一种钢沉井助沉用的空气幕气龛结构的制作方法

本发明涉及桥梁基础工程技术领域，尤其涉及一种钢沉井助沉用的空气幕气龛结构。

背景技术：

随着桥梁建设逐渐向大跨度方向发展，沉井作为桥墩基础和锚碇基础应用越来越广泛，其平面尺寸和下沉深度都在不断变大。沉井基础施工的核心难题是沉井的下沉，沉井在施工过程中，经常会遇到难沉、突沉、沉偏、抗浮等问题，给施工带来一定的困难。

在实际施工过程中，常常采用增加沉井自重、泥浆润滑套或空气幕减小沉井外壁的摩阻力的方法助沉或纠偏。增加沉井自重的沉井方式成本高，助沉效果有限；用泥浆润滑套下沉沉井虽然能起到助沉效果，但沉井施工完成后，侧模阻力恢复慢，对沉井结构受力不利；而空气幕法效果好，已经成为沉井施工优先选用的助沉措施。现有技术中空气幕助沉沉井具体是通过在井壁内预埋若干管道，若干管道沿垂直井壁方向钻出若干喷射孔，管道内通入高压空气，高压空气自喷射孔沿沉井壁外侧上升，形成一层空气幕，空气幕是一个不断向上流动的气流层，进而使得土壤颗粒不断向上翻动液化，降低井壁与地基土之间的摩阻力，促使沉井顺利下沉。

但本申请发明人在实际工程实践中，发现上述技术至少存在如下技术问题：一方面钢沉井体量大其结构设计和制作复杂且制造精度要求高，在钢沉井复杂的结构设计基础上应用现有空气幕结构，将进一步增加结构设计制作难度及施工成本；而另一方面采用现有空气幕助沉沉井过程中，外来泥沙易进入送气管道内进而导致管道堵塞，使空气幕助沉措施失效，无法重复使用，使用长效性差，使用效益低。

技术实现要素：

为解决上述现有技术空气幕法在钢沉井中应用效果差的技术问题，本发明的目的在于提供一种钢沉井助沉用的空气幕气龛结构，可有效避免水和泥沙进入送气管内导致管道堵塞的问题，可达到使用空气幕助沉的长效性，且可有效提高空气幕使用效益。

本发明采用的技术方案如下：

一种钢沉井助沉用的空气幕气龛结构，包括

气龛外壳，所述气龛外壳固定于钢沉井井壁板内侧，并对应于井壁板上开设的通孔；

送气管，所述送气管用于向所述气龛外壳内送入高压气体；

进气孔，所述进气孔设于气龛外壳上，用于连通所述送气管和气龛外壳；

所述进气孔处设有用于控制送气管内的高压气体向气龛外壳内单向流通的限流结构；所述气龛外壳上开设有数个与所述通孔相对应的喷气孔。

可选地，在所述喷气孔的内侧设有筛网，所述筛网固定于所述气龛外壳的内壁上。筛网的设计可有效避免粒径较大的泥沙颗粒经喷气孔流向气龛外壳内部，进而可有效避免泥沙颗粒在气龛内淤积并堵塞送气管。

可选地，所述限流结构包括弹性件和密封垫块，且所述密封垫块设于弹性件与进气孔之间，所述弹性件用于使密封垫块向进气孔的出气端进行压紧，所述密封垫的上表面覆盖于所述进气孔的底面。如此，送气管内高压气体可通过压力的作用使得密封垫块随弹性件远离进气孔，从而允许送气管内的高压气体流向气龛外壳内部；而另一方面，在未通气时，由于弹性件的压紧力使得密封垫将进气孔的出气端密封，从而避免进入气龛的外来水和泥沙经进气孔流向送气管，从而造成堵塞。限流结构的设计可有效提供送气管内高压气体沿气龛外壳内单向流通的通道，巧妙地解决了现有技术中送气管容易被堵塞而影响空气幕沉井运行长效性的问题，该结构设计合理巧妙。

