一种沉井松土检侧压下沉方法与流程

本发明涉及建筑施工领域。更具体地说，本发明涉及一种沉井松土检侧压下沉方法。

背景技术：

沉井基础埋置深度大、整体性强、稳定性好，近年来在大跨度桥梁锚碇中得到广泛应用。沉井施工流程中首先在地面或地坑上制作沉井本体，即制作具备开口的、钢筋混凝土制成的沉井构件筒身，待沉井筒身达到一定强度后，在井筒内分层挖土、运土，随着井内土面逐渐降低，沉井筒身借助其自重克服沉井外壁与土层间的摩阻力，不断地下沉而达到预定的施工设计位置。

20世纪60年代在南京长江大桥建设中发展了沉井基础；随后在江阴长江大桥北锚碇(沉井平面尺寸69m×51m，高56m)；南京长江四桥北锚碇(沉井平面尺寸69m×58m，高52.8m)；鹦鹉洲长江大桥北锚碇(圆孔环形截面新型沉井外径66m，高43m)；马鞍山长江大桥北锚碇(沉井尺寸为60.2m×55.4m，高41m)等等多个桥梁工程中得到应用。

沉井施工经过多年发展，但下沉施工过程中，尤其是工程与水文地质条件复杂时，沉井终沉依然存在难以下沉、下沉停滞等风险。因此亟需设计一种沉井终沉辅助下沉方法，使沉井在满足结构安全的条件下平稳下沉到位，具有很高的应用价值。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种使沉井在满足结构安全的条件下平稳下沉到位的沉井松土检侧压下沉方法。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种沉井松土检侧压下沉方法，包括：

s1，沉井最后一次接高下沉时，在沉井端部支撑力去除后，若沉井仍难以下沉时，在沉井的外侧的土层中开挖深槽，直至沉井下沉至设计标高。

优选地，所述步骤s1还包括：

s2，在开挖深槽之后，若沉井再次出现难以下沉，则通过改变深槽的长度、宽度、深度，使得沉井继续下沉；

s3，多次重复步骤s2，直至沉井下沉至设计标高处；

其中，所述深槽为矩形深槽，所述矩形深槽的截面为矩形且等截面。

优选地，所述沉井的轮廓的横截面为方形；

所述s1中开挖矩形深槽时，矩形深槽的长度方向沿着与井壁一侧的长度方向进行开挖。

优选地，所述矩形深槽距井壁的距离b大于0.1m。

优选地，所述步骤s1中，开挖矩形深槽时，所述矩形深槽距井壁的距离b为0.5m。

优选地，所述矩形深槽至少为一对，每对矩形深槽均对称分布在沉井的两侧。

优选地，所述深槽采用trd工法开挖。

优选地，定义步骤s1得到的矩形深槽沿着沉井一侧的长度方向的长度为a，矩形深槽的宽度为c，矩形深槽的深度为d；沉井该侧的长度为e；

在步骤s1中开挖矩形深槽之前，计算沉井下沉确定a及d之积；

根据公式(1)计算得到r2，

kst＝(g+g’-fw)/(r1+r2)(1)

公式(1)中：kst-下沉系数为1.05；

g-沉井自重；

g’-施工活荷载；

fw-下沉过程中水的浮托力标准值；

r1-刃脚及隔墙底面极限端阻力；

r2-沉井极限摩擦力；

根据公式(2)计算得到s，

s＝r2/p(2)

公式(2)中的p为地基侧摩阻，s为理论上沉井和地基土接触面积；

根据公式(3)计算得到ad之积，

ad＝s-s0(3)

公式(3)中，s0为沉井和地基实际接触面积；

根据公式(3)计算得到的ad值，根据ad值及a大于0.5e且小于e，d小于50m，计算得到a、d值并根据条件c＝50cm-80cm，进行矩形深槽的开挖。

优选地，每次改变矩形深槽的长度、宽度和深度后，所述矩形深槽的长度、宽度、深度比改变前分别增加，1.1a，1.1c，1.1d。

本发明至少包括以下有益效果：本发明的沉井松土减侧压下沉施工方法，通过在沉井一侧开挖矩形深槽，使得沉井在坚硬地层、粘性土层下沉时侧摩阻大大减小，使得沉井在困难地层终沉时能够顺利下沉；即便当地层与井壁的侧摩阻力很大时，也可以逐步增加矩形深槽的长度、宽度、深度，从而使得沉井顺利下沉到位，从而避免了沉井在传统的助沉措施失效时无法顺利下沉的难题。

该发明方法对于沉井终沉时几何姿态控制、沉井结构受力优化、操作简化均有较大益处。开挖槽深、沿沉井的宽度或槽壁距井壁的距离可以根据实际进行调整，能够适应实际工程复杂多变情况，对于解决沉井终沉时难沉及停止下沉等均有较好的作用。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明实施例2两对矩形深槽在沉井外侧的分布图；

