一种新型圆形双波钢沉井结构的制作方法

本发明涉及建设工程基础技术领域，尤其涉及一种波钢沉井基础。

背景技术：

在桥梁的基础工程以及市政工程等基础设计与施工中，沉井结构是一种常见的结构，其具有挡土、挡水作用，以便形成桥梁基础或者干施工环境。当前普遍使用的沉井结构基本以预制或现浇钢筋混凝土结构为主，其主要不足是现场施工质量不便控制，且现场施工作业时间长、作业工作量大、人工需求大。

波形钢板沉井结构，是将薄钢板板面压制成波形后，根据工程需求，制成弧形板片，然后采用高强螺栓现场连接成的结构物。由于波形的存在，在波形凸出的方向大大增强了钢板面外的抗弯惯性矩，使之具有较高的抗弯承载能力和稳定性。20世纪70年代以来，波形钢板结构在国、内外土木工程中就得到广泛的应用，并积累了较为成熟的设计理论及施工建设经验，波形钢板结构的优点主要有：①材料强度高，受力合理；②结构的适应变形能力强；③采用工厂制造，故劳动力需求少，施工速度快；④采用工厂集中化生产，产品质量易于控制。然而，单层波形钢的波形仅为一个方位上，如水平向或竖直向，其缺点在于，虽然在波形钢的波形对应方向具有较好的抗弯承载能力，但在非波形对应方向的抗弯承载能力非常弱，同时对于不同方向的承受压力能力也存在巨大差异。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对现有技术存在的缺陷，提供一种可快速便利实施，能够减少现场劳动力需求并提升施工质量，安全可靠、经济性优、抗弯承载能力更强、对不均匀土压力具有更优良适应能力的新型圆形双波钢沉井结构。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种新型圆形双波钢沉井结构，包括有内外两层钢板，整个钢沉井的横截面呈圆形结构，其特征在于：位于外层的钢板为外层竖向波形钢板，该外层竖向波形钢板分布有沿竖直方向延伸并沿水平方向有凹凸的竖向波状部，若干条竖向波状部分布在整个外层竖向波形钢板上；位于内层的钢板为内层水平波形钢板，该内层水平波形钢板分布有呈圆环状并在竖直面有呈凹凸结构的水平波状部，若干圈水平波状部以水平环绕的方式分布在整个内层水平波形钢板上；外层竖向波形钢板与内层水平波形钢板通过连接构件连接固定形成整体的双层波形钢板沉井结构，且外层各竖向波状部与内层各水平波状部的波形方向垂直。

进一步地，所述外层竖向波形钢板和内层水平波形钢板整体形成为圆形直筒状结构，内层水平波形钢板的净内直径即构成沉井的内空直径；外层竖向波形钢板的内凹最里部位与内层水平波形钢板的外凸最外部位相互紧贴形成互抵结构，并且在两者紧贴部位采用连接构件连接固定。

进一步地，所述竖向波状部由外层竖向波形钢板预先在工厂内通过压制成型，并且在水平面呈均匀交错的波形结构(即外层竖向波形钢板在水平面上整体为波形结构)，使钢板的面外抗弯刚度大幅度增加，同时具有竖向抗压性能，是圆形双波钢沉井将沉井外侧沿竖向不均匀分布的水、土压力传至内层水平波形钢板的主要承力构件，同时也是承受沉井下沉与使用过程中竖向荷载的受力构件，外层竖向波形钢板由于水平方向投影的截面面积小，故其引起的下沉阻力小；所述水平波状部由内层水平波形钢板预先在工厂内通过压制成型，并且在竖直面呈均匀交错的波浪形结构(即内层水平波形钢板在竖直面上整体为波形结构)，使得钢板的面外抗弯刚度大幅度增加，同时具有环向抗压性能，是圆形双波钢沉井抵抗沉井外侧水、土压力的主要承力构件，由于沉井可以采用内部取土下沉作业，故内部的内层水平波形钢板不会太大增加沉井的下沉阻力。

进一步地，在钢沉井的底端设置有加强刃脚段，加强刃脚段朝下突出于内层水平波形钢板的下端底部；加强刃脚段以外层竖向波形钢板的下端底部延伸段为基体，并在竖向波状部的内表面设置有底端呈尖状的楔形结构加劲钢板，加劲钢板与外层竖向波形钢板相垂直并焊接固定；在内层水平波形钢板的底端具有一圈水平环向板加劲构件，位于外层竖向波形钢板的最下端的加劲钢板的上端与该水平环向板加劲构件焊接固定。通过加强刃脚段可满足切土下沉的需要，同时满足沉井刃脚段复杂受力要求。

