一种充气法排水减重的沉井基础

技术领域

本发明涉及桥梁基础施工技术领域，具体涉及一种充气法排水减重的沉井基础。

背景技术

在桥梁基础建设中，沉井基础因刚度大、抵抗水平荷载能力强、竖向承载能力高等优点常被采用。沉井一般由底板、井壁、隔墙和顶盖构成。沉井基础的重量，和通过沉井传递的上部结构荷载一起，最终转换为基底应力由地基承担。当持力土层一定时，基底应力越高，地基稳定性越差，沉井的沉降变形越大。因此，合理减重一直是沉井基础的重要研究课题。

作为水中桥梁基础的沉井建成后的重量，除底板、井壁、隔墙和顶盖的自重外，通常还包括位于井孔中的水的重量。对大型沉井而言，各部分的重量占比大致为：底板和顶盖各占约15％，井壁和隔墙共占约40％，井孔水约占30％。显然，承载作用小、重量占比高的井孔水，是沉井减重的首要研究对象。

现有技术中，有通过改善沉井底板密封水的性能，来实现井孔排水减重目标的方法。其原理是将沉井底板设计为由封底、防水层、底板上层构成的三层结构，具体做法是沉井下沉到位后先水下浇筑封底结构，然后完全抽排井孔水，在封底结构上干施工防水层，继而在防水层之上干施工钢筋混凝土结构的底板上层。其存在施工环境差导致施工质量缺乏保障，且受损时修复难度大的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种充气法排水减重的沉井基础，能够解决现有技术中沉井施工时存在施工环境差导致施工质量缺乏保障，且受损时修复难度大的问题。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种充气法排水减重的沉井基础，其包括：

沉井井体；

排水管，其设置在所述沉井井体内，所述排水管的下端口与所述沉井井体的内部空间连通，并位于所述沉井井体内部空间中水面的下方，上端口与所述沉井井体的外部环境连通，用于排出所述沉井井体内部空间中的水；

充气阀，其设置于所述沉井井体上，用于将所述沉井井体的内部空间和外部环境连通。

在上述技术方案的基础上，

在一些可选的方案中，所述沉井井体包括：

底板，其设置在所述沉井基础底部；

井壁，其设置在所述底板上，所述排水管设置在所述井壁中；

顶盖，其设置在所述井壁上远离所述底板的一端，所述充气阀设置在所述顶盖上；

隔墙，其设置在所述井壁内侧，与所述井壁连接，且一端与所述底板连接，另一端与所述顶盖连接，将所述沉井井体的内部空间分为多个隔仓。

在一些可选的方案中，所述沉井井体内设有通气机构，并位于水面以上，用于连通所有所述隔仓；

所述沉井井体内设有通水机构，并位于水面以下，用于连通所有所述隔仓。

在一些可选的方案中，每个所述隔仓内均设有带开口端的气筒，其中一所述气筒与所述充气阀连接，所述气筒的开口端用于设置在所述沉井井体内部空间的水面以下，所有所述气筒通过所述通气机构连通。

在一些可选的方案中，所述上端口用于设置在外部环境中水面下方。

在一些可选的方案中，所述上端口处设置有止水阀。

在一些可选的方案中，还包括水位观测装置，其设置在所述沉井井体上，并位于水面上方，用于观测所述沉井井体内部空间的水位。

在一些可选的方案中，还包括气压观测装置和测温装置，均设在所述沉井井体上，并位于水面上方，所述气压观测装置用于观测所述沉井井体内部空间的气压，所述测温装置用于观测所述沉井井体内部空间的温度。

在一些可选的方案中，所述井壁、隔墙及顶盖的两两连接处均设有密封板。

在一些可选的方案中，所述井壁内竖向间隔设置有多层环状加固机构，所述隔墙内竖向间隔设置有多层对拉加固机构，且所述环状加固机构与对拉加固机构均水平设置。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

按常规方法施工沉井井体，使用气密性材料保证沉井井体具有良好的密封性，在使用该沉井基础时，打开沉井上的充气阀，向沉井内部压入空气，沉井中的水在气压作用下经位于沉井井体中水面下方的下端口进入排水管，通过排水管的上端口排出，使沉井井体内的水位下降，该沉井基础排水减重设施的预埋和施工操作完全在沉井基础环境水面以上的干环境中作业，避免了必须进入高水头危险环境，且该沉井井体上容易受损出现气密性缺陷的部位均处于环境水面以上的地方，容易修复，因此其具有施工环境好，施工质量可靠性高及受损后容易修复的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种充气法排水减重的沉井基础实施例中顶盖平面示意图；

