CN111622251A - 一种装配式沉井结构及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种装配式沉井结构及其施工方法，井壁结构由多段环形结构竖向拼接组成；每一段环形结构由多个预制井片结构首尾相连封闭组成；相邻预制井片结构通过横向连接构件及纵向连接构件的连接，形成完整牢固的井壁结构；当沉井结构的深度较大时，将沉井结构分段，每段由一个或多个环形结构组成，每一分段内的环型结构相互连接固定，每一分段之间设置承台结构，承台结构上下对称，在承台结构之间放置千斤顶，千斤顶在施工时起到向下顶推预制井片结构的作用；施工过程中，在钢绞线的上端位置设置穿心千斤顶，穿心千斤顶与承台结构间的千斤顶相互配合，完成井壁结构的下沉；该沉井结构不受自重的限制，施工速度快，对环境影响小，节约造价。
Description
技术领域
本发明涉及一种装配式沉井结构及其施工方法，应用于土木工程中地下结构及基础工程领域。
背景技术
随着城镇化发展速度的加快，土地资源越来越紧张，地上空间出现了供不应求、价格居高不下的局面，某些地区已经无地可用。地下空间的开发和利用为缓解城市用地紧张、改善城市环境及交通状况、节能环保等提供了可能。
竖井形式的地下结构可应用于地下汽车车库、地下自行车车库、地下蓄水池、地下粮仓、地下储藏空间、隧道等地下空间的垂直连接通道和筒形基础等。但是由于修建地下结构需要土方大开挖，取土放坡，施工作业面积远大于建筑本身的占地面积，这对于一些施工场地受限制的城区来说是难以实现的。
普通沉井结构是一个井筒状的结构物，它不用放坡，占地面积小，是从井内挖土、依靠自身重力克服井壁摩阻力后下沉到设计标高，然后用混凝土封底，浇筑底板形成地下利用空间。但是由于其沉入主要是靠自重克服井壁摩阻力，井内全断面除土降低端阻力下沉，因此壁厚受自重和沉入阻抗制约，对于侧壁摩阻力较大的结构，井管沉入地下较困难，往往把井壁做的很厚，既不经济又减少了地下空间的利用；同时由于需要现场分层浇筑混凝土，其施工工序如绑扎钢筋、支模板、浇筑混凝土和养护等需要重复多次进行，内部的结构影响沉井结构的施工，工艺复杂，影响结构质量、工期和造价。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种装配式沉井结构及其施工方法，该沉井结构不受自重的限制，施工速度快，对环境影响小，节约造价。
为达到上述目的，本发明所采取的方案为：一种装配式沉井结构，所述沉井结构由井壁结构及底板结构组成，其特征在于，所述井壁结构由多段环形结构竖向拼接组成；每一段环形结构由多个预制井片结构首尾相连封闭组成；所述预制井片结构内部设置有横向预留孔道及纵向预留孔道；横向预留孔道内能够容纳横向连接构件，所述横向连接构件能够将单独的一段环形结构内的多个预制井片结构拉紧并锁定；纵向预留孔道内能够容纳纵向连接构件，所述纵向连接构件能够将纵向分布的多段环形结构拉紧并锁定；当沉井结构深度较大时，将沉井结构分段，每段由一个或多个环形结构组成，每一分段内的环型结构相互连接固定，每一分段之间设置承台结构，所述承台结构上下对称，在承台结构之间放置千斤顶，所述千斤顶在施工时起到向下顶推预制井片结构的作用；相邻预制井片结构通过横向连接构件及纵向连接构件的连接，形成完整牢固的井壁结构；所述底板结构为现浇钢筋混凝土结构，当所述井壁结构下沉到设计深度后进行底板结构的浇筑，形成封闭的沉井结构。
