程文婕

摘要：沉井需在在刃腳切開土壤的幫助下才能持續(xù)下沉，是許多工程建設(shè)中不可或缺的關(guān)鍵一環(huán)，因此在泵站設(shè)計建設(shè)時如何對刃腳結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行設(shè)計是工程人員必須考慮到的因素。本文以市政泵站相關(guān)建設(shè)工程為例，針對泵站工程中的沉井作用，刃腳結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計對沉井內(nèi)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(guān)鍵詞：刃腳結(jié)構(gòu);泵站;沉井;設(shè)計

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

隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，城市建設(shè)施工變得越來越頻繁，這導(dǎo)致在城市中的建筑密集區(qū)、人員密集區(qū)進(jìn)行工地施工的情形越來越多，引發(fā)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(qū)的地下建設(shè)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(fā)顯得重要起來。

一.方案對比

傳統(tǒng)泵站的施工方案有以下三種：

現(xiàn)澆鋼筋混凝土明開槽

沉井結(jié)構(gòu)

地底連續(xù)墻結(jié)構(gòu)

泵站的施工一般來說都會采用現(xiàn)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(shè)深度的增加、施工環(huán)境的影響、安全指標(biāo)的不斷提高以及國家政策的改變等原因。各施工單位依據(jù)施工對象的具體情況，認(rèn)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(zhàn)。許多地區(qū)的土質(zhì)較軟，導(dǎo)致安全要求更高，方案論證以及相關(guān)審查更嚴(yán)苛。

沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計是最近新發(fā)展的泵站建設(shè)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(yè)優(yōu)勢大;但其確缺點也明顯，主要體現(xiàn)在比現(xiàn)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(jié)省基坑開挖后的維護費，此外，沉井結(jié)構(gòu)施工對地下土質(zhì)無破壞，適合在地下土質(zhì)復(fù)雜的城區(qū)進(jìn)行作業(yè)。統(tǒng)籌來看，帶沉井結(jié)構(gòu)的方案在安全指標(biāo)和效費比上都超過了現(xiàn)澆鋼筋混凝土開槽方案。

地下連續(xù)墻方案具有安全性高的有點，但其需要具有專業(yè)資質(zhì)的施工單位進(jìn)行施工，在實用性上不如帶沉井結(jié)構(gòu)的方案，所以這個方案在常規(guī)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(shè)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(fā)生。有些地方有超過100mm/h的局部特大暴雨，從而引發(fā)洪澇災(zāi)害。為了應(yīng)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(yīng)對50mm/h的降雨量，以應(yīng)對城市化帶來的雨水流入的增加。廈門市集美區(qū)后溪雨水泵站的建設(shè)便是為了增加足夠的站內(nèi)容量來應(yīng)對突發(fā)極端天氣概率的增加。

后溪泵站是為應(yīng)對現(xiàn)有泵站流域降雨徑流增加而設(shè)計的雨水泵站。此外，它還設(shè)有雨水蓄水池，以減少合流排污系統(tǒng)的污染負(fù)荷。該泵站設(shè)計為排水面積為292.85公頃，設(shè)計排水量為37.3m3/s，泵站總?cè)萘繛?7600m3。建筑結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。該工程為實現(xiàn)施工目的，采用技術(shù)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(qū)塊：一個是干管進(jìn)水通道和沉砂池，另一個是抽水井和雨水蓄水池。左側(cè)為“西側(cè)沉井”（挖掘面積2614平方米，深度53.8米），右側(cè)為“東側(cè)沉井”（挖掘面積2289平方米，深度50.1米）。施工規(guī)模：

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

東側(cè)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(jìn)行單井開挖，則開挖面積4983 m2，在這之前沒有類似規(guī)模項目的經(jīng)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(jié)構(gòu)在下沉初期失穩(wěn)，因此存在較高的開裂和屈曲風(fēng)險。該泵站不僅需要增加橋面板的剛度，還需要臨時構(gòu)件（提升梁）進(jìn)行加固。這是一個臨時構(gòu)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(shù)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(xiàn)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(wěn)定的方案。另外，由于進(jìn)水干管比泵井淺，沉井分為兩個部分，會產(chǎn)生深度差，這樣的設(shè)計效費比更高。

經(jīng)與當(dāng)?shù)鼐用駞f(xié)商，該泵站的整體建設(shè)周期控制在3年以內(nèi)，建設(shè)工期緊，因此，即使資金投入不高，也采用了同步建設(shè)。此外，將噪音控制大樓壓縮成兩層，以容納空氣凈化設(shè)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(yù)留了必要的空間。

當(dāng)相鄰兩個沉井同時落下時，有可能出現(xiàn)一個沉井拖拽另一個沉井的現(xiàn)象，即所謂的“聯(lián)降現(xiàn)象”。當(dāng)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(xiàn)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(yīng)力屏蔽墻。此外，施工人員調(diào)整了施工的開始時間，保證不出現(xiàn)“聯(lián)降現(xiàn)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(yīng)力屏蔽墻的影響。根據(jù)沉井結(jié)構(gòu)施工進(jìn)度控制標(biāo)準(zhǔn)，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(rèn)為沒有障礙物可以搭設(shè)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(shè)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(fēng)等，以及設(shè)計階段新問題的提出，都值得期待。兩個沉井的安裝現(xiàn)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(shè)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(jié)語

如果泵站采取沉井進(jìn)行設(shè)計施工，鑒于優(yōu)化了施工方法，泵站施工所需的實際費用相較于現(xiàn)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(shè)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(jié)構(gòu)效費比不高的問題，在泵站周圍增設(shè)噴水帷幕，可以有效防止施工時產(chǎn)生的塵埃飛揚，適合在人口密集的區(qū)域進(jìn)行施工作業(yè)。

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