CN108661065A - 一种适用于砂土地基开挖的预制沉箱及开挖方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于砂土地基开挖的预制沉箱及开挖方法，预制沉箱包括外壁板，不包括顶盖以及底盖，所述外壁板构成封闭截面，适用于砂土地基的开挖方法包括以下步骤：S1.将预制沉箱吊装至设计开挖位置；S2.对预制沉箱进行定位；S3.对预制沉箱内部区域进行挖土，同时平整周边区域的砂土，使沉箱下沉；S4.预制沉箱随着砂土的开挖进行沉降，达到设计标深；S5.验收挖出的基坑；S6.验收合格后浇筑混凝土垫层；本发明具有能防止砂土地基开挖时的塌方，保证人员安全，提高施工效率等优点。

Description

一种适用于砂土地基开挖的预制沉箱及开挖方法

技术领域

本发明属于建筑工程施工领域，尤其是涉及一种预制沉箱以及使用该沉箱挖土逆作的施工方法。

背景技术

房屋建筑地下结构的面积不断加大，深度不断加深，施工开挖工程量大。

砂土是指土壤颗粒组成中砂粒含量较高的土壤，在静载荷作用下常具有较高强度，但当进行开挖作业时，产生震动载荷作用，可能产生砂土液化或大量震陷变形，丧失承载力，造成塌方。

而且，由于砂土质地较松散，重型设备难以进入，材料倒运困难。

因此，在砂土地基上进行开挖，具有容易塌方，材料倒运困难，施工效率低等技术难点。

尤其是在电梯井及集水坑部位基坑等局部深坑进行开挖时，开挖难度较大，松散的边开挖边发生塌方，即便开挖完成，需要设置4、5米的高砖砌基础导墙，存在一定安全隐患，如果进行放坡开挖，则放坡会影响周边大面积区域桩的稳定和地基的承载力，并且由于是砂土地基，边坡极不稳定，容易导致塌方和流沙。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种适用于砂土地基开挖的预制沉箱及开挖方法，尤其适合进行砂土地基的开挖。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种适用于砂土地基开挖的预制沉箱，包括外壁板，不包括顶盖以及底盖；所述外壁板构成封闭截面。

即，该沉箱是由外壁板组合而成的半封闭式筒状结构，通过外壁板来避免砂土塌方，采用不含顶盖及底盖的筒状结构的设计，能够方便开挖时，如小型反铲挖土机等工程机械的使用，避免顶盖或底盖与工程机械产生干涉，造成沉箱或工程机械损坏。

筒状结构的截面的尺寸，形状应与设计开挖的基坑平面的尺寸，形状相对应。截面的平面形式包括但不限于矩形、圆端形、圆形、倒角矩形或圆端哑铃型等。

作为优选地，沉箱由若干层可互相分离的次级沉箱组成。

与使用单个大型沉箱相比，使用多个次级沉箱具有以下优点：

1.大型沉箱的吊装需要使用重型起重设备，而由于砂土的土质特性，重型设备难以进入施工现场。而次级沉箱吊装使用的是轻型起重设备，能够在砂土土质施工现场使用，且设备周转也相对方便。

2.预制大型沉箱时，通常需要大型的钢材，由于砂土的土质特性，难以在施工现场进行组装焊接，大型钢材的运输也相对困难，而采用次级沉箱，既可以在施工现场进行组装焊接，也可以在预制场预制完成后运输至施工现场，方式灵活，提高施工效率。

