CN113174988A - 双壁混凝土沉井结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双壁混凝土沉井结构及施工方法，涉及混凝土沉井技术领域，包括混凝土内壁、混凝土外壁、若干个混凝土隔墙以及若干个增强锚杆，混凝土外壁与混凝土内壁之间形成容纳腔；混凝土隔墙设置于容纳腔内；增强锚杆贯穿混凝土内壁和混凝土外壁设置，且沿混凝土外壁的径向向外延伸；其中，混凝土外壁的下端设有刃脚组件，刃脚组件向混凝土内壁一侧延伸，并封堵于容纳腔的下口处。本发明提供的双壁混凝土沉井结构，利用混凝土内壁、混凝土外壁和混凝土隔墙形成双壁混凝土沉井，再将上述双壁沉井沉入地下后，增强锚杆伸入土层内部，向增强锚杆内注入砂浆，使增强锚杆与外周土体严密结合，提高了双壁沉井与外部土层的紧密连接。

Description

双壁混凝土沉井结构及施工方法

技术领域

本发明属于混凝土沉井技术领域，更具体地说，是涉及一种双壁混凝土沉井结构及施工方法。

背景技术

沉井是一种在地面上制成的、上下均敞口的空心井筒状结构，通过去除井下及井筒内的土体，依靠自重或配以助沉措施使之沉到地下某一深度，属于一种地下构筑物，广泛用于桥梁、房建、市政、矿山、水利、海洋等工程中。

随着施工工艺和设备的快速发展，基础工程施工进度已经成为制约总体工程进度的主要影响因素。沉井基础采用现场逐节浇筑或砌筑、井筒内取土下沉的方法，下沉过程中易偏斜，进而造成现场工作量大，作业周期长的问题，人工及材料消耗多。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双壁混凝土沉井结构及施工方法，能够提高双壁沉井的下沉速度，增强沉井与周围土体的连接强度，具有可靠的承托作用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种双壁混凝土沉井结构，包括混凝土内壁、混凝土外壁、若干个混凝土隔墙以及若干个增强锚杆，混凝土外壁套设于混凝土外壁的外周，与混凝土内壁之间形成容纳腔；混凝土隔墙连接于混凝土内壁与混凝土外壁之间，且位于容纳腔内，混凝土隔墙沿混凝土外壁的径向设置；增强锚杆贯穿混凝土内壁和混凝土外壁设置，且沿混凝土外壁的径向向外延伸；

其中，混凝土外壁的下端设有刃脚组件，刃脚组件向混凝土内壁一侧延伸，并封堵于容纳腔的下口处。

在一种可能的实现方式中，刃脚组件包括刃脚外板、刃脚内板以及加固板，刃脚外板位于混凝土外壁的下方，且与混凝土外壁中的钢筋固定连接；刃脚内板与刃脚外边的下边缘固定连接，刃脚内板自下而上向背离刃脚外板的一侧倾斜，刃脚外板的上边缘与混凝土内壁中的钢筋固定连接；加固板连接于刃脚外板与刃脚内板之间。

一些实施例中，刃脚外板的上边缘还设有向混凝土外壁的内侧倾斜的延伸板，混凝土外壁中的钢筋的下端连接于延伸板的顶面上，自混凝土外壁的外周向混凝土外壁的中心，延伸板的厚度逐渐减小。