图2为图1a-a向剖视图；

图3为挖槽机下端的锯链式切割箱开挖矩形深槽的正视图；

图4为挖槽机下端的锯链式切割箱开挖矩形深槽的侧视图。

附图标记说明：1、沉井的分区隔墙，2、沉井井壁，3、矩形深槽，4、挖槽机，5、锯链式切割箱；

a、矩形深槽的长度，b、矩形深槽的槽壁距井壁的距离；c、矩形深槽的宽度；d、矩形深槽的深度，e为沉井在矩形深槽侧的长度。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“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和简化描述，并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的限制。

如图1-4所示，本发明提供一种沉井松土检侧压下沉方法，包括：

s1，沉井最后一次接高下沉时，在沉井端部支撑力去除后，若沉井仍难以下沉时，在沉井的外侧的土层中开挖深槽，直至沉井下沉至设计标高。

在另一种技术方案中，所述步骤s1还包括：

s2，在开挖深槽之后，若沉井再次出现难以下沉，则通过改变深槽的长度、宽度、深度，使得沉井继续下沉；

s3，多次重复步骤s2，直至沉井下沉至设计标高处；

其中，所述深槽为矩形深槽，所述矩形深槽的截面为矩形且等截面。

在另一种技术方案中，所述沉井的轮廓的横截面为方形；

所述s1中开挖矩形深槽时，矩形深槽的长度方向沿着与井壁一侧的长度方向进行开挖。

在另一种技术方案中，所述矩形深槽距井壁的距离b大于0.1m。

在该种技术方案中，所述矩形深槽距井壁的距离b大于0.1m，该距离为保护井壁免受挖槽机的损伤之用。

在另一种技术方案中，所述步骤s1中，开挖矩形深槽时，所述矩形深槽距井壁的距离b为0.5m。

在该种技术方案中，所述步骤s1中，开挖矩形深槽时，所述矩形深槽距井壁的距离b为0.5m，在后续步骤s2中，可以逐步减小b，每次改变矩形深槽时，可使得b减小0.1m，使得b最终为0.1，从而辅助沉井顺利下沉。

在另一种技术方案中，所述矩形深槽至少为一对，每对矩形深槽均对称分布在沉井的两侧。

在该种技术方案中，矩形深槽可以为一对或两对；矩形深槽为一对时，可选取沉井任意一对相对的井壁两侧外，分别进行一矩形深槽的开挖。矩形深槽为两对时，可选取沉井的四个井壁的外侧，均进行一矩形深槽的开挖。

施工时可选择在一对相对侧井壁的外侧同时开挖，使受力更均匀。

在另一种技术方案中，所述深槽采用trd工法开挖。

在另一种技术方案中，定义步骤s1得到的矩形深槽沿着沉井一侧的长度方向的长度为a，矩形深槽的宽度为c，矩形深槽的深度为d；沉井该侧的长度为e；

在步骤s1中开挖矩形深槽3之前，计算沉井下沉确定a及d之积；

根据公式(1)计算得到r2，

kst＝(g+g’-fw)/(r1+r2)(1)

公式(1)中：kst-下沉系数为1.05；

g-沉井自重；

g’-施工活荷载；

fw-下沉过程中水的浮托力标准值；

r1-刃脚及隔墙底面极限端阻力；

r2-沉井极限摩擦力；

根据公式(2)计算得到s，

s＝r2/p(2)

公式(2)中的p为地基侧摩阻，s为理论上沉井和地基土接触面积；

根据公式(3)计算得到ad之积，

ad＝s-s0(3)

公式(3)中，s0为沉井和地基实际接触面积；

根据公式(3)计算得到的ad值，根据ad值及a大于0.5e且小于e，d小于50m，计算得到a、d值并根据条件c＝50cm-80cm，进行矩形深槽的开挖。

在另一种技术方案中，每次改变矩形深槽的长度、宽度和深度后，所述矩形深槽的长度、宽度、深度比改变前分别增加，1.1a，1.1c，1.1d。

实施例1：

步骤一、沉井最后一次接高下沉时，在沉井端部支撑力去除后，若沉井仍难以下沉时，在沉井外侧开挖矩形深槽，矩形深槽的剖面呈矩形，且矩形深槽为等截面。开挖时，锯链式切割箱为分节接长，将矩形深槽3开挖至沉井下沉；

步骤二、在沉井下沉至设计标高前，若沉井再次出现难以下沉，通过改变矩形深槽的深度、长度或宽度，直至沉井下沉至设计标高处。

原理：沉井开挖下沉时，在沉井井壁的外侧进行矩形深槽的开挖。由于矩形深槽将沉井结构与井壁外的土体进行了隔离，使得沉井侧壁土压力大大减小，进而减小了侧摩阻力，使得沉井在自重的作用下下沉。