可选地，所述密封垫为径向横截面呈圆形的橡胶垫块，橡胶垫块与进气孔的中心线在同一条直线上，且橡胶垫块的直径大于所述进气孔的直径。橡胶垫块抗冲击性能好适用于密封进气孔，且橡胶垫块质地柔软，组织致密，具有较好的弹性强度，即可达到较好的密封效果，也可减缓弹性件受到的弹性疲劳损伤；而将橡胶垫块与进气孔的中心线设计在同一条直线上，可保证橡胶垫块受到的冲击力均衡稳定，利于保持限流结构应用的长效性。

可选地，所述弹性件的一端固定在气龛外壳的内壁上，所述密封垫块通过气钉固定于弹性件的另一端。具体地，为保持弹性件固定的稳定性可设计为弹性钢板，且弹性钢板采用焊接的方式固定在气龛外壳的内壁上，保证限流结构的密封稳定性。

可选地，所述送气管设于气龛外壳的上端并与所述气龛外壳垂直连通。采用此布置结构设计一方面便于送气管在钢沉井井壁板内侧布置，另一方面水和泥沙由于重力作用其可沿气龛外壳的下端流动而不易直接沿气龛外壳的上端流动，从而降低了水和泥沙沿进气孔流动的可能性，进而避免造成进气孔以及送气管堵塞。

可选地，所述气龛外壳的上端呈水平设置，气龛外壳的下端设有一倾斜段，所述倾斜段沿靠近钢沉井井壁板一侧向下倾斜设置，所述送气管设于气龛外壳远离钢沉井井壁板一侧的上端。如此，气龛外壳沿靠近钢沉井井壁板一侧的内存空间呈逐渐增大，气龛外壳倾斜段的设计一方面可节省材料的使用以及减少占用空间，降低耗费成本；另一方面也可进一步降低了水和泥沙沿进气孔流动的可能性，该结构设计合理巧妙。

可选地，所述气龛外壳的下端还设有一水平段，且气龛外壳的倾斜段经水平段过渡至钢沉井井壁板。气龛外壳水平段的设计可为进入气龛外壳内的水和泥沙预留存储空间，降低水和泥沙沿进气孔流动的可能性，结合限流结构的设计可有效解决现有技术中水和泥沙容易进入送气管道导致管道堵塞的问题，达到空气幕使用的长效性。

可选地，所述气龛外壳为钢结构，且气龛外壳与钢沉井井壁板焊接。确保气龛结构的结构强度，保持空气幕助沉沉井运行的长效。

可选地，所述喷气孔的直径为0.2-1.5mm，且数个所述喷气孔均匀分布于所述气龛外壳上，且其分布范围覆盖于井壁板上开设的通孔。经申请人多次实验，将喷气孔的直径设计为0.2-1.5mm，钢沉井下沉中可适应多种颗粒细的土层，尽量避免颗粒较小的泥沙进入气龛外壳内；进一步地，气龛外壳上均匀分布的喷气孔使喷射的高压气体气龛外壳均匀扩散，该范围直径内的喷气孔可在短时间内达到较好的喷气效果，而喷气孔分布范围使喷射的高压气体气龛外壳均匀扩散覆盖于井壁板上开设的通孔，可减少由于安装误差导致的影响。

如上所述，本发明至少具有如下有益效果：

1.本发明应用空气幕法沉井是将空气幕气龛结构直接焊接于钢沉井井壁板内侧，避免在结构设计复杂的钢沉井基础上额外设计固定结构，相对于现有混泥土沉井需预埋件固定在混凝土里的固定方式，本发明气龛结构的固定方式更为简单方便并可有效保证其整体结构的固定稳定性，由此应用本发明空气幕气龛结构在钢沉井结构中其安装方便且整体结构具有较好的钢结构强度，并可取得较好的助沉效果。

2.本发明送气管位于气龛外壳的上端并与气龛外壳垂直连通，一方面有利于送气管在钢沉井井壁板内侧布置，设计成本低；另一方面水和泥沙由于重力作用可沿气龛外壳的下端流动而不易直接沿气龛外壳的上端流动，从而降低了水和泥沙沿进气孔流动的可能性，可进一步避免现有进气孔以及送气管容易堵塞的技术问题。