进一步地，在外层竖向波形钢板的竖向波状部外凸部位与内层水平波形钢板之间具有空隙，在其中若干空隙中沿竖向设置有面向沉井外侧能提供进行高压冲水或喷润滑泥浆的由管道组成的助沉辅助设施，助沉辅助设施的喷嘴位于整个沉井的下部，并伸出在外层竖向波形钢板的外面，以便通过对沉井外侧能提供进行高压冲水或喷润滑泥浆来减少沉井下沉阻力。

优选地，所述连接构件为高强螺栓。

优选地，所述外层竖向波形钢板和内层水平波形钢板采用q235碳素结构钢(成本较低，用于普通受力要求时)或q355低合金钢(成本较高，用于较高受力要求时)制成。

实际应用中，外层竖向波形钢板和内层水平波形钢板在竖向可包括有至少两段，上下段接高的对接部位采用高强螺栓锁紧固定，以实现高强度的接高结构。

优选地，所述外层竖向波形钢板的竖向波状部的波长l1为20cm～200cm，竖向波状部的波高h1为5cm～50cm；所述内层水平波形钢板的水平波状部的波长l2为20cm～200cm，水平波状部的波高h2为5cm～50cm。钢板具体的厚度、波长、波高等数值可根据地质条件、沉井不同深度需承受压力值的不同等条件来选择。

本发明首先将平钢板加工成水平波纹形状构成内层波钢，大大增加其截面惯性矩，大幅提高钢板的承载能力；其次充分考虑结构需要有较强的竖向承压能力以及传递沉井外侧的水土压力，将平钢板加工成竖向波纹形状构成外层波钢；由于内外层波形钢的柔性可以适应沉井结构周围土体的弹性约束和变形，实现沉井周边不均匀土压力的重新分布，进一步提高了结构的承载能力、改善结构受力性能，提高了结构的经济性；本双波钢沉井所用材料均为钢材，减少了砂石与水泥钢筋的应用，实现了环保性。在施工方面，结构采用工厂分片生产，现场拼装，由于主体构件均在钢结构加工厂内生产，可以批量生产，故不仅制造速度快，施工质量也能易于保证，同时也可大幅度减少现场作业量。

附图说明

图1为本发明双波钢沉井顶平面示意图；

图2为图1的a-a剖视示意图(即双波钢沉井立面示意图)。

图中，1为外层竖向波形钢板，11为竖向波状部，2为内层水平波形钢板，21为水平波状部，22为水平环向板加劲构件，3为加强刃脚段，4为连接构件，5为助沉辅助设施，51为喷嘴，6为空隙，7为加劲钢板。

具体实施方式

下面结合附图通过具体实施例对本发明做进一步说明：

本实施例中，参照图1和图2，所述新型圆形双波钢沉井结构，包括有内外两层钢板，整个钢沉井的横截面呈圆形结构，位于外层的钢板为外层竖向波形钢板1，该外层竖向波形钢板1分布有沿竖直方向延伸并沿水平方向有凹凸的竖向波状部11，若干条竖向波状部11分布在整个外层竖向波形钢板1上；位于内层的钢板为内层水平波形钢板2，该内层水平波形钢板2分布有呈圆环状并在竖直面有呈凹凸结构的水平波状部21，若干圈水平波状部21以水平环绕的方式分布在整个内层水平波形钢板2上；外层竖向波形钢板1与内层水平波形钢板2通过连接构件4连接固定形成整体的双层波形钢板沉井结构，各竖向波状部11与各水平波状部21相互垂直。沉井井壁采用波形方向相互垂直的内、外双层波形钢板，保证了沉井结构的安全可靠，实现从各个方向均具体优良抗弯承载性能。

所述外层竖向波形钢板1和内层水平波形钢板2整体形成为圆形直筒状结构，内层水平波形钢板2的净内直径即构成沉井的内空直径；外层竖向波形钢板1的内凹最里部位与内层水平波形钢板2的外凸最外部位相互紧贴形成互抵结构，并且在两者紧贴部位采用连接构件4连接固定。

