CN106088125B - 沉井的刃脚正下方土体水下爆破取土装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种沉井的刃脚正下方土体水下爆破取土装置及其方法，涉及桥梁基础施工技术领域，包括沉井，沉井包括沉井井壁，沉井井壁的一端设有刃脚，沉井设有多个导向孔，导向孔贯穿沉井井壁的顶端和刃脚，沉井井壁的顶端设有牛腿支架，沉井的刃脚正下方土体水下爆破取土装置还包括爆破区，沉井压持在爆破区上，爆破区设有爆破孔，爆破孔位于刃脚下方且与导向孔连通，且爆破区还设有贴近沉井井壁内侧的爆破槽。本发明中的沉井的刃脚正下方土体水下爆破取土装置在爆破过程中可以避免潜水作业，且能大幅提高水下刃脚正下方土体的取土效率。

Description

沉井的刃脚正下方土体水下爆破取土装置及其方法

技术领域

本发明涉及桥梁基础施工技术领域，具体涉及一种沉井的刃脚正下方土体水下爆破取土装置及其方法。

背景技术

沉井作为桥梁基础结构，具有承载力高、刚度大、整体性好等特点。随着中国“一带一路”伟大战略构想的实施，我国将修建一批沿海或跨海大桥，但是沿海地区地质条件一般是坚硬黏土层，其基岩埋深深，不适合采用群桩基础而适合于采用沉井基础。

沉井基础一般需要下沉到设计的土层中，并满足沉井自身重量与沉井所受阻力(包括侧面摩阻和正面阻力)的比值即下沉系数大于1.15的要求。在沉井下沉过程中，如能采用排水法下沉施工(即沉井井孔内可以达到无水作业环境)，即使遇到坚硬土层，也可考虑人工直接清除刃脚下方土体，或采用刃脚侧面人工钻孔爆破方式，来减少其侧面和正面阻力。

但是当沉井无法采用排水下沉且下沉过程中遇到坚硬土层时，一是无法采用人工直接(或人工钻孔爆破辅助)清除沉井刃脚正下方的土体；二是由于沉井井壁及刃脚设计有一定的宽度，刃脚正下方的土体无法采用常规水下垂直吸泥设备取土。上述原因导致沉井刃脚下方的坚硬土层取出困难或无法取出，沉井在侧面摩阻和正面阻力的共同作用下，使得沉井下沉困难或无法继续下沉。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种沉井的刃脚正下方土体水下爆破取土装置，该装置当沉井的刃脚采用不排水下沉且遇到坚硬土层时，仍能方便取出刃脚正下方的土体。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种沉井的刃脚正下方土体水下爆破取土装置，包括沉井，所述沉井包括沉井井壁，所述沉井井壁的一端设有刃脚，所述沉井设有多个导向孔，所述导向孔贯穿所述沉井井壁的顶端和刃脚，所述沉井井壁的顶端设有牛腿支架，所述沉井的刃脚正下方土体水下爆破取土装置还包括爆破区，所述沉井压持在所述爆破区上，所述爆破区设有爆破孔，所述爆破孔位于所述刃脚下方且与所述导向孔连通，且所述爆破区还设有贴近所述沉井井壁内侧的爆破槽。

在上述技术方案的基础上，所述沉井为圆形沉井，所述导向孔沿所述沉井的圆周方向均匀分布，所述导向孔垂直于所述沉井井壁的顶端，且所述爆破槽为圆环形。

在上述技术方案的基础上，所述沉井为矩形沉井，所述导向孔等距离间隔设置，所述导向孔垂直于所述沉井井壁的顶端，且所述爆破槽为矩形环。

在上述技术方案的基础上，所述沉井上设有多圈沿所述沉井的圆周方向均匀分布的导向孔。

在上述技术方案的基础上，所述沉井上设有多圈沿所述沉井井壁端面等距离间隔设置的导向孔。

在上述技术方案的基础上，所述导向孔为所述沉井内预埋的PVC管或钢管。

在上述技术方案的基础上，所述沉井还包括设置在沉井井壁内侧的隔墙，所述隔墙一端也设有所述刃脚，所述隔墙也设有多个所述导向孔，所述隔墙上的导向孔贯穿所述隔墙的顶端和刃脚。