3.本发明空气幕气龛结构内设置有控制高压气体单向流通的限流结构，限流结构允许送气管内的高压气体流向气龛内部并通过气龛外壳上的喷气孔喷向井壁外侧，气龛结构沿井壁均匀交错布置，钢沉井四周形成空气幕，使井壁周围基土松动及液化，降低井壁与地基土之间的摩阻力，可取得良好的沉井下沉效果。

4.本发明限流结构由弹性件与密封垫的配合设计可限制水和泥沙经进气孔流向送气管，巧妙地解决了现有技术中水和泥沙容易进入送气管道内导致管道堵塞的问题，显著提高了空气幕助沉沉井的运行时效，可有效解决现有投入与获得的效益不相匹配的问题、

5.本发明气龛外壳的下端设有一沿靠近钢沉井井壁一侧向下倾斜的倾斜段，一方面可节省材料的使用以及减少占用空间，降低耗费成本；另一方面也可进一步降低了水和泥沙沿进气孔流动的可能性，该结构设计合理巧妙；且倾斜段经水平段过渡至钢沉井井壁板，可预留出水和泥沙的存储空间，进一步降低水和泥沙沿进气孔流动的可能性，结合限流结构的设计可有效解决现有技术中水和泥沙容易进入送气管内导致管道堵塞的问题，达到空气幕助沉沉井运行的长效性。

6.本发明在喷气孔的内侧设有筛网，可有效避免粒径较大的泥沙颗粒经喷气孔流向气龛内部，进而可有效避免泥沙颗粒在气龛大量沉积，使空气幕助沉沉井顺利进行，具有更好的实用性。

7.本发明将喷气孔的直径设计为0.2-1.5mm，经申请人多次试验，可适应于钢沉井下沉中多种颗粒较细的土层，避免颗粒较小的泥沙进入气龛外壳内；且喷气孔沿钢沉井井壁布置适量密集，可在短时间内达到较好的喷气效果，该空气幕气龛结构的设计既可降低前期投入成本，也可有效提高后期沉井助沉工效，创新的解决了现有空气幕法在钢沉井中应用成本高、使用效果差的技术问题，也有利于应用空气幕助沉措施的进一步优化。

附图说明

本发明将通过具体实施例并参照附图的方式说明，其中

图1是本发明实施例中钢沉井助沉用的空气幕气龛结构的结构示意图；

图2是图1中气龛外壳进气孔侧的内壁示意图；

图3是图1中限流结构的局部放大图；

图4是图1中气龛外壳喷气孔侧的内壁示意图。

附图标记说明：10-井壁板；11-通孔；20-送气管；30-气龛外壳；31-倾斜段；32-水平段；33-喷气孔；34-进气孔；40-限流结构；41-弹性件；42-密封垫块；43-气钉；50-筛网。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1

实施例基本如图1所示：本实施例提供一种钢沉井助沉用的空气幕气龛结构，钢沉井井壁由其周向的井壁板10构成并在井壁板10上开设有数个通孔11，空气幕气龛结构对应每个通孔11设置；具体地，空气幕气龛结构包括气龛外壳30，气龛外壳30与通孔11相对应并固定于钢沉井井壁板10内侧，气龛外壳30为钢结构，气龛外壳30与钢沉井井壁板10具体固定方式优选为焊接，用于提高气龛结构固定于钢沉井的整体结构强度，保持空气幕助沉沉井运行的长效性。

气龛结构还包括送气管20以及设于气龛外壳30上的进气孔34，送气管20设于气龛外壳30上端并通过进气孔34与气龛外壳30连通；送气管20用于向气龛外壳30内送入高压气体，送气管20外连有用于提供高压气体的风压设备，风压设备以及风压设备与送气管20的连接方式均为现有技术，并不为本公开的发明点，在此不作赘述；进一步地，在进气孔34处设有用于控制送气管20内的高压气体向气龛外壳30内单向流通的限流结构40，限流结构40允许送气管20内的高压气体流向气龛外壳30内侧，并限制水和泥沙经进气孔34流向送气管20内，可有效避免水和泥沙进入送气管20道导致管道堵塞的问题。

