CN110565670A - 一种沉井不排水下沉施工系统及其施工方法 - Google Patents

一种沉井不排水下沉施工系统及其施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种沉井不排水下沉施工系统及其施工方法，解决现有技术在对土质差及含水量高的大型沉井下沉过程中易出现沉井倾斜或突沉及井底涌水涌砂等事故的问题。施工系统包括潜水泵、水枪喷头、吊装连接件、高压进水泵、进水管、排泥管、汽车吊、牵引绳和潜水泵主体。施工方法为将潜水泵拼装好并分别与高压进水泵和排泥管连接，开启两水泵以冲挖及抽取泥浆，关闭高压进水泵，通过潜水泵抽水使沉井内水位下降以实现沉井缓慢下沉，重复上述过程直至沉井下沉至设计标高，沉井到位稳定后在底部设粗碎石垫层，用导管浇筑砼封底。本发明可有效规避沉井下沉施工过程中倾斜或突沉，还能有效消除井底涌水涌砂的安全隐患，并能有效提高沉井下沉施工效率。

Description

一种沉井不排水下沉施工系统及其施工方法
技术领域
本发明涉及沉井下沉技术领域，具体涉及一种沉井不排水下沉施工系统及其施工方法，本发明技术适用于地下水位埋深较浅、土体渗透系数较大，存在涌水、涌砂风险的沉井下沉施工。
背景技术
目前，我国很多城市的取水、污水处理厂泵房都广泛采用沉井施工技术。2015年4月出台的“水十条”要求各地加快城镇污水处理设施建设与改造。传统的沉井排水下沉在土质差、含水量高的大型沉井下沉过程中经常出现沉井倾斜、突沉和井底涌水、涌砂等事故。
因此，设计一种沉井不排水下沉施工系统及其施工方法，以防止上述事故发生，同时提高沉井下沉施工效率，成为所属技术领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种沉井不排水下沉施工系统及其施工方法，解决现有技术在对土质差及含水量高的大型沉井下沉过程中，经常出现沉井倾斜或突沉，以及井底涌水涌砂等事故的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种沉井不排水下沉施工系统，包括位于沉井侧地面上的汽车吊，安装于所述汽车吊的牵引绳上用于通过所述汽车吊潜至沉井底部以对沉井底部进行冲挖下沉施工的潜水泵，以及与所述潜水泵的出口相连接用于将所述潜水泵在冲挖下沉施工时产生的泥浆输送至沉井外泥浆池的排泥管；所述潜水泵包括潜水泵主体，竖直对称固定安装于所述潜水泵主体两侧的一对水枪喷头，以及固定安装于所述潜水泵主体顶部的吊装连接件；所述潜水泵通过所述吊装连接件安装于所述牵引绳的自由端上，所述排泥管与所述潜水泵主体的出口相连接，两支所述水枪喷头上分别连接有一根进水管，每根所述进水管的外端分别连接有一个高压进水泵，所述高压进水泵用于通过所述进水管为相应所述水枪喷头提供高压水流，所述潜水泵通过两股高压水流冲击沉井底部以对沉井底部进行冲挖下沉施工。
进一步地，所述潜水泵主体的上部和下部分别设有一对呈水平分布的连接件，所述水枪喷头通过所述连接件固定安装于所述潜水泵主体上。
进一步地，所述潜水泵主体的功率为25KW。
一种沉井不排水下沉施工系统的施工方法，包括以下步骤：
步骤1、设备拼装，选取25KW大功率潜水泵，通过连接件将两支水枪喷头固定于25KW大功率潜水泵的两侧，同时在25KW大功率潜水泵的顶部加装吊装连接件；
将高压进水泵、进水管和水枪喷头依次密封连接，同时将排泥管与25KW大功率潜水泵的出口密封连接好，排泥管的出口端位于沉井外泥浆池；
步骤2、冲挖吸土施工，25KW大功率潜水泵改装完成并分别与高压进水泵和排泥管连接完成后，用测绳测量沉井内土体位置，采用汽车吊通过牵引绳将25KW大功率潜水泵放入沉井底部；首先开启高压进水泵通过水枪喷头冲刷沉井底部土体，然后开启潜水泵将沉井底部冲刷出的泥浆通过排泥管抽排至沉井外泥浆池；
步骤3、降水下沉施工，关闭高压进水泵并保持25KW大功率潜水泵开启，将沉井内水位降至地下平衡水位以下，使沉井缓慢下沉；
步骤4、重复步骤2和3，直至沉井下沉至设计标高；
