顶推用沉井装置及其施工方法与流程

本发明属于建筑施工技术领域，具体涉及顶推用沉井装置及其施工方法。

背景技术：

随着城市化进程的推进，全国各地城市需要修建大量的地下管线，许多管线连接井都在建筑物边，开挖深度大，环境复杂。施工难度大，往往投入了大量的成本，仍然难以避免破坏周边建筑。

沉井是一种用于开挖深度较大井的施工方式，是先制作好沉井的墙壁，再挖土下沉，到设计高程后，施工底板，完成施工。下沉原理是利用沉井自重，克服井壁阻力下沉，需要先挖出井内土体，减少壁阻力，再自重下沉。在挖出井内土体过程中，难以保证井外水土稳定性，沉井周边土体流失下沉，进而造成周边建筑物、道路、地下管线的破坏。施工中还有沉井失稳，倾斜的危险。为了满足快速发展的城市建设需求，这就需要采用一种好的方法，对地质条件差，环境要求高的位置的沉井施工，以达到保护沉井周边建筑物安全，增强沉井施工安全性和稳定性的要求。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供顶推用沉井装置及其施工方法。它能解决现有沉井施工中投入大、环境危害大、下沉稳定性差等问题，特别适用于地质条件差、环境要求高的场地的沉井施工。

所述的顶推用沉井装置，包括方形沉井本体，其特征在于所述方形沉井本体的上部四角分别设置顶推角梁，方形沉井本体内部四角位置固定设有四根抗拔桩，所述抗拔桩位置与顶推角梁上下一一对应，所述顶推角梁上设有顶推装置，抗拔桩顶部设有传力连接件，抗拔桩与顶推角梁、顶推装置通过钢绞线连接，顶推装置的顶推推力依次通过顶推角梁和传力连接件传给抗拔桩，抗拔桩提供反力实现沉井下沉。

所述的顶推用沉井装置，其特征在于顶推装置包括顶推锚具、穿心千斤顶及顶铁，顶铁为若干个，设置在穿心千斤顶与顶推角梁之间，钢绞线上端依次从下至上穿过顶推角梁、顶铁及穿心千斤顶，端头通过顶推锚具固定在穿心千斤顶上部。

所述的顶推用沉井装置，其特征在于传力连接件包括上锚具、锚定板、下锚具及抗拔钢筋，钢绞线下端端部穿过锚定板后下锚具固定；抗拔钢筋上端端部穿过锚定板后上锚具固定，下端端部与抗拔桩固定连接。

所述的顶推用沉井装置，其特征在于顶铁厚度为0.2m，顶铁的个数为1-5个。

所述的顶推用沉井装置，其特征在于锚定板为圆形多孔钢板结构。

所述的顶推用沉井装置的施工方法，其特征在于包括如下步骤：

1）施工准备熟悉设计图纸，了解工程实施环境，对沉井现状情况进行调查，对现场场地进行清理，地面进行硬化，对进场的材料、机械设备等进行全面检查，检查合格后再投入使用；

2）抗拔桩施工抗拔桩即钻孔灌注桩，施工步骤依次为：钻机定位、打孔、清孔、钢筋笼制作、下钢筋笼、浇筑水下混凝土；

3）沉井制作的基槽开挖，开挖深度2米，并清除杂填土；

4）刃脚垫层施工，根据计规范算确定砂垫层厚度并铺设砂垫层，压实后再铺设混凝土垫层；

5）分节制作沉井结构搭设钢管支架、绑扎钢筋、立模板，砼浇筑；浇筑结束后对砼进行覆盖保湿养护，得到方形沉井本体；

6）搭设操作平台在顶推角梁顶部安装沉井顶推作业平台，共四个，分别位于沉井四角；

7）拆除模板、支架拆除步骤5）中的模板，将沉井结构表面清理干净，拆除沉井内外侧的钢管支架；

8）安装顶推装置和传力连接件破除步骤2）制得的抗拔桩桩头，调整桩顶钢筋，将传力连接件的抗拔钢筋下端固定安装在桩顶钢筋上，抗拔钢筋上端通过上锚具固定在锚定板上，同时钢绞线下端与传力连接件连接，通过下锚具固定在锚定板上；穿心千斤顶安装在顶推角梁上，钢绞线上端穿过顶推角梁和穿心千斤顶，并通过顶推锚具固定；

