浅议污水处理厂沉井结构设计

刘达

摘要：污水处理厂主要是指从污染源所排出的废水，由于该类水体无法达到环境容量要求，直接排出就会造成周围环境以及水体受到污染，因此污水必须经过一定环节的处理与加工才得以排出。然而在建设污水处理厂时，若使用到深基坑支护，则会投入较高的资金，但根据相关研究表示，当污水处理厂采用沉井结构时，会减少成本投入，获取良好经济效益，为此，进行污水处理厂沉井结构设计与分析很有必要。

关键词：污水处理厂；沉井；结构设计

一、污水处理厂构筑物，应用沉井施工法的条件

针对于污水处理厂构筑物的分析，其建筑设计是要需要通过实际的地质条件的测定，对构筑物的埋设深度进行计算，还要对周围建筑物的情况进行分析等等，通过这些条件的了解，我们再选取适合的地基处理方式，例如说敞口的开挖法，或者是沉井的施工法等。但是如果当污水处理厂的构筑物遇到以下几个实际情况，在起初的设计中就非常的不适合用敞口开挖法，而应该用沉井施工法，第一点就是如果在天然的，含水量非常丰富的的土壤中，对构筑物的埋设深度的要求很大的情况下，需要选择沉井施工法。第二点就是在建设地点的地下水位非常高的时候，而且土质相对来说是比较松软的情况下，也需要选择沉井施工法。第三点就是测量的土壤的渗透系数非常大（像砂砾层），而且在接下来的开挖中，其排水量还是非常的大，进而导致施工有些困难，我们也要选择沉井施工法。第四点就是在有水的地区，我们采用沉井施工法，因为采取筑岛沉井施工的方法有利。第五点就是如果在施工现场的附近有很多的建筑物。而沉井施工法是一种在地面上就可以制作，再通过把井内的土体取出的方法，让其沉到地下的要求深度的井体结构，再通过沉井当做挡土的支护结构，就可以建造出各种类型，或者说是各种用途的地下工程构筑物。沉井施工方法在修筑地下的构筑物，或者是深基础工程中有着非常特殊而重要的作用，而沉井结构就是和这种施工方法最适合的工程结构。在污水处理厂的构筑物中，我们经常选用的沉井方式有，吸水井，水泵站，还有污水泵站和双层沉淀池等。但是在实际的应用沉井方法的时候，我们在施工以前，一定要对沉井的施工地点的地质情况做进一步的勘测和分析，通过仔细的钻探研究，进而保证沉井施工的顺利进行，保证建成后的污水处理厂的建筑安全性。

二、给排水构筑物沉井结构设计的一般步骤和内容

（1）首先要根据当地的水文和地质资料，以及对工艺的使用要求，还有施工的条件要求，进而来确定沉井的平面形状，尺寸，还有埋置（下沉）的深度，最终确定要布置的结构体系，最后选择制定沉井结构的施工方案。（2）然后就是要确定截面的尺寸。先要计算出公差的外荷载力，而且要绘出水和土的压力计算图形。进而通过对结构的设置，估算出封底混凝土的实际厚度。进而对沉井的井壁厚度和其他的一些部位构件的截面尺寸进行初步的确定。（3）在具体的施工阶段的强度计算。先要对井壁的平面框架的内力进行计算和配筋，这个工作完成后，紧接着就是对刃脚的计算和配筋的设置工作，其次还要对井壁的竖向进行计算和配筋，对竖向的框架的内力也要做细致的计算和配筋工作。还有就是在框架的底梁对防突沉的强度进行验算。进而就可以计算出沉井封底混凝土的实际厚度。紧接着还要对钢筋混凝土的底板进行计算及配筋。（4）在这个使用阶段的计算中，要对沉井结构的各个部分的强度进行细致的计算和抗裂的验算，同时还要对地基的承载力以及变形地方的（沉降）计算，而对沉井抗浮，抗滑移，抗倾覆的稳定性验算等也是这个工序中必不可少的环节。

三、污水处理厂沉井结构设计要点

1、沉井顶标高设计

根据污水处理厂中沉井结构用途与特点，在设计其井顶标高时，不仅需要考虑到污水处理厂对沉井结构的要求，也需要考虑到安全因素，因而在具体设计过程中，应分析污水处理厂周围水位情况，并在沉井结构终沉后，进行内部填充、封底、上部建筑作业以及相关安装，保证岸边污水处理厂井顶设计标高能够高出周围水位0.5m以上，同时也保证地面或岛面污水处理厂井顶设计标高能够高出周围水位0～0.3m之间，防止在沉井结构终沉后，流入周围地面水。通常情况下，根据对污水处理厂的分析，建议沉井结构井顶标高可以超出地面0.3m甚至以上，但具体数值还需要考虑污水处理厂周围实际情况。