图2为本发明一种充气法排水减重的沉井基础实施例中沉井上部断面示意图；

图3为本发明一种充气法排水减重的沉井基础实施例中沉井下部断面示意图；

图4为本发明一种充气法排水减重的沉井基础实施例中沉井横桥向中剖面示意图；

图5为本发明一种充气法排水减重的沉井基础实施例中低排水口方案沉井顺桥向中剖面示意图；

图6为本发明一种充气法排水减重的沉井基础实施例中高排水口方案沉井顺桥向中剖面示意图；

图7为本发明一种充气法排水减重的沉井基础实施例中气筒方案沉井横桥向中剖面示意图；

图8为本发明一种充气法排水减重的沉井基础实施例中气筒方案沉井顺桥向中剖面示意图。

图中：1、沉井井体；11、底板；12、井壁；13、顶盖；14、隔墙；141、通气机构；142、通水机构；15、隔仓；151、气筒；2、排水管；21、上端口；22、下端口；23、止水阀；3、充气阀；4、水位观测装置；5、气压观测装置；6、测温装置；7、底座；8、桥墩。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图对本发明一种充气法排水减重的沉井基础的实施例作进一步详细说明。

如图4或5所示，一种充气法排水减重的沉井基础，其包括：

沉井井体1；

排水管2，其设置在沉井井体1内，排水管2的下端口22与沉井井体1的内部空间连通，并位于沉井井体1内部空间中水面的下方，上端口21与沉井井体1的外部环境连通，用于排出沉井井体1内部空间中的水；

充气阀3，其设置于沉井井体1上，用于将沉井井体1的内部空间和外部环境连通。

按常规方法施工沉井井体1，使用气密性材料保证沉井井体1具有良好的密封性，在使用该沉井基础时，打开沉井上的充气阀3，向沉井中压入空气，沉井中的水在气压作用下经位于沉井井体1中水面下方的下端口22进入排水管2，通过排水管2的上端口21排出，使沉井井体1内的水位下降，内部高气压协助沉井井体1传递竖向荷载，该沉井基础排水减重设施的预埋和施工操作完全在沉井基础环境水面以上的干环境中作业，避免了必须进入高水头危险环境，且该沉井井体1上容易受损出现气密性缺陷的部位均处于环境水面以上的地方，容易修复缺陷，因此其具有受力状态好，施工环境好，施工质量可靠性高及受损后容易修复的特点。

如图4所示，在一些可选的实施例中，沉井井体1包括：

底板11，其设置在沉井基础底部；

井壁12，其设置在底板11上，排水管2设置在井壁12中；

顶盖13，其设置在井壁12上远离底板11的一端，充气阀3设置在顶盖13上；

隔墙14，其设置在井壁12内侧，与井壁12连接，且一端与底板11连接，另一端与顶盖13连接，将沉井井体1的内部空间分为多个隔仓15。

在本实施例中，对于沉井井体1的具体结构进行说明，沉井井体1包括底板11，井壁12、顶盖13及隔墙14，排水管2设置在井壁12中，底板11，井壁12及顶盖13的两两连接处使用钢结构焊接连接、混凝土结构同批次浇筑连接，可以增强沉井井体1的气密性；充气阀3设置在顶盖13上，可以方便施工人员进行操作，方便施工，在沉井井体1内部设置隔墙14将沉井井体1内部空间分隔为多个隔仓15，可以减小沉井井体1中底板11、井壁12和顶盖13的跨度，使整个沉井基础结构更加牢固。

如图2或3所示，在一些可选的实施例中，沉井井体1内设有通气机构141，并位于水面以上，用于连通所有隔仓15；

沉井井体1内设有通水机构142，并位于水面以下，用于连通所有隔仓15。

在本实施例中，在隔墙14上设置位于沉井井体1内部空间中水面上方的通气机构141与位于沉井井体1内部空间中水面下方的通水机构142可以连通隔仓15，保持各个隔仓15之间压力相同，不用分别对每个隔仓15中提供压力及设置排水结构，使沉井基础用充气法排水减重施工更加方便。

如图7或8所示，在一些可选的实施例中，每个隔仓15内均设有带开口端的气筒151，其中一气筒151与充气阀3连接，气筒151的开口端用于设置在沉井井体1内部空间的水面以下，所有气筒151通过通气机构141连通。

