摘要：污水处理厂在城市水环境管理中扮演着重要角色，然而，高地下水位和砂层地质对污水处理厂的建设和运营带来了巨大挑战。本文以哈尔滨市群力西污水处理厂为例，探讨了粗格栅沉井下沉技术在高地下水位砂层地质条件下的应用。通过对污水处理厂的地质条件、沉井下沉技术的原理和实施步骤等方面的分析，论证了沉井下沉技术在解决污水处理厂高地下水位和砂层地质问题上的可行性和有效性。

关键词：污水处理厂；高地下水位；砂层地质；沉井下沉；技术探讨

引言

随着城市化进程的加快、人口的增长，污水处理厂的建设和运营日益受到重视。然而，在一些地区，污水处理厂面临着高地下水位和砂层地质等复杂地质条件的挑战。这些条件不仅增加了工程建设的难度，也对污水处理厂的正常运行和维护带来了困难。因此，探究能够适应于高地下水位砂层地质条件的埋深大的沉井下沉技术，有利于加快施工进度，控制施工质量，保证施工安全，具有重要的现实意义。

1 污水处理厂概述

1.1污水处理厂的作用和目标

污水处理厂是城市污水处理系统的核心设施，其主要作用是收集、处理和排放城市污水，以保护城市水环境和公众健康。现代污水处理厂通常采用厌氧消化、好氧处理等先进污水处理技术，可将有机质转化为沼气、电能等可再生能源，实现能源循环利用。污水处理厂的运营能够创造就业机会，同时污水处理后的水资源可以用于工业、农业等领域，创造经济价值。

污水处理厂的目标是通过各种污水处理工艺将污水中的污染物去除，使其达到国家和地方规定的排放标准，同时可减少污水对环境的污染，能够促进水资源的合理利用，实现高质量可持续发展。

1.2 哈尔滨群力西污水处理厂的概况介绍

哈尔滨群力西污水处理厂是为了满足哈尔滨市及其周边地区的生活和工业废水处理需要、解决夏季城市内涝及何家沟黑臭水体环保问题而建设的。随着城市的发展和人口的增长，原有的污水处理厂的处理设施和处理能力已不能满足需求，所以新建污水处理厂对于改善城市环境质量，保障公共卫生安全，促进水资源循环利用至关重要。

哈尔滨群力西污水处理厂位于黑龙江省哈尔滨市群力区大唐哈尔滨第一热电公司北侧，032县道西侧。项目总用地面积108990.70平方米，工程总设计规模10.0立方米/d，采用国内外先进的污水处理工艺，包括预处理、生物处理和深度处理等环节。其中，对有机物、氨氮等污染物采用活性污泥法进行生物处理，可有效去除，采用MBR组合膜池过滤技术进行深度处理，确保出水标准达到国家一级A标准。

2 高地下水位和砂层地质的挑战

2.1高地下水位对污水处理厂建设的影响

拟建水厂地处黑龙江省西南部，松嫩平原中部，北临松花江，地貌单元为松花江漫滩冲积平原区，地势平坦开阔，拟建现场多为鱼池，原始地貌已遭破坏，场地采用回填土回填强夯处理。场区位于松花江南岸约1000米，地下水按含水层特征主要分为第四系松散层孔隙潜水。主要分布于松花江河漫滩区，含水层岩性主要为砂类土。地下水主要补来源为大气降雨下渗、地下径流补充。排泄形式主要为侧向迳流和潜水蒸发。地下水与松花江有水力联系，由于含水层的渗透性和径流条件较好，因此形成互补的排泄和补给条件，水位亦受一定的大气降水和蒸发的影响。地下水动态变化规律为 7～9月份丰水期，水位高，3～5月份为枯水期，水位低，年变化幅度在1～2米左右，地下水位平均深度2.2米。

高地下水位会增加施工难度和施工安全，影响深基坑稳定，影响较深构筑物施工方案的选择，同时也会增加污水处理厂的运施工成本。此外，高地下水位还可能导致地下水位上升，影响污水处理厂的正常运行。

2.2砂层地质的特点和对污水处理厂池体施工的影响

污水处理厂地貌单元属松花江漫滩冲积平原，地势平坦开阔，地基土的成因类型为第四纪全新统低漫滩堆积地层。其中，粗格栅沉井为最深构筑物，相对标高达-18.0米，其地质情况从上到下分为回填土层、淤泥质粉质黏土层、粉砂层、细砂层、中砂层、粗砂层。

