淺議污水處理廠沉井結構設計

劉達

摘要：污水處理廠主要是指從污染源所排出的廢水，由于該類水體無法達到環境容量要求，直接排出就會造成周圍環境以及水體受到污染，因此污水必須經過一定環節的處理與加工才得以排出。然而在建設污水處理廠時，若使用到深基坑支護，則會投入較高的資金，但根據相關研究表示，當污水處理廠采用沉井結構時，會減少成本投入，獲取良好經濟效益，為此，進行污水處理廠沉井結構設計與分析很有必要。

關鍵詞：污水處理廠；沉井；結構設計

一、污水處理廠構筑物，應用沉井施工法的條件

針對于污水處理廠構筑物的分析，其建筑設計是要需要通過實際的地質條件的測定，對構筑物的埋設深度進行計算，還要對周圍建筑物的情況進行分析等等，通過這些條件的了解，我們再選取適合的地基處理方式，例如說敞口的開挖法，或者是沉井的施工法等。但是如果當污水處理廠的構筑物遇到以下幾個實際情況，在起初的設計中就非常的不適合用敞口開挖法，而應該用沉井施工法，第一點就是如果在天然的，含水量非常豐富的的土壤中，對構筑物的埋設深度的要求很大的情況下，需要選擇沉井施工法。第二點就是在建設地點的地下水位非常高的時候，而且土質相對來說是比較松軟的情況下，也需要選擇沉井施工法。第三點就是測量的土壤的滲透系數非常大（像砂礫層），而且在接下來的開挖中，其排水量還是非常的大，進而導致施工有些困難，我們也要選擇沉井施工法。第四點就是在有水的地區，我們采用沉井施工法，因為采取筑島沉井施工的方法有利。第五點就是如果在施工現場的附近有很多的建筑物。而沉井施工法是一種在地面上就可以制作，再通過把井內的土體取出的方法，讓其沉到地下的要求深度的井體結構，再通過沉井當做擋土的支護結構，就可以建造出各種類型，或者說是各種用途的地下工程構筑物。沉井施工方法在修筑地下的構筑物，或者是深基礎工程中有著非常特殊而重要的作用，而沉井結構就是和這種施工方法最適合的工程結構。在污水處理廠的構筑物中，我們經常選用的沉井方式有，吸水井，水泵站，還有污水泵站和雙層沉淀池等。但是在實際的應用沉井方法的時候，我們在施工以前，一定要對沉井的施工地點的地質情況做進一步的勘測和分析，通過仔細的鉆探研究，進而保證沉井施工的順利進行，保證建成后的污水處理廠的建筑安全性。

二、給排水構筑物沉井結構設計的一般步驟和內容

（1）首先要根據當地的水文和地質資料，以及對工藝的使用要求，還有施工的條件要求，進而來確定沉井的平面形狀，尺寸，還有埋置（下沉）的深度，最終確定要布置的結構體系，最后選擇制定沉井結構的施工方案。（2）然后就是要確定截面的尺寸。先要計算出公差的外荷載力，而且要繪出水和土的壓力計算圖形。進而通過對結構的設置，估算出封底混凝土的實際厚度。進而對沉井的井壁厚度和其他的一些部位構件的截面尺寸進行初步的確定。（3）在具體的施工階段的強度計算。先要對井壁的平面框架的內力進行計算和配筋，這個工作完成后，緊接著就是對刃腳的計算和配筋的設置工作，其次還要對井壁的豎向進行計算和配筋，對豎向的框架的內力也要做細致的計算和配筋工作。還有就是在框架的底梁對防突沉的強度進行驗算。進而就可以計算出沉井封底混凝土的實際厚度。緊接著還要對鋼筋混凝土的底板進行計算及配筋。（4）在這個使用階段的計算中，要對沉井結構的各個部分的強度進行細致的計算和抗裂的驗算，同時還要對地基的承載力以及變形地方的（沉降）計算，而對沉井抗浮，抗滑移，抗傾覆的穩定性驗算等也是這個工序中必不可少的環節。

三、污水處理廠沉井結構設計要點

1、沉井頂標高設計

根據污水處理廠中沉井結構用途與特點，在設計其井頂標高時，不僅需要考慮到污水處理廠對沉井結構的要求，也需要考慮到安全因素，因而在具體設計過程中，應分析污水處理廠周圍水位情況，并在沉井結構終沉后，進行內部填充、封底、上部建筑作業以及相關安裝，保證岸邊污水處理廠井頂設計標高能夠高出周圍水位0.5m以上，同時也保證地面或島面污水處理廠井頂設計標高能夠高出周圍水位0～0.3m之間，防止在沉井結構終沉后，流入周圍地面水。通常情況下，根據對污水處理廠的分析，建議沉井結構井頂標高可以超出地面0.3m甚至以上，但具體數值還需要考慮污水處理廠周圍實際情況。