在气龛外壳30的右侧壁开设有数个与通孔11相对应的喷气孔33，且数个喷气孔33均匀分布于气龛外壳30的右侧壁上，且其分布范围覆盖于井壁板10上开设的通孔11截面积，可保证高压气体经气龛外壳30上的喷气孔33沿井壁板10外侧均匀喷射，使钢沉井井壁板10周围土松动或液化，降低沉井壁板10与地基土之间的摩阻力，促使沉井顺利下沉；且在喷气孔33的内侧设有筛网50，筛网50固定于气龛外壳30的右侧内壁上，本实施例优选提供在气龛外壳30喷气孔33内侧布置20目筛网50，筛网50的设计可有效避免粒径较大的泥沙颗粒经喷气孔33流向气龛外壳30内部，进而可有效避免泥沙颗粒在气龛内大量沉积，保证空气幕助沉沉井运行的长效性。

本实施例的具体实施方式为：利用本实施例中空气幕气龛结构进行钢沉井助沉，首先风压设备将高压气体经送气管20和进气孔34送入气龛外壳30内，再由气龛外壳30右侧壁上的数个喷气孔33经通孔11将高压气体沿井壁板10外侧均匀喷射，高压气体沿钢沉井井壁板10的外围上升，形成空气幕，使得钢沉井壁板10周围土松动或液化，降低壁板与地基土之间的摩阻力，促使沉井顺利下沉；而在下沉过程中由于喷气孔33内侧筛网50的设置，可有效防止粒径较大的泥沙颗粒进入气龛外壳30内部，避免泥沙颗粒在气龛内大量沉积；进而在进气孔34处设置的限流结构40，只允许高压空气经送气管20流向气龛外壳30内单向流通，而不允许水和泥沙颗粒经进气孔34流向送气管20，可有效避免水和泥沙进入送气管20道导致管道堵塞的问题，进而达到空气幕助沉沉井运行的长效性；本实施例中应用空气幕法沉井是将空气幕气龛结构直接焊接于钢沉井井壁板内侧，避免在结构设计复杂的钢沉井基础上额外设计固定结构，相对于现有混泥土沉井需预埋件固定在混凝土里的固定方式，本实施例气龛结构的固定方式更为简单方便并可有效保证其整体结构的固定稳定性，由此应用本实施例空气幕气龛结构在钢沉井结构中其安装方便且整体结构具有较好的钢结构强度，并可取得较好的助沉效果。

实施例2

实施例2与实施例1的基本相同，其不同之处在于：请结合图1至图4所示，气龛外壳30包括上水平方向、右垂直方向以及左倾斜方向的三段钢板，加工精度易控制，成本低方便获得，无需在井壁板10内预埋其他固定件，显著降低了前期投入成本；进一步地，为降低降低了水和泥沙沿进气孔34流动的可能性，避免造成进气孔34以及送气管20堵塞，气龛外壳30的上端呈水平设置，采用将送气管20设于气龛外壳30的上端并与气龛外壳30垂直连通，采用此布置结构设计一方面便于送气管20在钢沉井井壁板10内侧布置，另一方面水和泥沙由于重力作用可沿气龛外壳30的下端流动而不会直接沿气龛外壳30的上端流动，不易接近进气孔34。

气龛外壳30的左下端为倾斜设置的倾斜段31，倾斜段31沿靠近钢沉井井壁板10一侧向下倾斜，从而气龛外壳30沿靠近钢沉井井壁板10一侧的内存空间呈逐渐增大，而送气管20设于气龛外壳30远离钢沉井井壁板10一侧的上端；一方面可节省材料的使用以及减少占用空间，降低耗费成本；另一方面也可进一步降低了水和泥沙沿进气孔34流动的可能性，且气龛外壳30在倾斜段31与右侧竖直钢板间具有一水平段32过渡，气龛外壳30的倾斜段31经水平段32过渡至钢沉井井壁板10，可为进入气龛外壳30内的水和泥沙预留存储空间，降低水和泥沙沿进气孔34流动的可能性，结合限流结构40的设计可有效解决现有技术中水和泥沙容易进入送气管20道导致管道堵塞的问题，达到空气幕助沉沉井运行的长效性，该结构设计合理巧妙。

