温州某污水处理厂特种工程结构设计浅析

裴伟群

【摘 要】 本文介绍了在松软地基上进行沉井制作时，为避免沉井倾斜、超沉，防止由于地基不均匀下沉引起井身裂缝，必须先对地基进行处理。同时介绍了沉井的设计要点，其目的是为了设计时必须要结合其结构的特点综合考虑工艺流程、场地条件、施工技术等各项要求，制定相应的技术措施。

【关键词】 软土地基；地基处理；大空间沉井；设计要点

沉井是工业建筑常见的地下构筑物，在污水处理工程中被广泛应用。它是在修建沉井的地面或底坑上，先制作开口钢筋砼井筒，作到全高或部分高度，达到一定强度后，用人工或机械在井筒内不断分层挖土、运土，随着井内面逐渐降低，沉井筒身借其自重克服与土壁之间摩阻力及刃脚下土的阻力，不断切土下沉。待井筒刃脚达到设计标高后，进行基底整形，浇筑砼垫层和钢筋砼底板封底，当沉井作为地下结构物使用，则再在其上端施工井内隔墙、板和上部建筑物。沉井一般由井壁、刃脚、底板、内隔墙、顶盖及附属设施等部分组成。

一、场地工程地质条件

温州某污水处理工程依据2012年3月提供的《岩土工程勘察报告》，拟建场地为耕地，场地高程在2.80～3.10米之间。年平均降雨量1506.9mm。地下水位初见水位埋深为0.35～0.40米，稳定水位埋深为0.5～0.61米之间，水位年变幅度1.50米以内。场地地基土自上而下划分为5个岩土层：①-1层：粘土，层厚1.6～2.1米。②-1层：淤泥，层厚13.40～13.90米。②-2层：淤泥，层厚12.20～13.60米。③-2层：圆砾，层厚2.20～4.10米。③-2层：粘土，揭露层厚8.20～10.10米。环境类别Ⅱ类，抗震设防烈度6度，设计基本地震加速度值0.05g，第一组。结合拟建构筑物结构、荷载等特点，将泵池、顶管井、接收井、出水阀门井、流量计井、溢流井均设计为沉井。

二、泵池为例

沉井平面为矩形长15.2m宽10.3m，沉井底板顶处深为9.90米，板底处为10.55米。依据详勘为防止沉井在软土中突沉和解决沉井空间太大刚度差等问题必须加强整体刚度，结合内隔墙的工艺和设备要求除在沉井底部，双向增设底梁外，必须沿纵、横向中部分别布置钢筋砼壁柱。砼强度等级为C30、抗渗等级S6。

三、地基承载力计算

3.1、沉井起沉前地基承载力计算：沉井自重14626 KN ，沉井底面单位面积的荷载为93 KPa，起沉所挖基坑深度为1.5米，修正后地基承载力特征值fa=88.2 KPa，

3.2、淤泥下卧层地基承载力验算：淤泥层顶的修正后地基承载力验算特征值为69.5 KPa，由于Es1/ Es2=2，Z/b=0.5时，取扩散角23°，下卧层顶的基础面积为99.8 m，下卧层顶面处单位面积的荷载为48.9 KPa。

3.3、沉井使用阶段地基承载力验算：②-1层淤泥地基承载力特征值为50 KPa，修正后的地基承载力特征值为140 KPa，相应于荷载标准组合时，沉井底的平均压力值为60 KPa>50 KPa，

故不满足要求，沉井底部淤泥层必须做压密注浆处理。

3.4、刃脚：外侧配筋为Φ25@100，内侧配筋为Φ20@10

四、沉井抗浮、下沉验算

五、地基处理

压密注浆做法：注浆材料：以32.5号普通硅酸盐水泥搅拌均匀的纯水泥悬浊液，并掺入约2.0% 的水玻璃促凝剂，具体掺入量应通过实验确定。注浆浆液初凝时间为 1～2 h，浆液注入率为 20%，注浆流量控制在 10L/min～15L/min，注浆管上拔高度宜小于或等于500。注浆压力控制在 0.2～0.5MPa，每立方米掺入水泥量为 200公斤，浆液水灰比为0.5。压密注浆结束28天后，采用静力触探进行检测，要求加固后的地基qc值是加固前地基qc值的1.5倍。

六、施工技术措施

浇筑沉井前应挖除基础表面虚土，筑捣砂垫层，按地基承载力要求确定其厚度，沉井起沉标高2.60米。沉井下沉应具有一定的强度，第一节钢筋砼强度应达到设计强度的100%， 其上各节钢筋砼强度达到70%以后，方可开始下沉。对于较大较深孔洞，在沉井制作时在洞口预埋钢框、螺栓，用钢板、方木封闭，中填与空洞混凝土重量相等的砂石或铁块配重。其余预留较小较浅孔洞，下沉时可用砖砌体封堵预留洞口。沉井刃脚下沉接近设计标高时，应采用人工挖土；井下沉到设计标高时，其刃脚下的土不允许挖空。浇筑底板砼前，应先将井壁与底板之间预留槽口以及底板與底部十字梁之间接触面凿毛，清除封底砼表面残渣，并冲洗干净。在沉井封底后，顶板未完成前，水位必须控制在起沉标高以下1米。沉井一次下沉，待沉井下沉至设计标高封完底板且底板砼达到设计强度后方可进行顶管施工。施工时沉井挖土应远离沉井堆放。孔洞加固：当开孔直径或宽度不大于300时，板上受力钢筋应绕过洞边，不得切断；当开孔直径或宽度>300时， 孔洞加固做法参见圆孔加固大样。本项目沉井采用排水自沉，干封底。沉井下沉时，由于场地土层承载力较低，沉井下沉时抽垫木和挖土应均匀对称，避免倾斜和超沉。沉井高度>5m采用二次浇筑，一次浇筑高度可以为沉井总高的1/2。

总之，特种工程结构的特点是：结构造型复杂，高大、质量要求严格；地下作业，操作空间狭小，安全性要求高；设计、施工需多工种配合；为保证整体性，避免施工缝，需连续作战，施工周期短工期紧，施工技术复杂，施工难度大，因此在设计时必须要结合其特点综合考虑工艺流程、设备装置、场地条件、施工技术、工期等各项要求，制定相应的技术措施和设计方案。

参考文献

[1] 《建筑地基处理技术规范》（GBJGJ79-2012）

[2] 《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）

[3] 《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）