[摘要] 本文主要介紹某機場污水處理站提升泵站沉井結構結構設計中的計算要點和部分構造措施，可供類似工程設計參考。

　　Abstract :In this paper , structural design and some design measures of the open caisson are mainly presented in the pumping station of a sewage treament project in the airport,It may be referenced by the similar project.

　　[關鍵詞] 沉井 結構設計

　　Keywords: Open caisson Structural design

　　中圖分類號：S611 文獻標識碼：A 文章編號：

　　1.工程概況

　　本工程為廣東省揭陽市某機場配套工程，同時也是機場污水處理站重要的構筑物。工程抗震設防烈度為7度，設計地震分組為第一組，設計基本地震加速度為0.15g;建筑場地為Ⅲ類;特征周期為0.45;建筑抗震設防類別為丙類;地基基礎設計等級為丙級。提升泵站靠近已經建好的機場內道路。基坑支護大開挖施工提示泵站工程造價較大，工期較長，經比選采用沉井結構，二次澆筑提升泵站內隔墻和上部結構。提升泵站平面尺寸為14m×7m，埋地深度約為9m，上部為單榀框架結構。

　　2.地質條件

　　機場污水污水處理站位于潮汕平原西南，榕江流域中下游，根據《巖土工程詳細勘察報告》，土層自上而下分別為：①素填土層：場地內均有分布，為新近填土。灰黃色，濕，稍壓實，主要由碎石，角礫組成，含少量塊石，粉粘粒含量10～20%，成分多為風化粉砂巖巖屑。層厚1.10～1.30m;②耕土層：主要由粘性土組成，呈深褐色、灰色，含少量植物根系，可塑狀。層厚0.80～1.60m;③淤泥層：場地內均有分布，以淤泥為主。深灰色、灰黑色，流塑，土質較細膩粘滑，味稍臭，局部含貝殼碎片、腐殖質及朽木，普遍中下部夾薄層粉細砂。層厚9.70～13.80m，N=1~3;④粉質粘土層：棕黃色、淺灰色，可塑，刀切面光滑，土質粘韌。層厚1.90～5.80m，平均厚度4.06m，N=7~13;⑤粗砂層：以粗砂為主，局部為粉細砂。灰黃色、灰白色，局部深灰色，密實度變化較大，中密為主，局部密實，飽和，級配不良，含少量粘粒，局部含較多淤泥質。層厚1.80～6.70m，平均厚度4.57m，N=14.5;⑥淤泥質土層：灰黑色、深灰色，軟塑狀，土質粘滑，具臭味，含有機質，局部地區含較多腐殖質及朽木，局部夾薄層粉細砂。層厚1.50～9.90m，平均厚度4.58m，N=6;

　　鑒于提升泵站埋深約為9m，地質報告僅選用①～⑥層，鉆孔深度約為35m。沉井主要所處土層為軟弱土層。

　　3.結構設計

　　沉井的結構設計內容主要包括井體的厚度確定和施工方法選擇、抗浮驗算、下沉驗算、地基承載力驗算、井壁和底板計算和沉井構造措施。

　　3.1井體的厚度確定和施工方法選擇

　　沉井井體的厚度確定取決于下沉需要，滿足受力要求及適用性要求和抗浮要求[1] 。沉井井體有適當的厚度，能使在下沉過程中沉井可以依靠自重克服土層的摩阻力下沉到設計標高;在施工過程中和使用階段，保證沉井具有足夠的強度和剛度同時滿足依靠自重來抗浮。根據工藝條件，通過試算和調整，沉井井壁厚度如圖一所示，剖面圖如圖二所示。

　　考慮到沉井所處土層滲水性不強，井內水量不大且排水不困難和工期要求采用排水下沉沉井施工，分兩段澆筑，待達到設計強度后一次下沉(第一段高度5.5米，第二段高度4.7米)，C30素砼干封底(待砼達到強度時，才可以停止降水)。為防止沉井排水下沉引起靠近機場運輸道路和地面土體塌方和下沉，在井壁外邊線1.5m處施工一排φ500攪拌樁。

　　待沉井下沉到設計標高后，封底并底板施工完畢后，根據工藝條件要求進行提升泵站的內間墻二次澆筑，二次C20素混凝土找坡，澆筑頂板(板厚h=200)和施工上部結構。提升泵站如圖三和圖四所示。

