱患增加、工地面積不足、基坑開挖滲漏、工地施工擾民等突出問題。沉井方案的使用，則可避免上述一系列問題，因此在城區的地下建設工地上，沉井方案變得更受施工單位的青睞。對于沉井方案的研究也就愈發顯得重要起來。

一.方案對比

傳統泵站的施工方案有以下三種：

現澆鋼筋混凝土明開槽

沉井結構

地底連續墻結構

泵站的施工一般來說都會采用現澆鋼筋混凝土的方法，它的施工過程較為簡單，并且材料費用低，效費比高，施工不受場地限制。但受制于近些年來泵站建設深度的增加、施工環境的影響、安全指標的不斷提高以及國家政策的改變等原因。各施工單位依據施工對象的具體情況，認定一些較深的基坑為深基坑，需要組織具體的方案論證，對施工方案的可行性和安全性的都提出了新的挑戰。許多地區的土質較軟，導致安全要求更高，方案論證以及相關審查更嚴苛。

沉井結構設計是最近新發展的泵站建設的工程處理方案，適用于各類深基坑的挖掘，其施工場地要求低、土方作業優勢大;但其確缺點也明顯，主要體現在比現澆鋼筋混凝土更高的成本、更高的施工難度、更長的施工周期等問題。但由于沉井本身可以擋土，因此在實際過程中可以節省基坑開挖后的維護費，此外，沉井結構施工對地下土質無破壞，適合在地下土質復雜的城區進行作業。統籌來看，帶沉井結構的方案在安全指標和效費比上都超過了現澆鋼筋混凝土開槽方案。

地下連續墻方案具有安全性高的有點，但其需要具有專業資質的施工單位進行施工，在實用性上不如帶沉井結構的方案，所以這個方案在常規的工程項目中比較少見，主要用于地鐵、鐵路、隧道等有特殊需求的工程。

二.工程實例

污水處理泵站的工作職能沒有改變，但由于近些年全球的氣候變化，它的設計容量必須增加，這一部分是由于最近的全球變暖，局部超過50mm/h的暴雨頻繁發生。有些地方有超過100mm/h的局部特大暴雨，從而引發洪澇災害。為了應對這種情況，廈門市政府正在迅速加固污水干管和泵站，使它們能夠應對50mm/h的降雨量，以應對城市化帶來的雨水流入的增加。廈門市集美區后溪雨水泵站的建設便是為了增加足夠的站內容量來應對突發極端天氣概率的增加。

后溪泵站是為應對現有泵站流域降雨徑流增加而設計的雨水泵站。此外，它還設有雨水蓄水池，以減少合流排污系統的污染負荷。該泵站設計為排水面積為292.85公頃，設計排水量為37.3m3/s，泵站總容量為17600m3。建筑結構為鋼筋混凝土，分為地上兩層和地下五層。

施工采用了“氣動沉井法”，將地下部分分成兩個沉井結構。該工程為實現施工目的，采用技術要求高的方法，同時動工兩個沉井，泵站平面如下圖所示。

在二維視圖中，泵站分為兩個區塊：一個是干管進水通道和沉砂池，另一個是抽水井和雨水蓄水池。左側為“西側沉井”（挖掘面積2614平方米，深度53.8米），右側為“東側沉井”（挖掘面積2289平方米，深度50.1米）。施工規模：

