CN108824505B - 一种近距离沉井群下沉施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种近距离沉井群下沉施工方法，包括：确定沉井群中相邻沉井的最小水平净距a；根据主动土压力理论，计算土体在极限压力状态时，土体滑动面水平宽度为a时的土体滑动面垂直深度h₁；将沉井自重的竖向荷载视为局部附加荷载，沉井自重的竖向应力向下扩散，计算在水平净距a处竖向应力向下扩散的垂直深度h₂；确定沉井群施工中相邻沉井的刃脚安全高差H，其中，H＜min{h₁,h₂}；沉井群中的相邻沉井交替下沉，完成沉井下沉施工及封底施工，且始终将相邻沉井的刃脚高差控制在安全高差H的范围内。所述施工方法，通过合理选择下沉次序，控制沉井每一阶段的最大下沉量，大大降低了沉井之间的相互影响，保证了沉井群所有沉井顺利下沉。

Description

一种近距离沉井群下沉施工方法

技术领域

本发明涉及一种沉井施工技术，具体涉及一种近距离沉井群下沉施工方法。

背景技术

沉井在沿海地区各种工程中有着广泛的应用，如作为顶管工作井、桥梁基础等。沉井下沉过程中，需要保证沉井竖直。一般的沉井在小范围内常以单个数量出现，出现两个沉井的情况相对较少。

在同一小范围内出现近距离相邻三个沉井，我们称之为沉井群。沉井群施工中，每个沉井的施工都可能对其它沉井产生影响。由于涉及沉井群的工程相对较少，且沉井群之间的相互作用较为复杂，国内外缺乏相关研究和施工经验。在少数涉及沉井群的工程中，主要依据施工人员的主观判断，易造成沉井倾斜事故，且施工效率地下。

发明内容

针对国内外缺乏沉井群施工的相关研究和施工经验，在工程中容易造成沉井倾斜事故且施工效率低下的问题，本发明提供了一种近距离沉井群下沉施工方法，可以避免群井群之间的相互干扰，保证沉井群所有沉井顺利下沉。

为解决以上技术问题，本发明包括如下技术方案：

本发明提供的一种近距离沉井群下沉施工方法，包括：

确定沉井群中相邻沉井的最小水平净距a；

根据主动土压力理论，计算土体在极限压力状态时，土体滑动面水平宽度为a时的土体滑动面垂直深度h₁；

将沉井自重的竖向荷载视为局部附加荷载，沉井自重的竖向应力向下扩散，计算在水平净距a处竖向应力向下扩散的垂直深度h₂；

确定沉井群施工中相邻沉井的刃脚安全高差H，其中，H＜min{h₁,h₂}；

沉井群中的相邻沉井交替下沉，完成沉井下沉施工及封底施工，且始终将相邻沉井的刃脚高差控制在安全高差H的范围内。

进一步，H＝k·min{h₁,h₂}，k为安全系数，且0＜k＜1。

进一步，在沉井群的四周布设用于监测地表沉降数据的地表沉降观测点，采用高程测量工具进行数据监测。

进一步，在沉井群的每个沉井外壁的同一断面上等角度设置多个坐标监测点，监测沉井高程变化数据及水平位移数据。

进一步，在沉井群的每个沉井内壁的同一断面上等角度设置多个铅垂线，用于监测沉井的倾斜度。

进一步，沉井群包括并排设置的1号沉井、2号沉井、3号沉井，且设计下沉深度均为Q，沉井群中的相邻沉井交替下沉具体包括：

先将2号沉井下沉深度H；

若H＜Q≤2H，则分别将1号沉井、3号沉井一次下沉到位，然后将2号沉井下沉到位，完成沉井下沉施工；

若Q＞2H，分别将1号沉井、3号沉井下沉深度H，然后交替施工2号沉井以及1号沉井、3号沉井，每次下沉深度控制为2H，若剩余深度不足2H，则以实际剩余深度进行下沉，直至1号沉井、2号沉井、3号沉井均下沉到位，完成沉井下沉施工。

进一步，沉井群包括并排设置的1号沉井、2号沉井、3号沉井，且设计下沉深度均为Q，沉井群中的相邻沉井交替下沉完成沉井下沉施工具体包括：

先将1号沉井下沉深度H；

然后同步施工1号沉井、2号沉井，并将1号沉井、2号沉井的刃脚高差控制在安全高差H的范围；

2号沉井下沉至深度为H时，同步施工2号沉井、3好沉井，并将2号沉井、3号沉井的刃脚高差控制在安全高差H的范围；

1号沉井、2号沉井、3号沉井分别达到设计深度Q，完成沉井下沉施工。。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明针对近距离沉井群下沉施工存在相互干扰的难度，通过合理选择下沉次序，控制沉井每一阶段的最大下沉量，并结合严密的监测手段，在不增加施工成本的基础上，大大降低了沉井之间的相互影响，保证了沉井群所有沉井的顺利下沉。

