泵站沉井刃脚结构形式设计的探讨

程文婕

摘要：沉井需在在刃脚切开土壤的帮助下才能持续下沉，是许多工程建设中不可或缺的关键一环，因此在泵站设计建设时如何对刃脚结构形式进行设计是工程人员必须考虑到的因素。本文以市政泵站相关建设工程为例，针对泵站工程中的沉井作用，刃脚结构形式的设计对沉井内壁的作用力做了研究，为今后与需要使用到沉井的工程提供重要参考。

关键词：刃脚结构;泵站;沉井;设计

沉井作为一种广泛应用的成熟技术，经常在涉及地底建设的工程大展手脚，但缺点在于沉井的施工比较困难，建设周期长，经费使用高，在施工方案投标和决策时，更倾斜于采取现浇钢筋混凝土开槽的方案。

随着经济社会的发展，城市建设施工变得越来越频繁，这导致在城市中的建筑密集区、人员密集区进行工地施工的情形越来越多，引发了一系列诸如：施工安全隐患增加、工地面积不足、基坑开挖渗漏、工地施工扰民等突出问题。沉井方案的使用，则可避免上述一系列问题，因此在城区的地下建设工地上，沉井方案变得更受施工单位的青睐。对于沉井方案的研究也就愈发显得重要起来。

一.方案对比

传统泵站的施工方案有以下三种：

现浇钢筋混凝土明开槽

沉井结构

地底连续墙结构

泵站的施工一般来说都会采用现浇钢筋混凝土的方法，它的施工过程较为简单，并且材料费用低，效费比高，施工不受场地限制。但受制于近些年来泵站建设深度的增加、施工环境的影响、安全指标的不断提高以及国家政策的改变等原因。各施工单位依据施工对象的具体情况，认定一些较深的基坑为深基坑，需要组织具体的方案论证，对施工方案的可行性和安全性的都提出了新的挑战。许多地区的土质较软，导致安全要求更高，方案论证以及相关审查更严苛。

沉井结构设计是最近新发展的泵站建设的工程处理方案，适用于各类深基坑的挖掘，其施工场地要求低、土方作业优势大;但其确缺点也明显，主要体现在比现浇钢筋混凝土更高的成本、更高的施工难度、更长的施工周期等问题。但由于沉井本身可以挡土，因此在实际过程中可以节省基坑开挖后的维护费，此外，沉井结构施工对地下土质无破坏，适合在地下土质复杂的城区进行作业。统筹来看，带沉井结构的方案在安全指标和效费比上都超过了现浇钢筋混凝土开槽方案。

地下连续墙方案具有安全性高的有点，但其需要具有专业资质的施工单位进行施工，在实用性上不如带沉井结构的方案，所以这个方案在常规的工程项目中比较少见，主要用于地铁、铁路、隧道等有特殊需求的工程。

二.工程实例

污水处理泵站的工作职能没有改变，但由于近些年全球的气候变化，它的设计容量必须增加，这一部分是由于最近的全球变暖，局部超过50mm/h的暴雨频繁发生。有些地方有超过100mm/h的局部特大暴雨，从而引发洪涝灾害。为了应对这种情况，厦门市政府正在迅速加固污水干管和泵站，使它们能够应对50mm/h的降雨量，以应对城市化带来的雨水流入的增加。厦门市集美区后溪雨水泵站的建设便是为了增加足够的站内容量来应对突发极端天气概率的增加。

后溪泵站是为应对现有泵站流域降雨径流增加而设计的雨水泵站。此外，它还设有雨水蓄水池，以减少合流排污系统的污染负荷。该泵站设计为排水面积为292.85公顷，设计排水量为37.3m3/s，泵站总容量为17600m3。建筑结构为钢筋混凝土，分为地上两层和地下五层。

