溫州某污水處理廠特種工程結構設計淺析

裴偉群

【摘 要】 本文介紹了在松軟地基上進行沉井制作時，為避免沉井傾斜、超沉，防止由于地基不均勻下沉引起井身裂縫，必須先對地基進行處理。同時介紹了沉井的設計要點，其目的是為了設計時必須要結合其結構的特點綜合考慮工藝流程、場地條件、施工技術等各項要求，制定相應的技術措施。

【關鍵詞】 軟土地基；地基處理；大空間沉井；設計要點

沉井是工業(yè)建筑常見的地下構筑物，在污水處理工程中被廣泛應用。它是在修建沉井的地面或底坑上，先制作開口鋼筋砼井筒，作到全高或部分高度，達到一定強度后，用人工或機械在井筒內不斷分層挖土、運土，隨著井內面逐漸降低，沉井筒身借其自重克服與土壁之間摩阻力及刃腳下土的阻力，不斷切土下沉。待井筒刃腳達到設計標高后，進行基底整形，澆筑砼墊層和鋼筋砼底板封底，當沉井作為地下結構物使用，則再在其上端施工井內隔墻、板和上部建筑物。沉井一般由井壁、刃腳、底板、內隔墻、頂蓋及附屬設施等部分組成。

一、場地工程地質條件

溫州某污水處理工程依據(jù)2012年3月提供的《巖土工程勘察報告》，擬建場地為耕地，場地高程在2.80～3.10米之間。年平均降雨量1506.9mm。地下水位初見水位埋深為0.35～0.40米，穩(wěn)定水位埋深為0.5～0.61米之間，水位年變幅度1.50米以內。場地地基土自上而下劃分為5個巖土層：①-1層：粘土，層厚1.6～2.1米。②-1層：淤泥，層厚13.40～13.90米。②-2層：淤泥，層厚12.20～13.60米。③-2層：圓礫，層厚2.20～4.10米。③-2層：粘土，揭露層厚8.20～10.10米。環(huán)境類別Ⅱ類，抗震設防烈度6度，設計基本地震加速度值0.05g，第一組。結合擬建構筑物結構、荷載等特點，將泵池、頂管井、接收井、出水閥門井、流量計井、溢流井均設計為沉井。

二、泵池為例

沉井平面為矩形長15.2m寬10.3m，沉井底板頂處深為9.90米，板底處為10.55米。依據(jù)詳勘為防止沉井在軟土中突沉和解決沉井空間太大剛度差等問題必須加強整體剛度，結合內隔墻的工藝和設備要求除在沉井底部，雙向增設底梁外，必須沿縱、橫向中部分別布置鋼筋砼壁柱。砼強度等級為C30、抗?jié)B等級S6。

三、地基承載力計算

3.1、沉井起沉前地基承載力計算：沉井自重14626 KN ，沉井底面單位面積的荷載為93 KPa，起沉所挖基坑深度為1.5米，修正后地基承載力特征值fa=88.2 KPa，

3.2、淤泥下臥層地基承載力驗算：淤泥層頂?shù)男拚蟮鼗休d力驗算特征值為69.5 KPa，由于Es1/ Es2=2，Z/b=0.5時，取擴散角23°，下臥層頂?shù)幕A面積為99.8 m，下臥層頂面處單位面積的荷載為48.9 KPa。

3.3、沉井使用階段地基承載力驗算：②-1層淤泥地基承載力特征值為50 KPa，修正后的地基承載力特征值為140 KPa，相應于荷載標準組合時，沉井底的平均壓力值為60 KPa>50 KPa，

故不滿足要求，沉井底部淤泥層必須做壓密注漿處理。

3.4、刃腳：外側配筋為Φ25@100，內側配筋為Φ20@10

四、沉井抗浮、下沉驗算

五、地基處理

壓密注漿做法：注漿材料：以32.5號普通硅酸鹽水泥攪拌均勻的純水泥懸濁液，并摻入約2.0% 的水玻璃促凝劑，具體摻入量應通過實驗確定。注漿漿液初凝時間為 1～2 h，漿液注入率為 20%，注漿流量控制在 10L/min～15L/min，注漿管上拔高度宜小于或等于500。注漿壓力控制在 0.2～0.5MPa，每立方米摻入水泥量為 200公斤，漿液水灰比為0.5。壓密注漿結束28天后，采用靜力觸探進行檢測，要求加固后的地基qc值是加固前地基qc值的1.5倍。

六、施工技術措施

澆筑沉井前應挖除基礎表面虛土，筑搗砂墊層，按地基承載力要求確定其厚度，沉井起沉標高2.60米。沉井下沉應具有一定的強度，第一節(jié)鋼筋砼強度應達到設計強度的100%， 其上各節(jié)鋼筋砼強度達到70%以后，方可開始下沉。對于較大較深孔洞，在沉井制作時在洞口預埋鋼框、螺栓，用鋼板、方木封閉，中填與空洞混凝土重量相等的砂石或鐵塊配重。其余預留較小較淺孔洞，下沉時可用磚砌體封堵預留洞口。沉井刃腳下沉接近設計標高時，應采用人工挖土；井下沉到設計標高時，其刃腳下的土不允許挖空。澆筑底板砼前，應先將井壁與底板之間預留槽口以及底板與底部十字梁之間接觸面鑿毛，清除封底砼表面殘渣，并沖洗干凈。在沉井封底后，頂板未完成前，水位必須控制在起沉標高以下1米。沉井一次下沉，待沉井下沉至設計標高封完底板且底板砼達到設計強度后方可進行頂管施工。施工時沉井挖土應遠離沉井堆放?？锥醇庸蹋寒旈_孔直徑或寬度不大于300時，板上受力鋼筋應繞過洞邊，不得切斷；當開孔直徑或寬度>300時， 孔洞加固做法參見圓孔加固大樣。本項目沉井采用排水自沉，干封底。沉井下沉時，由于場地土層承載力較低，沉井下沉時抽墊木和挖土應均勻對稱，避免傾斜和超沉。沉井高度>5m采用二次澆筑，一次澆筑高度可以為沉井總高的1/2。

總之，特種工程結構的特點是：結構造型復雜，高大、質量要求嚴格；地下作業(yè)，操作空間狹小，安全性要求高；設計、施工需多工種配合；為保證整體性，避免施工縫，需連續(xù)作戰(zhàn)，施工周期短工期緊，施工技術復雜，施工難度大，因此在設計時必須要結合其特點綜合考慮工藝流程、設備裝置、場地條件、施工技術、工期等各項要求，制定相應的技術措施和設計方案。

參考文獻

[1] 《建筑地基處理技術規(guī)范》（GBJGJ79-2012）

[2] 《混凝土結構設計規(guī)范》（GB50010-2010）

[3] 《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GB50007-2011）