沉井完成最后一次接高后，若在沉井端部支撑力去除后，仍难以下沉，则根据工程地质条件、沉井接高重量计算矩形深槽开挖深度d和沿沉井的开挖宽度a，开挖矩形深槽3后使沉井下沉至指定标高。实施中对不同地层条件、不同挖槽机4配置下的沉井施工可改用不同的矩形深槽开挖深度d、沿沉井开挖宽度a以及槽壁距井壁的距离b，使用更加灵活、切合实际。本发明的沉井矩形深槽松土减侧压下沉施工方法使得沉井壁2与土体间的侧摩阻大大减小，当土层粘性较大或较坚硬时，也可以逐步增加开挖槽深度d、沿沉井开挖宽度a，或者减小槽壁距井壁的距离b使得沉井顺利下沉，从而避免了沉井在传统助沉措施失效情况下，在粘性土层、坚硬土层中终沉时难以下沉的难题，开挖槽深d、沿沉井开挖宽度a以及槽壁距井壁的距离b可以根据实际进行调整，能够适应实际工程复杂多变情况，对于沉井终沉时几何姿态控制、操作简化、以及对于沉井终沉时难以下沉和停止下沉的预防均有较大益处。

实施例2：

所述沉井的轮廓的横截面为方形，沉井的分隔墙1如图1所示；在井壁2外侧预留宽度b为0.5m土层作为保护层，然后进行矩形深槽开挖。

步骤s1中开挖矩形深槽之前，根据土层性质、沉井接高重量及沉井与地层接触面积，计算ad之积，并确定a、d、c的值：

按照《给水排水工程结构设计规范》(gbj69-84-2002)中第六章6.1节规定，沉井下沉系数应符合下式要求：

kst≥1.05

kst＝(gk-ffw,k)/ffk＝(g+g′-fw)/(r1+r2)(4)

根据公式(1)计算得到r2，

kst＝(g+g’-fw)/(r1+r2)(1)

公式(1)中：kst-下沉系数为1.05；

g-沉井自重；

g’-施工活荷载；

fw-下沉过程中水的浮托力标准值；

r1-刃脚及隔墙底面极限端阻力；

r2-沉井极限摩擦力；

根据公式(2)计算得到s，

s＝r2/p(2)

公式(2)中的p为地基侧摩阻，s为理论上沉井和地基土接触面积；

根据公式(3)计算得到ad之积，

ad＝s-s0(3)

公式(3)中，s0为沉井和地基实际接触面积；根据公式(3)计算得到的ad值，进行深槽的开挖；

其中，a大于0.5e且小于e，d小于50m，c＝50cm-80cm。

沉井接高完成后，需对沉井下沉所需侧摩阻力进行计算。按照公式(2)，当沉井下沉系数为1.05时沉井可以下沉，在已知沉井自重g，沉井施工荷载g′，下沉过程中水的浮托力标准值fw，刃脚及隔墙底面极限端阻力r1，进而反推下沉系数为1.05时，对应的土体与沉井之间的侧摩阻力r2。如公式(2)所示，r2为理论上沉井和地基土接触面积s与地基侧摩阻p之积，根据r2与地基侧摩阻p可以计算得到理论上沉井和地基土接触面积s，而根据s与计算得到沉井和地基土实际接触面积s0之差，即为所需开挖面积ad。进一步，根据计算得到的所需开挖面积计算得到矩形深槽开挖深度d、沿沉井开挖长度a，深槽的宽度为c。根据公式(1)-(4)，只能确定ad的乘积等于所需开挖面积，故最终确定的矩形深槽的a、d、c值，只要同时满足ad之积＝所需开挖面积，以及a大于0.5e且小于e，d小于50m，c＝50cm-80cm即可。

根据计算得到的矩形深槽3开挖深度d、沿沉井开挖长度a，深槽的宽度为c对称开挖两对深槽后，若沉井未发生下沉，将矩形深槽槽深d、沿沉井开挖宽度a增大至计算值的1.1～1.5倍，采取逐步增大矩形深槽槽深d、沿沉井开挖宽度a，如按照计算值的1.1倍、1.2倍等逐步递增，并可以逐步减小槽壁距井壁的距离b，并可以逐步减小槽壁距井壁的距离b至0.1m，并且满足所述矩形深槽距井壁的距离b大于0.1。

矩形深槽的宽度c由挖槽施工机械控制，一般c值为50cm-80cm。本实施例所用挖槽施工机械如图3-4所示，包括挖槽机4及设置在挖槽机4下方的锯链式切割箱5。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。