阅读说明：本技术 一种可回收负压贯入式沉井结构及施工方法 (Recyclable negative pressure injection type open caisson structure and construction method ) 是由 王冲冲 刘光磊 张雷刚 赵欣宇 杨宝森 侯文诗 于 2021-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种可回收负压贯入式沉井结构及施工方法,应用于土木工程水下结构施工领域,为方便水下结构施工而发明,所述负压贯入式沉井结构包括下部沉井、上部助沉结构、中部橡胶垫层、顶部抽水口,下部沉井与上部助沉结构通过法兰连接。所述施工方法为：当沉井安装过程中受到阻力无法继续下沉时,将助沉结构通过法兰连接安装在沉井的顶部；利用抽水机从助沉结构设置的抽水口上抽取密闭空间内的水体,密闭空间内形成负压,下部沉井在大气压的作用下将继续下沉；用抽水机向其内部注水,沉井将在水压作用下向上拔出。本发明适合需要水下施工、无大型打桩船及运输船、工期要求严格、工程造价有限的项目。(The invention discloses a recoverable negative pressure injection type open caisson structure and a construction method, which are applied to the field of civil engineering underwater structure construction and are invented for facilitating underwater structure construction. The construction method comprises the following steps: when the sinking well cannot sink continuously due to resistance in the installation process, the sinking-assisting structure is connected and installed at the top of the sinking well through a flange; a water pump is used for pumping water in the closed space from a water pumping port arranged on the sinking-assisting structure, negative pressure is formed in the closed space, and the lower open caisson continues to sink under the action of atmospheric pressure; the water pump is used for injecting water into the open caisson, and the open caisson is pulled out upwards under the action of water pressure. The invention is suitable for projects which need underwater construction, have no large-scale piling ships and transport ships, have strict construction period requirements and have limited construction cost.)

一种可回收负压贯入式沉井结构及施工方法

技术领域

本发明涉及一种可回收负压贯入式沉井结构及施工方法，应用于土木工程水下结构施工领域。

背景技术

随着水上工程项目越来越多，使得建筑物的基础部分需要在水下施工。然而在水下施工是极其不方便的，甚至是无法实现的。沉井最常用来做水下施工的围护结构。沉井是井筒状的结构物，它是以井内挖土，依靠自身重力或者打桩机克服井壁摩阻力后下沉到设计标高，一般在桥墩基坑，污水泵站，盾构拼装井，地下车道与车站水工基础施工时作围护装置使用。本发明通过对沉井结构及施工工艺的改进，使沉井在负压作用下下沉，不需要大型打桩船且无需很大的结构自重，降低工程造价，同时又能够缩短工期。

现有的沉井施工方法大致分为两种，一种是大直径的钢制沉井，依靠大型打桩机打入预定标高。这种方法需要大型的打桩机械，而且施工技术要求高，施工难度大；另一种是大直径的钢筋混凝土沉井，在井内挖土，使沉井在自身重力作用下下沉。这种方法需要的混凝土体量很大，且需要在岸上预制，施工时依靠大型运载船舶运至施工现场，施工周期长，造价高，施工中易发生流砂造成沉井倾斜或下沉困难等。

鉴于上述传统沉井结构及施工方法的缺陷，有必要对水下结构及基础的施工方法进行进一步改进，提出一种可回收负压贯入式沉井结构及相应的施工方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明目的是提供一种可回收负压贯入式沉井结构及施工方法，以解决需要水下施工、无大型打桩船及运输船、工期要求严格、工程造价有限的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种可回收负压贯入式沉井结构及施工方法，其特征在于，所述施工方法包括如下步骤：

步骤一：沉井首先在自身重力作用下沿着土层开始沉贯安装，此过程中应严格控制沉井的垂直度，当沉井下沉所受到的沉贯阻力与沉井自身重力相平衡时，沉井不再下沉，自重沉贯阶段完成；

步骤二：以所述的沉井结构为基础，在其上安装顶部封闭、底部敞开的助沉结构，沉井与助沉结构之间用橡胶垫层连接，保证其密闭性，沉井、助沉结构、土体三者之间形成一个密闭的空间；

步骤三：将抽水机与所述的沉井助沉结构上的抽水口进行连接，启动抽水机，抽取沉井内部的水体，使沉井内部形成负压；

步骤四：沉井在负压作用下继续切割土体下沉，下沉过程中要时刻保证沉井在垂直状态，；

步骤五：沉井继续下沉到预定位置后，撤掉抽水机，拆除上部助沉结构，便可在沉井内部开始下一步施工作业；

步骤六：施工作业完成后，再次将助沉结构和下部沉井用法兰连接，确认气密性后，用抽水机向其内部注水，沉井则在内部水压及浮力作用下开始上浮，配合起重船完成沉井的回收利用。

