沉井结构和沉井下沉方法与流程

本发明涉及沉井施工，特别是涉及一种沉井结构和将沉井结构准确沉入地下的方法。

背景技术：

1、沉井是在地面上制作的无盖、无底的结构体，在挖出井内的土体后，靠沉井的自身重量克服摩阻力下沉到设计位置，经封底后沉井可形成地下空间，并作为地下构筑物或地下基础使用。

2、长期以来，传统沉井技术比较适用于一些特殊基坑工程，特别是工业基础建设中得以应用，得益于其具有两大特征优势：靠沉井结构的三维空间刚度，可直接作为基坑围护结构使用；另外，沉井比较适用于浅水域、软土等地区地质复杂条件的施工工程。然而，由于沉井结构在靠自身体重下沉过程中，空间姿态不可控而出现突沉、超沉、倾斜、中心偏移、井内涌土、井外塌陷等施工安全问题，导致中心位置严重偏移，与此同时，沉井本体结构体内的内应力剧烈变化，造成其几何姿态的变形、扭转、开裂甚至断裂等结构质量安全问题。上述两大主要问题造成沉井技术百年来无法在民用建筑地下结构工程施工中推广应用。原因是，民用建筑地下结构工程非常重要的传递上部荷载的结构柱受力中心与对应基桩承压中心要在设计要求范围内对接在桩承台中。另外，民用建筑地下工程的主体结构质量要满足长期安全使用要求，而导致目前民用建筑，特别是高层建筑的地下结构工程的施工普遍还是使用传统基坑支护技术，但是所有基坑支护、支撑结构工程随着基坑越深，安全问题越大，建造成本越高，工期越长。更为无奈的是，这些基坑支护、支撑构件都是地下主体结构工程的临时设施，当建筑地下主体结构逐渐建至地面时，这些由大量钢筋、水泥制成的临时支撑构件将由下往上配合拆除，作为建筑垃圾运走处理，临时支护构件将作为地下障碍物永久留在地面下，既造成大量建材和人力资源的浪费，又不利于环保和节能减排发展趋势。因此，至今已建或将开发的民用建筑地下设施工程，都受到基坑支护开挖深度的限制等影响，基本无法按规划设计要求完成地下设施配套需要，造成今天城市停车场紧张，容易导致暴雨水淹等严重社会安全问题。为解决以上问题，迫切需要研发出新的建筑地下结构工程的施工技术方法。

3、目前，公开号为cn101918643b的中国专利申请中，公开了一种沉井结构及将沉井结构平稳准确沉入地面的方法，其通过设置内外支撑桩，并将内外支撑桩划分批次，以分批次地减少内外支撑桩的高度，并利用千斤顶对内外支撑桩进行临时支撑，实现沉井的可控下沉，避免了大量临时基坑支护技术的设置，然而，这种沉井结构采用了传统的混凝土刃脚，会产生较大的下沉阻力，影响沉井结构的下沉以及引起各种施工安全等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是：提供一种沉井结构和沉井下沉方法，以解决传统沉井技术因靠自身下沉方式进行施工中引发的空间姿态不可控、沉井刃脚与土体产生巨大的下沉阻力和沉井外侧壁与土体产生的下沉摩阻力，结合工业与民用建筑基础工程地下施工技术进行取长补短，寻找出可替代基坑支护的技术，又能突破大面积、超深建筑地下空间开发瓶颈的方法。

2、为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种沉井结构，包括：

3、沉井本体，呈沿竖直方向延伸的筒状，所述沉井本体的井壁内具有框架结构，所述框架结构与所述沉井本体的井壁都在地面上制作并一次浇注整体成型，所述框架结构被配置为地下室的支撑结构，所述沉井本体的井壁底部具有金属刃脚，所述金属刃脚沿沉井本体的井壁周向延伸，用于插入土体，所述沉井本体的井壁被配置为地下室的外墙；

4、第一支撑块，设置在所述沉井本体的外侧上；

5、第一支撑桩，位于所述第一支撑块的下方，其用于部分竖直埋入至地下；所述第一支撑桩的顶部具有用于露出至地上的第一端部；

6、导轨，沿所述竖直方向设置于所述第一支撑块和第一端部之间，所述导轨上设有沿所述竖直方向设置的滑槽，所述滑槽开口朝向所述沉井本体径向向外；

7、多个垫块，分别部分嵌入至所述滑槽内并在所述滑槽内依次叠放；以及

8、第一千斤顶，设于所述第一端部和最下端的垫块之间，并具有支撑在所述第一端部上的第一基座和连接在所述第一基座上并用于沿所述竖直方向伸缩的第一伸缩部，所述第一伸缩部位于最下端的所述垫块的下方；

9、其中，所述第一支撑块、所述第一支撑桩、所述导轨以及所述第一千斤顶的数量分别为多个且一一对应，多个所述第一支撑块依次环绕设置在所述沉井本体的外侧；所述第一千斤顶为螺旋千斤顶。