步骤5、沉井下沉到位后，保持井内水位高于地下水位线，确定封底混凝土厚度，对底板下土体冲挖至封底厚度要求的深度，安排潜水员下底摸排、冲洗与封底混凝土接触的刃脚面泥浆，清理结束后进行8小时的连续观察，当下沉量小于10mm时往沉井内抛填25cm～30cm厚的粗碎石垫层。根据沉井底隔梁分格情况，采用导管法从一侧往另一侧逐格浇筑水下混凝土封底。
进一步地，在所述步骤2中，在通过水枪喷头冲刷沉井底部土体时，通过汽车吊控制牵引绳以移动潜水泵，将沉井底部冲挖成中心下凹的半椭球体形。
进一步地，在所述步骤2中，在开启高压进水泵通过水枪喷头冲刷沉井底部土体时，沉井底部中央冲刷深度不超过1m，沉井底部四周刃脚土埂保持80cm。
进一步地，在所述步骤2中，在冲刷沉井底部土体时，控制高压水枪注入沉井内的水量与25KW大功率潜水泵抽排泥浆量一致。
进一步地，在所述步骤2中，在开启高压进水泵通过水枪喷头冲刷沉井底部土体前，往沉井内注入清水，使沉井内水位保持在地下水位线以上，防止沉井内部压力偏小，外部泥浆混合物大量涌入沉井内。
进一步地，在所述步骤5中，在水下混凝土封底前，先在底部设置一层25cm～30cm厚的粒径为40～150mm粗碎石垫层，以防止水下混凝土浇筑时底部泥浆上翻影响混凝土施工质量。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明结构简单、设计科学合理，使用方便，可有效规避沉井下沉施工过程中倾斜或突沉，同时还能有效消除井底涌水、涌砂的安全隐患，并且还能有效提高沉井下沉施工效率。
本发明通过将25KW大功率潜水泵进行改造，在其上安装水枪喷头和吊装连接件，使其形成水力冲挖和泥浆抽排一体化设备，不需潜水员进入水底作业，操作简单、方便，可有效消除沉井底部涌水、涌砂的安全威胁。
本发明在施工时，开启高压进水泵使水枪喷头喷出高压水流以冲击沉井底部，同时开启潜水泵以将冲击沉井底部是形成的泥浆通过排泥管抽到沉井外泥浆池，过程中潜水泵通过牵引绳控制潜水泵的冲击位置，使沉井底部冲挖成中心下凹的半椭球体形(即将沉井底部冲挖成中心下凹的大锅底形状)，沉井底部冲击下沉时采用层层下沉的方式进行，并且每次下沉的深度不超过1m，可有效避免沉井倾斜或突沉，同时沉井下沉施工效率还能得到保证，相比于传统沉井排水下沉，沉井下沉效率得到大大提高。
附图说明
图1为本发明沉井不排水下沉施工系统的结构示意图。
图2为本发明沉井不排水下沉施工系统俯视图。
图3为本发明水下封底施工结构示意图
图4为本发明改装潜水泵结构示意图。
图5为图4的侧视图。
其中，附图标记对应的名称为：
1-潜水泵、2-水枪喷头、3-吊装连接件、4-高压进水泵、5-进水管、6-排泥管、7-汽车吊、8-牵引绳、9-连接件、10-潜水泵主体、11-粗碎石垫层、12-导管。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
如图1～5所示，本发明提供的一种沉井不排水下沉施工系统，结构简单、设计科学合理，使用方便，可有效规避沉井下沉施工过程中倾斜或突沉，同时还能有效消除井底涌水、涌砂的安全隐患，并且还能有效提高沉井下沉施工效率。本发明沉井不排水下沉施工系统包括位于沉井侧地面上的汽车吊7，安装于所述汽车吊7的牵引绳8上用于通过所述汽车吊7潜至沉井底部以对沉井底部进行冲挖下沉施工的潜水泵1，以及与所述潜水泵1的出口相连接用于将所述潜水泵1在冲挖下沉施工时产生的泥浆输送至沉井外泥浆池的排泥管6。
本发明所述潜水泵1包括潜水泵主体10，竖直对称固定安装于所述潜水泵主体10两侧的一对水枪喷头2，以及固定安装于所述潜水泵主体10顶部的吊装连接件3。所述潜水泵主体1的功率为25KW，所述潜水泵主体10的上部和下部分别设有一对呈水平分布的连接件9，所述水枪喷头2通过所述连接件9固定安装于所述潜水泵主体1上。所述潜水泵1通过所述吊装连接件3安装于所述牵引绳8的自由端上，所述排泥管6与所述潜水泵主体10的出口相连接，两支所述水枪喷头2上分别连接有一根进水管5，每根所述进水管5的外端分别连接有一个高压进水泵4，所述高压进水泵4用于通过所述进水管5为相应所述水枪喷头2提供高压水流，所述潜水泵1通过两股高压水流冲击沉井底部以对沉井底部进行冲挖下沉施工。
