[摘要] 本文主要介紹某機(jī)場污水處理站提升泵站沉井結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的計(jì)算要點(diǎn)和部分構(gòu)造措施，可供類似工程設(shè)計(jì)參考。

　　Abstract :In this paper , structural design and some design measures of the open caisson are mainly presented in the pumping station of a sewage treament project in the airport,It may be referenced by the similar project.

　　[關(guān)鍵詞] 沉井 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　Keywords: Open caisson Structural design

　　中圖分類號(hào)：S611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

　　1.工程概況

　　本工程為廣東省揭陽市某機(jī)場配套工程，同時(shí)也是機(jī)場污水處理站重要的構(gòu)筑物。工程抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.15g;建筑場地為Ⅲ類;特征周期為0.45;建筑抗震設(shè)防類別為丙類;地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為丙級(jí)。提升泵站靠近已經(jīng)建好的機(jī)場內(nèi)道路?；又ёo(hù)大開挖施工提示泵站工程造價(jià)較大，工期較長，經(jīng)比選采用沉井結(jié)構(gòu)，二次澆筑提升泵站內(nèi)隔墻和上部結(jié)構(gòu)。提升泵站平面尺寸為14m×7m，埋地深度約為9m，上部為單榀框架結(jié)構(gòu)。

　　2.地質(zhì)條件

　　機(jī)場污水污水處理站位于潮汕平原西南，榕江流域中下游，根據(jù)《巖土工程詳細(xì)勘察報(bào)告》，土層自上而下分別為：①素填土層：場地內(nèi)均有分布，為新近填土?；尹S色，濕，稍壓實(shí)，主要由碎石，角礫組成，含少量塊石，粉粘粒含量10～20%，成分多為風(fēng)化粉砂巖巖屑。層厚1.10～1.30m;②耕土層：主要由粘性土組成，呈深褐色、灰色，含少量植物根系，可塑狀。層厚0.80～1.60m;③淤泥層：場地內(nèi)均有分布，以淤泥為主。深灰色、灰黑色，流塑，土質(zhì)較細(xì)膩粘滑，味稍臭，局部含貝殼碎片、腐殖質(zhì)及朽木，普遍中下部夾薄層粉細(xì)砂。層厚9.70～13.80m，N=1~3;④粉質(zhì)粘土層：棕黃色、淺灰色，可塑，刀切面光滑，土質(zhì)粘韌。層厚1.90～5.80m，平均厚度4.06m，N=7~13;⑤粗砂層：以粗砂為主，局部為粉細(xì)砂?；尹S色、灰白色，局部深灰色，密實(shí)度變化較大，中密為主，局部密實(shí)，飽和，級(jí)配不良，含少量粘粒，局部含較多淤泥質(zhì)。層厚1.80～6.70m，平均厚度4.57m，N=14.5;⑥淤泥質(zhì)土層：灰黑色、深灰色，軟塑狀，土質(zhì)粘滑，具臭味，含有機(jī)質(zhì)，局部地區(qū)含較多腐殖質(zhì)及朽木，局部夾薄層粉細(xì)砂。層厚1.50～9.90m，平均厚度4.58m，N=6;

　　鑒于提升泵站埋深約為9m，地質(zhì)報(bào)告僅選用①～⑥層，鉆孔深度約為35m。沉井主要所處土層為軟弱土層。

　　3.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　沉井的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括井體的厚度確定和施工方法選擇、抗浮驗(yàn)算、下沉驗(yàn)算、地基承載力驗(yàn)算、井壁和底板計(jì)算和沉井構(gòu)造措施。

　　3.1井體的厚度確定和施工方法選擇

　　沉井井體的厚度確定取決于下沉需要，滿足受力要求及適用性要求和抗浮要求[1] 。沉井井體有適當(dāng)?shù)暮穸龋苁乖谙鲁吝^程中沉井可以依靠自重克服土層的摩阻力下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高;在施工過程中和使用階段，保證沉井具有足夠的強(qiáng)度和剛度同時(shí)滿足依靠自重來抗浮。根據(jù)工藝條件，通過試算和調(diào)整，沉井井壁厚度如圖一所示，剖面圖如圖二所示。

　　考慮到沉井所處土層滲水性不強(qiáng)，井內(nèi)水量不大且排水不困難和工期要求采用排水下沉沉井施工，分兩段澆筑，待達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后一次下沉(第一段高度5.5米，第二段高度4.7米)，C30素砼干封底(待砼達(dá)到強(qiáng)度時(shí)，才可以停止降水)。為防止沉井排水下沉引起靠近機(jī)場運(yùn)輸?shù)缆泛偷孛嫱馏w塌方和下沉，在井壁外邊線1.5m處施工一排φ500攪拌樁。

　　待沉井下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，封底并底板施工完畢后，根據(jù)工藝條件要求進(jìn)行提升泵站的內(nèi)間墻二次澆筑，二次C20素混凝土找坡，澆筑頂板(板厚h=200)和施工上部結(jié)構(gòu)。提升泵站如圖三和圖四所示。

