淺議污水處理廠沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

劉達(dá)

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(dá)到環(huán)境容量要求，直接排出就會(huì)造成周圍環(huán)境以及水體受到污染，因此污水必須經(jīng)過一定環(huán)節(jié)的處理與加工才得以排出。然而在建設(shè)污水處理廠時(shí)，若使用到深基坑支護(hù)，則會(huì)投入較高的資金，但根據(jù)相關(guān)研究表示，當(dāng)污水處理廠采用沉井結(jié)構(gòu)時(shí)，會(huì)減少成本投入，獲取良好經(jīng)濟(jì)效益，為此，進(jìn)行污水處理廠沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析很有必要。

關(guān)鍵詞：污水處理廠；沉井；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一、污水處理廠構(gòu)筑物，應(yīng)用沉井施工法的條件

針對(duì)于污水處理廠構(gòu)筑物的分析，其建筑設(shè)計(jì)是要需要通過實(shí)際的地質(zhì)條件的測(cè)定，對(duì)構(gòu)筑物的埋設(shè)深度進(jìn)行計(jì)算，還要對(duì)周圍建筑物的情況進(jìn)行分析等等，通過這些條件的了解，我們?cè)龠x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(dāng)污水處理廠的構(gòu)筑物遇到以下幾個(gè)實(shí)際情況，在起初的設(shè)計(jì)中就非常的不適合用敞口開挖法，而應(yīng)該用沉井施工法，第一點(diǎn)就是如果在天然的，含水量非常豐富的的土壤中，對(duì)構(gòu)筑物的埋設(shè)深度的要求很大的情況下，需要選擇沉井施工法。第二點(diǎn)就是在建設(shè)地點(diǎn)的地下水位非常高的時(shí)候，而且土質(zhì)相對(duì)來說是比較松軟的情況下，也需要選擇沉井施工法。第三點(diǎn)就是測(cè)量的土壤的滲透系數(shù)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(jìn)而導(dǎo)致施工有些困難，我們也要選擇沉井施工法。第四點(diǎn)就是在有水的地區(qū)，我們采用沉井施工法，因?yàn)椴扇≈u沉井施工的方法有利。第五點(diǎn)就是如果在施工現(xiàn)場(chǎng)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(nèi)的土體取出的方法，讓其沉到地下的要求深度的井體結(jié)構(gòu)，再通過沉井當(dāng)做擋土的支護(hù)結(jié)構(gòu)，就可以建造出各種類型，或者說是各種用途的地下工程構(gòu)筑物。沉井施工方法在修筑地下的構(gòu)筑物，或者是深基礎(chǔ)工程中有著非常特殊而重要的作用，而沉井結(jié)構(gòu)就是和這種施工方法最適合的工程結(jié)構(gòu)。在污水處理廠的構(gòu)筑物中，我們經(jīng)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(shí)際的應(yīng)用沉井方法的時(shí)候，我們?cè)谑┕ひ郧?，一定要?duì)沉井的施工地點(diǎn)的地質(zhì)情況做進(jìn)一步的勘測(cè)和分析，通過仔細(xì)的鉆探研究，進(jìn)而保證沉井施工的順利進(jìn)行，保證建成后的污水處理廠的建筑安全性。

