1工程概況。
東涌鎮污水處理廠首期工程污水提升泵房采用沉井位于廣州市東涌鎮（番禺區中部），北隔沙灣水道與石基，石樓，石橋相望，南隔騮崗瀝水道與魚窩頭相接，東臨珠江口，是一個三面臨水的狹長地域，地質為沿海軟弱土層。本污水廠設計規模為8萬m 3 /d，污水(水處理微波工藝)泵站遠期旱季水量為8萬m 3 /d，雨季水量為12萬m3 /d，共設5臺泵。本泵站為鋼筋混凝土沉井矩形結構，幾何尺寸為18.1514.95，為節省投資，本沉井分隔設置。
2地質概況。
根據巖土工程勘察報告，本工程沉井穿過的土層分別為：素填土，土層厚度0.90m~2.50m；#淤泥，土層厚度15.60m~ 17.500m；淤泥質黏土，土層厚度6.30m~13.90m；%中粗砂，土層厚度2.60m~8.50m；沉井剛好落到淤泥土層上，故需軟基處理后才能滿足沉井承載力的要求。
3沉井的設計與計算。
3.1壁板厚度的確定。
根據泵房使用，工藝等要求，本工程沉井內部凈尺寸確定為16.15m12.95m13.45m，沉井壁厚根據抗浮，下沉及經濟要求由下式初步計算。
抗浮系數：kfw= G1k Fb fw，k &1.00（1）。
下沉系數：kst= G1k-Ffw，k Ffk &1.05（2）。
下沉穩定系數：kst，s= G1k-Ffw，k Ffk+Rb =0.80~0.90（3）。
其中，G1k為沉井自重；Fb fw，k為基底的水浮托力；Ffw，k為下沉過程中水的浮托力；Ffk為井壁總摩阻力；Ffw，k為驗算狀態下水的浮力；Ffk為驗算狀態下井壁總摩阻力；Rb為沉井刃角，隔墻和底梁下地基土極限承載力之和。
根據式（1）~式（3）初步判斷壁厚自下而上為1000mm~ 500mm，刃角底寬取600. 3.2沉井地基承載力的計算。
沉井作為深基礎，一般要求下沉到堅實的土層上，本工程沉井卻剛好落入淤泥土層上，故必須對其進行軟基處理，方可滿足承載力要求，經過綜合考慮采用500單管旋噴樁復合地基，樁距1600mm1455mm，樁端持力層為中粗砂層。要求經過深度修正后的地基承載力特征值達到150kPa. 3.3沉井內力計算。
1）封底混凝土厚度的確定。封底混凝土主要受地下水浮力產生的反力作用，由公式h= 5.27M bft +300=2.51m，綜合考慮本工程取封底混凝土厚度2.7m.2）刃角計算。沉井在下沉過程中，刃角切入土中時受到向外彎曲應力；挖空刃角下的土時，刃角受到外部土，水壓力作用而向內彎曲。一般情況下，刃角內側切入土中深度約1.0m，沉井上部露出地面時向外彎曲應力最大；當沉井已下沉至設計標高，刃角下的土已挖空且尚未澆筑封底混凝土時，刃角作為根部固定在井壁上的懸臂梁來計算時有最大的向8運行效果。
改造前蒸汽用量約為1.64萬m 3；改造后蒸汽用量約為0.27萬m3，蒸汽價格為66元/m3，現每年需蒸汽輔助加熱交采暖費為18萬元，每年節省資金90萬元，每年節省標準煤約為1800t.經過兩年的運行，基本滿足車間和辦公室采暖要求。
外彎曲應力。沿井周邊取1m寬計算，刃角產生最大向外撓曲彎矩為194.36kN（m，刃角產生最大向內撓曲彎矩為104.9kN（m.配筋內外側垂直配筋均為18@100（由裂縫控制）。3）井壁受力計算。a.井壁水平內力計算。當沉井下沉至設計標高，刃角下的土已被掏空且尚未澆筑混凝土時，作用于井壁上的水平內力為最大，按照前述刃角向內撓曲計算方式計算井壁上水，土壓力，將沉井井壁視為水平框架，計算井壁各分段的內力及水平鋼筋。以刃角根部以上高度為其寬度的一段井壁計算，水平框架上均布荷載P1s=P1+P，其中，P為刃角傳來的水平荷載，44.8kN/m；P1為直接作用于水平框架上主動土壓力和水壓力之和，為54.3kN/m，故均布荷載q=99.1kN/m，則通過計算得出沉井支座彎矩設計值為1243.0kN（m，軸壓力設計值為-654.8kN，并考慮水平腋角作用，配筋計算為3794mm2，實配25@100（由裂縫控制）。b.井壁垂直受拉計算。沉井下沉過程中，上部有可能被四周堅硬土體夾住，而刃角下的土已被挖除，井壁阻力假定近似呈倒三角形分布，此時最危險截面在沉井入土深度的一半處，其豎向最大拉力為沉井總重的1/4，故井壁有足夠的豎向鋼筋來承受拉力，可按構造要求直接配置。本工程豎向鋼筋實配22@150. 4沉井施工。