可选地，所述横向连接构件及纵向连接构件为预应力钢绞线或/和高强度螺栓；当沉井结构下沉到设计位置后，将横向预留孔道及纵向预留孔道注浆封闭，使得横向连接构件及纵向连接构件与空气隔绝。
可选地，所述预制井片结构由钢筋混凝土结构或钢-混凝土组合结构或钢结构预制而成，所述预制井片结构上端面间隔设置有导向岛，下端面与导向岛对应位置处设置有导向槽，相邻上下段的预制井片结构通过导向岛与导向槽的配合完成拼装。
可选地，所述预制井片结构为平面或弧面结构，同一段环形结构内的相邻预制井片结构之间能够设置有角撑，增强井壁结构的完整性。
可选地，当纵向连接构件为预应力钢绞线时，所述预应力钢绞线沿着井壁结构通长设置，所述预应力钢绞线下端与最底部预制井片结构下端面相连，预应力钢绞线完整通长，长度大于沉井结构的深度，预应力钢绞线通过预制井片结构内预留的纵向孔道将纵向分布的多段预制井片结构串接，形成完整牢固的井壁结构。
可选地，施工过程中，在钢绞线的上端位置能够设置穿心千斤顶，所述穿心千斤顶与承台结构间的千斤顶相互配合，完成井壁结构的分段下沉；所述穿心千斤顶与承台结构间的千斤顶相互配合，通过不均匀顶进，能够调整沉井结构姿态，纠正沉井结构下沉过程中的倾斜；承台结构所在的预制井片结构外侧设置有挡土水的钢环；根据后期井壁结构内的净空要求，能够对承台结构进行拆除。
可选地，所述预制井片结构在外侧壁预留有注浆孔道，井壁结构下沉到设计位置后，通过注浆孔道向周边土体注入胶凝材料，增强沉井结构周边土体的稳定性和防水性；在沉井结构施工过程中，通过注浆孔道向周边土体注入润滑材料，减小井壁结构与周边土体的摩擦力。
可选地，最底部预制井片结构下端面设置有钢刃脚结构或混凝土刃脚结构；除最底部及最顶部预制井片结构三个端面设置止水胶条外，其他预制井片结构四个端面均设置有止水胶条。
可选地，在井壁结构外部设置反力锚杆，反力锚杆能够通过顶部钢梁向预制管片结构施加下压力，起到辅助下沉的作用；在沉井结构外侧施工止水帷幕及降水井，保证施工期间地下水位低于开挖面。
可选地，所述沉井结构形成的空间能够用于地下汽车车库、地下自行车车库、地下蓄水池、地下粮仓、地下储藏空间。
可选地，一种施工所述装配式沉井结构的方法，其特征在于包括以下施工步骤：
步骤一：根据运输和吊装条件确定组成沉井结构井壁的单个预制井片结构的尺寸范围；根据沉井结构深度计算组成沉井结构井壁的环形结构所需段数；根据沉井结构平面尺寸确定每一段环形结构中预制井片结构的个数；
步骤二：工厂加工预制井片结构；
步骤三：在沉井结构位置预挖基坑，所述基坑平面尺寸大于沉井结构占地尺寸；将坑底整平，在坑底沉井结构井壁位置铺设一圈砂垫层；
步骤四：将预制井片结构运至现场，并在坑底砂垫层上拼装刃脚结构和首段环形结构的预制井片结构；预制井片结构之间首尾相连并用横向连接构件拉紧及锁定；
步骤五：进行预制井片结构所围空间下部的土方开挖，使首段预制井片结构沉入地下；
步骤六：拼装接高下一段环形结构，上下段环形结构的预制井片结构通过纵向连接构件连接；
步骤七：预制井片结构所围空间下部的土方继续开挖，使加高的第二段预制井片结构沉入地下；
步骤八：重复步骤七和八，直至所有井壁结构沉入至指定深度；
步骤九：当沉井结构的深度较大或下沉困难时，通过承台结构之间的千斤顶与钢绞线上端位置的穿心千斤顶相互配合完成预制井片结构的下沉，具体步骤如下：
a)位于同一截面的多个承台结构之间的千斤顶同步工作，利用该截面千斤顶上部的所有环形结构所提供的反力，推动该截面千斤顶下部所有的环形结构下沉；
