CN110387898B - 低渗透性土层舱内水位调控沉井姿态方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低渗透性土层舱内水位调控沉井姿态方法，包括以下步骤：步骤一、采用区域划分隔墙及井壁，将沉井划分为多个区域，每个区域内隔墙上设置有连通孔，使每个区域内的各个隔舱水位一致；步骤二、监测沉井监测点标高，获得沉井高差数据；步骤三、根据沉井高差数据，在沉井低侧区域内隔舱进行注水压载，提高相应区域内地基承载力；在沉井高侧区域内隔舱进行降水作业，进行降水减荷，减小相应区域内地基承载力，使得沉井在高侧下沉，低侧不下沉，以调整沉井姿态。本发明解决了沉井在淤泥、淤泥质黏土、黏土等低渗透性土层接高下沉阶段姿态难以调整的难题。

Description

低渗透性土层舱内水位调控沉井姿态方法
技术领域
本发明涉及建筑施工领域。更具体地说，本发明涉及一种低渗透性土层舱内水位调控沉井姿态方法。
背景技术
沉井基础埋置深度大、整体性强、稳定性好，近年来在大跨度桥梁锚碇中得到广泛应用。但在沉井接高下沉施工过程中沉井姿态是一动态调控的过程，是沉井控制的重点与难点。
20世纪60年代在南京长江大桥建设中发展了沉井基础；随后在江阴长江大桥北锚碇(沉井平面尺寸69m×51m，高56m)；南京长江四桥北锚碇(沉井平面尺寸69m×58m，高52.8m)；鹦鹉洲长江大桥北锚碇(圆孔环形截面新型沉井外径66m，高43m)；马鞍山长江大桥北锚碇(沉井尺寸为60.2m×55.4m，高41m)等等多个桥梁工程中得到应用。
沉井施工经过多年发展，但下沉施工过程中，尤其是在软弱低渗透地层时，沉井接高下沉过程中发生倾斜、单侧突沉等风险大。因此亟需设计一种低渗透土层沉井姿态调控方法，使沉井在接高下沉过程中沉井下沉量及沉井倾斜风险在可控制范围以内，具有很高的实际应用价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种低渗透性土层舱内水位调控沉井姿态方法，使得沉井在接高下沉阶段沉井姿态得到良好控制。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种低渗透性土层舱内水位调控沉井姿态方法，包括以下步骤：
步骤一、采用区域划分隔墙及井壁，将沉井划分为多个区域，每个区域内隔墙上设置有连通孔，使每个区域内的各个隔舱水位一致；
步骤二、监测沉井监测点标高，获得沉井高差数据；
步骤三、根据沉井高差数据，在沉井低侧区域内隔舱进行注水压载，提高相应区域内地基承载力；在沉井高侧区域内隔舱进行降水作业，进行降水减荷，减小相应区域内地基承载力，使得沉井在高侧下沉，低侧不下沉，以调整沉井姿态。
优选的是，区域划分的数量至少为4个。
优选的是，所述连通孔位于划分区域所在的隔墙或井壁时，所述连通孔可关闭。
优选的是，所述步骤二中沉井高差监测点至少布置在沉井顶面的四个角点位置。
优选的是，划分区域的隔墙为相互垂直交叉、对称选取。
优选的是，所述沉井内降水或注水采用抽水泵进行作业。
本发明至少包括以下有益效果：本发明的低渗透性土层舱内水位调控沉井姿态方法解决了沉井在淤泥、淤泥质黏土、黏土等低渗透性土层接高下沉阶段姿态难以调整的难题，通过舱内水位调控沉井姿态方法可以确保沉井姿态调控过程中安全、可靠与高效。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1是沉井区域划分的俯视图；
图2是1-1剖面图；
图3是瓯江北口大桥南锚碇沉井的结构示意图；
图4是瓯江北口大桥南锚碇沉井的俯视图。
1 连通孔，2 隔墙，3 井壁，4-区域A，5-区域B，6-区域C，7-区域D，8-角点监测点A，9-角点监测点B，10-角点监测点C，11-角点监测点D，12-低渗透土层，13-水位标高。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1～2所示，本发明一种低渗透性土层舱内水位调控沉井姿态方法，包括以下步骤：
步骤一、采用区域划分隔墙2及井壁3将沉井划分为多个区域(区域A 4、区域B 5、区域C 6、区域D 7)，区域内隔墙设置连通孔1，使得各个区域隔舱内水位一致；区域隔墙连通孔数量及布置位置根据实际流量、舱内水位控制确定。
步骤二、监测沉井监测点(角点监测点A 8、角点监测点B 9、角点监测点C 10、角点监测点D 11)标高，获得沉井高差数据，也可根据需要增加监测点数量，根据监测点布置情况及区域划分情况，可进行精细化控制。
根据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011规定，当基础宽度大于3m或者埋置深度大于0.5m时，从荷载试验或者其他原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值应按照下式修正：
fa＝fak+ηbγ(b-3)+ηbγm(d-0.5) (1)
式中：
fa——修正后的地基承载力特征值(kPa)；
fak——地基承载力特征值(kPa)；
ηb、ηd——基础宽度和埋置深度的地基承载力修正系数；
γ——基础底面以下土的重度(kN/m3),地下水位以下的取浮重度；
b——基础底面宽度(m)，当基础底面宽度小于3m时按照3m取值，大于6m时按6m取值；
γm——基础底面以上土的加权平均重度(kN/m3)；
d——基础埋置深度(m)。
根据上述规范公式，对于低渗透性土层，往沉井舱内注水或降低水位时，对于地基起到压载或减荷的作用，地基承载力会发生增加或减小。
按照《给水排水工程结构设计规范》(GBJ69-84-2002)中第六章6.1节规定，沉井下沉系数应符合下式要求：
kst≥1.05 (2)
kst＝(Gk-Ffw,k)/Ffk＝(G+G′-Fw)/(R1+R2) (3)
式中：kst-下沉系数；
Gk-沉井自重标准值(包括外加助沉重量的标准值)(kN)；
G′-施工活荷载；
Ffw,k-下沉过程中水的浮托力标准值(kN)；
Ffk-井壁总摩阻力标准值(kN)；
R1-刃脚及隔墙底面极限端阻力；R2-沉井极限摩擦力。
按照公式(3)，当沉井下沉系数为1.05时沉井可以下沉，在已知沉井自重Gk，沉井施工荷载G′，浮力Ffw,k，土体与沉井之间的侧摩阻力，地基极限承载力，进而反推下沉系数为1.05时，对应的沉井极限端阻力R1。其中R1为沉井支撑面积与地基极限承载力之积。当注水时或者降水时地基极限承载力发生增加或减小，相应单侧下沉系数发生变化，沉井高侧下沉，从而达到调整姿态的目的。
步骤三、根据沉井高差数据，在沉井低侧区域内隔舱进行注水压载，提高低侧区域低渗透土层12地基承载力；在沉井高侧区域内隔舱进行降水作业，进行降水减荷，减小高侧区域内低渗透土层12地基承载力，使得沉井在高侧下沉，低侧不下沉，达到沉井姿态调整的目的。
实施例1
将本申请的技术应用于瓯江北口大桥南锚碇沉井基础施工，该大型沉井高67.5m，标准断面尺寸70m×63m，沉井总体重量约20万吨，为世界上沉井淤泥地层下沉深度最大的工程，沉井在建设过程中极易发生突沉、偏位等风险，沉井施工控制难度极大。如图3和4所示，为瓯江北口大桥南锚碇沉井的结构示意图。
对比例1申请号为：2018107229630，专利名称为淤泥质土部位地下空间的沉井施工方法。该专利主要采用隔舱盖板的开启与闭合方式，减小或增加沉井与土体的支撑面积，进而达到控制沉井下沉的目的。但其技术主要适用于小型沉井，对于几十米及上百米沉井，沉井重量大，若采用盖板方式，除盖板本身要有较大的厚度满足盖板结构安全外，盖板上覆土也需较大厚度才能确保有效支撑面积的增加，而且盖板的开启与关闭也需要专门的设备，盖板开启前也需对盖板上部覆土进行开挖。上述专利借鉴沉箱结构形式，进行改良，结构形式更倾向于沉箱结构。而本发明主要通过舱内注水、降水提升或降低地基承载力，进而达到提高地基支撑能力，与其通过增大支撑面积达到增加地基支撑能力(地基支撑能力＝地基承载力*接触面积)是两个不同思路，而且本发明操作简单，只需抽水泵进行注水抽水作业，适用于各类沉井尺寸，应用范围更广。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (6)