一些实施例中，加固板的板面沿混凝土外壁的径向设置，加固板的上边缘低于刃脚内板的上边缘设置，加固板向下延伸至分别与刃脚外板和刃脚内板的板面相接。

一些实施例中，加固板的厚度自上而下逐渐变大。

在一种可能的实现方式中，混凝土外壁上还设有若干个沿周向间隔排布的喷水孔，喷水孔连接有供水管。

在一种可能的实现方式中，增强锚杆在上下方向上间隔排布有若干层，每层增强锚杆包括若干个在混凝土外壁的圆周方向上间隔排布的增强锚杆。

在一种可能的实现方式中，混凝土内壁的内周壁上设有沿周向延伸的加强槽，加强槽的外部开口宽度大于内部槽底宽度。

本发明还提供了一种适用于双壁混凝土沉井结构的施工方法，包括以下步骤：

挖基坑铺垫木；

拼装刃脚组件；

支模、绑钢筋，绑扎混凝土内壁、混凝土外壁以及混凝土隔板的钢筋；

连接钢筋和刃脚组件，连接混凝土内壁的钢筋和混凝土外壁的钢筋的下端至刃脚组件上；

浇筑双壁沉井，振捣并养护；

抽除垫板并下沉，安装增强锚杆使其贯穿混凝土内壁和混凝土外壁，向增强锚杆中灌入混凝土砂浆；

清理基底并封底。

在一种可能的实现方式中，在支模、绑钢筋步骤后，安装预埋套管至预设位置；

在抽除垫板并下沉拆除步骤后，从混凝土外壁和混凝土内壁上拆除预埋套管后，安装增强锚杆。

本申请实施例所示的方案，与现有技术相比，本申请实施例提供的双壁混凝土沉井结构，利用混凝土内壁、混凝土外壁和混凝土隔墙形成双壁混凝土沉井，再将上述双壁沉井沉入地下后，另外设置了贯穿混凝土内壁和混凝土外壁的增强锚杆，增强锚杆伸入土层内部，向增强锚杆内注入砂浆，使增强锚杆与外周土体严密结合，提高了双壁沉井与外部土层的紧密连接，刃脚组件设置在混凝土外壁和混凝土内壁之间，可对容纳腔的下口进行封堵，在双壁沉井下沉过程中刃脚组件可以对下部土体有效切削，提高双壁沉井的下沉效率，降低下沉阻力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的双壁混凝土沉井结构的主视剖视结构示意图；

图2为本发明实施例图1的俯视结构示意图；

图3为本发明实施例提供的双壁混凝土沉井结构浇筑时主视剖视结构示意图；

图4为本发明实施例提供图1中Ⅰ的局部放大结构示意图；

图5为本发明实施例提供图4中A-A的剖视结构示意图；

图6为本发明实施例提供图1中刃脚组件的俯视放大结构示意图；

图7为本发明实施例提供的双壁混凝土沉井结构结构的施工方法的施工流程图。

其中，图中各附图标记：

1、混凝土内壁；11、加强槽；12、容纳腔；2、混凝土外壁；3、混凝土隔墙；4、增强锚杆；41、锚孔；5、刃脚组件；51、刃脚外板；52、刃脚内板；53、加固板；54、延伸板；6、预埋套管；7、供水管。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“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，而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。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更若干个该特征。在本发明的描述中，“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

沉井基础是一个井筒状的结构物，它是从井内挖土、依靠自身重力克服井壁摩阻力后下沉到设计标高，然后采用混凝土封底并填塞井孔，使其成为桥梁墩台或其他结构物的基础。沉井基础的特点是埋置深度可以很大，整体性强、稳定性好，有较大的承载面积，能承受较大的垂直荷载和水平荷载；沉井既是基础，又是施工时的挡土和挡水的围堰结构物。

沉井按其截面轮廓分，有圆形、矩形和圆端形等三类。圆形沉井水流阻力小，在同等面积下，同其他类型相比，周长最小、摩阻力相应减小，便于下沉；井壁只受轴向压力，且无绕轴线偏移问题。矩形沉井和等面积的圆形沉井相比，其惯性矩及核心半径均较大，对基底受力有利；在侧压力作用下，沉井混凝土外壁2受较大的挠曲应力。圆端形沉井对支撑建筑物的适应性较好，也可充分利用基础的圬工，井壁受力也较矩形有所改善，但施工较复杂。本申请中，以圆形混凝土双壁沉井为例进行结构描述，对于矩形或圆端形结构也适用。

请一并参阅图1及图7，现对本发明提供的双壁混凝土沉井结构及施工方法进行说明。双壁混凝土沉井结构，包括混凝土内壁1、混凝土外壁2、若干个混凝土隔墙3以及若干个增强锚杆4，混凝土外壁2套设于混凝土外壁2的外周，与混凝土内壁1之间形成容纳腔12；混凝土隔墙3连接于混凝土内壁1与混凝土外壁2之间，且位于容纳腔12内，混凝土隔墙3沿混凝土外壁2的径向设置；增强锚杆4贯穿混凝土内壁1和混凝土外壁2设置，且沿混凝土外壁2的径向向外延伸；

其中，混凝土外壁2的下端设有刃脚组件5，刃脚组件5向混凝土内壁1一侧延伸，并封堵于容纳腔12的下口处。

本实施例提供的双壁混凝土沉井结构，与现有技术相比，本实施例提供的双壁混凝土沉井结构，利用混凝土内壁1、混凝土外壁2和混凝土隔墙3形成双壁混凝土沉井，再将上述双壁沉井沉入地下后，另外设置了贯穿混凝土内壁1和混凝土外壁2的增强锚杆4，增强锚杆4伸入土层内部，向增强锚杆4内注入砂浆，使增强锚杆4与外周土体严密结合，提高了双壁沉井与外部土层的紧密连接，刃脚组件5设置在混凝土外壁2和混凝土内壁1之间，可对容纳腔12的下口进行封堵，在双壁沉井下沉过程中刃脚组件5可以对下部土体有效切削，提高双壁沉井的下沉效率，降低下沉阻力。