b)承台结构之间的千斤顶解除工作；
c)位于钢绞线上端位置的穿心千斤顶作用在最上部的环形结构的上端面，钢绞线下端与最底部预制井片结构下端面相连或与刃脚结构相连，穿心千斤顶工作，将钢绞线拉紧，进而将所有的井壁结构纵向方向上拉紧；
d)穿心千斤顶解除工作；
e)重复步骤a)-d)，当所有井壁结构沉入至设计深度时，将钢绞线与最上部的环形结构进行锁定；
步骤十：浇筑底板结构，底板结构为现浇钢筋混凝土结构，底板结构与首段环形结构下端面固定连接，形成封闭的沉井结构。
本发明的优点和积极效果是：沉井结构井壁结构由多段环形结构竖向拼接组成；每一段环形结构由多个预制井片结构首尾相连封闭组成；相邻预制井片结构通过横向连接构件及纵向连接构件的连接，形成完整牢固的井壁结构；当沉井结构的深度较大时，将沉井结构分段，每段由一个或多个环形结构组成，每一分段内的环型结构相互连接固定，每一分段之间设置承台结构，承台结构上下对称，在承台结构之间放置千斤顶，千斤顶在施工时起到向下顶推预制井片结构的作用；施工过程中，在钢绞线的上端位置设置穿心千斤顶，穿心千斤顶与承台结构间的千斤顶相互配合，完成井壁结构的下沉；该沉井结构不受自重的限制，施工速度快，对环境影响小，节约造价。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例一种装配式沉井结构的整体结构主视图；
图2-5为本发明实施例一种装配式沉井结构的井壁结构主视图及俯视图；
图6为本发明实施例一种装配式沉井结构上下段井壁结构连接图；
图7为本发明实施例一种装配式沉井结构的整体结构俯视图；
图8为本发明实施例一种装配式沉井结构的承台结构详图；
图9为本发明实施例一种装配式沉井结构的钢刃脚结构详图。
图中：1、井壁结构；2、底板结构；3、环形结构；4、预制井片结构；5、横向预留孔道；6、纵向预留孔道；7、横向连接构件；8、纵向连接构件；9、承台结构；10、千斤顶；11、导向岛；12、导向槽；13、角撑；14、穿心千斤顶；15、钢环；16、注浆孔道；17、刃脚结构；18、止水胶条。
具体实施方式
以下参照附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1~9所示，一种装配式沉井结构，所述沉井结构由井壁结构(1)及底板结构(2)组成，其特征在于，所述井壁结构(1)由多段环形结构(3)竖向拼接组成；每一段环形结构(3)由多个预制井片结构(4)首尾相连封闭组成；所述预制井片结构(4)内部设置有横向预留孔道(5)及纵向预留孔道(6)；横向预留孔道(5)内能够容纳横向连接构件(7)，所述横向连接构件(7)能够将单独的一段环形结构(3)内的多个预制井片结构(4)拉紧并锁定；纵向预留孔道(6)内能够容纳纵向连接构件(8)，所述纵向连接构件(8)能够将纵向分布的多段环形结构(3)拉紧并锁定；当沉井结构深度较大时，将沉井结构分段，每段由一个或多个环形(3)结构组成，每一分段内的环型结构(3)相互连接固定，每一分段之间设置承台结构(9)，所述承台结构(9)上下对称，在承台结构(9)之间放置千斤顶(10)，所述千斤顶(10)在施工时起到向下顶推预制井片结构(4)的作用；相邻预制井片结构(4)通过横向连接构件(7)及纵向连接构件(8)的连接，形成完整牢固的井壁结构(1)；所述底板结构(2)为现浇钢筋混凝土结构，当所述井壁结构(1)下沉到设计深度后进行底板结构(2)的浇筑，形成封闭的沉井结构。
