一种沉井施工方法及沉井结构

技术领域

本发明涉及沉井施工技术领域，尤其涉及一种沉井施工方法及沉井结构。

背景技术

随着城市的发展，越来越多的原有建筑物需要增设地下空间，在建筑内施工，高度和平面位置的限制，采用传统的围护桩施工，空间受限，造价高，而且容易对已有建筑造成破坏。尤其是对于历史保护建筑，且建筑物内部施工空间有限，净空低，给施工带来困难。

因此，提供一种施工时扰动低，无噪音，对原有建筑结构影响弱，能够适用于低净空施工环境的沉井及其施工方法是十分必要的。

发明内容

本发明提供一种沉井施工方法，用以解决传统沉井施工扰动大，不容易控制下沉姿态，施工空间受限的缺陷，实现安全高效的沉井施工，减小对建筑物影响。

本发明还提供一种沉井结构，用以解决传统沉井封底后易上浮的缺陷，提高沉井稳定性。

本发明提供一种沉井施工方法，包括如下步骤：

以沉井箱的侧壁作为第一受力点；

以所述沉井箱下沉方向上的固定点位作为第二受力点；

在所述沉井箱的下沉方向上设置千斤顶和锚杆机构；

其中，将所述千斤顶靠近所述第二受力点的一端与所述第一受力点连接，将所述千斤顶远离所述第二受力点的一端通过所述锚杆机构与所述第二受力点连接；

通过所述千斤顶的顶升力对所述锚杆机构施加拉力，通过所述拉力牵引所述沉井箱下沉；

在所述沉井箱下沉到位后，对所述沉井箱进行封底，将所述锚杆机构远离所述第二受力点的一端与所述沉井箱连接。

根据本发明的一个实施例，将所述千斤顶靠近所述第二受力点的一端与所述第一受力点连接的步骤包括：

设置顶升方向与所述沉井箱下沉方向相同或相反的穿心千斤顶，将所述穿心千斤顶靠近所述第二受力点的一端通过钢管与所述沉井箱内壁固定连接；

将所述千斤顶远离所述第二受力点的一端通过所述锚杆机构与所述第二受力点连接的步骤包括：

设置沿所述穿心千斤顶顶升方向一致的锚杆机构，所述锚杆机构的一端贯穿并连接所述穿心千斤顶，所述锚杆机构另一端伸入第二受力点位置处，对所述第二受力点位置处进行浇筑形成扩大桩头，所述扩大桩头与土体固定，所述锚杆机构与所述扩大桩头固定连接。

根据本发明的一个实施例，包括至少设置两个所述第一受力点和两个所述第二受力点，所述第一受力点与所述第二受力点一一对应形成一组，所述第一受力点均匀设置在所述沉井箱的侧壁上。