实施例3

实施例3与实施例2的基本相同，其不同之处在于：请结合图1至图3所示，限流结构40具体包括弹性件41和密封垫块42，弹性件41的右端固定在气龛外壳30上端水平方向的内壁上，弹性件41的左端延伸至进气孔34处，密封垫块42设于弹性件41与进气孔34之间并通过气钉43固定于弹性件41左端，本实施例提供的气钉43数量为四个，四个气钉43沿密封垫块42周向等角度均匀布置，弹性件41用于使密封垫块42向进气孔34的出气端方向进行压紧，密封垫的上表面覆盖于进气孔34的底面；具体地，为保持弹性件41固定的稳定性可设计为弹性钢板，且弹性钢板的右端采用三面围焊的方式焊接在气龛外壳30的内壁上，如此，送气管20内高压气体可通过压力的作用使得密封垫块42随弹性钢板远离进气孔34，从而允许送气管20内的高压气体流向气龛外壳30内侧；而气龛外壳30内侧若存在水或泥沙，未通入高压气时，则由于弹性钢板的压紧力使得密封垫将进气孔34的出气端密封，从而避免水和泥沙经进气孔34流向送气管20，限流结构40的设计巧妙地解决了现有技术中送气管20容易被堵塞而影响空气幕助沉沉井运行长效性的问题，该结构设计合理巧妙。

本实施例提供进气孔34的直径优选为3mm小孔，通过在气龛外壳30左上端打孔形成，密封垫为径向横截面呈圆形的橡胶垫块，橡胶垫块与进气孔34的中心线在同一条直线上，且橡胶垫块的直径大于进气孔34的直径。橡胶垫块抗冲击性能好适用于密封通进气孔34，且橡胶垫块质地柔软，组织致密，具有较好的弹性强度，即可达到较好的密封效果，也可减缓弹性件41受到的弹性疲劳损伤；而将橡胶垫块与进气孔34的中心线设计在同一条直线上，可保证橡胶垫块受到的冲击力均衡稳定，利于保持限流结构40应用的长效性，具有较好实用性。

实施例4

实施例4与实施例3的基本相同，其不同之处在于：请结合图1和图4所示，为适应多种颗粒细的土层，气龛外壳30上喷气孔33的直径优选为0.2-1.5mm，本实施例提供钢沉井井壁板10上的通孔11直径为30mm，喷气孔33的直径为1.5mm，水平方向相邻两个喷气孔33的间距为2.5mm布置，且喷气孔33整体分布呈六边形，六边形最外侧边布置8个喷气孔33，总共孔数为169个，且169个喷气孔33均匀分布于气龛外壳30右侧竖直侧壁上，其分布范围覆盖于井壁板10上开设的通孔11面积。经申请人多次实验，将喷气孔33的直径设计为0.2-1.5mm，钢沉井下沉中可适应多种颗粒细的土层，尽量避免颗粒较小的泥沙进入气龛外壳30内；且喷气孔33沿钢沉井井壁布置密集，气龛外壳30上均匀分布的喷气孔33使喷射的高压气体气龛外壳30均匀扩散，该结构设计的喷气孔33可在短时间内达到较好的喷气效果，而喷气孔33分布范围使喷射的高压气体气龛外壳30均匀扩散覆盖于井壁板10上开设的通孔11，可有效减少由于安装误差导致的影响，具有较好适应性；该空气幕气龛结构创新的解决了现有空气幕法在钢沉井中应用成本高、使用效果差的技术问题，也有利于应用空气幕助沉措施的进一步优化。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。