砂层地质具有渗透系数大、稳定性差等特点，容易导致沉井下沉过程中降水困难、下沉不均匀、基坑塌方等问题。饱和的砂层地质在沉井下沉施工过程中容易产生流砂、管涌或振动液化等，这些问题不仅会影响污水处理厂的建设进度和质量，也会增加运营和维护的难度。

2.3哈尔滨群力西污水处理厂沉井施工面临的问题

哈尔滨群力西污水处理厂所在地区的地下水位较高，砂层地质较为发育，这给污水处理厂粗格栅沉井下沉带来了很大的挑战。在施工过程中，需要选择安全合理的沉井下沉方案、采取切实有效的措施来保证沉井下沉的稳定性和安全性，同时也需要考虑施工成本以及施工对周边环境影响等问题。

3 沉井下沉技术的原理与应用

3.1沉井下沉技术的基本原理

沉井下沉技术是一种利用自身重力和外部荷载使井体下沉到预定位置的施工方法。该技术通过在井体内部挖土，使井体失去支撑，从而使其下沉到预定位置。在井体下沉过程中，通过不断调整井体的姿态和动态控制下沉速度，以确保沉井下沉的稳定性和安全性。在施工过程中，通常需要使用井筒自重、泥浆、高压水等方式进行下沉。当井筒下沉到预定设计深度后，再施工沉井封底和内部底板、隔墙等结构。该技术使用于各种土质条件，且对周边环境的影响较小，因此在地下工程的施工中得到了广泛应用。

3.2沉井下沉技术在污水处理厂建设中的应用

沉井下沉技术在污水处理厂中的应用主要包括沉井基础、顶管工作井、接收井、粗格栅和提升泵房的建设。通过采用沉井下沉技术，可以有效地解决高地下水位和砂层地质条件下的基础施工问题，同时也可以提高工程的施工效率和质量。

3.3国内外的沉井下沉技术案例

国内外有许多成功的沉井下沉技术案例，例如上海市白龙港污水处理厂、北京市高碑店污水处理厂等。这些案例，为群力西污水处理厂建设过程中的沉井施工方案选择、实施提供了宝贵的经验和借鉴。

4 哈尔滨群力西污水处理厂沉井下沉技术探讨

4.1对哈尔滨群力西污水处理厂选择沉井下沉技术的理由

哈尔滨群力西污水处理厂所在地区的地质条件较为复杂，采用传统的基础施工方法存在较大的难度和风险。而沉井下沉技术可以有效地解决高地下水位和砂层地质条件下的粗格栅施工问题，同时也可以提高工程的施工效率和质量。

4.2沉井下沉技术在哈尔滨群力西污水处理厂的可行性分析

（1）地质条件适应性。沉井下沉技术适用于各种土质条件，包括软土、硬土、沙土等。哈尔滨群力西污水处理厂所在地区为地下水位高的砂性土地质，地质条件复杂，但沉井下沉技术可以适应这些地质条件，确保施工的顺利进行。（2）施工效率。施工速度快，效率高，是沉井下沉技术的优点。在哈尔滨群力西污水处理厂粗格栅施工过程中，采用沉井下沉技术可以缩短工期，提高施工效率，降低施工成本。（3）安全性。沉井下沉技术是一种安全性较高的建筑方式。在沉井下沉中，可以动态控制下沉速度、调整泥浆比重等方式确保施工安全。此外，沉井结构具有一定的强度和稳定性，可以有效地抵抗地下水的压力和土压力等外力作用。（4）经济性。沉井下沉技术的成本较低，相较采用基坑支护等方式施工可降低施工成本，提高项目的经济效益。

通过对哈尔滨群力西污水处理厂的地质条件、施工效率、安全性和经济技术要求等方面的分析，认为采用沉井下沉技术是可行的。在实施沉井下沉技术时，需要根据实际情况选择合适的施工方案和技术措施，以保证工程的质量和安全。