10、在本技术的一些实施例中，所述沉井本体的外侧壁上设有环绕所述沉井本体的功能层，用于专门减小沉井外侧壁与土体之间的摩阻力。

11、在本技术的一些实施例中，所述金属刃脚包括刃片和加强肋，所述刃片沿所述沉井本体的周向延伸，并与所述沉井本体的底部固定设置，所述加强肋垂直设于所述刃片上，并连接于所述沉井本体和所述刃片之间。

12、在本技术的一些实施例中，所述沉井本体的井壁底部预埋有圈梁以及与所述圈梁固定连接的第一连接板、第二连接板，所述第一连接板与井壁的外周面齐平，第二连接板沿水平方向延伸，所述刃片的部分内壁与所述第一连接板固定连接，所述加强肋固定连接于第二连接板和所述刃片之间。

13、在本技术的一些实施例中，各所述垫块的受力中心和对应的所述第一支撑桩的圆心处于同一竖直线上，各所述垫块受力中心至所述沉井本体的外侧之间的距离设为a，所述第一支撑桩的半径为r，r＜a。

14、在本技术的一些实施例中，还包括：

15、第二支撑块，设于所述沉井本体的框架结构的柱底部；

16、第二支撑桩，位于第二支撑块的下方，其用于部分竖直埋入至地下；所述第二支撑桩的顶部具有用于露出至地上的第二端部；以及

17、第二千斤顶，其设于所述第二端部和第二支撑块之间并具有支撑在所述第二端部上的第二基座和连接在所述第二基座上并用于沿所述竖直方向伸缩的第二伸缩部；所述第二伸缩部位于所述第二支撑块下方并抵接在所述第二支撑块上；

18、其中，所述第二支撑块、第二支撑桩以及第二千斤顶的数量分别为多个，所述第二支撑块、所述第二支撑桩和所述第二千斤顶一一对应。

19、在本技术的一些实施例中，所述框架结构包括多个框架横梁、多个框架纵梁以及多个框架柱；

20、所述框架柱的底部设置有所述第二支撑块；

21、所述框架横梁的两端分别连接在所述沉井本体的内壁面上，所述框架纵梁的两端分别连接在所述沉井本体的内壁面上。

22、在本技术的一些实施例中，还包括沿所述竖直方向延伸并设于所述沉井本体上的第一侧板、沿所述竖直方向延伸并设于所述沉井本体上的第二侧板；所述第一侧板和第二侧板间隔设置；

23、所述第一侧板和第二侧板的数量分别为多个，多个所述第一侧板、多个所述第二侧板、多个第一支撑块以及多个第一千斤顶一一对应，处于对应的第一支撑块和第一千斤顶之间的多个垫块分别位于所述第一侧板和所述第二侧板之间。

24、在本技术的一些实施例中，还包括与多个第一侧板和多个第二侧板对应的多个限位板；

25、处于对应的第一支撑块和第一千斤顶之间的多个垫块位于对应的所述第一侧板、第二侧板以及所述限位板围合形成的空间内。

26、在本技术的一些实施例中，多个所述导轨分别与多个第一侧板、多个第二侧板以及多个限位板一一对应；

27、所述导轨设于对应的所述第一侧板、第二侧板以及所述限位板围合形成的空间内，处于所述第一侧板、第二侧板以及所述限位板围合形成的空间内的多个所述垫块分别滑设在所述导轨上。

28、与现有技术相比，本实施例的沉井结构具有如下有益效果：

29、本实施例通过将第一千斤顶设置为螺旋千斤顶，第一伸缩部为螺旋千斤顶的螺杆结构，在伸缩时，驱动螺杆结构旋转，以将旋转运动转化为螺杆的直线运动，实现第一伸缩部的伸缩。通过使用螺旋千斤顶，一方面，方便实现第一千斤顶的双向伸缩，另一方面，螺旋千斤顶的精度极高，在施工时能够准确地使得第一伸缩部伸缩至恰当位置，沉井本体始终由受到多个第一千斤顶的第一伸缩部的作用力，使得沉井本体能够平稳地、受控制地逐渐下沉，从而避免了传统施工方法中出现的突沉、超沉、重心偏移、平面旋转、歪向歪沉、变形断裂、井内涌土、井外塌陷等重大安全和质量事故，即，提高了沉井本体下沉的稳定性，螺旋千斤顶保证能够对垫块起到足够强度的临时支撑作用，对沉井本体实现可控下沉起到了关键性作用，实现了在沉井下沉中精确、平稳地控制沉井结构的空间姿态。由于在沉井本体上的适当部位上设置有多个第一支撑块，借助多个第一支撑桩和多个第一千斤顶支撑沉井本体，因此极大地降低了对沉井本体的刚度要求，使得沉井本体不易发生变形或断裂，从而提高了施工与结构质量安全性，缩减了沉井本体内部支撑构件的复杂程度，为将要优化沉井本体内部支撑结构、引入框架结构方案提供了条件。