附图说明

图1至图3为本发明一实施例中的施工中沉井不同下沉深度产生的土体滑动面与相邻沉井位置关系图；

图4为本发明一实施例中的附加竖向应力计算原理图；

图5为本发明一实施例中的沉井自重产生的附加荷载示意图；

图6为本发明另一实施例提供的沉井群俯视图；

图7至图10为本发明另一实施例提供的沉井群施工流程图；

图11为本发明另一实施例提供的沉井群监测点布设示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提供的一种近距离沉井群下沉施工方法作进一步详细说明。结合下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

国内关于单个沉井施工的技术已很成熟，但是，缺乏对沉井群施工的相关研究。沉井群的沉井之间的净距很小，在施工中相互之间容易产生影响，而单个沉井施工中并不存在这样的问题。

申请人经研究发现，沉井群施工中相邻沉井的影响主要原因有两个：其一为，由于先施工的沉井进行井内除土造成一定程度的井位偏差，使沉井周土体发生一定范围的扰动，使沉井井壁外侧产生主动土压力，主动土压力达到极限状态时，将使土体存在滑动面，影响未下沉沉井；其二为，地面上的未下沉的沉井由于自重大会在土体中产生附加压力，此附加压力会对相邻的正在下沉的沉井产生附加的单向水平荷载，引起施工中的沉井偏斜。

本发明的主要思路为：根据主动土压力理论，计算土体滑动面水平宽度为a时的土体滑动面垂直深度h₁，并沉井自重的竖向应力向下扩散至水平宽度a处的垂直深度h₂，施工中相邻沉井交替下沉，且取min{h₁,h₂}作为相邻沉井刃脚垂直高差的控制参数，从而避免相邻沉井因主动土压力、附加荷载等因素产生相互影响。

实施例一

本实施例提供的一种近距离沉井群下沉施工方法，包括：确定沉井群中相邻沉井的最小水平净距a；根据主动土压力理论，计算土体在极限压力状态时，土体滑动面水平宽度为a时的土体滑动面垂直深度h₁；将沉井自重的竖向荷载视为局部附加荷载，沉井自重的竖向应力向下扩散，计算在水平净距a处竖向应力向下扩散的垂直深度h₂；确定沉井群施工中相邻沉井的刃脚安全高差H，其中，H＜min{h₁,h₂}；沉井群中的相邻沉井交替下沉，完成沉井下沉施工及封底施工，且始终将相邻沉井的刃脚高差控制在安全高差H的范围内。

如图1所示，沉井一在施工中存在潜在的土体滑动面，在考虑对相邻的沉井二影响时，引入郎肯土压力理论，沉井一的井壁外侧的土体达到主动土压力极限状态时，土体将存在潜在滑动面，土体滑动面和水平面成夹角为

为土体内摩擦角。滑动面水平宽度为a时，对应的垂直深度为h₁，根据直角三角形的的边角关系，可以推出

也就是说，当沉井一与沉井二的刃脚的垂直距离达到h₁时，滑动面将延伸至沉井二的刃脚下。图2展示了相邻沉井净距为a时，当沉井一与沉井二的的刃脚垂直距离超过h₁时，滑动面延伸至沉井二的下方，若进行沉井二施工，可能出现土体滑动，从而造成沉井二倾斜。图3展示了相邻沉井净距为a时，当沉井一与沉井二的的刃脚垂直距离小于h₁时，滑动面对沉井二没有影响，在沉井二进行施工时，不会收到土体滑动面的影响。因此，在施工时，相邻的沉井的刃脚垂直距离应始终小于h₁，从而避免因潜在的土体滑动面而对相邻沉井造成影响。

如图4所示，在计算沉井自重对相邻的已施工沉井产生的附加荷载时，参考《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012中3.4.7条，关于局部附加荷载作用下的土中附加竖向应力标准值的计算。如图4所示，