4.3实施沉井下沉技术的步骤和方案

实施沉井下沉技术的步骤和方案包括井体设计、沉井预制、井体下沉、封底和内部结构施工等。在实施过程中，需要注意井体的姿态和下沉速度的控制，同时也需要采取有效的措施来防止井体塌方和漏水等问题。以下就哈尔滨污水处理厂粗格栅沉井施工及下沉过程关键步骤及方案选择进行探讨。

（1）井体设计。根据工程要求和地质情况，确定沉井的形状、尺寸、壁厚等参数；哈尔滨群力西污水处理厂粗格栅及提升泵房建筑面积303.46平方米，其中提升泵池尺寸为15.4米×12.5米×9.2米，格栅渠尺寸为9.4米×2.0米×6.60米×3条，整体施工设计为沉井施工，沉井基底长31.4米×宽15.3米×高18.0米，壁厚1.2米-1.4米。基底下沿长度方向设3道反向梁，沿宽度方向设1道反向梁，宽2.0米，高3.5米，刃脚踏面宽0.7米。

（2）沉井预制、下沉方案选择。为加快沉井施工进度，沉井预制方案未选择直接在回填处理原地面进行，而是先在沉井施工位置放坡开挖深4.5米基坑（较设计±0.0标高为-5.5米），基坑1：1放坡，基坑底尺寸较沉井底宽出4米。18米沉井分三次预制一次下沉，即第一次预制刃脚、反梁及至6米高井筒，第二次预制6.5米高井筒，达到条件后一次下沉到设计标高进行封底，第三次施工完成剩余5.5米井壁及顶板。通过以上预制、下沉方案选择，从而加快施工进度。

（3）沉井预制基地处理。为保证在沉井前两次混凝土施工时刃脚基础稳定不变形，刃脚垫层施工前先对刃脚下的地基进行素土填分层夯实，压实系数≥0.95，地基承载力FAK≥130KPa；在夯实完成的素填土基础上换填1.2米厚10-30级配碎石或卵石，分层夯实，压实系数≥0.96；刃脚下浇筑宽3米，高0.25米C30素混凝土垫层，间距12米设10毫米宽缝，垫层上面设置一油一毡隔离层。

（4）沉井下沉方案。因厂区其他构筑物施工进行场区降水，经测量沉井位置地下水位在基坑底约4-5米。因此，沉井下沉方案选择地下水以上采用排水下沉，遇地下水后转换为不排水下沉。下沉过程中随时观测沉降情况，及时调整挖土部位和速度进行纠偏，并及时回填因沉井下沉造成基坑下沉土方，防止基坑土方坍塌。同时加强对基坑及周边建构筑进行沉降观测，防止因沉井现场造成影响。

（5）沉井封底。封底前要加强监控和观测，观测沉井的自下沉速率8小时内累计不大于10毫米时方可进行封底，沉井封底采用的是通过水下混凝土封底方式实施。单根导管的有效扩散半径一般为3米-4米，浇筑面积大时可采用多根导管同时浇筑。各导管间混凝土浇筑面平均上升速率不应小于0.25米/小时，相邻导管间混凝土面上升速率应保持一致，混凝土表面坡度应在1：5以内。混凝土表面达到设计标高时拔出导管，预留10厘米-20厘米厚混凝土表面松软层。

（6）封底注意事项及涌水涌砂处理。一是在封底之前需对反梁之间各仓室的基底面进行修整；二是要保证封底前井筒内外水头不能相差太大，防止出现封底不成功的情况；三是封底后要将封底混凝土养护至达到设计强度后，才能将井内的水抽走，防止水压过大，使封底混凝土断裂。封底抽水后，由于种种原因，封底混凝土会出现孔洞涌水、涌砂现象，这时需要通过增加井筒外降水，释放地下水压力，将池内涌水、涌砂清除，再通过在封底混凝土上打孔、注浆的方式进行封闭处理。

5 结语

沉井下沉技术是解决污水处理厂高地下水位和砂层地质问题的有效手段。哈尔滨群力西污水处理厂通过借鉴和采用该技术，调整和优化施工方案和施工步骤，顺利完成了粗格栅沉井的施工及下沉，解决了高地下水位和砂层地质问题这一技术难题。本文以哈尔滨市群力西污水处理厂为例，探讨了粗格栅沉井下沉技术在高地下水位砂层地质条件下的成功应用，论证了沉井下沉技术在解决污水处理厂高地下水位和砂层地质问题上的可行性和有效性。

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