詹志偉，張倬博，張 賢

（廣東省源天工程有限公司 廣州 511338）

0 引言

很多城鎮(zhèn)、農(nóng)村污水處理廠水工構(gòu)筑物（如粗格柵渠和泵房、倒虹井等）因?yàn)楣芫W(wǎng)的埋深設(shè)計(jì)要求，需要設(shè)計(jì)成地埋式，且埋深要求7 m 以上，甚至10 m 以上，已屬于深基坑工程支護(hù)設(shè)計(jì)，基坑開挖采用鋼板樁支護(hù)費(fèi)用很高，且當(dāng)?shù)夭灰欢苷业綄I(yè)的鋼板樁施工單位，若采用鉆孔灌注樁（支護(hù)樁）+水泥土攪拌樁（深層攪拌法止水帷幕）則費(fèi)用高、工期長(zhǎng)，因此采用沉井設(shè)計(jì)與施工是一種安全、適用、經(jīng)濟(jì)的方案。同行們對(duì)沉井的設(shè)計(jì)與施工都有探討研究：認(rèn)為沉井的埋置深度可以很大，整體性強(qiáng)、穩(wěn)定性好，有較大的承載面積，能承受較大的垂直荷載和水平荷載，可作為支護(hù)結(jié)構(gòu)擋土，施工工藝并不復(fù)雜。沉井施工時(shí)對(duì)鄰近建筑物尤其是軟土中地下建筑物的基礎(chǔ)影響較小。沉井的缺點(diǎn)是施工期較長(zhǎng)，對(duì)粉細(xì)砂類土在井內(nèi)抽水易發(fā)生流砂現(xiàn)象，造成沉井傾斜，沉井下沉過程中遇到的大孤石或井底巖層表面傾斜過大，均會(huì)給施工帶來一定困難。

1 適用條件

1.1 沉井的類型較多，其用途也不相同，設(shè)計(jì)沉井時(shí)應(yīng)根據(jù)沉井的用途和具體條件選用合適的沉井形式。工業(yè)建筑中的構(gòu)筑物如果埋置地下較深.可以做成沉井，沉井下沉就位封底后，成為工業(yè)工藝流程中的一座構(gòu)筑物.如給排水工程中的集水井、水泵房、廢水池、頂管井等。

1.2 在給排水工程中，沉井應(yīng)用廣泛，運(yùn)用范圍大致如下：

⑴沉井泵站

當(dāng)取水泵站和排水泵站埋深較大，采用大開挖施工有困難時(shí)，可以采用沉井施工工藝。

⑵吸水井

吸水井一般埋深較深，宜采用沉井。

⑶取水頭部

取水頭部不但埋置較深，且一般均布布置在岸邊或江心，是采用沉井形式最為普遍的構(gòu)筑物。

⑷頂管工作井和接收井

采用頂管施工的給排水工程輸水管線要求設(shè)置頂管工作井和頂管接受井，特別是頂管工作井承受頂推力，采用沉井是比較合適的，這些井的平面尺寸不大，但深度較大，采用沉并可減少土方開挖量。

2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 水文及工程地質(zhì)資料

⑴探明沉井周邊外的一定范圍內(nèi)土層分布及其均勻性。

⑵查清有無軟弱土層、洞穴或其他障礙物及其分布情況。

⑶各土層對(duì)沉井下沉的摩阻力。

⑷各土層的滲透系數(shù)。

⑸土的物理力學(xué)指標(biāo)，包括各層土的極限承載力。

⑹地下水位資料。

2.2 計(jì)算內(nèi)容

⑴下沉驗(yàn)算

⑵抗浮驗(yàn)算

⑶地基承載力驗(yàn)算

⑷刃腳、井壁、底板內(nèi)力配筋計(jì)算

⑸井壁、底板裂縫計(jì)算

⑹水下封底混凝土厚度計(jì)算

⑺對(duì)坑底進(jìn)行抗隆起、抗管涌等相關(guān)的穩(wěn)定驗(yàn)算。

3 工程實(shí)例

茂名市水東灣片區(qū)城鎮(zhèn)支次管網(wǎng)完善工程項(xiàng)目臨近海邊，地下水位很高，地質(zhì)有較厚的淤泥質(zhì)土層和微風(fēng)化花崗巖層，且靠近民用建筑，某污水處理池長(zhǎng)6.0 m，寬4.5 m，深度4m，初步基坑支護(hù)方案采用振壓鋼板樁+高壓旋噴樁（止水帷幕），但經(jīng)過專家評(píng)審討論，認(rèn)為根據(jù)類似工程施工經(jīng)驗(yàn)，施壓和拔出鋼板樁過程整個(gè)施工區(qū)域場(chǎng)地震動(dòng)會(huì)非常嚴(yán)重，勢(shì)必會(huì)造成附近民用建筑的破壞，因此不建議采用振壓鋼板樁+高壓旋噴樁（止水帷幕）的基坑支護(hù)方案；另考慮采用鉆孔灌注樁（支護(hù)樁）+高壓旋噴樁（止水帷幕）的支護(hù)開挖方案，經(jīng)專家的評(píng)審討論，技術(shù)可行，但施工工期長(zhǎng)，造價(jià)高，且施工現(xiàn)場(chǎng)沒有足夠的場(chǎng)地?cái)[放施工機(jī)械，因此也不建議使用鉆孔灌注樁（支護(hù)樁）+高壓旋噴樁（止水帷幕）的支護(hù)開挖方案，經(jīng)多方案認(rèn)真對(duì)比研究，最后評(píng)審討論建議使用沉井排水施工工藝進(jìn)行廢水處理池的設(shè)計(jì)與施工。污水處理池淺部土層為素填土層和淤泥質(zhì)土層，壓縮性高，地下水位很高，軟弱土呈流塑狀態(tài)，基坑開挖施工困難、對(duì)周邊建筑有很大安全隱患，采用沉井設(shè)計(jì)施工方案能安全、適用、經(jīng)濟(jì)、高效地解決了高壓縮性軟土地基中給排水構(gòu)筑物基坑開挖的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工問題。該方案得到了建設(shè)單位的一致認(rèn)可確定。