　　3.2抗浮驗(yàn)算(使用階段)

　　根據(jù)《給水排水工程鋼筋混凝土沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》(CECS137:2002)第6.1.4條規(guī)定[2]，沉井抗浮應(yīng)按沉井封底和使用階段驗(yàn)算。沉井施工階段抗浮措施由施工單位自行考慮。在使用階段結(jié)構(gòu)總自重標(biāo)準(zhǔn)值Gk=10507kN，總浮力Fw,k=9730kN，抗浮系數(shù)kfw=Gk/Fw,k=1.08>1.0滿足要求。

　　3.3下沉驗(yàn)算

　　為了保證沉井能順利下沉，根據(jù)《給水排水工程鋼筋混凝土沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》(CECS137:2002)第6.1.2條沉井下沉系數(shù)kst不應(yīng)小于1.05。沉井自重標(biāo)準(zhǔn)值Gk=5404kN，由于采用排水下沉水浮力Ffw,k=0，井壁總摩阻力Ffk=4825 kN，經(jīng)計(jì)算kst=(Gk-Ffk)/Ffk=1.12>1.05。如果kst>1.20時(shí)，還應(yīng)驗(yàn)算下沉穩(wěn)定，以防止沉井在軟弱土層突沉或者下沉標(biāo)高超出范圍。

　　3.4地基承載力驗(yàn)算(使用階段)

　　使用階段提升泵站整體結(jié)構(gòu)總重G=12054kN，底板基底反力為qk=12054/(7×14)=123kPa。根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.2.4條修正地基承載力特征值[3]，修正后地基承載力特征值fa=130kPa>qk=123kPa，滿足要求。若地基承載力不滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)采取地基處理加固措施來提高地基承載力。

　　3.5井壁和底板計(jì)算

　　井壁計(jì)算模式可視為一個(gè)閉合的水平框架在外側(cè)水平荷載作用下[4]，計(jì)算按沿井壁高度方向劃分為兩個(gè)區(qū)段(中間施工縫為界)，水平荷載按各段下端0.5m內(nèi)的平均值取值。閉合水平框架內(nèi)力可以采用彎矩分配法或有限元分析。本工程采用理正軟件計(jì)算，計(jì)算簡圖和彎矩圖如圖五、六所示。

　　沉井底板按雙向板計(jì)算，四邊簡支。在使用階段，底板計(jì)算荷載應(yīng)取底板最大凈反力和水浮力兩者較大值。經(jīng)計(jì)算，底板跨中彎矩標(biāo)準(zhǔn)值Mx=225 kN.m，My=199 kN.m。在配筋時(shí)，如果考慮封底砼的作用，配筋可適當(dāng)減少。井壁和底板在使用階段還須按正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算裂縫是否滿足要求。

　　3.6沉井構(gòu)造措施

　　沉井刃腳形式有幾種形式，選擇刃腳形式要根據(jù)土質(zhì)條件和下沉情況考慮，刃腳斜面與水平面夾角一般取50°～60°。如遇堅(jiān)硬土層或者較厚卵石層宜在刃腳踏面上設(shè)置鋼板護(hù)角。由于本工程場地土質(zhì)為較均勻的軟弱土層，故可以不設(shè)置，根據(jù)現(xiàn)場施工反饋信息，沉井采用的刃腳形式施工下沉?xí)r速度可控，垂直偏差極小，下沉位置和設(shè)計(jì)要求標(biāo)高位置基本吻合。

　　沉井刃腳和底板連接須設(shè)置凹槽，在井壁位置預(yù)埋插筋與底板鋼筋連接，防止底板滲水和保障底板有可靠的傳力。由于機(jī)場整個(gè)場地地下水位比較高，刃腳內(nèi)側(cè)與封底混凝土接觸部位和底板接觸的凹槽須鑿毛，使新舊混凝土結(jié)合緊密，防止污水外滲。

　　沉井井壁和二次澆筑提升泵站內(nèi)間墻連接處設(shè)置凸槽，并預(yù)留φ16插筋，間距同內(nèi)間墻水平鋼筋間距。沉井井壁施工縫可凸槽或者預(yù)埋止水鋼板。

　　4.結(jié)語

　　該機(jī)場于2011年12月中已經(jīng)正式通航，同時(shí)污水處理站提升泵站也正式投入使用，運(yùn)行正常。實(shí)踐證明，在軟土地區(qū)采用沉井結(jié)構(gòu)施工方式是可行的，且比采用基坑支護(hù)開挖施工造價(jià)便宜;設(shè)計(jì)過程中必須重視系統(tǒng)的理論計(jì)算和加強(qiáng)構(gòu)造措施。本工程實(shí)例可供類似工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作參考。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]給水排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)(第二版)[M]中國建筑工業(yè)出版社,2007

　　[2]給水排水工程鋼筋混凝土沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程(CECS 137:2002)

　　[3]建筑地基基礎(chǔ)處理技術(shù)規(guī)范(JGJ79-2002)

　　[4]葛春輝.鋼筋混凝土沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工手冊(cè)[M].中國建筑工業(yè)出版社，2004