1.一种低渗透性土层舱内水位调控沉井姿态方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、采用区域划分隔墙及井壁，将沉井划分为多个区域，每个区域内隔墙上设置有连通孔，使每个区域内的各个隔舱水位一致；
步骤二、监测沉井监测点标高，获得沉井高差数据；
步骤三、根据沉井高差数据，在沉井低侧区域内隔舱进行注水压载，提高相应区域内地基承载力；在沉井高侧区域内隔舱进行降水作业，进行降水减荷，减小相应区域内地基承载力，使得沉井在高侧下沉，低侧不下沉，以调整沉井姿态。
2.如权利要求1所述的低渗透性土层舱内水位调控沉井姿态方法，其特征在于，区域划分的数量至少为4个。
3.如权利要求1所述的低渗透性土层舱内水位调控沉井姿态方法，其特征在于，所述连通孔位于划分区域所在的隔墙时，所述连通孔可关闭。
4.如权利要求1所述的低渗透性土层舱内水位调控沉井姿态方法，其特征在于，所述步骤二中沉井高差监测点至少布置在沉井顶面的四个角点位置。
5.如权利要求1所述的低渗透性土层舱内水位调控沉井姿态方法，其特征在于，划分区域的隔墙为相互垂直交叉且对称选取。
6.如权利要求1所述的低渗透性土层舱内水位调控沉井姿态方法，其特征在于，所述沉井内降水或注水采用抽水泵进行作业。
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