与此同时，本发明还提供一种利用上述沉井的刃脚正下方土体水下爆破取土装置的取土方法，该方法能方便效率取出刃脚正下方的坚硬土体。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种利用上述沉井的刃脚正下方土体水下爆破取土装置的取土方法，该方法包括如下步骤：

S1.待沉井下沉进入坚硬黏土层后，沿沉井井壁内侧挖爆破槽；

S2.穿过导向孔在刃脚下方的爆破区上钻爆破孔；

S3.通过导向孔将震源药柱放入爆破孔内；

S4.引爆震源药柱；

S5.利用吸泥设备清理爆破后沉井井孔内的土。

在上述技术方案的基础上，所述步骤S1中爆破槽由吸泥设备挖成。

在上述技术方案的基础上，所述步骤S4中以所述沉井的井孔中心线为轴对称引爆所述震源药柱。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明中的沉井的刃脚正下方土体水下爆破取土装置，其在沉井井壁内设置多个导向孔，通过导向孔在刃脚正下方钻爆破孔，从而方便将震源药柱通过导向孔放入爆破孔内，避免了潜水作业。

(2)本发明中的沉井的刃脚正下方土体水下爆破取土装置，其在贴近沉井井壁内侧的位置设有爆破槽，爆破槽形成了一个爆破自由临空面。和常规的松动爆破或无自由临空面爆破相比，常规的松动爆破只能将土体炸松，炸松后的土体仍停留在原处，此法处理刃脚侧面和正下方的土体，效果很差且效率很低。无自由临空面的爆破，土体爆破后一般形成一个土坑，被炸掉的土体也只能先上抛后再落回原位。而本发明在贴近沉井井壁内侧设置爆破槽，能够形成一个自由临空面，爆破后土体不仅被炸松，还会被搬运到深槽内，可大幅提高水下刃脚正下方土体的取土效率。

附图说明

图1为本发明中沉井的刃脚正下方土体水下爆破取土装置的结构示意图；

图2为本发明中爆破区的放大图；

图3为本发明中设置多圈导向孔和隔墙的结构示意图。

图中：1-沉井，11-沉井井壁，12-刃脚，13-导向孔，2-爆破区，21-爆破孔，22-爆破槽，3-牛腿支架，4-地质钻机，5-吸泥设备，6-震源药柱，7-隔墙。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

参见图1所示，本发明提供一种沉井的刃脚正下方土体水下爆破取土装置，其包括沉井1和爆破区2，其中沉井1压持在爆破区2上。

沉井1包括沉井井壁11，沉井井壁11的一端设有刃脚12。沉井1还设有多个导向孔13，导向孔13贯穿沉井井壁11的顶端和刃脚12。本发明中的导向孔13为事先在沉井井壁11内预埋的PVC管或钢管，从而能避免在沉井井壁11内钻孔。

同时参见图2所示，爆破区2设有爆破孔21，爆破孔21通过地质钻机4穿过导向孔13向下钻成，钻成后爆破孔21与导向孔13连通。这样通过导向孔13便可将炸药包从沉井井壁11的顶端吊入爆破孔21内，无需进行潜水作业。爆破区2还设有贴近沉井井壁11内侧的爆破槽22，爆破槽22形成了一个爆破自由临空面。即本发明中的爆破区2包括位于刃脚12下方的坚硬土层和沿沉井井壁11内侧设置的爆破槽22。采用这样的特殊结构后，和常规的松动爆破或无自由临空面爆破相比，其优点在于，常规的松动爆破只能将土体炸松，炸松后的土体仍停留在原处，此法处理刃脚侧面和正下方的土体，效果很差且效率很低。无自由临空面的爆破，土体爆破后一般形成一个土坑，被炸掉的土体也只能先上抛后再落回原位。而本发明在贴近沉井井壁11内侧设置爆破槽22，从而形成一个自由临空面，爆破后土体不仅被炸松，还会被搬运到深槽内，可大幅提高水下刃脚正下方土体的取土效率。