9）清除步骤4）的刃脚混凝土垫层人工破除沉井内外刃脚混凝土垫层，并清理干净，破除时先井内、后井外，先转角、后中间，对称破除；

10）启动顶推装置顶推下沉，四个角的穿心千斤顶同步启动，在每个顶推角梁设置一个水准观测点，顶推过程中，用水准仪观测沉井水平高程，根据沉井高程变化，及时调整相应位置的穿心千斤顶顶力，所述千斤顶顶进速度为0.8-1.2cm/min，优选为1cm/min；

11）加顶铁续顶，一个行程结束后，收油退顶，在穿心千斤顶下加一块顶铁续顶，循环五次；

12）退-紧锚具续顶当顶铁加到1.0米高后，改用退-紧锚具续顶，即上一个循环结束后，收油退顶，松开顶推锚具，抽调顶铁，将顶推锚具下移到千斤顶头部；重新步骤11），直到完成沉井首段下沉高度；

13）冲吸沉井内土体沉井首段下沉结束后，采用高压水枪，将沉井内土体分层切削，破碎成泥浆，再用泥浆泵将沉井内土体冲吸外运，冲吸时保持井内水位在地下水以上0.5米，冲吸土体的厚度比首段下沉深度小0.5米；土体冲吸过程中，继续重复步骤10）-步骤12），直到沉井下沉到设计高程；

14）沉井封底拆除顶推装置，继续冲吸沉井内土体，到设计高程后，进行水下混凝土封底，结束沉井下沉施工。

所述的顶推用沉井装置的施工方法，其特征在于步骤4）中的砂垫层厚度为0.4-0.6米，宽2.8-3.2米，优选厚度为0.5米，宽3.0米；混凝土垫层厚度为0.08-0.12米，宽为2.8-3.2米，优选厚度为0.1米，宽为3.0米。

所述的顶推用沉井装置的施工方法，其特征在于步骤5）中的方形沉井本体分节制作中，每节的制作高度为5-6米；步骤6）中的沉井顶推作业平台为边长2米的正方形结构，采用角钢制作，沉井顶推作业平台底部铺木板，四周设栏杆，栏杆高度1.2米。

所述的顶推用沉井装置的施工方法，其特征在于步骤11）中一个行程为0.25米。

所述的顶推用沉井装置的施工方法，其特征在于步骤12）中的沉井首段下沉高度为2.8-3.2米，优选为3米。

通过采用上述技术，与现有技术相比，本发明的有益效果如上：

1）本发明通过采用限定的顶推用沉井装置，由穿心千斤顶给抗拔桩提供顶推力，再由抗拔桩提供沉井下沉的顶推反力，抗拔桩桩体施工设备为常用打桩机，其工艺成熟，技术可靠，采用传力连接件连接抗拔桩和顶推装置，满足了桩体抗拔能力大的要求，使桩顶连接可靠，对沉井下沉干扰小，提高其下沉施工效率，该装置中的组成传力装置的钢绞线、单孔锚具、夹片、穿心千斤顶为通用标准件，技术成熟，力学指标明晰，易于采购，使用方便；

2）本发明的传力连接件中，其锚定板采用圆形多孔钢板结构，能满足安装方便、传力可靠的要求；本发明的顶推用装置安装在顶推角梁上，通过顶推角梁提供沉井下沉的顶推推力，角梁承载能力大，角梁顶部安设千斤顶平稳，可作为顶推操作平台，安全防护装置可靠；