根据本发明的一个实施例，还包括注浆步骤：

在所述沉井箱的侧壁设置注浆管和出浆口，在所述沉井箱下沉过程中，通过所述注浆管和所述出浆口对所述沉井箱侧壁周围进行注浆。

根据本发明的一个实施例，还包括矫正步骤：

在所述沉井箱的侧壁设置观测管，在所述观测管底部设置观测灯，在所述观测管上端设置十字丝，通过所述十字丝与所述观测灯的相对位置信息判断所述沉井箱的垂直度；

通过调节相应位置的千斤顶顶升程度调整所述沉井箱的垂直度。

根据本发明的一个实施例，对所述沉井箱进行封底，将所述锚杆机构远离所述第二受力点的一端与所述沉井箱连接的步骤包括：

在所述沉井箱底部浇筑混凝土，将锚杆机构与混凝土固定连接；将所述锚杆机构位于混凝土上端部分拆除，对所述锚杆机构端部进行密封操作。

本发明还提供一种沉井结构，该沉井结构通过上述实施例的沉井施工方法制得，包括：

沉井箱；

扩大桩头，所述扩大桩头设于所述沉井箱正下方，所述扩大桩头与土体固定；

锚杆机构，所述锚杆机构的一端连接所述沉井箱，所述锚杆机构的另一端连接所述扩大桩头，所述锚杆机构的拉力大于所述沉井箱受到的浮力。

根据本发明的一个实施例，包括多个数量的所述扩大桩头和所述锚杆机构，所述扩大桩头和所述锚杆机构一一对应连接，多个所述锚杆机构均匀分布在所述沉井箱底部。

根据本发明的一个实施例，所述锚杆机构包括锚杆、锚索和锚具，所述锚具设于所述锚杆的一端，所述锚索贯穿所述锚杆和锚具，所述锚索上设有限位件，所述限位件在所述锚索受力状态下与所述锚具相抵。

根据本发明的一个实施例，所述锚索数量设有多个，所述锚杆机构靠近所述扩大桩头的一端设有与所述锚索数量对应的锚板，所述锚板的一端与所述锚杆通过轴连接，所述锚索与所述锚板靠近所述锚杆的一端连接，所述锚板远离所述锚杆的一端与所述锚杆表面设有拉筋。

本发明提供的沉井施工方法，通过以沉井箱的侧壁作为第一受力点，以沉井箱下沉方向上的固定点位作为第二受力点，在沉井箱的下沉方向上设置千斤顶和锚杆机构，将千斤顶靠近第二受力点的一端与第一受力点连接，将千斤顶远离第二受力点的一端通过锚杆机构与第二受力点连接；通过千斤顶的顶升力对锚杆机构施加拉力，拉力牵引沉井箱下沉，实现沉井箱的下沉施工，并对沉井箱进行封底，将锚杆机构远离第二受力点的一端与所述沉井箱连接。该方法解决传统沉井施工扰动动大，不容易控制下沉姿态，施工空间要求高的缺陷，实现低扰动动、无噪音、安全高效的沉井施工，减小对建筑物影响，能够适用于低净空施工环境；该方法步骤简单，施工方便，降低施工成本，具有广阔的应用前景。

本发明提供的沉井结构，通过采用上述沉井施工方法施工，沉井箱通过锚杆机构与扩大桩头固定，沉井结构具有很好的抗浮效果，结构稳定性得以提升。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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是本发明提供的沉井施工方法的步骤流程图；

图2是本发明提供的沉井箱施工状态的结构示意图；

图3是本发明提供的沉井箱施工状态的俯视图；

图4是本发明提供的锚杆机构撑开前结构示意图；

图5是本发明提供的锚杆机构撑开后结构示意图；

图6是本发明提供的锚杆机构撑开后的俯视图；

图7是本发明提供的锚杆机构拼接结构示意图；

图8是本发明提供的沉井箱的钢刃脚结构示意图；

图9是本发明提供的观察灯的结构示意图；

图10是本发明提供的沉井箱施工后的结构示意图；

图11是图10中A部放大图；

图12是异型沉井箱的施工状态的结构示意图。

附图标记：

1、沉井箱；2、锚杆；3、锚索；4、锚具；5、夹片；6、穿心千斤顶；7、扩大桩头；8、注浆管；9、第一螺栓；10、钢管；11、观测灯；12、钢刃脚；13、耳板；14、夹板；15、第二螺栓；16、限位件；17、锚板；18、限位板；19、定位销；20、端板；21、钢绞线；22、出浆口；23、观测管；24、十字丝；25、止水环；26、膨胀环；27、防水油膏；28、微膨胀细石混凝土。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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发明实施例和简化描述，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发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

下面结合图1-图12描述本发明的具体实施方式：

如图1所示，本发明实施例提供一种沉井施工方法，主要用于建筑内的钢沉井下沉施工，该方案包括如下步骤：

步骤一：安装步骤，以沉井箱1的侧壁作为第一受力点，以沉井箱1下沉方向上的固定点位作为第二受力点；在沉井箱1的下沉方向上设置千斤顶和锚杆机构。

其中，将千斤顶靠近第二受力点的一端与第一受力点连接，将千斤顶远离第二受力点的一端通过锚杆机构与第二受力点连接。

该步骤中，沉井箱1为没有地板的钢沉井结构，在沉井箱1的侧壁上确定多个第一受力点，在沉井箱1的正下端确定多个第二受力点，第二受力点与第一受力点一一对应且位于第一受力点的正下方。