　　3.2抗浮驗算(使用階段)

　　根據《給水排水工程鋼筋混凝土沉井結構設計規程》(CECS137:2002)第6.1.4條規定[2]，沉井抗浮應按沉井封底和使用階段驗算。沉井施工階段抗浮措施由施工單位自行考慮。在使用階段結構總自重標準值Gk=10507kN，總浮力Fw,k=9730kN，抗浮系數kfw=Gk/Fw,k=1.08>1.0滿足要求。

　　3.3下沉驗算

　　為了保證沉井能順利下沉，根據《給水排水工程鋼筋混凝土沉井結構設計規程》(CECS137:2002)第6.1.2條沉井下沉系數kst不應小于1.05。沉井自重標準值Gk=5404kN，由于采用排水下沉水浮力Ffw,k=0，井壁總摩阻力Ffk=4825 kN，經計算kst=(Gk-Ffk)/Ffk=1.12>1.05。如果kst>1.20時，還應驗算下沉穩定，以防止沉井在軟弱土層突沉或者下沉標高超出范圍。

　　3.4地基承載力驗算(使用階段)

　　使用階段提升泵站整體結構總重G=12054kN，底板基底反力為qk=12054/(7×14)=123kPa。根據《建筑地基基礎設計規范》第5.2.4條修正地基承載力特征值[3]，修正后地基承載力特征值fa=130kPa>qk=123kPa，滿足要求。若地基承載力不滿足設計要求時，應采取地基處理加固措施來提高地基承載力。

　　3.5井壁和底板計算

　　井壁計算模式可視為一個閉合的水平框架在外側水平荷載作用下[4]，計算按沿井壁高度方向劃分為兩個區段(中間施工縫為界)，水平荷載按各段下端0.5m內的平均值取值。閉合水平框架內力可以采用彎矩分配法或有限元分析。本工程采用理正軟件計算，計算簡圖和彎矩圖如圖五、六所示。

　　沉井底板按雙向板計算，四邊簡支。在使用階段，底板計算荷載應取底板最大凈反力和水浮力兩者較大值。經計算，底板跨中彎矩標準值Mx=225 kN.m，My=199 kN.m。在配筋時，如果考慮封底砼的作用，配筋可適當減少。井壁和底板在使用階段還須按正常使用極限狀態驗算裂縫是否滿足要求。

　　3.6沉井構造措施

　　沉井刃腳形式有幾種形式，選擇刃腳形式要根據土質條件和下沉情況考慮，刃腳斜面與水平面夾角一般取50°～60°。如遇堅硬土層或者較厚卵石層宜在刃腳踏面上設置鋼板護角。由于本工程場地土質為較均勻的軟弱土層，故可以不設置，根據現場施工反饋信息，沉井采用的刃腳形式施工下沉時速度可控，垂直偏差極小，下沉位置和設計要求標高位置基本吻合。

　　沉井刃腳和底板連接須設置凹槽，在井壁位置預埋插筋與底板鋼筋連接，防止底板滲水和保障底板有可靠的傳力。由于機場整個場地地下水位比較高，刃腳內側與封底混凝土接觸部位和底板接觸的凹槽須鑿毛，使新舊混凝土結合緊密，防止污水外滲。

　　沉井井壁和二次澆筑提升泵站內間墻連接處設置凸槽，并預留φ16插筋，間距同內間墻水平鋼筋間距。沉井井壁施工縫可凸槽或者預埋止水鋼板。

　　4.結語

　　該機場于2011年12月中已經正式通航，同時污水處理站提升泵站也正式投入使用，運行正常。實踐證明，在軟土地區采用沉井結構施工方式是可行的，且比采用基坑支護開挖施工造價便宜;設計過程中必須重視系統的理論計算和加強構造措施。本工程實例可供類似工程的結構設計作參考。

　　參考文獻

　　[1]給水排水工程結構設計手冊(第二版)[M]中國建筑工業出版社,2007

　　[2]給水排水工程鋼筋混凝土沉井結構設計規程(CECS 137:2002)

　　[3]建筑地基基礎處理技術規范(JGJ79-2002)

　　[4]葛春輝.鋼筋混凝土沉井結構設計施工手冊[M].中國建筑工業出版社，2004