本发明所述水枪喷头2和吊装连接件3均可采用螺栓可拆卸安装于潜水泵主体1上连接。
本发明通过将25KW大功率潜水泵进行改造，在其上安装水枪喷头和吊装连接件，使其形成水力冲挖和泥浆抽排一体化设备，不需潜水员进入水底作业，操作简单、方便，可有效消除沉井底部涌水、涌砂的安全威胁。
本发明可有效保证施工安全、提高施工质量、缩短施工工期、以及增强施工控制。
本发明提供的一种沉井不排水下沉施工系统的施工方法，包括以下步骤：
步骤1、设备拼装，选取25KW大功率潜水泵，通过连接件将两支水枪喷头固定于25KW大功率潜水泵的两侧，同时在25KW大功率潜水泵的顶部加装吊装连接件；将高压进水泵、进水管和水枪喷头依次密封连接，同时将排泥管与25KW大功率潜水泵的出口密封连接好，排泥管的出口端位于沉井外泥浆池。
步骤2、冲挖吸土施工，25KW大功率潜水泵改装完成并分别与高压进水泵和排泥管连接完成后，用测绳测量沉井内土体位置，采用汽车吊通过牵引绳将25KW大功率潜水泵放入沉井底部。
首先，往沉井内注入清水，使沉井内水位保持在地下水位线以上，防止沉井内部压力偏小，外部泥浆混合物大量涌入沉井内。然后，开启高压进水泵通过水枪喷头冲刷沉井底部土体，在通过水枪喷头冲刷沉井底部土体时，通过汽车吊控制牵引绳以移动潜水泵，将沉井底部冲挖成中心下凹的半椭球体形(即将沉井底部冲挖成中心下凹的大锅底形状)，沉井底部中央冲刷深度不超过1m，沉井底部四周刃脚土埂保持80cm，同时，控制高压水枪注入沉井内的水量与25KW大功率潜水泵抽排泥浆量一致。最后，开启潜水泵将沉井底部冲刷出的泥浆通过排泥管抽排至沉井外泥浆池。
步骤3、降水下沉施工，关闭高压进水泵并保持25KW大功率潜水泵开启，将沉井内水位降至地下平衡水位以下，使沉井缓慢下沉。
步骤4、重复步骤2和3，直至沉井下沉至设计标高。
步骤5、沉井下沉到位后，保持井内水位高于地下水位线，确定封底混凝土厚度，对底板下土体冲挖至封底厚度要求的深度，安排潜水员下底摸排、冲洗与封底混凝土接触的刃脚面泥浆，清理结束后进行8小时的连续观察，当下沉量小于10mm时往沉井内抛填25cm～30cm厚的粗碎石垫层。根据沉井底隔梁分格情况，采用导管法从一侧往另一侧逐格浇筑水下混凝土。
本发明沉井到位且稳定后，在底部设置一层粗碎石垫层11，采用导管12从一侧往另一侧逐格浇筑水下混凝土封底。
本发明在施工时，开启高压进水泵使水枪喷头喷出高压水流以冲击沉井底部，同时开启潜水泵以将冲击沉井底部是形成的泥浆通过排泥管抽到沉井外泥浆池，过程中潜水泵通过牵引绳控制潜水泵的冲击位置，使沉井底部冲挖成中心下凹的半椭球体形(即将沉井底部冲挖成中心下凹的大锅底形状)，沉井底部冲击下沉时采用层层下沉的方式进行，并且每次下沉的深度不超过1m，可有效避免沉井倾斜或突沉，同时沉井下沉施工效率还能得到保证，相比于传统沉井排水下沉，沉井下沉效率得到大大提高。
本发明在将沉井底部进行大锅底形状冲挖时，按照“先中间，后四角，先锅底，后刃脚”的原则对称进行。形成中心大锅底的形状，由中心梯度向四周扩展，锅底不宜过深，每次下沉过程保持1m左右，四周刃脚土埂保持80cm左右。冲挖过程控制高压水枪注入井底水量与潜水泵抽排泥浆量一致。在对沉井底部进行水下冲挖前先往沉井内注入清水，使沉井内水位保持在地下水位线以上，防止沉井内部压力偏小，外部泥浆混合物大量涌入井内。
在降水下沉施工时，关闭高压进水泵，保持潜水泵开启，抽排泥浆，降低井内水位，使沉井依靠自重下沉，逐层冲挖施工，逐层下沉，确保沉井井底土体层层剥离。循序渐进。以确保下沉施工时不会出现沉井倾斜或突沉。
本发明通过潜水泵改装，可以将高压水枪安装在潜水泵上，形成水力冲挖及吸土一体的设备。使用时简单，方便施工，对提高水下冲挖土体有利，且减少了水下作业危险性。将冲挖和吸土形成一体，可操作性得到提高。
本发明在沉井到位且稳定后，设置25cm～30cm厚的粗碎石垫层11。有效防止水下混凝土浇筑时井底泥浆上翻。以确保水下封底混凝土施工质量。