在一些实施例中，上述特征刃脚组件5可以采用如图3和图4所示结构。参见图3和图4，刃脚组件5包括刃脚外板51、刃脚内板52以及加固板53，刃脚外板51位于混凝土外壁2的下方，且与混凝土外壁2中的钢筋固定连接；刃脚内板52与刃脚外边的下边缘固定连接，刃脚内板52自下而上向背离刃脚外板51的一侧倾斜，刃脚外板51的上边缘与混凝土内壁1中的钢筋固定连接；加固板53连接于刃脚外板51与刃脚内板52之间。

刃脚外板51和刃脚内板52沿双壁沉井的周向延伸，并各自为封闭环形，刃脚外板51和刃脚内板52的纵向截面形成V字形结构。刃脚外板51连接在混凝土外壁2的下方，混凝土外壁2中的钢筋与刃脚外板51的上边缘焊接连接，混凝土内壁1中的钢筋与刃脚内板52的上边缘焊接连接，刃脚外板51和刃脚内板52的下边缘也采用焊接连接的形式，提高了刃脚组件5的整体性，使其具有良好的结构强度。设置在刃脚外板51和刃脚内板52之间的加固板53对刃脚外板51和刃脚内板52进行向外侧的有效支撑。当双壁沉井下沉时，刃脚组件5的下边缘先与土体接触，通过下边缘形成的尖端对下部土体进行切削，加固板53对刃脚外板51和刃脚内板52提供支撑作用，避免下沉过程中刃脚组件5受力发生变形。

一些可能的实现方式中，上述特征刃脚外板51采用如图3和图4所示结构。刃脚外板51的上边缘还设有向混凝土外壁2的内侧倾斜的延伸板54，混凝土外壁2中的钢筋的下端连接于延伸板54的顶面上。具体地，延伸板54的厚度逐渐变化，自混凝土外壁2的外周向混凝土外壁2的中心，延伸板54的厚度逐渐减小。

刃脚外板51上边缘设置的延伸板54能够和混凝土外壁2之间形成可靠连接，能够对上部的混凝土外壁2提供良好的支撑作用。双壁沉井下沉时，混凝土外壁2能够下压延伸板54，并借助延伸板54将力传送至刃脚外板51下部，实现对下方土体的切削，实现了力的有效传递，提高了下沉效率。

进一步的，混凝土延伸板54的外端的厚度逐渐变小，便于进行加固板53的布设。延伸板54在和混凝土外壁2有效连接的前提下，为加固板53的布设提供了更大的安装空间。

一些可能的实现方式中，上述特征延伸板54采用如图3和图4所示结构。加固板53的板面沿混凝土外壁2的径向设置，加固板53低于刃脚内板52的上边缘设置，加固板53向下延伸至分别与刃脚外板51和刃脚内板52的板面相接，加固板53的厚度自上而下逐渐变大。

加固板53用于从内侧向外顶撑刃脚内板52和刃脚外板51，使刃脚内板52和刃脚外板51之间具有稳定的夹角，避免下沉过程中受到土体挤压造成的变形。加固板53的高度低于刃脚内板52的上边缘的高度，避免造成对刃脚内板52和混凝土内壁1连接的干涉。加固板53的下端厚度较大，上端厚度较小，能够对刃脚组件5的底部提供可靠的支撑，保证刃脚组件5的V形结构的稳定，避免刃脚组件5受力变形，保证有效的下沉作用。

在一种可能的实现方式中，混凝土外壁2上还设有若干个沿周向间隔排布的喷水孔，喷水孔连接有供水管7。

下沉过程中，混凝土外壁2和土的摩擦力是主要的下沉阻力。为克服这种阻力，一是加大双壁沉井壁厚以增大其自身重力，或在双壁沉井上部增加压重，另外就是是设法减少混凝土外壁2和土之间的摩擦力。减少摩擦力的方法很多，本实施例中采用射水法，在下沉过程中通过向外部喷射水流以减小混凝土外壁2与周边土体之间的阻力。