本发明中的沉井1可以是圆形沉井或者矩形沉井，若沉井1为圆形沉井，此时导向孔13沿沉井1的圆周方向均匀分布，且导向孔13垂直于沉井井壁11的顶端，方便地质钻机4向下钻爆破孔21。与圆形沉井相对应，此时爆破槽22为圆环形。若沉井1为矩形沉井，此时导向孔13沿着矩形沉井四周等距离间隔设置，且导向孔13也垂直于沉井井壁11的顶端，与矩形沉井相对应，此时爆破槽22为矩形环。

参见图3所示，以圆形沉井为例，当沉井井壁11的厚度较厚时，为了取得更好的爆破效果，可以在沉井1上设置多圈沿沉井1的圆周方向均匀分布的导向孔13，本发明中设置了2圈沿沉井1的圆周方向均匀分布的导向孔13，其具体圈数可以根据实际情况合理确定。若沉井为矩形沉井，则可以在沉井1上设置多圈沿沉井井壁11的矩形端面等距离间隔设置的导向孔13。

参见图3所示，若沉井1的尺寸很大，一般在沉井井壁11内侧设置隔墙7，来增加沉井1的刚度。隔墙7一端也设有刃脚12，且隔墙7还设有多个导向孔13，隔墙7上的导向孔13贯穿隔墙7的顶端和刃脚12。从而通过隔墙7上的导向孔13也可向下钻爆破孔21来进行爆破。

当沉井井壁11或隔墙7的设计厚度较薄时，为了方便地质钻机4向下钻爆破孔21，在沉井井壁11的顶端和隔墙7还设有牛腿支架3，设置牛腿支架3后可以更方便地质钻机4进行施工作业。

本发明还提供一种利用上述沉井的刃脚正下方土体水下爆破取土装置进行取土的方法，该方法包括以下步骤：

S1.待沉井1下沉进入坚硬黏土层后，沿沉井井壁11内侧挖爆破槽22；

当沉井1下沉进入坚硬黏土层后，安装吸泥设备5，本发明中的吸泥设备5为水下垂直吸泥设备。采用吊机作为起吊设备，利用吸泥设备5在沉井井壁11内侧周圈开挖一个宽约2m、深约2m(自刃脚12底起算)的爆破槽22，以作为爆破自由临空面。

S2.穿过导向孔13在刃脚12下方的爆破区2上钻爆破孔21；

本发明在沉井井壁11顶端搭设牛腿支架3，用地质钻机4通过沉井井壁11内预留的导向孔13，往刃脚12下方钻孔形成爆破孔21。本发明中的导向孔13为事先预埋在沉井井壁11内的PVC管或者钢管孔道，其直径为130-150mm。爆破孔21直径70～90mm为宜，孔深宜为2m(自刃脚12底起算)，沿沉井井壁11周圈间距约2m。

S3.将震源药柱放入爆破孔21内；

为提高工效，可提前将炸药和黄砂堵塞体制成成品震源药柱6，震源药柱6为外径Φ50～70mm的塑料管。爆破孔21形成后，将震源药柱6的一端系上麻绳，通过导向孔13放入爆破孔21内，同时准确测量震源药柱6放入前后的孔深，避免震源药柱6未下放到位。本发明中的震源药柱6的最高点距离刃脚12最低点至少0.5～1m，使得爆破产生的冲击波对沉井1自身结构的影响很小。