本发明适用于地下水位埋深较浅，渗透系数较大的地质，其操作简单，可有效减少水下作业危险性，同时还能降低施工成本。本发明尤其适合于透水性强的淤泥、粉质粘土、砂土、细砂、粉土地质地区使用。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种沉井不排水下沉施工系统，其特征在于，包括位于沉井侧地面上的汽车吊(7)，安装于所述汽车吊(7)的牵引绳(8)上用于通过所述汽车吊(7)潜至沉井底部以对沉井底部进行冲挖下沉施工的潜水泵(1)，以及与所述潜水泵(1)的出口相连接用于将所述潜水泵(1)在冲挖下沉施工时产生的泥浆输送至沉井外泥浆池的排泥管(6)；所述潜水泵(1)包括潜水泵主体(10)，竖直对称固定安装于所述潜水泵主体(10)两侧的一对水枪喷头(2)，以及固定安装于所述潜水泵主体(10)顶部的吊装连接件(3)；所述潜水泵(1)通过所述吊装连接件(3)安装于所述牵引绳(8)的自由端上，所述排泥管(6)与所述潜水泵主体(10)的出口相连接，两支所述水枪喷头(2)上分别连接有一根进水管(5)，每根所述进水管(5)的外端分别连接有一个高压进水泵(4)，所述高压进水泵(4)用于通过所述进水管(5)为相应所述水枪喷头(2)提供高压水流，所述潜水泵(1)通过两股高压水流冲击沉井底部以对沉井底部进行冲挖下沉施工。
2.根据权利要求1所述的一种沉井不排水下沉施工系统，其特征在于，所述潜水泵主体(10)的上部和下部分别设有一对呈水平分布的连接件(9)，所述水枪喷头(2)通过所述连接件(9)固定安装于所述潜水泵主体(1)上。
3.根据权利要求2所述的一种沉井不排水下沉施工系统，其特征在于，所述潜水泵主体(1)的功率为25KW。
4.根据权利要求1-3任意一项所述沉井不排水下沉施工系统的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、设备拼装，选取25KW大功率潜水泵，通过连接件将两支水枪喷头固定于25KW大功率潜水泵的两侧，同时在25KW大功率潜水泵的顶部加装吊装连接件；
将高压进水泵、进水管和水枪喷头依次密封连接，同时将排泥管与25KW大功率潜水泵的出口密封连接好，排泥管的出口端位于沉井外泥浆池；
步骤2、冲挖吸土施工，25KW大功率潜水泵改装完成并分别与高压进水泵和排泥管连接完成后，用测绳测量沉井内土体位置，采用汽车吊通过牵引绳将25KW大功率潜水泵放入沉井底部；首先开启高压进水泵通过水枪喷头冲刷沉井底部土体，然后开启潜水泵将沉井底部冲刷出的泥浆通过排泥管抽排至沉井外泥浆池，整个冲挖过程保持井内水位高于地下水；
步骤3、降水下沉施工，关闭高压进水泵并保持25KW大功率潜水泵开启，将沉井内水位降至地下平衡水位以下，使沉井缓慢下沉；
步骤4、重复步骤2和3，直至沉井下沉至设计标高；
步骤5、沉井冲挖下沉到位且稳定后，在沉井底部抛填25cm～30cm厚的粗碎石垫层，根据沉井底隔梁分格情况，采用导管法逐格浇筑水下混凝土封底。
5.根据权利要求4所述的施工方法，其特征在于，在所述步骤2中，在通过水枪喷头冲刷沉井底部土体时，通过汽车吊控制牵引绳以移动潜水泵，将沉井底部冲挖成中心下凹的半椭球体形。
6.根据权利要求5所述的施工方法，其特征在于，在所述步骤2中，在开启高压进水泵通过水枪喷头冲刷沉井底部土体时，沉井底部中央冲刷深度不超过1m，沉井底部四周刃脚土埂保持80cm。
7.根据权利要求6所述的施工方法，其特征在于，在所述步骤2中，在冲刷沉井底部土体时，控制高压水枪注入沉井内的水量与25KW大功率潜水泵抽排泥浆量一致。
8.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于，在所述步骤2中，在开启高压进水泵通过水枪喷头冲刷沉井底部土体前，往沉井内注入清水，使沉井内水位保持在地下水位线以上，防止沉井内部压力偏小，外部泥浆混合物大量涌入沉井内。
9.根据权利要求4所述的施工方法，其特征在于，在所述步骤5中，所述粗碎石垫层中的碎石粒径为40～150mm。
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