3）本发明通过在沉井内设置钻孔灌注桩作为抗拔桩，在沉井下沉过程中，利用钻孔灌注桩提供的反力，通过千斤顶等设施为沉井下沉提供顶推力，使得沉井在推力和自重共同作用下，平稳下沉；其施工时实现沉井先下沉，后取土，每次下沉一段后取土，如此循环，直到下沉到设计高程。施工中始终保持沉井内侧水土压力大于沉井外侧水土压力，从而消除沉井下沉施工造成周边土体沉降的安全隐患，保护了沉井周边建筑物。其施工工艺操作简单、工人易于掌握、施工速度快，且具有较好的经济效益和社会效益。其装置组成的构件基本为工艺成熟的既有成品，方便应用推广。特别适用于软弱砂性土地区，周边环境复杂的沉井施工。

附图说明

图1为本发明的结构平面示意图；

图2为本发明的结构剖面示意图；

图3为本发明的顶推装置连接结构示意图；

图4为本发明的传力连接件连接结构示意图。

图中：1-顶推装置，101-顶推锚具，102-穿心千斤顶，103-顶铁，2-顶推角梁，3-钢绞线，4-方形沉井本体，5-传力连接件，501-上锚具，502-锚定板，503-下锚具，504-抗拔钢筋，6-抗拔桩，7-沉井顶推作业平台。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明作进一步的描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

如图1-4所示，本发明的顶推用沉井装置，包括方形沉井本体4，所述方形沉井本体4的上部四角分别设置顶推角梁2，方形沉井本体4内部四角位置固定设有四根抗拔桩6，所述抗拔桩6位置与顶推角梁2上下一一对应，所述顶推角梁2上设有顶推装置1，抗拔桩6顶部设有传力连接件5，抗拔桩6与顶推角梁2、顶推装置1通过钢绞线3连接，顶推装置1的顶推推力依次通过顶推角梁2和传力连接件5传给抗拔桩6，抗拔桩6提供反力实现沉井下沉。

如图3所示，本发明的顶推装置1包括顶推锚具101、穿心千斤顶102及顶铁103，顶铁103为若干个，设置在穿心千斤顶102与顶推角梁2之间，钢绞线3上端依次从下至上穿过顶推角梁2、顶铁103及穿心千斤顶102，端头通过顶推锚具101固定在穿心千斤顶102上部，顶铁103厚度为0.2m，顶铁103的个数为1-5个，穿心千斤顶102向上顶推，产生的推力，通过顶铁103传递给顶推角梁2，顶推角梁2产生的反推力再传递给沉井，从而助推沉井下沉。

如图4所示，本发明的传力连接件5包括上锚具501、锚定板502、下锚具503及抗拔钢筋504，钢绞线3下端端部穿过锚定板502后下锚具503固定；抗拔钢筋504上端端部穿过锚定板502后上锚具501固定，下端端部与抗拔桩6固定连接，本发明所用的锚定板502为圆形多孔钢板结构，能满足安装方便、传力可靠的要求，钢绞线6在穿心千斤顶102作用下，产生向上拉力，通过锚定板503传递给抗拔桩6。

所述的顶推用沉井装置的施工方法，包括如下步骤：

1）施工准备熟悉设计图纸，了解工程实施环境，对沉井现状情况进行调查，对现场场地进行清理，地面进行硬化，对进场的材料、机械设备等进行全面检查，检查合格后方再投入使用；

2）钻孔灌注桩施工，钻机定位，打孔，清孔，钢筋笼制作，下钢筋笼，浇筑水下混凝土；

3）沉井制作的基槽开挖，开挖深度2米，清除杂填土；

4）刃脚垫层施工，根据计算确定砂垫层厚度，铺设砂垫层，厚度一般0.5米，宽3.0米，压实，再铺设混凝土垫层，厚度一般0.1米，宽3.0米。

5）分节制作沉井结构，搭设支架，绑扎钢筋，立模板，砼浇筑；浇筑过程中按规范要求留置同条件试块及标准养护试块，浇筑结束后对砼进行覆盖保湿养护；每节制作高度5~6米。