S4.引爆震源药柱6；

本发明采用毫秒微差起爆的方式，破坏刃脚12下的土体并抛至井孔内。此外本发明的起爆网路除需考虑准爆性外，还需考虑爆破瞬间沉井1受力下沉的均匀性和对称性。因此本发明中爆破起爆网路以沉井1井孔中心为轴，两侧完全对称起爆。

S5.利用吸泥设备5清理爆破后沉井1井孔内的土。

爆破后，利用吸泥设备5将硬塑粘土从井孔内爆破槽22附近吸出，从而减少了刃脚12下的支撑反力，达到沉井1顺利下沉的目的。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种沉井的刃脚正下方土体水下爆破取土装置，包括沉井(1)，所述沉井(1)包括沉井井壁(11)，所述沉井井壁(11)的一端设有刃脚(12)，其特征在于：所述沉井(1)设有多个导向孔(13)，所述导向孔(13)贯穿所述沉井井壁(11)的顶端和刃脚(12)，所述沉井井壁(11)的顶端设有牛腿支架(3)，所述沉井的刃脚正下方土体水下爆破取土装置还包括爆破区(2)，所述沉井(1)压持在所述爆破区(2)上，所述爆破区(2)设有爆破孔(21)，所述爆破孔(21)位于所述刃脚(12)下方且与所述导向孔(13)连通，所述爆破孔(21)为穿过所述导向孔(13)在刃脚(12)下方的爆破区(2)钻进而成，所述爆破孔(21)内还设有通过所述导向孔(13)放置的震源药柱(6)，且所述爆破区(2)还设有贴近所述沉井井壁(11)内侧的爆破槽(22)。

2.如权利要求1所述的沉井的刃脚正下方土体水下爆破取土装置，其特征在于：所述沉井(1)为圆形沉井，所述导向孔(13)沿所述沉井(1)的圆周方向均匀分布，所述导向孔(13)垂直于所述沉井井壁(11)的顶端，且所述爆破槽(22)为圆环形。

3.如权利要求1所述的沉井的刃脚正下方土体水下爆破取土装置，其特征在于：所述沉井(1)为矩形沉井，所述导向孔(13)沿所述沉井井壁(11)端面等距离间隔设置，所述导向孔(13)垂直于所述沉井井壁(11)的顶端，且所述爆破槽(22)为矩形环。

4.如权利要求2所述的沉井的刃脚正下方土体水下爆破取土装置，其特征在于：所述沉井(1)上设有多圈沿所述沉井(1)的圆周方向均匀分布的导向孔(13)。

5.如权利要求3所述的沉井的刃脚正下方土体水下爆破取土装置，其特征在于：所述沉井(1)上设有多圈沿所述沉井井壁(11)端面等距离间隔设置的导向孔(13)。

6.如权利要求1所述的沉井的刃脚正下方土体水下爆破取土装置，其特征在于：所述导向孔(13)为所述沉井(1)内预埋的PVC管或钢管。

7.如权利要求1所述的沉井的刃脚正下方土体水下爆破取土装置，其特征在于：所述沉井(1)还包括设置在沉井井壁(11)内侧的隔墙(7)，所述隔墙(7)一端也设有所述刃脚(12)，所述隔墙(7)也设有多个所述导向孔(13)，所述隔墙(7)上的导向孔(13)贯穿所述隔墙(7)的顶端和刃脚(12)。

8.一种利用权利要求1所述的沉井的刃脚正下方土体水下爆破取土装置的取土方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

S1.待沉井(1)下沉进入坚硬黏土层后，通过导向孔(13)将震源药柱(6)放入爆破孔(21)内；

S2.引爆震源药柱(6)；

S3.利用吸泥设备(5)清理爆破后沉井(1)井孔和爆破槽(22)内的土。

9.如权利要求8所述的取土方法，其特征在于：所述爆破槽(22)由所述吸泥设备(5)挖成。

10.如权利要求8所述的取土方法，其特征在于：所述步骤S2中以所述沉井(1)的井孔中心线为轴对称引爆所述震源药柱(6)。