如图2所示，本实施例中，第二受力点处可以进行混凝土浇筑，形成扩大桩头7，将锚杆机构的一端埋在扩大桩头7内与扩大桩头7固定，在锚杆机构的另一端设置千斤顶。

在一个实施例中，扩大桩头7利用高压旋喷桩机施工，扩大头直径为0.8～1.0m，注入浆液水灰比为1.0～1.2，水泥可选用P.O42.5级。

本实施例中的千斤顶优选为穿心千斤顶6，穿心千斤顶6的顶升方向与沉井箱1下沉方向相同或相反，将穿心千斤顶6靠近第二受力点的一端通过钢管10与沉井箱1内壁固定连接。将锚杆机构远离扩大桩头7的一端贯穿穿心千斤顶6并与穿心千斤顶6的另一端连接。这样，多组竖直的锚杆机构设置完成，穿心千斤顶6作用在沉井箱1与锚杆机构之间。

如图3所示，在一个实施例中，可以将穿心千斤顶6和锚杆机构设置在沉井箱1的底部拐角处，如果沉井箱1的尺寸较大，也可以在沉井箱1侧壁的中部设置穿心千斤顶6和锚杆机构，保证沉井箱1受到的下拉力能够均匀分配，保证沉井箱1平稳竖直下沉。

优选的，在一个实施例中，可以将穿心千斤顶6设置在沉井箱1的顶部，因为考虑到锚杆余量的影响，且沉井箱1底部有地下水，为避免地下水影响，钢管10焊在沉井箱1上，沉井箱1应埋入坑底以下一部分，防止绕流绕渗，钢管10最低点可设在坑底以上一点的位置。

步骤二：牵拉步骤，通过千斤顶的顶升力对锚杆机构施加拉力，通过拉力牵引沉井箱1下沉。

该步骤中，驱动穿心千斤顶6，穿心千斤顶6在竖直方向上伸出，由于穿心千斤顶6的上端通过锚杆机构与扩大桩头7固定，锚杆机构的拉力对穿心千斤顶6施加反作用力，穿心千斤顶6的下端则带动沉井箱1整体下沉。

如图4至图6所示，本实施例中，锚杆机构包括锚杆2、锚索3和锚具4，锚具4设于锚杆3的顶端，锚索3贯穿锚杆2和锚具4，锚索3上设有夹片5和限位件16，夹片5与锚具4相抵，锚具4与穿心千斤顶6的顶部连接，在锚索3受力状态下，锚索3和锚具4对穿心千斤顶6施加向下的拉力。

进一步地，锚索3数量设有多个，锚杆机构靠近扩大桩头7的一端设有与锚索3数量对应的锚板17，锚板17为可撑开锚板，锚板17的一端与锚杆2底部的端板20通过定位销19连接，以使锚板17可以围绕端板20转动实现打开

如图4至图6所示，锚索3贯穿端板20与锚板17靠近锚杆2的一端连接，且锚索3上还设有限位件16，限位件16在锚索3受拉使与锚板17相抵。锚板17远离锚杆2的一端还设有拉筋，拉筋可采用钢绞线21，钢绞线21的一端与锚板17连接，钢绞线21的另一端与锚杆2表面连接。这样，钢绞线21、锚板17以及锚杆2形成三角形，锚索3张拉时能够将锚板17拉到撑开位置，同时钢绞线21将锚板17的拉力传递到锚杆2上，提高了可撑开锚板的抗拉强度。

