摘 要： 本文通过对实例工程某雨水泵站泵井(沉井结构)设计,对沉井结构井壁设计方面做一些探讨,为同类结构设计提供参考。
关键词：沉井结构；结构平面布置；井壁厚度设计
1 引言
在结构设计中，常遇到一些半地下建（构）筑物，如雨污水泵房等；泵房泵井在地下部分较深，如采用大开挖，则因场地地下水位较高，易使边坡塌陷，采用基坑围护法，又受到施工工期及经济效益限制。采用沉井法，可不需要特殊设备，施工方法简便，施工场地占用小，出土量小成本低，适用土质范围广，在淤泥土、砂土、黏土、砾砂等均可施工；而井壁设计是沉井结构设计中主要部分，现通过对某雨水泵站泵井的结构设计，对沉井结构井壁设计方面做一些探讨。
2 工程概况
拟建雨水泵站场地位于浦东新区某集镇东侧，场地内地势平坦，场地地坪标高约3.6~4.0m，地块范围内基本是农田。设计地面标高4.20m，泵房地面标高4.50m，室内外高差300mm。拟建泵井内净尺寸长*宽为27.5*16.8m，深10.675m（底板面标高-6.175m），泵井内局部设水泵层（板面标高-3.395m，层高4.2m）、电机层（板面标高0.805m，层高3.695m）两夹层，泵井上部一层为配电房（檐口标高14m，房屋高9.7m）内设10T吊车，工艺平面如图1-1，1-2所示；
根据岩土工程勘察报告，拟建场地属长江三角洲入海口东南前缘的滨海平原地貌类型。本次勘察所揭露的30.30m深度范围内的地层均属第四纪全新世Q4滨海平原型沉积土层；工程地质情况见表1。
该场地浅层地下水属潜水类型。地下水位埋深在0.7~1.2m，标高介于2.8~3.3m。
在基坑开挖影响范围内不存在承压水层；本场地地下水及地基土对混凝土无腐蚀性。拟建场地属稳定场地，场地类别为IV类，设计特征周期为0.9S，软弱场地土；抗震设防烈度为7度，第一组，设计基本地震加速度为0.10g。拟建场地在抗震设防烈度为7度时，地基不会发生液化。
3 结构设计
根据《给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程》（CECS137:2002），本工程沉井安全等级为二级，重要性系数1.0。钢筋采用HRB335，根据《混凝土结构耐久性规范》(GB/ T 50476-2008),混凝土强度等级采用C35。施工方法采用排水下沉。井壁采用直壁式；考虑底板需后浇引起与井壁接缝处止水措施，井壁设置凹槽，如图2所示。
根据《给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程》[1]
（6.1.2-1）下沉系数Kst≥1.05
（6.1.2-2）Kst=（Gk-Ffw,K）/Ffk
（6.1.3-1）下沉稳定系数Kst,s=0.8~0.9
（6.1.3-2）Kst,s=（Gk-F’fw，K）/(F’fk+Rb)
（6.1.4-1）抗浮系数Kfw≥1.0
（6.1.4-2）Kfw（Gk-F’fw,K）/(F’fk+Rb)
采用排水下沉,故水浮力标准值F’fw，K =0
井壁侧阻力标准值F’fk=12070 KN
刃脚，隔墙和底梁下地基土极限承载力Rb=23340KN
扣除立柱和隔墙重量后，推算出沉井(井壁)自重GK=17464~21032KN ，井壁厚度范围0.71~0.86m之间。
1)结构平面布置
本工程沉井平面尺寸较大，需布置竖向框架。首先根据雨水泵房工艺平面及剖面布置，确定结构平面布置，合理布置壁柱、支撑（水平横梁，地梁）、内隔墙，合理控制井壁计算跨度，并满足《给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程》平面分格净尺寸不应小于3.0米规定。根据泵井工艺平面图及泵井上部结构布置，水平横梁设置结合水泵层及电机层标高，水平横梁在下沉工况时作为水平支撑，正常使用工况时作为框架梁，承受水泵层、电机层荷载。壁柱定位结合上部配电房结构布置，尽量避免梁上立柱，做到传力途径直接、合理。设计中考虑由井壁、壁柱、支撑（水平横梁，地梁）、内隔墙组成能可靠受力的竖向框架一起下沉。综上所述，本工程中柱网及横梁方案设置如图 3所示，通过柱网及横梁设置，本工程中沉井平面共分24个格仓；井壁预留1m后浇段（顶部横梁设在3.50标高），以减轻沉井下沉时自重，又可方便浇筑沉井顶板。
2)井壁荷载计算 （表2）
钢筋混凝土重度取25KN/m3，素混凝土重度取23KN/m3
土压力取侧向主动土压力
地面堆载及车辆荷载按10 KN/m2
地下水取静水压力，
水、土分算
施工前须平整场地，因此假设为地面水平，由《给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程》侧向主动土压力
计算得侧向主动土压力如图4所示。
3)井壁内力计算
⑴施工下沉工况
施工下沉工况按水平闭合框架计算，沿水平方向取1m计算，荷载取每段上、下端的平均值。刃脚以上1.5倍井壁厚度的高度范围内的井壁，除承受水、土压力外，还要
力计算结果如下：
Mx0= 410 KN*M Mx=202 KN*M
My0= 429 KN*M My=49 KN*M
根据计算结果，井壁水平钢筋由下沉工况水平闭合框架计算内力控制，竖向钢筋由使用工况按三边固定，上端自由的双向板计算内力控制。原因分析:下沉工况时，按水平闭合框架计算，荷载由水平方向承担，故水平向弯矩大，竖向弯矩不计；使用工况时，按三边固定一边自由双向板计算，荷载由水平和竖向共同承担，故水平弯矩小于下沉工况，而竖向弯矩大于下沉工况。
控制内力如下：
水平支座弯距（井壁外侧）M支=644 KN.M
水平跨中弯距（井壁内侧）M1=445 KN.M
竖向支座弯距（井壁外侧）My 0= 429 KN*M
竖向跨中弯距（井壁内侧）My=49 KN*M
4)井壁(刃脚)配筋计算
设计中采用两种井壁厚度进行试算，结果如表3所示（每平方米井壁工程造价）。
4 结语
通过对本工程沉井的设计，总结沉井结构设计方面的注意问题及心得体会，对今后的进一步工作有所帮助；
矩形沉井井壁水平钢筋由下沉工况水平闭合框架计算内力控制，竖向钢筋由使用工况按三边固定，上端自由的双向板计算内力控制。
由于沉井井壁工程量占沉井总体结构工程量比重教大，对工程经济影响重大，设计时应进行比较，选择更合理经济的井壁厚度。
目前，还没有完整、系统的沉井内力计算软件，沉井内力计算需各个构件分别计算，因此，计算简图力求与实际状态吻合并可做一些简化。
参考文献：
[1]给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程.CECS137:2002.
[2]给水排水工程构筑物结构设计规范.GB-50069-2010.