摘要：沉井是在地面上制作井筒状构筑物，然后在井内取土，使沉井依靠自重及其它辅助措施逐渐下沉的结构。沉井下沉到设计高程后再进行封底、浇筑底板及内部结构。在给水排水工程中沉井结构被大量使用，主要用于提升泵房、顶管工作井和接收井等。本文就污水泵房沉井的设计进行分析。
关键词：泵房；沉井；设计
引言
沉井不但是一种深埋基础，而且也能作为地下构筑物，尤其用于给排水工程中的岸边泵房。往往埋深较大，有时地下水位较深，容易产生涌流或塌陷，常受水文地质条件的限制和施工季节的影响，故常采用钢筋混凝土沉井结构。
一、工程概况
某污水收集管网工程拟新建一污水提升泵站，泵房地下结构为钢筋混凝土矩形沉井，上部结构为现浇钢筋混凝土框架结构。为减小下沉深度，同时加快施工进度，从自然地面标高挖除杂填土至下部土层后，做0.5m厚砂垫层，然后开始进行沉井的预制。
二、土层地质分布
根据《工程地质勘察报告》，本工程沉井穿过4层土质，即：②粉质粘土，土层厚度0.70m～3.70m；③淤泥质粉质粘土，土层厚度2.50m～14.90m；④-1粉质粘土，土层厚度1.70m～9.10m；④-2粉质粘土夹粉土，土层厚度0.50m～5.30m，具体土质工程参数见表1。
表1土质工程参数
三、沉井的设计与计算
沉井结构的设计主要包括沉井尺寸确定及验算、沉井承载力计算、施工及使用阶段的结构内力分析和截面强度配筋计算以及沉井抗浮稳定验算等。具体设计时，首先是由其使用要求确定其总体尺寸，再根据施工和使用要求确定井壁及内墙等厚度，使沉井具有足够的强度和刚度，并能在自重作用下克服井壁摩阻力而顺利下沉，整个设计过程一般需经过多次试算，才能确定其尺寸并配置相应钢筋，最终完成设计。
3.1沉井尺寸的确定
根据泵房使用、污水提升工艺等要求，本工程沉井内部净尺寸确定为16.4m×10.6m×10.3m，根据土层地质分布和工程参数选定粉质粘土层作为沉井制作时的持力层，沉井壁厚根据下沉要求由下式初步估算：
下沉系数：
式中：
——沉井侧面总摩阻力；
——沉井自重；
——下沉过程中水的托浮力标准值。
经推算，初步确定沉井上部壁厚为650mm，下部为800mm。
3.2刃脚计算
沉井在施工中，刃脚受水压力、土压力、自重、侧摩阻力、刃脚下土反力等外力作用，可能产生向内或向外挠曲弯矩。一般情况下，当沉井刚下沉时，刃脚向外挠曲弯矩为最大，而当沉井沉至设计标高时，刃脚可能产生最大向内挠曲弯矩。
3.3沉井井壁计算
3.3.1井壁水平内力计算
当沉井下沉至设计标高，且刃脚下土已全部掏空，作用于井壁上的水平内力为最大，按照前述刃脚向内挠曲计算方式计算井壁上水、土压力，将沉井井壁视为水平框架，计算井壁各分段的内力及水平钢筋。以刃脚根部以上1.5倍的井壁厚度一段进行环向计算，水平框架上均布荷载q=Ea+W+Q，其中，Q为刃脚范围内传来水平荷载41kN/m，Ea、W为直接作用于水平框架上主动土压力、水压力，分别为50.9kN/m，30.0kN/m（考虑沉井内外3.0m水位差），故均布荷载q=121.9kN/m，然后计算出水平框架的弯矩并配筋。
3.3.2井壁垂直受拉计算
一般当刃脚下土已掏空，沉井自重由其周边摩阻力平衡时，井壁内将出现拉力，通常假设井侧摩阻力随其高度按线性分布，由静力计算可得变截面及各分段处井壁内拉力。由于本工程地基为均匀的软土地基，且沉井下沉系数>1.5，不必进行竖向拉断计算。
3.4沉井抗浮验算
沉井应按各个时期可能出现的地下水位验算抗浮稳定，在不计井壁与土的摩阻力时，抗浮安全系统可采用1.05。本工程沉井在封底但尚未浇筑沉井内隔墙和回填素砼时，如停止抽水，地下水位升高（接近该场地常年最高水位）时，沉井浮力为25417kN，沉井井壁自重约16895kN，沉井将会浮起。故沉井在封底时仍需加强排水，直至满足抗浮安全系数后，方可保证稳定，不会上浮。
3.5使用阶段结构内力分析
沉井使用阶段内力分析及其相应配筋由其使用功能的不同而不同，本工程沉井用作污水提升泵房地下结构，可能存在检修时井内无水的状态，故仍需按照井壁外水土压力对沉井进行计算。某些顶管工作井，在顶管施工完成后，井内直接素土回填可不再考虑计算。
四、结束语
1）采用沉井的设计和施工方法，减少了对于深基坑支护所带来的高额费用，取得了良好的经济效益。2）沉井作为一种特殊结构，以其内部空间可利用及对邻近建筑影响小、施工方便等特点，已成为软土地基中地下建筑物的主要基础类型之一，本工程沉井作为污水泵房的地下结构，充分利用了其内部空间和作为上部结构基础两大特点。3）一般建筑物的截面设计，内力控制由使用要求决定，而沉井结构因其特殊施工方式，施工阶段内力设计更为重要。4）沉井结构在施工阶段内力与其施工方案密切相关，因此，在沉井设计中必须结合现场条件、施工条件先确定施工方案，再按既定方案设计，施工也应按既定方案进行。5）沉井结构设计除常规的截面设计之外，另有两个主要的必须的参量：一是下沉系数，一般小于1.25为好，二是抗浮安全系数，应大于1.05。
沉井结构所具有的特殊优点，决定了它在工程中不可替代的重要地位，文中仅作常规的实用探讨。
参考文献：
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[3]陈惠明.钢筋混凝土矩形沉井结构水泵房优化设计[J].中国水利，2003（10）：59-60.
论文作者:张育恒
论文发表刊物:《基层建设》2019年第6期
论文发表时间:2019/4/19
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