在混凝土外壁2上设置喷水孔，利用供水管7向喷水孔内供入水，通过喷水孔向外喷水使混凝土外壁2与外部土层之间形成良好的润滑作用，降低双壁沉井下沉过程中所受到的摩擦力，提高下沉效率。

在一些实施例中，上述特征增强锚杆4可以采用如图1和图4所示结构。参见图1和图4，增强锚杆4在上下方向上间隔排布有若干层，每层增强锚杆4包括若干个在混凝土外壁2的圆周方向上间隔排布的增强锚杆4。

增强锚杆4贯穿混凝土内壁1和混凝土外壁2设置，当双壁沉井下沉到位后，通过增强锚杆4向混凝土外壁2外部的土层内灌入砂浆，砂浆经锚孔41进入周围土层内，使增强锚杆4能够可靠地固定在土层内部，保证双壁沉井在土体中位置的稳定性，能够为上方的构筑物提供良好的基础。

如图1和图4所示，在混凝土内壁1与混凝土外壁2之间设置加固板53的基础上，混凝土内壁1的内周壁上设有沿周向延伸的加强槽11，加强槽11的外部开口宽度大于内部槽底宽度。

设置在混凝土内壁1上的加强槽11，能够实现与封底混凝土之间的可靠连接，使双壁沉井下沉完毕后在上下方向上具有位置稳定性，避免其发生轴向窜动，进而提高基础承托的稳定性。

基于同一发明构思，本发明还提供了一种适用于双壁混凝土沉井结构的施工方法，包括以下步骤：

挖基坑铺垫木，挖基坑前将井孔内的所有杂物清除干净，并平整土地后根据双壁沉井的结构尺寸铺设垫木。

拼装刃脚组件5，焊接刃脚外板51、刃脚内板52以及加固板53，将刃脚组件5布设在垫木的合适位置。

支模、绑钢筋，绑扎混凝土内壁1、混凝土外壁2以及混凝土隔板的钢筋。将混凝土外壁2的钢筋和刃脚外板51相连，混凝土内壁1的钢筋和刃脚内板52相连，保证混凝土外壁2、混凝土内壁1和刃脚组件5相对位置的稳定。然后浇筑双壁沉井，振捣并养护。

抽除垫板并下沉，安装增强锚杆4使其贯穿混凝土内壁1和混凝土外壁2，向增强锚杆4中灌入混凝土砂浆。浇注混凝土双壁沉井，待混凝土强度达到100％后方可下沉。双壁沉井下沉时，需要对刃脚组件5下方进行土体的开挖。挖土按照对称开挖、同时开挖的方式进行。施工时，可在周向上分布多个区，各个区单独作业，实现双壁沉井圆周方向上的同步下沉。随挖随降，使双壁沉井平稳、顺利降至距设计标高150mm处时停止下沉24小时，观察沉井自身下沉情况，然后调整就位。

清理基底并封底，双壁沉井沉至设计标高稳定后进行封底板的施工。先在井底铺500mm厚毛石挤入下部土体内，然后浇筑300mm厚素混凝土，完成封底作用。

对于常用的陆地沉井一般采用就地制造的方式。就地制造的双壁沉井，采用混凝土浇筑制作而成，具有较大的自重。设置在双壁沉井下端的刃脚组件5的面积小，可以形成对下部土体的切削作用。在开挖好基坑并做完地面整平后，先铺垫木，以增加承压面积，再立模板制造双壁沉井。下沉前需边抽垫木,边以砂将刃脚处填实,然后再挖土下沉。

在支模、绑钢筋步骤后，安装预埋套管6至预设位置；在抽除垫板并下沉拆除步骤后，从混凝土外壁2和混凝土内壁1上拆除预埋套管6后，安装增强锚杆4。

在进行混凝土外壁2混凝土内壁1的浇筑时，需要在混凝土外壁2和混凝土内壁1上预留用于设置增强锚杆4的孔洞。这就需要在进行混凝土浇筑前，在模板中设置预埋套管6。当混凝土浇筑护成型后，再将预埋套管6拆除。之后，双壁沉井下沉到位，使增强锚杆4穿过混凝土外壁2和混凝土内壁1上的预留孔，并向增强锚杆4内灌注注砂浆，实现增强锚杆4的固定作用。

沉井到达设计标高后，一般用混凝土封底。井孔是否填充，可根据受力或稳定要求决定，可填砂石或混凝土，但在低于冻结线0.25米以上的部分,应用混凝土或圬工填实。最后一道工序是灌筑顶盖，以便对上方构筑物提供可靠的承托平台。