2、沉井平面尺寸設計。平面尺寸設計也是沉井結構設計

中一項十分重要的部分，該部分設計情況影響著沉井結構整體抗壓能力、強度與剛度。我國相關施工規范中提出，沉井結構四角中任何兩刃腳之間地面高差應控制在兩角水平距離的1%以內，從直觀數據角度上來說，四角中兩刃腳之間應≤300mm，若四角中的平面兩角水平距離尚未超過10m，平面設計中只允許兩刃腳高差在100mm左右。與此同時，從平面尺寸來說，沉井結構下沉過程中，下沉總深度在10米以內時，水平移動的范圍允許達到100mm。而下沉更淺時，僅允許沉井結構水平位移<沉井結構下沉深度的1%。因此，在進行污水處理廠沉井結構設計過程中，必須考慮到沉井結構終沉深度，以終沉深度為參照，分析出平面之間的尺寸，這就要求設計單位在前期數值計算以及尺寸設計時，應進行多次試驗。

3、沉井刃腳踏面標高設計

根據對沉井結構抗沖刷強度的計算，驗證所有的沉井結構刃腳應埋設足夠深，但在進行污水處理廠沉井結構刃腳踏面標高設計時，應按照使用靜空的要求來確定數值。首先，在設計過程中應考慮到污水處理廠處理能力以及沉井結構其他部位尺寸，通過分析沉井結構抗滑移、抗傾覆等穩定性能與沉井結構刃腳踏面標高之間的關系，從而大致確定刃腳踏面標高數值；其次，污水處理廠設計人員與管理人員應在對廠址周圍地質條件以及水文條件透徹分析的狀態下，對刃腳踏面標高數值進行驗證與計算，分析出哪些數值還存在著不確定的問題，并以提高沉井結構穩定性為目標，不斷細化與完善刃腳踏面標高數值。與此同時，施工人員應對刃腳踏面標高應處于的持力層，根據地基沉降變形情況與低級承載能力，計算出較好的持力層；最后，嚴格按照《給排水工程剛進混凝土沉井結構設計規程》中對刃腳踏面標高所做出的規定計算允許誤差，保證進行整體沉井結構設計中，可以預留出刃腳踏面標高誤差。

4、沉井井壁厚度及各部位界面尺寸設計

與污水處理廠沉井結構其他方面設計相比，沉井井壁厚度及各部位界面尺寸設計更為復雜，具體而言，在沉井井壁厚度及各部位界面尺寸設計時應考慮以下要求，并盡可能滿足要求。一是下沉方面的要求，由于沉井結構在污水處理廠中承擔著地基的作用，因此在各個階段均需要具有抗傾覆、抗浮以及抗滑移的能力，以保證污水處理廠可以順利運行。二是強度方面的要求，在污水處理廠建設以及污水處理廠日后運行的各個階段中，沉井結構都必須具有足夠的剛度與強度，避免污水處理廠出現下沉、坍塌等不良情況。三是抗滲方面的要求。但是由于沉井結構設計與具體施工過程中，會受到環境、工序施工難度等因素的影響，而導致污水處理廠施工無法完全按照施工設計進行，此時沉井結構容易出現偏差以及不均勻沉降的問題。

當污水處理廠下方為流砂層時，進行沉井井壁厚度及各部位界面尺寸設計應考慮到沉井下沉過程中發生高程誤差以及傾斜下沉等問題給施工帶來的影響，筆者根據所收集的資料以及實際工作經驗，建議施工單位在將沉井結構下沉到流砂層中時，應通過合理方式來增加沉井結構自重，讓該結構可以在井壁厚度與各部位界面尺寸達到設計要求的基礎上，可以提高下沉速度，并保證沉井結構內水位更高，以提高周圍建筑物安全性。

結束語

因為城市和工業在不斷的向前發展，所以給水排水構筑物的沉井基礎的處理方法已經得到了廣泛應用，這種沉井的施工方法，不僅可以在污水處理廠的構筑物上得到使用，比如說在交通，橋梁，煤炭工業，還有建筑和地鐵等領域的施工中也都有非常大的作用空間。多以對沉井結構設計的研究，不僅有理論意義，而且還有非常大的經濟價值。

參考文獻：

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