一种可回收负压贯入式沉井结构及施工方法与流程

1.本发明涉及一种可回收负压贯入式沉井结构及施工方法，应用于土木工程水下结构施工领域。


背景技术：

2.随着水上工程项目越来越多，使得建筑物的基础部分需要在水下施工。然而在水下施工是极其不方便的，甚至是无法实现的。沉井最常用来做水下施工的围护结构。沉井是井筒状的结构物，它是以井内挖土，依靠自身重力或者打桩机克服井壁摩阻力后下沉到设计标高，一般在桥墩基坑，污水泵站，盾构拼装井，地下车道与车站水工基础施工时作围护装置使用。本发明通过对沉井结构及施工工艺的改进，使沉井在负压作用下下沉，不需要大型打桩船且无需很大的结构自重，降低工程造价，同时又能够缩短工期。
3.现有的沉井施工方法大致分为两种，一种是大直径的钢制沉井，依靠大型打桩机打入预定标高。这种方法需要大型的打桩机械，而且施工技术要求高，施工难度大；另一种是大直径的钢筋混凝土沉井，在井内挖土，使沉井在自身重力作用下下沉。这种方法需要的混凝土体量很大，且需要在岸上预制，施工时依靠大型运载船舶运至施工现场，施工周期长，造价高，施工中易发生流砂造成沉井倾斜或下沉困难等。
4.鉴于上述传统沉井结构及施工方法的缺陷，有必要对水下结构及基础的施工方法进行进一步改进，提出一种可回收负压贯入式沉井结构及相应的施工方法，以解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明目的是提供一种可回收负压贯入式沉井结构及施工方法，以解决需要水下施工、无大型打桩船及运输船、工期要求严格、工程造价有限的问题。
6.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种可回收负压贯入式沉井结构及施工方法，其特征在于，所述施工方法包括如下步骤：步骤一：沉井首先在自身重力作用下沿着土层开始沉贯安装，此过程中应严格控制沉井的垂直度，当沉井下沉所受到的沉贯阻力与沉井自身重力相平衡时，沉井不再下沉，自重沉贯阶段完成；步骤二：以所述的沉井结构为基础，在其上安装顶部封闭、底部敞开的助沉结构，沉井与助沉结构之间用橡胶垫层连接，保证其密闭性，沉井、助沉结构、土体三者之间形成一个密闭的空间；步骤三：将抽水机与所述的沉井助沉结构上的抽水口进行连接，启动抽水机，抽取沉井内部的水体，使沉井内部形成负压；步骤四：沉井在负压作用下继续切割土体下沉，下沉过程中要时刻保证沉井在垂直状态，；
步骤五：沉井继续下沉到预定位置后，撤掉抽水机，拆除上部助沉结构，便可在沉井内部开始下一步施工作业；步骤六：施工作业完成后，再次将助沉结构和下部沉井用法兰连接，确认气密性后，用抽水机向其内部注水，沉井则在内部水压及浮力作用下开始上浮，配合起重船完成沉井的回收利用。
7.进一步地，所述负压贯入式沉井由下部沉井、上部助沉结构、中部橡胶垫层、抽水口组合而成。
8.进一步地，所述下部沉井是两端敞开、四周封闭的圆筒形结构，通常由钢或者钢筋混凝土制成、端部为楔形，能够减小沉井下沉时受到的尖端阻力，另一端为法兰结构，可与上部助沉结构连接。
9.进一步地，所述助沉结构为一端封闭、另一端敞开的圆筒形结构，通常由钢或者钢筋混凝土制成，另一端做成法兰接口，可以和下部沉井连接，另一端设置两个对称分布（根据工程需要可以设置多个）的抽水口进一步地，所述上部助沉结构和下部沉井之间设置橡胶垫层，保证整个结构的气密性，使土体、沉井、助沉结构三者之间形成密闭的空间。
10.进一步地，所述助沉结构封闭端设置对称分布的抽水口，其数量可以根据下沉阻力及机械设备自由设定，但应保持其均匀分。
11.进一步地，所述回收过程通过抽水机向其内部注水，将外部水体打入沉井内部，沉井在内部水压及浮力的共同作用下，配合起重船完成沉井的回收。
12.本发明的一种可回收负压贯入式沉井结构及施工方法，能够解决需要水下施工、无大型打桩船及运输船、工期要求严格、工程造价有限。施工时依靠抽取沉井内部水体形成负压，沉井在负压作用下下沉到预定位置，施工速度快，大大缩短了工期。