在本实施例中，在各个隔仓15中设置带开口端的气筒151，充入气体的过程更方便，且由于充入的气体被气筒151约束，不会对井壁12和隔墙14产生不利影响，且对于井壁12的气密性要求可以降低，可以延长沉井基础的使用寿命，提高耐用性。

如图5所示，在一些可选的实施例中，上端口21用于设置在外部环境中水面下方。

在本实施例中，沉井井体1中水及其水面气压引起的底板11上侧面压强，等于由外部环境水及其水面气压引起的底板11下侧面压强，将上端口21设置在外部环境水最低水位以下，当沉井井体1在地震等偶发因素影响下气密性出现异常、内部气压发生下降时，环境水可以经排水管2重新进入沉井井体1的内部，让沉井井体1内部水位升高，抵消内部气压异常降低的不利影响，保护底板11安全，直至沉井井体1修复后再次充气排水减重恢复至理想工作状态。

如图6所示，在一些可选的实施例中，上端口21处设置有止水阀23。

在本实施例中，在上端口21的位置设置一个止水阀23，排水管2的上端口21的位置可以不受环境水位高度的限制，可以使沉井井体1内部空间中水及其水面气压引起的底板11上侧面压强，大于由外部环境水及其水面气压引起的底板11下侧面压强，可以使沉井井体1内部气压不受环境水位条件的制约，能更加充分地利用内部气压传递竖向荷载，使底板11和顶盖13工作条件的改善程度更高。

在一些可选的实施例中，还包括水位观测装置4，其设置在沉井井体1上，并位于水面上方，用于观测沉井井体1内部空间的水位。

在本实施例中，在顶盖13上设置水位观测装置4，可以直观表现出沉井井体1内部空间水面高度，方便操作人员确定排水量，将水位观测装置4设置在顶盖13上，也可以方便操作人员使用水位观测装置4。

在本例中，水位观测装置4为水位计。

如图1所示，在一些可选的实施例中，还包括气压观测装置5和测温装置6，均设在沉井井体1上，并位于水面上方，气压观测装置5用于观测沉井井体1内部空间的气压，测温装置6用于观测沉井井体1内部空间的温度。

在本实施例中，在沉井井体1上还设置有气压观测装置5及测温装置6，通过观察水位观测装置4、气压观测装置5及测温装置6的数据可以得到沉井井体1内部空间的水位、气压及温度，通过计算可以检测沉井井体1的气密性。

在本例中，气压观测装置5为气压计，测温装置6为温度计。

在一些可选的实施例中，井壁12、隔墙14及顶盖13的两两连接处均设有密封板。

在本实施例中，通过在井壁12，隔墙14，顶盖13的两两连接处预埋密封板，可以使沉井井体1有更好的气密性。

在一些可选的实施例中，井壁12内竖向间隔设置有多层环状加固机构，隔墙14内竖向间隔设置有多层对拉加固机构，且环状加固机构与对拉加固机构均水平设置。

在本实施例中，使用充气法排水会对沉井井体1的井壁12结构产生比较大的空气压力荷载，在顶盖13的上方设置有底座7和设置在底座7上的桥墩8，竖直方向上产生的压力可以保护顶盖13，在井壁12内水平间隔设置有环状加固机构，且在隔墙14内水平间隔设置有对拉加固机构，可以保护井壁12及隔墙14，使高压空气作用时沉井井体1不会开裂，确保气密性，可以提高沉井的抗压能力及耐用性，减少沉井的损坏维修次数。

综上所述，井壁12，底板11与顶盖13组成的沉井井体1具有良好的密封性，使用时打开沉井井体1上的充气阀3，向沉井井体1中压入气体，使沉井井体1中的水在气压作用下通过井壁12中的排水管2排出，使沉井井体1内的水位下降至设定位置，该沉井排水减重设施的预埋和施工操作完全在沉井基础环境水面以上的干环境中作业，避免了必须进入底板11附近的高水头危险环境，并且气密性容易保障，井壁12和隔墙14在竖向是受压结构，不易开裂；在可靠性方面，容易出现气密性缺陷的部位均处于环境水面以上或环境水深不大的地方，容易修复缺陷，因此沉井井体1的气密是有可靠保障的，在确保沉井井体1气密性条件下，沉井内水位可观测、可控制，排水减重的可靠性高，可以通过气压观测装置5、水位观测装置4及测温装置6的观测数据，检测沉井井体1的气密性，排水管2中加入止水阀23可提升气压传荷的效果，设置加固机构可以使沉井基础更牢固，该沉井基础具有施工风险低，排水减重可靠性好，修复后容易修复的特点。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。