当d+a/tanθ≤Za≤d+(3a+b)/tanθ时，

当Za≤d+a/tanθ或Za≥d+(3a+b)/tanθ时，取Δσ_k,j＝0；

式中：Δσ_k,j──支护结构外侧第j个附加荷载作用下计算点的土中附加竖向应力标准值(kPa)，

p₀──基础底面附加压力标准值(kPa)；

d──基础埋置深度(m)；

b──与基坑边垂直方向上的基础尺寸(m)

l──与基坑边平行方向上的基础尺寸(m)。

a──支护结构外边缘至基础的水平距离(m)；

θ──附加荷载的扩散角，宜取θ＝45°(在软土地区这个扩散角度应该更小，但为留有富余，仍取45°)；

Za──支护结构顶面至土中附加竖向应力计算点的竖向距离。

根据《建筑基坑支护技术规程》，附加荷载对支护结构产生的竖向附加应力主要分布在距离支护结构顶部[d+a/tanθ，d+(3a+b)/tanθ]的区域内，而在[0，d+a/tanθ]这一区域内没有附加应力。

类似地，如图5所示，沉井一与沉井二之间的净距为a，当沉井一开始下沉施工时，其相邻的沉井二亦可等效看成作用在地面的局部荷载。沉井二的荷载应力P₀向下扩散至深度为h₂、水平扩散宽度为a时，应力变为P1，可以推算出，h₂＝a/tanθ。沉井一下沉深度大于h₂时，便会受到来自紧邻的沉井二的附加应力，沉井一若继续下沉，沉井二四周的土体压力不均衡，将可能造成沉井二倾斜，这也是沉井群下沉施工所特有的问题。在相邻沉井净距为a、基础埋深为d＝0、附加荷载的扩散角θ＝45°时，h₂＝a，在沉井一的刃脚深度小于h₂的区域内没有附加应力。因此，在施工中应保证已施工的沉井一与待施工的沉井二之间的刃脚最大垂直距离小于h₂。

因此，在施工中，应保证相邻的沉井之间的刃脚垂直距离H小于h₁且小于h₂，即H＜min{h₁,h₂}；相邻沉井交替下沉，依次达到设计深度后进行封底。为保证施工安全，取H＝k·min{h₁,h₂}，k为安全系数，且0＜k＜1。

需要说明的是，本发明的核心点是提出沉井群中的相邻沉井交替下沉施工，且给出相邻沉井的刃脚安全高差H，而对于沉井群中的每一个沉井下沉施工采用的设备、其它施工工艺与单个沉井相同，为成熟的现有技术，此处不再进行详述。

实施例二

在某泵站工程的某一标段中，取水头部共有3只圆形取水井，均采用钢筋混凝土结构。圆形取水井内径12m，外径13.4m，总高度12.5m，井壁厚0.7m，采用沉井法施工。沉井由西向东依次标号为1号沉井、2号沉井、3号沉井。相邻沉井的中心距离为21.0m，净距7.6m。沉井采用起重机配合小型挖掘机排水下沉，下沉深度12.5m。因沉井间净距极小，极易引起相邻沉井产生倾斜。

在施工之前，确定沉井群中相邻沉井的最小水平净距a＝7.6m；粉质粘土层的土体内摩擦角取值

经计算，

根据附加荷载公式，可得h₂＝a＝7.6m；确定相邻沉井之间的安全下沉高差H，其中，H＜min{h₁,h₂}＝7.6m；1号沉井、2号沉井、3号沉井下沉施工保证相邻沉井交替下沉，且在施工中保证相邻沉井的刃脚最大垂直距离小于7.6m。为保证施工安全，优选为，取k＝0.86，H＝k·min{h₁,h₂}＝0.86×7.6≈6.5m。

作为举例，沉井群中的1号沉井、2号沉井、3号沉井的施工顺序具体为，首先进行2号沉井下沉施工，待2号沉井下沉6.5m后，停止下沉；进行1号沉井的下沉施工，1号沉井可直接下沉12.5m后进行干封底；转至3号沉井，进行3号沉井的下沉施工，3号沉井直接下沉12.5m后，进行干封底；最后进行2号沉井剩余6.0m的下沉。按照此下沉顺序进行施工，机械设备转场次数相对较少，且沉井下沉施工连续，其中1号沉井、3号沉井均可一次下沉到位，施工效率最高；理论上为最优方案。