4.1基坑開挖。
由于此沉井基礎剛好落到淤泥土層上，故需用單管旋噴樁進行軟基處理，由于采用不排水下沉法施工，故不必考慮止水。沉井制作采取在現有地面上挖除500mm并換填中粗砂，以減小地面下沉深度，鋪設砂層的寬度為沿井壁外各1.5m. 4.2沉井制作。
該沉井采用鋪承墊木的方法，避免沉井混凝土灌注后，在尚未達到一定強度前產生不均勻沉降使沉井結構開裂。制作第一節沉井時，首先要對位置進行測量定位，平整場地并在現有地面上鋪500mm砂墊層，分層灑水夯實，振壓密實。這樣可避免制作過程中發生不均勻沉降，易于找平，便于鋪設墊木和抽除。鋪設墊木時應使頂面保持在同一水平面上，墊木擺放時要先在縱，橫軸中心線上擺放兩組定位枕木，后對稱擺放其他枕木，枕木縫間用砂填平。沉井混凝土達到100%設計強度后方能抽撤墊木，抽撤墊木過程中應在沉井上下左右各設觀測點一個，觀察其下沉情況，如在抽墊過程中發生傾斜，回填的砂擠出，墊木壓斷，下沉急速增加等異常現象應及時處理。
4.3沉井下沉。
沉井混凝土達到設計強度70%時可拆除模板，拆除模板過程中對井壁進行詳細觀察，發現缺陷及時處理。下沉施工時先在中部下挖400mm~500mm，并逐漸向四周對稱，分層，同步的擴挖。
刃角處留1.2m~1.5m寬土攏，當土攏擋不住刃角的擠壓而破裂時，沉井便在自重作用下破土下沉，沉井在下沉過程中隨時進行觀測，保證下沉速度和垂直度，挖土時對稱進行，刃角處不得挖土，發生傾斜達到50mm時立即停止作用，進行糾偏。
4.4沉井封底。
沉井下沉至設計標高后，經觀測在8h內下沉量小于10mm或沉降速度在允許范圍內時方可封底。沉井采用水下混凝土封底前，井內水位不低于井外地下水位，并且先由潛水員整理沉井中央鍋底，清除沉積于表面的浮泥，超挖部分用300mm左右石塊壓平井底，鋪砂，由潛水員在水下整平。水下混凝土用導管法灌注，導管需進行密封性能試驗，通過后方能用于施工，導管的間隔及根數，根據導管作用半徑及封底面積確定，間距一般為2.5m~ 3.0m.水下混凝土達到設計強度70%后方能抽水，然后在無水條件下，進行鋼筋混凝土底板的澆筑。
5沉井施工中遇到的問題及經驗總結。
1）傾斜問題，軟土地基中比較常見這種情況，常用措施是加強下沉過程中的觀測和資料分析，發現傾斜及時糾正；在刃角高的一側加強取土，待正位后再均勻分層取土；在刃角較低的一側適當回填砂石或石塊，放慢下沉速度及時清理棄堆土，防止側壓不勻。2）偏移問題，沉井偏移大多由于傾斜引起，糾偏的方法為有意使沉井向偏位的相反方向傾斜，當幾次傾斜糾正后，即可恢復到正確位置或有意使沉井向偏位的一方傾斜，然后沿傾斜方向下沉，直至刃角中心線與設計中心線位置相吻合或接近時，再傾斜糾正。3）下沉過快問題，沉井下沉過快，遇到軟弱土層，土體壓強過小，使下沉速度超過挖土速度時比較常見這種情況，常用措施為在定位墊加墊木給以支承，并重新調整挖土，在刃角下不挖或部分不挖土和在沉井外壁與土壁間填粗糙材料，或將井筒外土體夯實，增加摩阻力；如沉井外部的土液化發生沉降坑時，可填碎石處理。
6結語。
1）根據抗浮系數kfw，下沉系數kst及下沉穩定系數初步確定壁板厚度（考慮經濟因素可選用變截面），從而更加經濟合理，節省造價。2）根據初步計算的井壁厚度，分別對沉井刃角及井壁進行內力分析計算，從而進一步確定此井壁厚度是否滿足結構設計要求。3）提出了沉井施工的一般步驟及在施工過程中的注意事項，同時提出了對沉井施工中經常遇到的傾斜，偏移及下沉過快問題進行分析，總結，對沉井以后的施工具有一定的參考價值。 |