施工采用了“氣动沉井法”，将地下部分分成两个沉井结构。该工程为实现施工目的，采用技术要求高的方法，同时动工两个沉井，泵站平面如下图所示。

在二维视图中，泵站分为两个区块：一个是干管进水通道和沉砂池，另一个是抽水井和雨水蓄水池。左侧为“西侧沉井”（挖掘面积2614平方米，深度53.8米），右侧为“东侧沉井”（挖掘面积2289平方米，深度50.1米）。施工规模：

西侧沉箱53.9m´48.5m（深度：53.8m），最终气压：0.450 MPa

东侧沉箱39.8m´57.5m（深度：50.1m），最终气压：0.417 MPa

开挖面积：4983m3，土方量：265.555 m3

混凝土：14.018 m3，钢筋：19.913t

如果对该泵站进行单井开挖，则开挖面积4983 m2，在这之前没有类似规模项目的经验。在开挖面积较大的情况下，由于桥面板强度不足，施工高度较小，使得平面结构在下沉初期失稳，因此存在较高的开裂和屈曲风险。该泵站不仅需要增加桥面板的刚度，还需要临时构件（提升梁）进行加固。这是一个临时构件，用于建造一堵墙来连接上层楼板，完工后将被拆除。如果采用单井开挖，吊梁的尺寸和数量都会很大，拆除吊梁会降低成本效益，延长工期。该泵站采用矩形沉井而不是异形沉井。矩形沉井相比异形沉井而言不会造成扭曲现象，但由于没有可借鉴的工程例子，因此这仍不是最安全和最稳定的方案。另外，由于进水干管比泵井浅，沉井分为两个部分，会产生深度差，这样的设计效费比更高。

经与当地居民协商，该泵站的整体建设周期控制在3年以内，建设工期紧，因此，即使资金投入不高，也采用了同步建设。此外，将噪音控制大楼压缩成两层，以容纳空气净化设施，并利用邻近的道路、公园和河流场地作为工作场地，从而预留了必要的空间。

当相邻两个沉井同时落下时，有可能出现一个沉井拖拽另一个沉井的现象，即所谓的“联降现象”。当一个井体的工作腔漏气时，通过缺氧层的贫氧空气有流入另一个井体工作腔的危险。为了防止出现这种情况，施工队在两个沉井之间放置了钢板桩，这被称为应力屏蔽墙。此外，施工人员调整了施工的开始时间，保证不出现“联降现象”。

该项目计划在两个沉井之间留出2米的间隙。在确定间隙时，研究了井体之间倾斜的相互影响以及井体和应力屏蔽墙的影响。根据沉井结构施工进度控制标准，每井位移距离小于300mm，倾角小于1/100°。如果两井相互倾斜，总位移距离为600mm，水平位移为1米（以该泵站的深度计算）。因此，两个沉井之间的间隙必须超过1米，屏蔽箱和墙壁之间的间隙必须超过1米。因此，两个箱子的净空确定为2米，有了这个净空，就认为没有障碍物可以搭设一般脚手架。

由于该泵站的沉井分为两个，每个沉井相距2米，因此每个沉井是一个独立的设施。两个沉井安装完成后，必须拆除与其相连的墙壁，并将墙壁和板连接起来。按计划，下图中两个用黑色圈起的地方将被挖掘，并在其上建造连接沉箱的地下墙。

这项工程正等待着着主体工程的开工。作为双井同时施工的首例，在施工管理方面的知识积累，如降温、漏风等，以及设计阶段新问题的提出，都值得期待。两个沉井的安装现已完成，连接两个沉井的施工工作即将启动。在这个地底深度的对接工作是较为罕见的，因此，在设计阶段必须制定周密的计划，兼顾施工管理，才能保证施工安全。

三.结语

如果泵站采取沉井进行设计施工，鉴于优化了施工方法，泵站施工所需的实际费用相较于现浇钢筋混凝土明开槽的施工方案，其中的工程费用下降很多，不仅如此，沉井设计还能降低基坑开挖后的支护成本，从而在根本上解决了沉井结构效费比不高的问题，在泵站周围增设喷水帷幕，可以有效防止施工时产生的尘埃飞扬，适合在人口密集的区域进行施工作业。

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