西側沉箱53.9m′48.5m（深度：53.8m），最終氣壓：0.450 MPa

東側沉箱39.8m′57.5m（深度：50.1m），最終氣壓：0.417 MPa

開挖面積：4983m3，土方量：265.555 m3

混凝土：14.018 m3，鋼筋：19.913t

如果對該泵站進行單井開挖，則開挖面積4983 m2，在這之前沒有類似規模項目的經驗。在開挖面積較大的情況下，由于橋面板強度不足，施工高度較小，使得平面結構在下沉初期失穩，因此存在較高的開裂和屈曲風險。該泵站不僅需要增加橋面板的剛度，還需要臨時構件（提升梁）進行加固。這是一個臨時構件，用于建造一堵墻來連接上層樓板，完工后將被拆除。如果采用單井開挖，吊梁的尺寸和數量都會很大，拆除吊梁會降低成本效益，延長工期。該泵站采用矩形沉井而不是異形沉井。矩形沉井相比異形沉井而言不會造成扭曲現象，但由于沒有可借鑒的工程例子，因此這仍不是最安全和最穩定的方案。另外，由于進水干管比泵井淺，沉井分為兩個部分，會產生深度差，這樣的設計效費比更高。

經與當地居民協商，該泵站的整體建設周期控制在3年以內，建設工期緊，因此，即使資金投入不高，也采用了同步建設。此外，將噪音控制大樓壓縮成兩層，以容納空氣凈化設施，并利用鄰近的道路、公園和河流場地作為工作場地，從而預留了必要的空間。

當相鄰兩個沉井同時落下時，有可能出現一個沉井拖拽另一個沉井的現象，即所謂的“聯降現象”。當一個井體的工作腔漏氣時，通過缺氧層的貧氧空氣有流入另一個井體工作腔的危險。為了防止出現這種情況，施工隊在兩個沉井之間放置了鋼板樁，這被稱為應力屏蔽墻。此外，施工人員調整了施工的開始時間，保證不出現“聯降現象”。

該項目計劃在兩個沉井之間留出2米的間隙。在確定間隙時，研究了井體之間傾斜的相互影響以及井體和應力屏蔽墻的影響。根據沉井結構施工進度控制標準，每井位移距離小于300mm，傾角小于1/100°。如果兩井相互傾斜，總位移距離為600mm，水平位移為1米（以該泵站的深度計算）。因此，兩個沉井之間的間隙必須超過1米，屏蔽箱和墻壁之間的間隙必須超過1米。因此，兩個箱子的凈空確定為2米，有了這個凈空，就認為沒有障礙物可以搭設一般腳手架。

由于該泵站的沉井分為兩個，每個沉井相距2米，因此每個沉井是一個獨立的設施。兩個沉井安裝完成后，必須拆除與其相連的墻壁，并將墻壁和板連接起來。按計劃，下圖中兩個用黑色圈起的地方將被挖掘，并在其上建造連接沉箱的地下墻。

這項工程正等待著著主體工程的開工。作為雙井同時施工的首例，在施工管理方面的知識積累，如降溫、漏風等，以及設計階段新問題的提出，都值得期待。兩個沉井的安裝現已完成，連接兩個沉井的施工工作即將啟動。在這個地底深度的對接工作是較為罕見的，因此，在設計階段必須制定周密的計劃，兼顧施工管理，才能保證施工安全。

三.結語

如果泵站采取沉井進行設計施工，鑒于優化了施工方法，泵站施工所需的實際費用相較于現澆鋼筋混凝土明開槽的施工方案，其中的工程費用下降很多，不僅如此，沉井設計還能降低基坑開挖后的支護成本，從而在根本上解決了沉井結構效費比不高的問題，在泵站周圍增設噴水帷幕，可以有效防止施工時產生的塵埃飛揚，適合在人口密集的區域進行施工作業。

參考文獻：

[1]陳平，史志利.泵站沉井刃腳結構形式設計的探討[J].中國給水排水，2013：66-69.

[2]宋歡藝.桂城南區1～#雨水泵站擴建工程沉井結構設計[J].廣東水利水電，2015：74-76+83.

[3]史紅福，李濤.軟弱地區的泵站沉井結構設計與施工[J].山西建筑，2010：172-173.

[4]毛合鋼.排澇泵站的建筑流道結構型式探討 ?[J].《中國高新技術企業》，2016：127-128，共2頁.

[5]李娜.關于泵站結構設計要點探究[J].中國科技投資，2014：278.