作为一可选实施例，所述横向连接构件(7)及纵向连接构件(8)为预应力钢绞线或/和高强度螺栓；当沉井结构下沉到设计位置后，将横向预留孔道(5)及纵向预留孔道(6)注浆封闭，使得横向连接构件(7)及纵向连接构件(8)与空气隔绝。
作为一可选实施例，所述预制井片结构(4)由钢筋混凝土结构或钢-混凝土组合结构或钢结构预制而成，所述预制井片结构(4)上端面间隔设置有导向岛(11)，下端面与导向岛(11)对应位置处设置有导向槽(12)，相邻上下段的预制井片结构(4)通过导向岛(11)与导向槽(12)的配合完成拼装。
作为一可选实施例，所述预制井片结构(4)为平面或弧面结构，同一段环形结构(3)内的相邻预制井片结构(4)之间能够设置有角撑(13)，增强井壁结构(1)的完整性。
作为一可选实施例，当纵向连接构件(8)为预应力钢绞线时，所述预应力钢绞线沿着井壁结构(1)通长设置，所述预应力钢绞线下端与最底部预制井片结构(4)下端面相连，预应力钢绞线完整通长，长度大于沉井结构的深度，预应力钢绞线通过预制井片结构(4)内预留的纵向孔道将纵向分布的多段预制井片结构(4)串接，形成完整牢固的井壁结构(1)。
作为一可选实施例，施工过程中，在钢绞线的上端位置能够设置穿心千斤顶(14)，所述穿心千斤顶(14)与承台结构(9)间的千斤顶(10)相互配合，完成井壁结构(1)的分段下沉；所述穿心千斤顶与承台结构间的千斤顶相互配合，通过不均匀顶进，能够调整沉井结构姿态，纠正沉井结构下沉过程中的倾斜；承台结构(9)所在的预制井片结构(4)外侧设置有挡土水的钢环(15)；根据后期井壁结构内的净空要求，能够对承台结构进行拆除。
作为一可选实施例，所述预制井片结构(4)在外侧壁预留有注浆孔道(16)，井壁结构(1)下沉到设计位置后，通过注浆孔道(16)向周边土体注入胶凝材料，增强沉井结构周边土体的稳定性和防水性；在沉井结构施工过程中，通过注浆孔道(16)向周边土体注入润滑材料，减小井壁结构(1)与周边土体的摩擦力。
作为一可选实施例，最底部预制井片结构(4)下端面设置有钢刃脚结构(17)或混凝土刃脚结构；除最底部及最顶部预制井片结构(4)三个端面设置止水胶条外(18)，其他预制井片结构(4)四个端面均设置有止水胶条。
作为一可选实施例，在井壁结构(1)外部设置反力锚杆，反力锚杆能够通过顶部钢梁向预制管片结构(4)施加下压力，起到辅助下沉的作用；在沉井结构外侧施工止水帷幕及降水井，保证施工期间地下水位低于开挖面。
作为一可选实施例，所述沉井结构形成的空间能够用于地下汽车车库、地下自行车车库、地下蓄水池、地下粮仓、地下储藏空间。
可选地，一种施工所述装配式沉井结构的方法，其特征在于包括以下施工步骤：
步骤一：根据运输和吊装条件确定组成沉井结构井壁的单个预制井片结构(4)的尺寸范围；根据沉井结构深度计算组成沉井结构井壁的环形结构(3)所需段数；根据沉井结构平面尺寸确定每一段环形结构(3)中预制井片结构(4)的个数；
步骤二：工厂加工预制井片结构(4)；
步骤三：在沉井结构位置预挖基坑，所述基坑平面尺寸大于沉井结构占地尺寸；将坑底整平，在坑底沉井结构井壁位置铺设一圈砂垫层；
步骤四：将预制井片结构(4)运至现场，并在坑底砂垫层上拼装刃脚结构(17)和首段环形结构(3)的预制井片结构(4)；预制井片结构(4)之间首尾相连并用横向连接构件(7)拉紧及锁定；
步骤五：进行预制井片结构(4)所围空间下部的土方开挖，使首段预制井片结构(4)沉入地下；