3.在进行沉箱下沉时，如果发生突发事故，次级沉箱可以较方便的进行调整，提高施工效率。

作为优选地，外壁板与封闭截面相邻一侧表面上设置有加劲肋。即，沉箱内侧设置有加劲肋。加劲肋包括以下几种形式或其组合：

横向加劲肋，横向加劲肋的伸长方向与水平方向相平行，通过设置横向加劲肋，能够增大外壁板的抗剪能力。

纵向加劲肋，纵向加劲肋的伸长方向与竖直方向相平行，通过设置纵向加劲肋，能够减少外壁板发生的受压屈曲。

短加劲肋，设置于外壁板上应力集中处，应力集中处位置依截面的平面形式不同而定，通过设置短加劲肋，能够增强应力集中处的稳定性。

作为优选地，外壁板底部设置有刃脚，具有斜形尖利部分，用以切土下沉。当沉箱为多层次级沉箱组合的形式时，仅最底层的次级沉箱的外壁板底部设置有刃脚。

进一步作为优选地，刃脚断面呈斜梯形，根据砂土地基的具体松散程度，可采用尖刃脚或带踏面的刃脚。

进一步作为优选地，刃脚应力集中部以角钢或槽钢加强，以免下沉过程中刃脚损坏。

进一步作为优选地，当沉箱需要下沉至稍有倾斜的设计深度面时，可将刃脚做成与倾斜程度相适应的高低刃。

作为优选地，外壁板上设置有吊装结构以方便进行吊装。

根据具体的施工要求，吊装结构选用包括但不限于吊孔，吊耳以及预埋吊环。

进一步作为优选地，沉箱上对称设置两个吊装结构，吊装位置应高于沉箱重心，以方便起吊。

作为优选地，沉箱顶部截面面积大于沉箱底部截面面积。即，进行施工时，外壁板与重力方向成一定角度，以压实边坡砂土，防止砂土局部塌方。

本发明还提供了一种适用于砂土地基的开挖方法，使用以上所述的沉箱进行砂土地基的挖土逆作。

在进行开挖之前，需确认：塔吊已安装完成；基槽除局部深坑外已开挖至设计标高。

之后执行以下步骤：

S1.将预制沉箱吊装至设计开挖位置；

S2.测量人员对预制沉箱进行定位；

定位方法依设计开挖的基坑平面形式而异，

例如：

设计开挖的基坑平面为矩形或倒角矩形时，将四个角点位置按设计尺寸进行定位，

设计开挖的基坑平面为圆形时，将圆心位置及圆周上至少3点的位置按设计尺寸进行定位；

S3.对预制沉箱内部区域进行挖土，同时平整周边区域的砂土，使沉箱下沉；

对预制沉箱内部区域进行挖土可采用小型反铲挖土机，同时可以人工配合平整周边区域的砂土；

S4.预制沉箱随着砂土的开挖进行沉降，达到设计标深；

S5.验收开挖出的基坑；

验收项目包括但不限于：

检查基坑平面位置、尺寸大小、基底标高。

检查基坑地质情况和承载能力是否与设计资料相符。

检查基坑处理和排水情况是否符合规范要求。

检查施工日志及有关试验资料等。

S6.验收合格后浇筑混凝土垫层。

作为优选地，可采用本发明所述的多层沉箱进行砂土地基开挖施工，与前一种施工方法相比，还包括步骤S3之后，步骤S4之前执行的步骤：

S3.1.待底层次级沉箱下沉至顶面与基坑周边顶面平齐后，吊装，定位第二层次级沉箱，将第二层次级沉箱与底层次级沉箱焊接成组合沉箱；

S3.2.对组合沉箱内部区域进行挖土，同时平整周边区域的砂土，使组合沉箱下沉；

S3.3.待组合沉箱下沉至顶面与基坑周边顶面平齐后，吊装，定位次一层次级沉箱，将次一层次级沉箱与组合沉箱焊接；

S3.4.重复步骤S3.2,S3.3直至各层次级沉箱焊接完成。

综上所述，本发明具有的优点和积极效果是：由于采用上述技术方案，

1.能够确保边坡稳定、基坑内的桩稳定、防止流沙及基坑塌方。

2.保证了施工人员的人身安全、防止传统方法中所发生的塌方事故的发生。

3.能够周转使用，节约成本，加快施工进度，保证施工质量。

4.作为优选地采用次级沉箱的组合以将整个施工过程轻型化，适用于砂土地基，节约成本，加快施工进度，提高施工效率。

附图说明

图1是本发明一实施例的安装状态下沉箱与基坑俯视示意图

图2是本发明一实施例的安装状态下沉箱与基坑侧面剖视示意图

图3是本发明一实施例的沉箱侧立面示意图

图4是本发明一实施例的基坑平面形式示意图

图5是本发明一实施例的刃脚局部放大示意图

图6是本发明一其他实施例的安装状态下坡面沉箱与基坑侧面剖视示意图

图7是本发明一其他实施例的安装状态下分层沉箱与基坑侧面剖视示意图

图中：

1、沉箱 2、外壁板 3-1、横向加劲肋

3-2、纵向加劲肋 3-3、短加劲肋 4-1、基顶标高

4-2、基底标高

具体实施方式

如图1、图2、图3所示，本发明的一实施例提供了一种适用于砂土地基开挖的预制沉箱1，包括外壁板2，在本实施例中外壁板2选用钢板，不包括顶盖以及底盖；外壁板2构成封闭截面。

