污水處理廠主要是指從污染源所排出的廢水，由于該類水體無法達到環境容量要求，直接排出就會造成周圍環境以及水體受到污染，因此污水必須經過一定環節的處理與加工才得以排出。然而在建設污水處理廠時，若使用到深基坑支護，則會投入較高的資金，但根據相關研究表示，當污水處理廠采用沉井結構時，會減少成本投入，獲取良好經濟效益，為此，進行污水處理廠沉井結構設計與分析很有必要。
1、沉井結構設計一般步驟及內容
以往進行污水處理廠建設過程中，常常使用到適合的地基處理方式，向陳井施工法、敞口開挖法等方法，然而當所建設的污水處理廠地基處于天然含水量的土壤中、地下水位較高、地基土壤滲透系數大、不適合敞口開挖法、附近有其他建筑物等條件下，應使用沉井施工。進行沉井結構設計時，首先，工程單位應根據周圍地質條件、水溫條件，確定沉井尺寸、平面形狀以及下沉深度，以便后期施工時可以有更具體、科學的參考數據；其次，工程施工單位應設計沉井結構體系，并設計出多種施工方案，從中選擇可行性高、成本低、預期施工效果理想的施工方案，在方案支持下繪制出沉井結構土、水壓力計算圖，做好沉井結構封底混凝土厚度預算工作以及沉井結構其他構建截面尺寸；最后，在實際進行沉井結構施工過程中，仍需要根據施工中所遇到的情況進行相關數值計算，保證沉井結構強度可以滿足污水處理廠使用與需求。
2、污水處理廠沉井結構設計要點
2.1沉井頂標高設計。根據污水處理廠中沉井結構用途與特點，在設計其井頂標高時，不僅需要考慮到污水處理廠對沉井結構的要求，也需要考慮到安全因素，因而在具體設計過程中，應分析污水處理廠周圍水位情況，并在沉井結構終沉后，進行內部填充、封底、上部建筑作業以及相關安裝，保證岸邊污水處理廠井頂設計標高能夠高出周圍水位0.5m以上，同時也保證地面或島面污水處理廠井頂設計標高能夠高出周圍水位0~0.3m之間，防止在沉井結構終沉后，流入周圍地面水[1]。通常情況下，根據對污水處理廠的分析，建議沉井結構井頂標高可以超出地面0.3m甚至以上，但具體數值還需要考慮污水處理廠周圍實際情況。
2.2沉井平面尺寸設計。平面尺寸設計也是沉井結構設計中一項十分重要的部分，該部分設計情況影響著沉井結構整體抗壓能力、強度與剛度。我國相關施工規范中提出，沉井結構四角中任何兩刃腳之間地面高差應控制在兩角水平距離的1%以內，從直觀數據角度上來說，四角中兩刃腳之間應≤300mm，若四角中的平面兩角水平距離尚未超過10m，平面設計中只允許兩刃腳高差在100mm左右[2]。與此同時，從平面尺寸來說，沉井結構下沉過程中，下沉總深度在10米以內時，水平移動的范圍允許達到100mm。而下沉更淺時，僅允許沉井結構水平位移＜沉井結構下沉深度的1%。因此，在進行污水處理廠沉井結構設計過程中，必須考慮到沉井結構終沉深度，以終沉深度為參照，分析出平面之間的尺寸，這就要求設計單位在前期數值計算以及尺寸設計時，應進行多次試驗。
2.3沉井刃腳踏面標高設計。根據對沉井結構抗沖刷強度的計算，驗證所有的沉井結構刃腳應埋設足夠深，但在進行污水處理廠沉井結構刃腳踏面標高設計時，應按照使用靜空的要求來確定數值。首先，在設計過程中應考慮到污水處理廠處理能力以及沉井結構其他部位尺寸，通過分析沉井結構抗滑移、抗傾覆等穩定性能與沉井結構刃腳踏面標高之間的關系，從而大致確定刃腳踏面標高數值；其次，污水處理廠設計人員與管理人員應在對廠址周圍地質條件以及水文條件透徹分析的狀態下，對刃腳踏面標高數值進行驗證與計算，分析出哪些數值還存在著不確定的問題，并以提高沉井結構穩定性為目標，不斷細化與完善刃腳踏面標高數值[3]。與此同時，施工人員應對刃腳踏面標高應處于的持力層，根據地基沉降變形情況與低級承載能力，計算出較好的持力層；最后，嚴格按照《給排水工程剛進混凝土沉井結構設計規程》中對刃腳踏面標高所做出的規定計算允許誤差，保證進行整體沉井結構設計中，可以預留出刃腳踏面標高誤差。
2.4沉井井壁厚度及各部位界面尺寸設計。與污水處理廠沉井結構其他方面設計相比，沉井井壁厚度及各部位界面尺寸設計更為復雜，具體而言，在沉井井壁厚度及各部位界面尺寸設計時應考慮以下要求，并盡可能滿足要求。一是下沉方面的要求，由于沉井結構在污水處理廠中承擔著地基的作用，因此在各個階段均需要具有抗傾覆、抗浮以及抗滑移的能力，以保證污水處理廠可以順利運行。二是強度方面的要求，在污水處理廠建設以及污水處理廠日后運行的各個階段中，沉井結構都必須具有足夠的剛度與強度，避免污水處理廠出現下沉、坍塌等不良情況。三是抗滲方面的要求。但是由于沉井結構設計與具體施工過程中，會受到環境、工序施工難度等因素的影響，而導致污水處理廠施工無法完全按照施工設計進行，此時沉井結構容易出現偏差以及不均勻沉降的問題。當污水處理廠下方為流砂層時，進行沉井井壁厚度及各部位界面尺寸設計應考慮到沉井下沉過程中發生高程誤差以及傾斜下沉等問題給施工帶來的影響，筆者根據所收集的資料以及實際工作經驗，建議施工單位在將沉井結構下沉到流砂層中時，應通過合理方式來增加沉井結構自重，讓該結構可以在井壁厚度與各部位界面尺寸達到設計要求的基礎上，可以提高下沉速度，并保證沉井結構內水位更高，以提高周圍建筑物安全性。
3、污水處理廠沉井結構設計問題與處理方法
由于沉井結構下沉會受到地質條件等因素的影響，在下沉過程中容易出現難以下沉和下沉偏差大的問題，此時污水處理廠就需要采取以下幾種處理方法，及時解決在下沉過程中發生的問題。一是增加沉井結構自重的方法，通過在沉井結構上增加重量，或砌筑沉井結構上方需要砌筑但尚未砌好部分，使得沉井結構擁有更大的自重，提高下沉順利度；二是采取適合的沉降方法，通過采取部分排水法，使得沉井結構相對重量更大；三是提前開挖沉井刃腳周圍土壤的方法，讓沉井結構在下沉過程中刃腳可以處于懸空狀態，以減小刃腳產生的反力；四是減小周圍土壤與沉井結構之間發生的摩擦，通過沖刷沉井周圍土體，提高土體平整度。在沉井結構出現下沉偏差時，也可以采用該種方式來沖刷結構較高一側土壤，讓該側沉井結構下滑速度得到加快，從而糾正沉井偏差，讓沉井結構可以在污水處理廠中發揮更大作用。
4、結束語
綜述，基于沉井結構具有十分重要的作用以及不可替代的地位，污水處理廠進行沉井結構設計時，就需要認真做好沉井頂標高、平面尺寸、刃腳踏面標高、井壁厚度及各部位界面尺寸設計工作，使得沉井內力設計更為合理，讓污水處理廠可以在減少建設成本支出的基礎上，獲取更大的社會效益與經濟效益。