作为举例，沉井群中的1号沉井、2号沉井、3号沉井的另一施工顺序具体为，首先进行1号沉井下沉施工；待1号沉井下沉至约6.5m时，同时开启2号沉井的下沉施工，形成1号沉井、2号沉井之间同时交替下沉施工，且1号沉井首先完成下沉后，及时封底；待2号沉井下沉至6.5m时，同时开启3号沉井的下沉施工，形成2号沉井与3号沉井之间的交替下沉施工；2号沉井下沉到位后，及时封底；最后3号沉井下沉到位后，进行3号沉井的封底施工。总体上形成由一侧向另一侧依次进行施工。

优选的实施方式为，在施工中对沉井进行监测。主要为地表沉降监测、井壁标高监测以及井壁垂直度监测。如图11所示，在沉井群四周布设8个地表沉降观测点，用于观测地表沉降情况；在每个沉井外壁的同一断面上等角度设置4个坐标监测点，用于监测沉井高程变化及水平位移。高程的测量工具可以为水平仪测量仪器，水平位置的监测，可以选用经纬仪、全站仪或GPS测量仪器。另外，还可以在每个沉井的井壁内侧等角度设置4个铅垂线，用于监测沉井的倾斜度。

在本工程中，采用上述1号沉井、2号沉井、3号沉井依次施工的顺序。通过监测发现：(1)3号沉井在首次下沉6.5m期间引起2号沉井的最大下沉为11mm，2号沉井在下沉期间引起1号沉井的最大下沉为15mm；(2)1号沉井、2号沉井、3号沉井终沉阶段最大偏差量分别0.8％，0.93％，1％，均符合规范要求。

本工程针对近距离沉井群下沉施工存在相互干扰的难度，通过合理选择下沉次序，控制沉井每一阶段的最大下沉量；并结合严密的监测手段，在不增加施工成本的基础上，大大降低了沉井之间的相互影响，保证了沉井群所有沉井的顺利下沉。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种近距离沉井群下沉施工方法，其特征在于，包括：

确定沉井群中相邻沉井的最小水平净距a；

根据主动土压力理论，计算土体在极限压力状态时，土体滑动面水平宽度为a时的土体滑动面垂直深度h₁；

将沉井自重的竖向荷载视为局部附加荷载，沉井自重的竖向应力向下扩散，计算在水平净距a处竖向应力向下扩散的垂直深度h₂；

确定沉井群施工中相邻沉井的刃脚安全高差H，其中，H＜min{h₁,h₂}；

沉井群中的相邻沉井交替下沉，完成沉井下沉施工及封底施工，且始终将相邻沉井的刃脚高差控制在安全高差H的范围内；

其中，沉井群包括并排设置的1号沉井、2号沉井、3号沉井，且设计下沉深度均为Q，沉井群中的相邻沉井交替下沉具体包括：

先将2号沉井下沉深度H；

若H＜Q≤2H，则分别将1号沉井、3号沉井一次下沉到位，然后将2号沉井下沉到位，完成沉井下沉施工；

若Q＞2H，分别将1号沉井、3号沉井下沉深度H，然后交替施工2号沉井以及1号沉井、3号沉井，每次下沉深度控制为2H，若剩余深度不足2H，则以实际剩余深度进行下沉，直至1号沉井、2号沉井、3号沉井均下沉到位，完成沉井下沉施工。

2.如权利要求1所述的近距离沉井群下沉施工方法，其特征在于，

沉井群中的相邻沉井交替下沉的施工步骤，替换为：

先将1号沉井下沉深度H；

然后同步施工1号沉井、2号沉井，并将1号沉井、2号沉井的刃脚高差控制在安全高差H的范围；

2号沉井下沉至深度为H时，同步施工2号沉井、3号沉井，并将2号沉井、3号沉井的刃脚高差控制在安全高差H的范围；

1号沉井、2号沉井、3号沉井分别达到设计深度Q，完成沉井下沉施工。

3.如权利要求1或2所述的近距离沉井群下沉施工方法，其特征在于，

H＝k·min{h₁,h₂}，k为安全系数，且0＜k＜1。

4.如权利要求1或2所述的近距离沉井群下沉施工方法，其特征在于，在沉井群的四周布设用于监测地表沉降数据的地表沉降观测点，采用高程测量工具进行数据监测。

5.如权利要求1或2所述的近距离沉井群下沉施工方法，其特征在于，在沉井群的每个沉井外壁的同一断面上等角度设置多个坐标监测点，监测沉井高程变化数据及水平位移数据。

6.如权利要求1或2所述的近距离沉井群下沉施工方法，其特征在于，在沉井群的每个沉井内壁的同一断面上等角度设置多个铅垂线，用于监测沉井的倾斜度。

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