截面的尺寸，形状应与设计开挖的基坑平面的尺寸，形状相对应。

在本实施例中，因设计开挖的基坑平面为矩形，所以外壁板2围成一矩形的封闭截面，

在本发明的其他实施例中，截面的平面形式包括但不限于矩形、圆端形、圆形、倒角矩形或圆端哑铃型等，如图4所示。

在本实施例中，作为优选地，外壁板2与封闭截面相邻一侧表面上设置有加劲肋3。即，沉箱1内侧设置有加劲肋3。

在本实施例中，加劲肋采用槽钢。

加劲肋3包括以下几种形式：

横向加劲肋3-1，横向加劲肋3-1的伸长方向与水平方向相平行，通过设置横向加劲肋3-1，能够增大外壁板2的抗剪能力。

纵向加劲肋3-2，纵向加劲肋3-2的伸长方向与竖直方向相平行，通过设置纵向加劲肋3-2，能够减少外壁板2发生的受压屈曲。

短加劲肋3-3，设置于外壁板上应力集中处，应力集中处位置依截面的平面形式不同而定，在本实施例中，应力集中于矩形的四个角处，通过设置短加劲肋3-3，能够增强应力集中处的稳定性。

在本发明的另一较优选实施例中，沉箱1由若干层可互相分离的次级沉箱组成。如图7所示。

与使用单个大型沉箱相比，使用多个次级沉箱具有以下优点：

1.大型沉箱的吊装需要使用重型起重设备，而由于砂土的土质特性，重型设备难以进入施工现场。而次级沉箱吊装使用的是轻型起重设备，能够在砂土土质施工现场使用，且设备周转也相对方便。

2.预制大型沉箱时，通常需要大型的钢材，由于砂土的土质特性，难以在施工现场进行组装焊接，大型钢材的运输也相对困难，而采用次级沉箱，既可以在施工现场进行组装焊接，也可以在预制场预制完成后运输至施工现场，方式灵活，提高施工效率。

3.在进行沉箱下沉时，如果发生突发事故，次级沉箱可以较方便的进行调整，提高施工效率。

在本发明的另一些较优选实施例中，作为优选地，外壁板2底部设置有刃脚，具有斜形尖利部分，用以切土下沉，如图5所示。

进一步作为优选地，本发明一些实施例中，刃脚断面呈斜梯形，根据砂土地基的具体松散程度，可采用尖刃脚或带踏面的刃脚。

进一步作为优选地，本发明一些实施例中，刃脚应力集中部以角钢或槽钢加强，以免下沉过程中刃脚损坏。

进一步作为优选地，本发明一些实施例中，当沉箱需要下沉至稍有倾斜的设计深度面时，可将刃脚做成与倾斜程度相适应的高低刃。

在本发明的另一些较优选实施例中，作为优选地，外壁板2上设置有吊装结构以方便进行吊装。

根据具体的施工要求，吊装结构选用包括但不限于吊孔，吊耳以及预埋吊环。

进一步作为优选地，在本发明的一些实施例中，沉箱1上对称设置两个吊装结构，吊装位置高于沉箱1重心，以方便起吊。

作为优选地，在本发明的一些实施例中，沉箱1顶部截面面积大于沉箱1底部截面面积，如图6所示。即，进行施工时，外壁板2与重力方向成一定角度，在本实施例中，该角度为2度，以压实边坡砂土，防止砂土局部塌方。

图1，图2还提供了一种适用于砂土地基的开挖方法，

在进行开挖之前，需确认：塔吊已安装完成；基槽除局部深坑外已开挖至设计标高。

之后执行以下步骤：

S1.将预制沉箱1吊装至设计开挖位置；

S2.测量人员对预制沉箱1进行定位；

定位方法依设计开挖的基坑平面形式而异，

在本实施例中，

设计开挖的基坑平面为矩形，将四个角点位置按设计尺寸进行定位，

在本发明的一些其他实施例中，如设计开挖的基坑平面为圆形时，将圆心位置及圆周上至少3点的位置按设计尺寸进行定位；

S3.对预制沉箱内部区域进行挖土，同时平整周边区域的砂土，使沉箱下沉；

在本实施例中，对预制沉箱内部区域进行挖土可采用小型反铲挖土机，同时可以人工配合平整周边区域的砂土；

S4.预制沉箱随着砂土的开挖进行沉降，达到设计标深4-2；

S5.验收开挖出的基坑；

验收项目包括但不限于：

检查基坑平面位置、尺寸大小、基底标高。

检查基坑地质情况和承载能力是否与设计资料相符。

检查基坑处理和排水情况是否符合规范要求。

检查施工日志及有关试验资料等。

S6.验收合格后浇筑混凝土垫层。

在本发明一较优选实施例中，可采用本发明所述的多层沉箱进行砂土地基开挖施工，如图7所示，与前一实施例提供的施工方法相比，还包括步骤S3之后，步骤S4之前执行的步骤：