6）搭设操作平台在顶推角梁顶部安装沉井顶推作业平台7，共四个，分别位于沉井四角；沉井顶推作业平台7采用角钢制作，正方形，边长2米，底部铺木板，四周设栏杆，栏杆高度1.2米安装顶推装置，破除钻孔灌注桩头，调整桩顶钢筋，将钢绞线连接件安装在桩顶，穿心千斤顶安装在顶推角梁上，钢绞线穿过连接件与穿心千斤顶，通过上下锚具连接；

7）拆除模板、支架拆除步骤5）中的模板，将沉井结构表面清理干净，拆除沉井内外侧的钢管支架；

8）安装顶推装置1和传力连接件5破除步骤2制得的抗拔桩6桩头，调整桩顶钢筋，将传力连接件5的抗拔钢筋504下端固定安装在桩顶钢筋上，抗拔钢筋504上端通过上锚具1固定在锚定板502上，同时钢绞线3下端与传力连接件5连接，通过下锚具503固定在锚定板502上；穿心千斤顶102安装在顶推角梁2上，钢绞线3上端穿过顶推角梁2和穿心千斤顶102，并通过顶推锚具101固定；

9）清除刃脚混凝土垫层，人工破除沉井内外刃脚混凝土垫层，并清理干净，破除时要先井内，后井外，先转角后中间，对称破除。

10）启动顶推装置1顶推下沉，四个角的穿心千斤顶102同步启动，在每个顶推角梁设置一个水准观测点，顶推过程中，用水准仪观测沉井水平高程，根据沉井高程变化，及时调整相应位置的穿心千斤顶102顶力，所述千斤顶顶进速度为0.8-1.2cm/min，优选为1cm/min；

11）加顶铁续顶，一个行程（0.25米）结束后，收油退顶，在千斤顶上端加顶铁（厚0.2米）后续顶，如此循环五次。

12）退-紧锚具续顶当顶铁加到1.0米高后，改用退-紧锚具续顶，即上一个循环结束后，收油退顶，松开顶推锚具101，抽调顶铁103，将顶推锚具101下移到千斤顶头部；重新步骤11，直到完成沉井首段下沉高度；

13）冲吸沉井内土体，沉井首段下沉结束后，采用冲吸装置，将沉井内土体冲吸外运，冲吸时保持井内水位在地下水以上0.5米，冲吸土体的厚度要小于首段下沉深度0.5米。土体冲吸过程中，继续重复步骤10-步骤12，直到沉井下沉到设计高程；

14）沉井封底，拆除顶推装置，继续冲吸井内土体，到设计高程后，进行水下混凝土封底。结束沉井下沉施工。

应用实例

某沉井下沉施工

某沉井一侧为河道，距离为6m，一侧为大楼，距离为9m，平面尺寸为10m×10m，结构高度为16m，下沉深度为15m，井壁平均厚度0.6m。地下土质为粉砂土。

工程总工期90日历天，工程自2018年7月11日开工，10月5日完成全部工程量，实际工期85天。其中沉井制作时间68天，沉井实际下,17天，总造价95万。施工没有对河道产生不良影响，大楼没有出现沉井。施工质量符合国家相关验收规范的要求，获得了建设单位和监理单位的好评。

该沉井原设计采用围护结构围护施工，为确保大楼安全，必须对河道围堰施工，围护结构费用需92万和围堰费用需70万，河道修复费用45万，合计207万。远大于沉井本身的制作下沉费用80万，且工期至少150天。

本发明通过在沉井内设置钻孔灌注桩，在沉井下沉过程中，利用钻孔灌注桩提供的反力，通过千斤顶等设施为沉井下沉提供顶推力，使得沉井在推力和自重共同作用下，平稳下沉。实现沉井先下沉，后取土，每次下沉一段后取土，如此循环，直到下沉到设计高程。施工中始终保持沉井内侧水土压力大于沉井外侧水土压力，从而消除沉井下沉施工造成周边土体沉降的安全隐患，保护了沉井周边建筑物。其施工工艺操作简单、工人易于掌握、施工速度快，且具有较好的经济效益和社会效益。其装置组成的构件基本为工艺成熟的既有成品，方便应用推广。特别适用于软弱砂性土地区，周边环境复杂的沉井施工。