二、給排水構(gòu)筑物沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般步驟和內(nèi)容

（1）首先要根據(jù)當(dāng)?shù)氐乃暮偷刭|(zhì)資料，以及對(duì)工藝的使用要求，還有施工的條件要求，進(jìn)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(jié)構(gòu)體系，最后選擇制定沉井結(jié)構(gòu)的施工方案。（2）然后就是要確定截面的尺寸。先要計(jì)算出公差的外荷載力，而且要繪出水和土的壓力計(jì)算圖形。進(jìn)而通過對(duì)結(jié)構(gòu)的設(shè)置，估算出封底混凝土的實(shí)際厚度。進(jìn)而對(duì)沉井的井壁厚度和其他的一些部位構(gòu)件的截面尺寸進(jìn)行初步的確定。（3）在具體的施工階段的強(qiáng)度計(jì)算。先要對(duì)井壁的平面框架的內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算和配筋，這個(gè)工作完成后，緊接著就是對(duì)刃腳的計(jì)算和配筋的設(shè)置工作，其次還要對(duì)井壁的豎向進(jìn)行計(jì)算和配筋，對(duì)豎向的框架的內(nèi)力也要做細(xì)致的計(jì)算和配筋工作。還有就是在框架的底梁對(duì)防突沉的強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算。進(jìn)而就可以計(jì)算出沉井封底混凝土的實(shí)際厚度。緊接著還要對(duì)鋼筋混凝土的底板進(jìn)行計(jì)算及配筋。（4）在這個(gè)使用階段的計(jì)算中，要對(duì)沉井結(jié)構(gòu)的各個(gè)部分的強(qiáng)度進(jìn)行細(xì)致的計(jì)算和抗裂的驗(yàn)算，同時(shí)還要對(duì)地基的承載力以及變形地方的（沉降）計(jì)算，而對(duì)沉井抗浮，抗滑移，抗傾覆的穩(wěn)定性驗(yàn)算等也是這個(gè)工序中必不可少的環(huán)節(jié)。

三、污水處理廠沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1、沉井頂標(biāo)高設(shè)計(jì)

根據(jù)污水處理廠中沉井結(jié)構(gòu)用途與特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)其井頂標(biāo)高時(shí)，不僅需要考慮到污水處理廠對(duì)沉井結(jié)構(gòu)的要求，也需要考慮到安全因素，因而在具體設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)分析污水處理廠周圍水位情況，并在沉井結(jié)構(gòu)終沉后，進(jìn)行內(nèi)部填充、封底、上部建筑作業(yè)以及相關(guān)安裝，保證岸邊污水處理廠井頂設(shè)計(jì)標(biāo)高能夠高出周圍水位0.5m以上，同時(shí)也保證地面或島面污水處理廠井頂設(shè)計(jì)標(biāo)高能夠高出周圍水位0～0.3m之間，防止在沉井結(jié)構(gòu)終沉后，流入周圍地面水。通常情況下，根據(jù)對(duì)污水處理廠的分析，建議沉井結(jié)構(gòu)井頂標(biāo)高可以超出地面0.3m甚至以上，但具體數(shù)值還需要考慮污水處理廠周圍實(shí)際情況。

2、沉井平面尺寸設(shè)計(jì)。平面尺寸設(shè)計(jì)也是沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中一項(xiàng)十分重要的部分，該部分設(shè)計(jì)情況影響著沉井結(jié)構(gòu)整體抗壓能力、強(qiáng)度與剛度。我國相關(guān)施工規(guī)范中提出，沉井結(jié)構(gòu)四角中任何兩刃腳之間地面高差應(yīng)控制在兩角水平距離的1%以內(nèi)，從直觀數(shù)據(jù)角度上來說，四角中兩刃腳之間應(yīng)≤300mm，若四角中的平面兩角水平距離尚未超過10m，平面設(shè)計(jì)中只允許兩刃腳高差在100mm左右。與此同時(shí)，從平面尺寸來說，沉井結(jié)構(gòu)下沉過程中，下沉總深度在10米以內(nèi)時(shí)，水平移動(dòng)的范圍允許達(dá)到100mm。而下沉更淺時(shí)，僅允許沉井結(jié)構(gòu)水平位移<沉井結(jié)構(gòu)下沉深度的1%。因此，在進(jìn)行污水處理廠沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，必須考慮到沉井結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)單位在前期數(shù)值計(jì)算以及尺寸設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行多次試驗(yàn)。

3、沉井刃腳踏面標(biāo)高設(shè)計(jì)