在本实施例中沉箱分为高1.5m，1m，1m的三个次级沉箱。

S3.1.待底层次级沉箱下沉至顶面与基坑周边顶面4-1平齐后，吊装，定位第二层次级沉箱，将第二层次级沉箱与底层次级沉箱焊接成组合沉箱；

S3.2.对组合沉箱内部区域进行挖土，同时平整周边区域的砂土，使组合沉箱下沉；

S3.3.待组合沉箱下沉至顶面与基坑周边顶面平齐后，吊装，定位第三层次级沉箱，将第三层次级沉箱与组合沉箱焊接；

在本发明的一些其他实施例中，沉箱可能分为更多层的次级沉箱，其施工方法可用以下步骤进行概括：

步骤S3之后，步骤S4之前执行的步骤：

S3.1.待底层次级沉箱下沉至顶面与基坑周边顶面平齐后，吊装，定位第二层次级沉箱，将第二层次级沉箱与底层次级沉箱焊接成组合沉箱；

S3.2.对组合沉箱内部区域进行挖土，同时平整周边区域的砂土，使组合沉箱下沉；

S3.3.待组合沉箱下沉至顶面与基坑周边顶面平齐后，吊装，定位次一层次级沉箱，将次一层次级沉箱与组合沉箱焊接；

S3.4.重复步骤S3.2,S3.3直至各层次级沉箱焊接完成。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于砂土地基开挖的预制沉箱，其特征在于：

所述预制沉箱包括外壁板，不包括顶盖以及底盖；

所述外壁板构成封闭截面。

2.根据权利要求1所述的一种适用于砂土地基开挖的预制沉箱，其特征在于：所述预制沉箱由若干层次级沉箱组成。

3.根据权利要求1或2所述的一种适用于砂土地基开挖的预制沉箱，其特征在于：还包括设置于所述外壁板与所述封闭截面相邻一侧表面上的加劲肋。

4.根据权利要求3所述的一种适用于砂土地基开挖的预制沉箱，其特征在于：所述加劲肋包括横向加劲肋和/或纵向加劲肋和/或短加劲肋。

5.根据权利要求1所述的一种适用于砂土地基开挖的预制沉箱，其特征在于：还包括设置于所述外壁板底部的刃脚。

6.根据权利要求2所述的一种适用于砂土地基开挖的预制沉箱，其特征在于：还包括设置于最底层所述次级沉箱外壁板底部的刃脚。

7.根据权利要求1或2或4或5或6所述的一种适用于砂土地基开挖的预制沉箱，其特征在于：所述外壁板上设置有吊装结构，

所述吊装结构包括吊耳、吊孔以及预装吊环。

8.根据权利要求1或2或4或5或6所述的一种适用于砂土地基开挖的预制沉箱，其特征在于：沉箱顶部截面面积大于沉箱底部截面面积。

9.一种适用于砂土地基的开挖方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.将预制沉箱吊装至设计开挖位置；

S2.对预制沉箱进行定位；

S3.对预制沉箱内部区域进行挖土，同时平整周边区域的砂土，使沉箱下沉；

S4.预制沉箱随着砂土的开挖进行沉降，达到设计标深；

S5.验收挖出的基坑；

S6.验收合格后浇筑混凝土垫层。

10.根据权利要求9所述的一种适用于砂土地基的开挖方法，其特征在于，还包括步骤S3之后，步骤S4之前执行的步骤：

S3.1.待底层次级沉箱下沉至顶面与基坑周边顶面平齐后，吊装，定位第二层次级沉箱，将第二层次级沉箱与底层次级沉箱焊接成组合沉箱；

S3.2.对组合沉箱内部区域进行挖土，同时平整周边区域的砂土，使组合沉箱下沉；

S3.3.待组合沉箱下沉至顶面与基坑周边顶面平齐后，吊装，定位次一层次级沉箱，将次一层次级沉箱与组合沉箱焊接；

S3.4.重复步骤S3.2,S3.3直至各层次级沉箱焊接完成。