本实施例中，锚杆机构在扩大桩头7内部设置可撑开的锚板17结构，增大了锚杆机构与扩大桩头7的接触面积，提高了锚杆机构的抗拉性能，有利于沉井箱1的下沉作业。

进一步地，如图4和图5所示，锚杆2内部还设有限位板18，锚索3均贯穿限位板18，在锚索3靠近限位板18的底部位置处设有限位件16，锚索3在受拉时限位件16与限位板18相抵，从而提高锚索3的抗拉性能。

在一个实施例中，如果锚杆2的长度不够，可以采用多节锚杆2拼接，如图7所示，在锚杆2的端部表面设有耳板13以及成对的夹板14，两个锚杆2拼接时，一个锚杆2的耳板13与另一个锚杆2的夹板14相对接，通过第二螺栓15进行固定。

如图8所示，在一个实施例中，沉井箱1的侧壁底部设有钢刃脚12，钢刃脚12可以减少沉井箱1的侧壁底部与土体的接触面积，提高沉井箱1的下沉效率。

本实施例中，钢刃脚12位置处的厚度大于沉井箱1的侧壁厚度，穿心千斤顶6可以通过钢管10与钢刃脚12连接，可以通过第一螺栓9将钢管10与钢刃脚12连接固定。

优选的，钢刃脚12材质为钢材，厚度为沉井箱1壁厚的2倍，高度为1.0m。

上述实施例中的第一螺栓9和第二螺栓15优选采用高强度螺栓。提高沉井箱1整体结构强度。

在沉井箱1的下沉作业过程中，还可以设置注浆步骤：

如图8所示，在沉井箱1的侧壁设置注浆管8和出浆口22，注浆管8由沉井箱1的上端向下延伸，出浆口22与注浆管8连通并设置在钢刃脚12附近。

优选的，出浆口22设置在距离沉井箱1底部5cm处，可依据土层特性间隔1.0～1.5m布置。

在沉井箱1下沉过程中，通过向注浆管8内注入触变泥浆，触变泥浆从出浆口22排出到沉井箱1侧壁周围，触变泥浆可以为沉井箱1的下沉提供润滑减阻作用，提高沉井箱1下沉效率。

在沉井箱1下沉到位后，注浆管8由注入触变泥浆改为注入水泥浆，将水泥浆输送至沉井箱1侧壁周围，以固化周边土体，进一步提高沉井箱1的稳定性。

进一步地，本实施例还设置矫正步骤：

在沉井箱1的侧壁设置观测管23，在观测管23底部设置观测灯11，在观测管23上端设置十字丝24，通过十字丝24与观测灯11的相对位置信息判断沉井箱1的垂直度。

如图9所示，具体的，观测管23固定于沉井箱1四个角点位置。观测灯11分别有黄、绿、红三种颜色，由井内向外分别为黄灯、绿灯、红灯。在沉井施工过程中，从观测管23管顶观察底部，十字丝24对准黄灯则表示沉井箱1顶部相对于底部向井内偏移，十字丝24对准绿灯则表示沉井箱1顶部与底部垂直齐平，十字丝24对准红灯则表示沉井箱1顶部相对于底部向井外偏移。确认沉井箱1直度后，通过控制各位置穿心千斤顶6的顶力实现对垂直度的纠偏。

步骤三：封底步骤，对沉井箱1进行封底，将锚杆机构远离第二受力点的一端与沉井箱1连接。

如图10所示，在沉井箱1底部浇筑混凝土，将锚杆机构与混凝土固定连接；将锚杆机构位于混凝土上端部分拆除，对锚杆机构端部进行密封操作。

如图11所示，该步骤中，在沉井箱1下沉施工到位并封底完成后，割掉封底混凝土上部的锚杆2、锚索3，施工底板及井内主体结构。当沉井有抗浮需要时，应将锚索2锚定于底板或承台内，提供抗浮力，截断后锚杆2端部外侧设一圈钢板止水环25，锚索3伸出锚杆2后设置一道遇水膨胀环26，锚具4空腔利用防水油膏27密封，空腔顶部利用微膨胀细石混凝土28封闭。