30、更重要的是，由于沉井本体的底部集成有金属刃脚，降低沉井下沉运动过程中的地基竖向总抗力，从而使得沉井本体的下沉更容易，大大改善了沉井本体在下沉中因内应力剧烈变化造成其几何姿态变形、扭转、倾斜、开裂甚至断裂的施工安全质量问题，沉井本体外侧壁集成有功能层，功能层使得沉井本体的外侧壁与土体的摩阻力大大减小，使得土体对沉井本体的下沉姿态影响更小，功能层、金属刃脚与本沉井结构的空间姿态控制系统对下沉姿态控制起到了协同的作用，修正了传统沉井结构需要通过较大自重和壁厚来保持下沉的技术偏见，可相应减轻沉井本体自重和减小壁厚，从而使得下沉姿态的控制更为精准。

31、另外，框架结构按照地下室的主体结构预先设计后，沉井本体的井壁与框架结构都在地面上制作并一次浇注整体成型，使得沉井本体的井壁可直接作为地下室的外墙，框架结构则作为地下室主体结构的支撑体系，由于沉井本体能够下沉较深，相较于传统的基坑支护技术和逆作法施工工艺而言，沉井结构应用于民用建筑地下结构施工时可达到前者无法达到的深度，可建造既大又深的地下使用空间，符合民用建筑对地下空间发展越来越迫切的需求；并且，在地面上完成的现浇式的框架结构和井壁一体成型后整体性好，刚度大，工程质量和施工安全容易得到保证。由于采用了金属刃脚、功能层、整体浇筑成型的沉井本体以及下沉姿态控制体系，本沉井结构可应用于超大面积、超深地下结构工程的施工，在超大面积、超深基坑工程中可取代传统的基坑支护技术的施工方法，从而今后在建筑地下空间的开发中就能省去大量基坑支护及支撑等临时结构的投资，并节约大量的建材和人力资源、缩短施工周期，减少施工费用，单个项目产生的节能减排效果显而易见，如果以每年成千上万个项目的开发规模，将会作出更大的贡献。

32、在沉井内部引入整体性好、自身重量轻、内部空间大、布置灵活的框架结构，作为沉井本体井内支撑结构，而且该框架结构体正是高层、超高层建筑结构组成部分，至于核心筒和剪力墙与框架结构施工，在配有框架结构的沉井终沉后，可同时对楼板及核心筒或剪力墙的地下部分结构进行整体后浇施工，此时的上部建筑结构还没有出现，加上将沉井的井壁直接作为地下结构体的外墙，更加提高了地下结构体的抗震能力。

33、本发明第二方面提供一种沉井下沉方法，包括如下步骤：

34、s100：设置多个分别沿竖直方向延伸并部分竖直埋入至地下的第一支撑桩，以使各所述第一支撑桩分别具有露出至地上的第一端部。

35、s200：准备沿竖直方向延伸且外侧固定连接有多个第一支撑块的筒状沉井本体，多个所述第一支撑块依次环绕设置在所述沉井本体上，将所述沉井本体架设在地表上方并调整所述沉井本体的竖直下沉方向，以使多个第一支撑桩与多个第一支撑块在所述竖直方向上一一对应。

36、s300：准备多个分别具有第一基座和第一伸缩部且为螺旋千斤顶的第一千斤顶，将多个第一千斤顶的第一基座一一对应地安装在多个所述第一支撑桩的第一端部上，以使各第一千斤顶的第一伸缩部处于对应的第一支撑块下方。

37、s400：在多个所述第一千斤顶的第一伸缩部和对应的第一支撑块设置沿竖直方向延伸的导轨，所述导轨上开设有开口朝向所述沉井本体径向向外并沿所述竖直方向设置的滑槽，在所述滑槽内依次叠放多个垫块。

38、s500：将多个所述第一千斤顶分为第一批次和第二批次。

39、s600：在第一批次的第一千斤顶中：拆除抵接在对应的第一支撑块上的垫块，操作各所述第一伸缩部伸长以使下一个所述垫块抵接在所述第一支撑块上。

40、s700：在第二批次的第一千斤顶中：拆除抵接在对应的第一支撑块上的垫块，操作各所述第一伸缩部伸长以使下一个所述垫块抵接在所述第一支撑块上。

41、s800：同时操作第一批次和第二批次的第一千斤顶，使得各所述第一伸缩部同时收缩；驱动所述沉井本体下沉预定距离。

42、s900：重复步骤s600至s800，直至所述沉井本体下沉至地下预定深度。

43、在本技术的一些实施例中，在s800步骤前，还包括如下步骤：

44、s80、在沉井本体下沉前对金属刃脚处的土体进行开挖，记金属刃脚的平底根部面至所述金属刃脚的踏面的长度为l，记开挖土体的深度为m，记所述第一千斤顶和所述第二千斤顶的最大行程为n，记所述垫块的厚度为p，垫块的数量为n；

45、其中，

46、l＞m；m≥n；n≥np。