进一步地，所述负压贯入式沉井由下部沉井、上部助沉结构、中部橡胶垫层、抽水口组合而成。

进一步地，所述下部沉井是两端敞开、四周封闭的圆筒形结构，通常由钢或者钢筋混凝土制成、端部为楔形，能够减小沉井下沉时受到的尖端阻力，另一端为法兰结构，可与上部助沉结构连接。

进一步地，所述助沉结构为一端封闭、另一端敞开的圆筒形结构，通常由钢或者钢筋混凝土制成，另一端做成法兰接口，可以和下部沉井连接，另一端设置两个对称分布（根据工程需要可以设置多个）的抽水口

进一步地，所述上部助沉结构和下部沉井之间设置橡胶垫层，保证整个结构的气密性，使土体、沉井、助沉结构三者之间形成密闭的空间。

进一步地，所述助沉结构封闭端设置对称分布的抽水口，其数量可以根据下沉阻力及机械设备自由设定，但应保持其均匀分。

进一步地，所述回收过程通过抽水机向其内部注水，将外部水体打入沉井内部，沉井在内部水压及浮力的共同作用下，配合起重船完成沉井的回收。

本发明的一种可回收负压贯入式沉井结构及施工方法，能够解决需要水下施工、无大型打桩船及运输船、工期要求严格、工程造价有限。施工时依靠抽取沉井内部水体形成负压，沉井在负压作用下下沉到预定位置，施工速度快，大大缩短了工期。

本发明具有以下优点：

1、本发明采用吸力方式安装沉井，仅需要两台水气两用的抽水机即可，且可以重复使用，与现有技术相比，成本低，施工工序简单，施工周期短。

2、本发明主要是抽取密闭空间内的水体和气体，沉井可在大气压的压力下下沉，吸力大，下沉速度可控，与重力式沉井相比，不存在受阻无法下沉或者突沉情况。

3、本发明沉井尖端为楔形，在吸力作用下，沉井尖端穿刺土体，与土体紧密贴合，不会产生管涌或者土体进入井内的情况。

4、本发明沉井重力对下沉阻力影响不大，因此沉井重量较轻，造价更低。

附图说明

图1是本发明可回收贯入式沉井结构的示意图。

图2是本发明沉井与助沉结构示意图。

图3是本发明可回收贯入式沉井结构的施工过程示意图。

附图标记：1-沉井、2-助沉结构、3-法兰接口、4-抽水口、5-抽水机、6-橡胶垫层。

具体实施方式

下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。

如图1所示一种可回收负压贯入式沉井结构，包含带有负压贯入式助沉结构的可回收沉井结构，其特征在于，所述施工方法包括如下步骤：

步骤一：沉井（1）首先在自身重力作用下沿着土层开始沉贯安装，此过程中应严格控制沉井的垂直度，当沉井下沉所受到的沉贯阻力与沉井自身重力相平衡时，沉井不再下沉，自重沉贯阶段完成。

步骤二：以所述的沉井（1）结构为基础，在其上安装顶部封闭、底部敞开的助沉结构（2），沉井与助沉结构之间用橡胶垫层（6）连接，保证其密闭性，沉井、助沉结构、土体三者之间形成一个密闭的空间。

步骤三：将抽水机（5）与所述的沉井助沉结构（2）进行连接，启动抽水机，抽取沉井内部的水体，使沉井内部形成负压。

步骤四：沉井在负压作用下继续切割土体下沉，下沉过程中要时刻保证沉井在垂直状态。

步骤五：沉井继续下沉到预定位置后，撤掉抽水机，拆除上部助沉结构，便可在沉井内部开始下一步施工作业。

步骤六：施工作业完成后，再次将助沉结构和下部沉井用法兰（3）连接，确认气密性后，用抽水机向其内部注水，沉井则在内部水压及浮力作用下开始上浮，配合起重船完成沉井的回收利用。

如图1所示，可回收负压贯入式沉井结构由下部沉井（1）、助沉结构（2）通过法兰接口（3）连接，中间设置柔性橡胶垫层（6）保证其内部的气密性。

如图2所示，沉井端部为楔形，能够减小下沉过程中的端部阻力；助沉结构为顶部封闭、底部敞开的圆筒形结构，顶部设置两个对称的排水口，施工过程中通过抽水机与排水孔相连接，抽取密闭空间内的水体。

如图3所示，是可回收负压贯入式沉井结构的安装过程，沉井首先在重力作用下进行安装，当不再下沉；将顶部封闭、底部敞开的助沉结构（2）通过法兰接口（3）安装在沉井的顶部，利用抽水机（5）从助沉结构设置的抽水口抽取密闭空间内的水体，密闭空间内形成负压，下部沉井在大气压的作用下将继续下沉，直到下部沉井到达预定位置，可拆除沉井上部助沉结构，即可在下部沉井中完成施工作业；施工完成后重新连接沉井与助沉结构（2），用抽水机（5）向其内部注水，沉井将在水压作用下向上拔出，配合起重船实现沉井的回收。