所述竖向波状部11由外层竖向波形钢板1预先在工厂内通过压制成型，并且在水平面呈均匀交错的波形结构(即外层竖向波形钢板1在水平面上为波形结构)，使钢板的面外抗弯刚度大幅度增加，同时具有竖向抗压性能，是圆形双波钢沉井将沉井外侧沿竖向不均匀分布的水、土压力传至内层水平波形钢板的主要承力构件，同时也是承受沉井下沉与使用过程中竖向荷载的受力构件，外层竖向波形钢板1由于水平方向投影的截面面积小，故其引起的下沉阻力小；所述水平波状部21由内层水平波形钢板2预先在工厂内通过压制成型，并且在竖直面呈均匀交错的波浪形结构(即内层水平波形钢板2在竖直面上为波形结构)，使得钢板的面外抗弯刚度大幅度增加，同时具有环向抗压性能，是圆形双波钢沉井抵抗沉井外侧水、土压力的主要承力构件，由于沉井可以采用内部取土下沉作业，故内部的内层水平波形钢板2不会太大增加沉井的下沉阻力。

在钢沉井的底端设置有加强刃脚段3，加强刃脚段3朝下突出于内层水平波形钢板2的下端底部；加强刃脚段3以外层竖向波形钢板1的下端底部延伸段为基体，沿竖向波状部11的内凹部位内表面设置有底端呈尖状的楔形结构加劲钢板7，加劲钢板7与外层竖向波形钢板1相垂直并焊接固定；在内层水平波形钢板2的底端具有一圈水平环向板加劲构件22，加劲钢板7的上端与该水平环向板加劲构件22焊接固定。通过加强刃脚段3可满足切土下沉的需要，同时满足沉井刃脚段复杂受力要求。

在外层竖向波形钢板1的竖向波状部11外凸部位与内层水平波形钢板2之间具有空隙6，在其中若干空隙6中沿竖向设置有面向沉井外侧能提供进行高压冲水或喷润滑泥浆的由管道组成的助沉辅助设施5(最优为间隔设置)，助沉辅助设施5的喷嘴51位于整个沉井的下部，并伸出在外层竖向波形钢板1的外面，以便通过对沉井外侧能提供进行高压冲水或喷润滑泥浆来减少沉井下沉阻力。

所述连接构件4为高强螺栓。

所述外层竖向波形钢板1和内层水平波形钢板2采用q235碳素结构钢(成本较低，用于普通受力要求时)，或采用q355低合金钢(成本较高，用于较高受力要求时)。

实际应用中，外层竖向波形钢板1和内层水平波形钢板2在竖向可包括有至少两段，上下段接高的对接部位采用高强螺栓锁紧固定，以实现高强度的接高结构。

所述外层竖向波形钢板1的竖向波状部的波长l1为20cm～200cm，如50cm，竖向波状部的波高h1为5cm～50cm，如20cm；所述内层水平波形钢板2的水平波状部的波长l2为20cm～200cm，如50cm，水平波状部的波高h2为5cm～50cm，如20cm。钢板具体的厚度、波长、波高等数值可根据地质条件、沉井不同深度需承受压力值的不同等条件来选择。

施工时，首先根据基础(如桥梁基础)需求，确定圆形双波钢沉井的内空尺寸。

然后根据钢沉井的施工与使用过程的受力情况，按现行《公路桥涵地基与基础设计规范》等相关设计规范，计算并确定钢沉井准确结构构件尺寸以及材料选择，并完成设计图。

再根据设计图，在钢结构制造厂完成钢沉井的分片构件制造，检测合格后运至工程现场，在沉井钢结构制造的同时，完成施工现场的所有前述工序。

接下来，在现场拼装钢沉井的下端加强刃脚段3，再依次拼装接高外层竖向波形钢板1与内层水平波形钢板2，并同时用内、外层波形钢板的连接构件4将外层竖向波形钢板1与内层水平波形钢板2拼装为整体；助沉辅助设施5则由下沉计算确定是否需要，如需要，则在拼装下端加强刃脚段3、外层竖向波形钢板1与内层水平波形钢板2的同时进行拼装。

待圆形双波钢沉井全部拼装完成或者部分完成后，就可进行钢沉井的内部取土下沉作业，直至钢沉井完成其使用工程。

以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本申请实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。