13.本发明具有以下优点：1、本发明采用吸力方式安装沉井，仅需要两台水气两用的抽水机即可，且可以重复使用，与现有技术相比，成本低，施工工序简单，施工周期短。
14.2、本发明主要是抽取密闭空间内的水体和气体，沉井可在大气压的压力下下沉，吸力大，下沉速度可控，与重力式沉井相比，不存在受阻无法下沉或者突沉情况。
15.3、本发明沉井尖端为楔形，在吸力作用下，沉井尖端穿刺土体，与土体紧密贴合，不会产生管涌或者土体进入井内的情况。
16.4、本发明沉井重力对下沉阻力影响不大，因此沉井重量较轻，造价更低。
附图说明
17.图1是本发明可回收贯入式沉井结构的示意图。
18.图2是本发明沉井与助沉结构示意图。
19.图3是本发明可回收贯入式沉井结构的施工过程示意图。
20.附图标记：1
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沉井、2
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助沉结构、3
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法兰接口、4
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抽水口、5
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抽水机、6
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橡胶垫层。
具体实施方式
21.下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于这些具
体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。
22.如图1所示一种可回收负压贯入式沉井结构，包含带有负压贯入式助沉结构的可回收沉井结构，其特征在于，所述施工方法包括如下步骤：步骤一：沉井（1）首先在自身重力作用下沿着土层开始沉贯安装，此过程中应严格控制沉井的垂直度，当沉井下沉所受到的沉贯阻力与沉井自身重力相平衡时，沉井不再下沉，自重沉贯阶段完成。
23.步骤二：以所述的沉井（1）结构为基础，在其上安装顶部封闭、底部敞开的助沉结构（2），沉井与助沉结构之间用橡胶垫层（6）连接，保证其密闭性，沉井、助沉结构、土体三者之间形成一个密闭的空间。
24.步骤三：将抽水机（5）与所述的沉井助沉结构（2）进行连接，启动抽水机，抽取沉井内部的水体，使沉井内部形成负压。
25.步骤四：沉井在负压作用下继续切割土体下沉，下沉过程中要时刻保证沉井在垂直状态。
26.步骤五：沉井继续下沉到预定位置后，撤掉抽水机，拆除上部助沉结构，便可在沉井内部开始下一步施工作业。
27.步骤六：施工作业完成后，再次将助沉结构和下部沉井用法兰（3）连接，确认气密性后，用抽水机向其内部注水，沉井则在内部水压及浮力作用下开始上浮，配合起重船完成沉井的回收利用。
28.如图1所示，可回收负压贯入式沉井结构由下部沉井（1）、助沉结构（2）通过法兰接口（3）连接，中间设置柔性橡胶垫层（6）保证其内部的气密性。
29.如图2所示，沉井端部为楔形，能够减小下沉过程中的端部阻力；助沉结构为顶部封闭、底部敞开的圆筒形结构，顶部设置两个对称的排水口，施工过程中通过抽水机与排水孔相连接，抽取密闭空间内的水体。
30.如图3所示，是可回收负压贯入式沉井结构的安装过程，沉井首先在重力作用下进行安装，当不再下沉；将顶部封闭、底部敞开的助沉结构（2）通过法兰接口（3）安装在沉井的顶部，利用抽水机（5）从助沉结构设置的抽水口抽取密闭空间内的水体，密闭空间内形成负压，下部沉井在大气压的作用下将继续下沉，直到下部沉井到达预定位置，可拆除沉井上部助沉结构，即可在下部沉井中完成施工作业；施工完成后重新连接沉井与助沉结构（2），用抽水机（5）向其内部注水，沉井将在水压作用下向上拔出，配合起重船实现沉井的回收。