在一个实施例中，沉井箱1可以叠加设置多层。沉井箱1下沉节数较多时，箱外土体对沉井箱1的水土压力提升，可能会导致箱体变形、箱体连接处张裂，可在沉井箱1内布置由工字钢、槽钢等构件组成的支撑体系，保证结构稳定安全。

进一步地，如图12所示，沉井箱1形状及尺寸可根据项目需要于工厂内制作，可适用于拼装下沉各种形状不一、深浅不一的异型沉井。锚杆2与锚索3可依据异型沉井形状布设，实现异型沉井的静压施工。

该沉井施工方法解决了传统沉井施工振动大，有噪音，施工空间受限的缺陷，实现低振动、无噪音、安全高效的沉井施工，减小对建筑物影响，能够适用于低净空施工环境。该方法步骤简单，施工方便，降低施工成本，具有广阔的应用前景。

如图10-图12所示，本发明实施例还提供一种沉井结构，该沉井结构通过上述沉井施工方法制得。

如图10所示，该沉井结构包括沉井箱1、扩大桩头7和锚杆机构，扩大桩头7设于沉井箱1正下方，扩大桩头7与土体固定；锚杆机构的一端连接沉井箱1，锚杆机构的另一端连接扩大桩头7，锚杆机构的拉力大于沉井箱1受到的浮力。

如图2和图3所示，本实施例中具有多个数量的扩大桩头7和锚杆机构，扩大桩头7和锚杆机构一一对应连接，多个锚杆机构均匀分布在沉井箱1底部。

如图4至图6所示，锚杆机构包括锚杆2、锚索3和锚具4，锚具4设于锚杆2的一端，锚索3贯穿锚杆2和锚具4，锚索3上设有夹片5，夹片5在锚索3受力状态下与锚具4相抵。

锚索3数量设有多个，锚杆机构靠近扩大桩头7的一端设有与锚索3数量对应的锚板17，锚板17的一端与锚杆2通过定位销19连接，锚索3与锚板17靠近锚杆2的一端连接，锚板17远离锚杆2的一端与锚杆2表面设有拉筋，拉筋优选为钢绞线21。

如图4和图5所示，锚杆2内部设有限位板18，锚索3贯穿限位板18，锚索3位于限位板18下方位置处设有限位件16，所述限位件16在锚索3受拉状态下与限位板18相抵。

本实施例中，扩大桩头7为包裹于锚杆机构端部的混凝土结构。

如图7所示，在锚杆2的端部表面设有耳板13以及成对的夹板14，两个锚杆2拼接时，一个锚杆2的耳板13与另一个锚杆2的夹板14相对接，通过第二螺栓15进行固定。

如图8所示，在一个实施例中，沉井箱1的侧壁设有注浆管8，注浆管8的一端设有出浆口22，出浆口22靠近沉井箱1底部设置。

如图9所示，在一个实施例中，沉井箱1的侧壁设有观测管23，观测管23底部设置观测灯11，观测管23上端设置十字丝24。

如图8所示，在一个实施例中，沉井箱1的侧壁底部设有钢刃脚12，钢刃脚12的厚度大部沉井箱1侧壁的厚度。

如图10和图11所示，沉井箱1的底部设有混凝土底板，锚杆机构固定于混凝土底板内，且锚杆机构靠近混凝土底板的端部设有止水装置。止水装置可以是止水环25，止水环25设置在锚杆2端部，锚索3伸出锚杆2后设置一道遇水膨胀环26，锚具4空腔利用防水油膏27密封，空腔顶部利用微膨胀细石混凝土28封闭。

本发明提供的沉井结构，沉井箱1通过扩大桩头7和锚杆机构得到固定，锚杆机构为沉井箱1提供了向下的拉力，该拉力不小于沉井箱1受到的浮力，抵消了沉井箱1所受到的浮力，解决了沉井箱1容易上浮的问题，使沉井结构具有很好的抗浮效果，有效提升了沉井箱的稳定性。该沉井结构便于施工，且施工成本低，具有广阔的应用前景。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。