步骤六：拼装接高下一段环形结构(3)，上下段环形结构(3)的预制井片结构(4)通过纵向连接构件(8)连接；
步骤七：预制井片结构(4)所围空间下部的土方继续开挖，使加高的第二段预制井片结构(4)沉入地下；
步骤八：重复步骤七和八，直至所有井壁结构(1)沉入至指定深度；
步骤九：当沉井结构的深度较大或下沉困难时，通过承台结构(9)之间的千斤顶(10)与钢绞线上端位置的穿心千斤顶(14)相互配合完成预制井片结构(4)的下沉，具体步骤如下：
a)位于同一截面的多个承台结构(9)之间的千斤顶(10)同步工作，利用该截面千斤顶(10)上部的所有环形结构(3)所提供的反力，推动该截面千斤顶(10)下部所有的环形结构(3)下沉；
b)承台结构(9)之间的千斤顶(10)解除工作；
c)位于钢绞线上端位置的穿心千斤顶(14)作用在最上部的环形结构(3)的上端面，钢绞线下端与最底部预制井片结构(4)下端面相连或与刃脚结构(17)相连，穿心千斤顶(14)工作，将钢绞线拉紧，进而将所有的井壁结构(1)纵向方向上拉紧；
d)穿心千斤顶(14)解除工作；
e)重复步骤a)-d)，当所有井壁结构(1)沉入至设计深度时，将钢绞线与最上部的环形结构(3)进行锁定；
步骤十：浇筑底板结构(2)，底板结构(2)为现浇钢筋混凝土结构，底板结构与首段环形结构(3)下端面固定连接，形成封闭的沉井结构。
Claims (10)
1.一种装配式沉井结构，所述沉井结构由井壁结构及底板结构组成，其特征在于：所述井壁结构由多段环形结构竖向拼接组成；每一段环形结构由多个预制井片结构首尾相连封闭组成；所述预制井片结构内部设置有横向预留孔道及纵向预留孔道；横向预留孔道内能够容纳横向连接构件，所述横向连接构件能够将单独的一段环形结构内的多个预制井片结构拉紧并锁定；纵向预留孔道内能够容纳纵向连接构件，所述纵向连接构件能够将纵向分布的多段环形结构拉紧并锁定；当沉井结构深度较大时，将沉井结构分段，每段由一个或多个环形结构组成，每一分段内的环型结构相互连接固定，每一分段之间设置承台结构，所述承台结构上下对称，在承台结构之间放置千斤顶，所述千斤顶在施工时起到向下顶推预制井片结构的作用；相邻预制井片结构通过横向连接构件及纵向连接构件的连接，形成完整牢固的井壁结构；所述底板结构为现浇钢筋混凝土结构，当所述井壁结构下沉到设计深度后进行底板结构的浇筑，形成封闭的沉井结构。
2.根据权利要求1所述的一种装配式沉井结构，其特征在于：所述横向连接构件及纵向连接构件为预应力钢绞线或/和高强度螺栓；当沉井结构下沉到设计位置后，将横向预留孔道及纵向预留孔道注浆封闭，使得横向连接构件及纵向连接构件与空气隔绝。
3.根据权利要求1所述的一种装配式沉井结构，其特征在于：所述预制井片结构由钢筋混凝土结构或钢-混凝土组合结构或钢结构预制而成，所述预制井片结构上端面间隔设置有导向岛，下端面与导向岛对应位置处设置有导向槽，相邻上下段的预制井片结构通过导向岛与导向槽的配合完成拼装。
4.根据权利要求1所述的一种装配式沉井结构，其特征在于：所述预制井片结构为平面或弧面结构，同一段环形结构内的相邻预制井片结构之间能够设置有角撑，增强井壁结构的完整性。
5.根据权利要求2所述的一种装配式沉井结构，其特征在于：当纵向连接构件为预应力钢绞线时，所述预应力钢绞线沿着井壁结构通长设置，所述预应力钢绞线下端与最底部预制井片结构下端面相连，预应力钢绞线完整通长，长度大于沉井结构的深度，预应力钢绞线通过预制井片结构内预留的纵向孔道将纵向分布的多段预制井片结构串接，形成完整牢固的井壁结构。