2、沉井平面尺寸设计。平面尺寸设计也是沉井结构设计

中一項十分重要的部分，该部分设计情况影响着沉井结构整体抗压能力、强度与刚度。我国相关施工规范中提出，沉井结构四角中任何两刃脚之间地面高差应控制在两角水平距离的1%以内，从直观数据角度上来说，四角中两刃脚之间应≤300mm，若四角中的平面两角水平距离尚未超过10m，平面设计中只允许两刃脚高差在100mm左右。与此同时，从平面尺寸来说，沉井结构下沉过程中，下沉总深度在10米以内时，水平移动的范围允许达到100mm。而下沉更浅时，仅允许沉井结构水平位移<沉井结构下沉深度的1%。因此，在进行污水处理厂沉井结构设计过程中，必须考虑到沉井结构终沉深度，以终沉深度为参照，分析出平面之间的尺寸，这就要求设计单位在前期数值计算以及尺寸设计时，应进行多次试验。

3、沉井刃脚踏面标高设计

根据对沉井结构抗冲刷强度的计算，验证所有的沉井结构刃脚应埋设足够深，但在进行污水处理厂沉井结构刃脚踏面标高设计时，应按照使用静空的要求来确定数值。首先，在设计过程中应考虑到污水处理厂处理能力以及沉井结构其他部位尺寸，通过分析沉井结构抗滑移、抗倾覆等稳定性能与沉井结构刃脚踏面标高之间的关系，从而大致确定刃脚踏面标高数值；其次，污水处理厂设计人员与管理人员应在对厂址周围地质条件以及水文条件透彻分析的状态下，对刃脚踏面标高数值进行验证与计算，分析出哪些数值还存在着不确定的问题，并以提高沉井结构稳定性为目标，不断细化与完善刃脚踏面标高数值。与此同时，施工人员应对刃脚踏面标高应处于的持力层，根据地基沉降变形情况与低级承载能力，计算出较好的持力层；最后，严格按照《给排水工程刚进混凝土沉井结构设计规程》中对刃脚踏面标高所做出的规定计算允许误差，保证进行整体沉井结构设计中，可以预留出刃脚踏面标高误差。

4、沉井井壁厚度及各部位界面尺寸设计

与污水处理厂沉井结构其他方面设计相比，沉井井壁厚度及各部位界面尺寸设计更为复杂，具体而言，在沉井井壁厚度及各部位界面尺寸设计时应考虑以下要求，并尽可能满足要求。一是下沉方面的要求，由于沉井结构在污水处理厂中承担着地基的作用，因此在各个阶段均需要具有抗倾覆、抗浮以及抗滑移的能力，以保证污水处理厂可以顺利运行。二是强度方面的要求，在污水处理厂建设以及污水处理厂日后运行的各个阶段中，沉井结构都必须具有足够的刚度与强度，避免污水处理厂出现下沉、坍塌等不良情况。三是抗渗方面的要求。但是由于沉井结构设计与具体施工过程中，会受到环境、工序施工难度等因素的影响，而导致污水处理厂施工无法完全按照施工设计进行，此时沉井结构容易出现偏差以及不均匀沉降的问题。

当污水处理厂下方为流砂层时，进行沉井井壁厚度及各部位界面尺寸设计应考虑到沉井下沉过程中发生高程误差以及倾斜下沉等问题给施工带来的影响，笔者根据所收集的资料以及实际工作经验，建议施工单位在将沉井结构下沉到流砂层中时，应通过合理方式来增加沉井结构自重，让该结构可以在井壁厚度与各部位界面尺寸达到设计要求的基础上，可以提高下沉速度，并保证沉井结构内水位更高，以提高周围建筑物安全性。

结束语

因为城市和工业在不断的向前发展，所以给水排水构筑物的沉井基础的处理方法已经得到了广泛应用，这种沉井的施工方法，不仅可以在污水处理厂的构筑物上得到使用，比如说在交通，桥梁，煤炭工业，还有建筑和地铁等领域的施工中也都有非常大的作用空间。多以对沉井结构设计的研究，不仅有理论意义，而且还有非常大的经济价值。

参考文献：

[1]应俊.沉井结构设计与施工方法[J].中国市政工程，2013（05）：56-57+65+105.

[2]杨华林.分析污水处理厂沉井式构筑物结构设计[J].低碳世界，2016（06）：219-220.