工程地質(zhì)柱狀圖如圖1 所示，土層分布及土層主要參數(shù)如表1所示，沉井平面圖及斷面圖如2所示。

表1 土層分布及土層主要參數(shù)Tab.1 Soil Layer Distribution and Main Parameters of Soil Layer

圖1 工程地質(zhì)柱狀圖Fig.1 Engineering Geologic Columnar Profile

圖2 污水池底平面及A-A剖面Fig.2 Bottom Plan A-A Profile of the Cesspool （mm）

3.1 幾何信息（見表2、圖3）

表2 幾何信息Tab.2 Geometry Information

圖3 沉井幾何簡(jiǎn)圖Fig.3 Sketch of Sinking Geometry （mm）

3.2 土層信息（見表3）

表3 土層信息Tab.3 Soil Layer Information

3.3 荷載信息

荷載信息（見表4）

表4 荷載信息Tab.4 Load Information

組合系數(shù)（見表5）

表5 組合系數(shù)Tab.5 Combination Coefficient

3.4 鋼筋混凝土信息（見表6）［1］

表6 鋼筋混凝土信息Tab.6 Reinforced Concrete Information

縱筋保護(hù)層厚度（mm）：井壁（內(nèi)40，外40）、底板（上40，下40）、刃腳（內(nèi)40，外40）。

縱筋as（mm）：井壁頂部50、刃腳底部50。

4 構(gòu)造要求

⑴矩形沉井的長(zhǎng)寬比不宜大于2 的限定，主要是考慮沉井空間剛度和滿足沉井下沉穩(wěn)定控制的需要。在有經(jīng)驗(yàn)時(shí)可放寬，但應(yīng)有相應(yīng)的構(gòu)造和施工措施。沉井高寬比不宜大于2.5［4］，如果不滿足要求，可考慮采用分段制作、多次下沉的方法，降低地面以上沉井的高度。

⑵沉井克服土摩阻力下沉，沉井外壁受土摩擦［5］，土層外層鋼筋的混凝土保護(hù)層宜適當(dāng)加大。

⑶沉井起沉標(biāo)高應(yīng)在水位以上，以滿足澆筑混凝土的要求。如水位高于沉井起沉標(biāo)高，應(yīng)采取筑島、圍堪或降水措施［6］。

⑷ 刃腳的長(zhǎng)度應(yīng)滿足封底混凝土厚度的要求。封底前有可能發(fā)生涌土?xí)r，應(yīng)采取必要措施。

5 結(jié)論

沉井設(shè)計(jì)與施工在給水排水工程一些構(gòu)筑物中得到了很好應(yīng)用，是一種安全、適用、經(jīng)濟(jì)的方案；缺點(diǎn)是施工期較長(zhǎng)，對(duì)粉細(xì)砂類土在井內(nèi)抽水易發(fā)生涌水涌砂現(xiàn)象，造成沉井結(jié)構(gòu)傾斜，沉井下沉過程中遇到的大孤石或井底巖層表面傾斜過大，均會(huì)給施工帶來一定困難［7］。沉井下沉過程中遇到軟弱土層時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行沉井的下沉穩(wěn)定驗(yàn)算。存在粉細(xì)砂層時(shí)，設(shè)計(jì)與施工應(yīng)事先制定防止流砂產(chǎn)生的措施；在泥炭、淤泥或淤泥質(zhì)黏土等軟弱土層中下沉?xí)r，應(yīng)采取有效措施防止發(fā)生突沉［8］；下沉過程中應(yīng)結(jié)合沉井附近的建（構(gòu)）筑物的重要程度以及地下設(shè)施、地下管線和地表對(duì)沉降的承受能力綜合考慮后采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施［9］。沉井下沉方式有排水下沉和不排水下沉兩種，建議按排水下沉的方式下沉。水下封底混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C20 。當(dāng)?shù)叵滤蚓畠?nèi)貯水對(duì)混凝土和鋼筋有腐蝕作用時(shí)，應(yīng)采取相應(yīng)的防腐措施［10］。持力層未經(jīng)修正的地基承載力特征值一般取80 kPa，當(dāng)沉井下沉較深，且井上部又沒有建筑時(shí)，則不需要驗(yàn)算地基承載力。沉井作為頂管工作井使用時(shí)，頂管力限值應(yīng)計(jì)算并按相關(guān)規(guī)范要求取值。