上述方法制得的双壁混凝土沉井，在下沉过程中及使用时承受侧压能力强，混凝土隔墙3连接于混凝土内壁1和混凝土外壁2之间既增加了双壁沉井的整体强度，又增加沉井在下沉过程中的刚度，增加了安全系数。

混凝土内壁1和混凝土外壁2之间的容纳腔12中可回填防冻沙或炉渣，一起到保温作用，降低了施工难度，节约了成本。

上述双壁沉井一次浇铸完成，使部分地下施工作业任务提前在地面完成施工，降低了施工难度和提高了施工作业安全系数，可以大大缩短施工工期和降低了施工造价，避免了土方开挖易塌陷等问题。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.双壁混凝土沉井结构，其特征在于，包括：

混凝土内壁；

混凝土外壁，套设于所述混凝土外壁的外周，与所述混凝土内壁之间形成容纳腔；

若干个混凝土隔墙，连接于所述混凝土内壁与所述混凝土外壁之间，且位于所述容纳腔内，所述混凝土隔墙沿所述混凝土外壁的径向设置；

若干个增强锚杆，贯穿所述混凝土内壁和所述混凝土外壁设置，且沿所述混凝土外壁的径向向外延伸；

其中，所述混凝土外壁的下端设有刃脚组件，所述刃脚组件向所述混凝土内壁一侧延伸，并封堵于所述容纳腔的下口处。

2.如权利要求1所述的双壁混凝土沉井结构，其特征在于，所述刃脚组件包括：

刃脚外板，位于所述混凝土外壁的下方，且与所述混凝土外壁中的钢筋固定连接；

刃脚内板，与所述刃脚外边的下边缘固定连接，所述刃脚内板自下而上向靠近所述混凝土内壁的一侧倾斜，所述刃脚内板的上边缘与所述混凝土内壁中的钢筋固定连接；

加固板，连接于所述刃脚外板与所述刃脚内板之间。

3.如权利要求2所述的双壁混凝土沉井结构，其特征在于，所述刃脚外板的上边缘还设有向所述混凝土外壁的内侧倾斜的延伸板，所述混凝土外壁中的钢筋的下端连接于所述延伸板的顶面上，自所述混凝土外壁的外周向所述混凝土外壁的中心，所述延伸板的厚度逐渐减小。

4.如权利要求2所述的双壁混凝土沉井结构，其特征在于，所述加固板的板面沿所述混凝土外壁的径向设置，所述加固板的上边缘低于所述刃脚内板的上边缘设置，所述加固板向下延伸至分别与所述刃脚外板和所述刃脚内板的板面相接。

5.如权利要求4所述的双壁混凝土沉井结构，其特征在于，所述加固板的厚度自上而下逐渐变大。

6.如权利要求1所述的双壁混凝土沉井结构，其特征在于，所述混凝土外壁上还设有若干个沿周向间隔排布的喷水孔，所述喷水孔连接有供水管。

7.如权利要求1-6中任一项所述的双壁混凝土沉井结构，其特征在于，所述增强锚杆在上下方向上间隔排布有若干层，每层所述增强锚杆包括若干个在所述混凝土外壁的圆周方向上间隔排布的所述增强锚杆。

8.如权利要求1-6中任一项所述的双壁混凝土沉井结构，其特征在于，所述混凝土内壁的内周壁上设有沿周向延伸的加强槽，所述加强槽的外部开口宽度大于内部槽底宽度。

9.一种适用于权利要求1-8中任一项所述的双壁混凝土沉井结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

挖基坑铺垫木；

拼装刃脚组件；

支模、绑钢筋，绑扎混凝土内壁、混凝土外壁以及混凝土隔板的钢筋；

连接钢筋和刃脚组件，连接所述混凝土内壁的钢筋和所述混凝土外壁的钢筋的下端至所述刃脚组件上；

浇筑双壁沉井，振捣并养护；

抽除垫板并下沉，安装增强锚杆使其贯穿所述混凝土内壁和所述混凝土外壁，向所述增强锚杆中灌入混凝土砂浆；

清理基底并封底。

10.如权利要求9所述的双壁混凝土沉井结构的施工方法，其特征在于，在所述支模、绑钢筋步骤后，安装预埋套管至预设位置；

在所述抽除垫板并下沉拆除步骤后，从所述混凝土外壁和所述混凝土内壁上拆除所述预埋套管后，安装所述增强锚杆。

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