根據(jù)對(duì)沉井結(jié)構(gòu)抗沖刷強(qiáng)度的計(jì)算，驗(yàn)證所有的沉井結(jié)構(gòu)刃腳應(yīng)埋設(shè)足夠深，但在進(jìn)行污水處理廠沉井結(jié)構(gòu)刃腳踏面標(biāo)高設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)按照使用靜空的要求來確定數(shù)值。首先，在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)考慮到污水處理廠處理能力以及沉井結(jié)構(gòu)其他部位尺寸，通過分析沉井結(jié)構(gòu)抗滑移、抗傾覆等穩(wěn)定性能與沉井結(jié)構(gòu)刃腳踏面標(biāo)高之間的關(guān)系，從而大致確定刃腳踏面標(biāo)高數(shù)值；其次，污水處理廠設(shè)計(jì)人員與管理人員應(yīng)在對(duì)廠址周圍地質(zhì)條件以及水文條件透徹分析的狀態(tài)下，對(duì)刃腳踏面標(biāo)高數(shù)值進(jìn)行驗(yàn)證與計(jì)算，分析出哪些數(shù)值還存在著不確定的問題，并以提高沉井結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性為目標(biāo)，不斷細(xì)化與完善刃腳踏面標(biāo)高數(shù)值。與此同時(shí)，施工人員應(yīng)對(duì)刃腳踏面標(biāo)高應(yīng)處于的持力層，根據(jù)地基沉降變形情況與低級(jí)承載能力，計(jì)算出較好的持力層；最后，嚴(yán)格按照《給排水工程剛進(jìn)混凝土沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》中對(duì)刃腳踏面標(biāo)高所做出的規(guī)定計(jì)算允許誤差，保證進(jìn)行整體沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，可以預(yù)留出刃腳踏面標(biāo)高誤差。

4、沉井井壁厚度及各部位界面尺寸設(shè)計(jì)

與污水處理廠沉井結(jié)構(gòu)其他方面設(shè)計(jì)相比，沉井井壁厚度及各部位界面尺寸設(shè)計(jì)更為復(fù)雜，具體而言，在沉井井壁厚度及各部位界面尺寸設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)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(jié)構(gòu)在污水處理廠中承擔(dān)著地基的作用，因此在各個(gè)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(yùn)行。二是強(qiáng)度方面的要求，在污水處理廠建設(shè)以及污水處理廠日后運(yùn)行的各個(gè)階段中，沉井結(jié)構(gòu)都必須具有足夠的剛度與強(qiáng)度，避免污水處理廠出現(xiàn)下沉、坍塌等不良情況。三是抗?jié)B方面的要求。但是由于沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與具體施工過程中，會(huì)受到環(huán)境、工序施工難度等因素的影響，而導(dǎo)致污水處理廠施工無法完全按照施工設(shè)計(jì)進(jìn)行，此時(shí)沉井結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)偏差以及不均勻沉降的問題。

當(dāng)污水處理廠下方為流砂層時(shí)，進(jìn)行沉井井壁厚度及各部位界面尺寸設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到沉井下沉過程中發(fā)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(jù)所收集的資料以及實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，建議施工單位在將沉井結(jié)構(gòu)下沉到流砂層中時(shí)，應(yīng)通過合理方式來增加沉井結(jié)構(gòu)自重，讓該結(jié)構(gòu)可以在井壁厚度與各部位界面尺寸達(dá)到設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，可以提高下沉速度，并保證沉井結(jié)構(gòu)內(nèi)水位更高，以提高周圍建筑物安全性。

結(jié)束語

因?yàn)槌鞘泻凸I(yè)在不斷的向前發(fā)展，所以給水排水構(gòu)筑物的沉井基礎(chǔ)的處理方法已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，這種沉井的施工方法，不僅可以在污水處理廠的構(gòu)筑物上得到使用，比如說在交通，橋梁，煤炭工業(yè)，還有建筑和地鐵等領(lǐng)域的施工中也都有非常大的作用空間。多以對(duì)沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究，不僅有理論意義，而且還有非常大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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[2]楊華林.分析污水處理廠沉井式構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].低碳世界，2016（06）：219-220.