6.根据权利要求2所述的一种装配式沉井结构，其特征在于：施工过程中，在钢绞线的上端位置能够设置穿心千斤顶，所述穿心千斤顶与承台结构间的千斤顶相互配合，完成井壁结构的分段下沉；所述穿心千斤顶与承台结构间的千斤顶相互配合，通过不均匀顶进，能够调整沉井结构姿态，纠正沉井结构下沉过程中的倾斜；承台结构所在的预制井片结构外侧设置有挡土水的钢环；根据后期井壁结构内的净空要求，能够对承台结构进行拆除。
7.根据权利要求1所述的一种装配式沉井结构，其特征在于：所述预制井片结构在外侧壁预留有注浆孔道，井壁结构下沉到设计位置后，通过注浆孔道向周边土体注入胶凝材料，增强沉井结构周边土体的稳定性和防水性；在沉井结构施工过程中，通过注浆孔道向周边土体注入润滑材料，减小井壁结构与周边土体的摩擦力。
8.根据权利要求1所述的一种装配式沉井结构，其特征在于：最底部预制井片结构下端面设置有钢刃脚结构或混凝土刃脚结构；除最底部及最顶部预制井片结构三个端面设置止水胶条外，其他预制井片结构四个端面均设置有止水胶条。
9.根据权利要求1所述的一种装配式沉井结构，其特征在于：在井壁结构外部设置反力锚杆，反力锚杆能够通过顶部钢梁向预制管片结构施加下压力，起到辅助下沉的作用；在沉井结构外侧施工止水帷幕及降水井，保证施工期间地下水位低于开挖面；所述沉井结构形成的空间能够用于地下汽车车库、地下自行车车库、地下蓄水池、地下粮仓、地下储藏空间。
10.一种施工权利要求1所述装配式沉井结构的方法，其特征在于包括以下施工步骤：
步骤一：根据运输和吊装条件确定组成沉井结构井壁的单个预制井片结构的尺寸范围；根据沉井结构深度计算组成沉井结构井壁的环形结构所需段数；根据沉井结构平面尺寸确定每一段环形结构中预制井片结构的个数；
步骤二：工厂加工预制井片结构；
步骤三：在沉井结构位置预挖基坑，所述基坑平面尺寸大于沉井结构占地尺寸；将坑底整平，在坑底沉井结构井壁位置铺设一圈砂垫层；
步骤四：将预制井片结构运至现场，并在坑底砂垫层上拼装刃脚结构和首段环形结构的预制井片结构；预制井片结构之间首尾相连并用横向连接构件拉紧及锁定；
步骤五：进行预制井片结构所围空间下部的土方开挖，使首段预制井片结构沉入地下；
步骤六：拼装接高下一段环形结构，上下段环形结构的预制井片结构通过纵向连接构件连接；
步骤七：预制井片结构所围空间下部的土方继续开挖，使加高的第二段预制井片结构沉入地下；
步骤八：重复步骤七和八，直至所有井壁结构沉入至指定深度；
步骤九：当沉井结构的深度较大或下沉困难时，通过承台结构之间的千斤顶与钢绞线上端位置的穿心千斤顶相互配合完成预制井片结构的下沉，具体步骤如下：
a)位于同一截面的多个承台结构之间的千斤顶同步工作，利用该截面千斤顶上部的所有环形结构所提供的反力，推动该截面千斤顶下部所有的环形结构下沉；
b)承台结构之间的千斤顶解除工作；
c)位于钢绞线上端位置的穿心千斤顶作用在最上部的环形结构的上端面，钢绞线下端与最底部预制井片结构下端面相连或与刃脚结构相连，穿心千斤顶工作，将钢绞线拉紧，进而将所有的井壁结构纵向方向上拉紧；
d)穿心千斤顶解除工作；
e)重复步骤a)-d)，当所有井壁结构沉入至设计深度时，将钢绞线与最上部的环形结构进行锁定；
步骤十：浇筑底板结构，底板结构为现浇钢筋混凝土结构，底板结构与首段环形结构下端面固定连接，形成封闭的沉井结构。
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