CN115075356A - 结构加强型框架式排水井及排水井加固方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种结构加强型框架式排水井及排水井加固方法，涉及排水井加固技术领域，本发明提供的结构加强型框架式排水井，包括基座、圈梁和多根立柱，多根立柱沿圈梁的圆周间隔设置，且多根立柱分别与圈梁连接，基座连接于多个立柱的底部；基座上安装有中心柱，中心柱穿过圈梁，且中心柱与立柱之间安装有径向支撑件。本发明提供的结构加强型框架式排水井及排水井加固方法，可以对圈梁和立柱增加径向支撑，提高了排水井的结构稳定性，降低了排水井结构垮塌的风险。

Description

结构加强型框架式排水井及排水井加固方法

技术领域

本发明涉及排水井加固技术领域，尤其是涉及一种结构加强型框架式排水井及排水井加固方法。

背景技术

框架式排水井作为一种进水能力大、造价经济同时方便运行维护的进水构筑物，在尾矿库排洪系统中被广泛使用。框架式排水井一般由下部基座(或竖井)以及上部的井架部分组成，井架部分由预制钢筋混凝土拱板和现浇钢筋混凝土立柱和圈梁组成，立柱与圈梁之间形成的空间作为进水通道。

当框架式排水井某个构件由于质量问题导致局部承载力降低时，则容易导致由局部构件破坏演变为整体结构垮塌事故，主要体现在以下三个方面：

(1)在运行过程中，个别矿山尾矿库由于施工及运行管理不到位，尾矿库框架式排水井局部构件的质量缺陷或隐患问题较多；在单个构件承载能力不足的情况，首先表现为局部构件最容易发生局部破坏。

(2)排水井结构的整体安全性依赖于各个构件(拱板、立柱、圈梁)的安全；一旦某个构件承载能力不足，造成单个构件破坏后，形成荷载突变，此时传递给其他构件的荷载过大，超出其它构件的极限承载能力，引发整体结构的垮塌。

(3)排水井所承受的大部分外荷载均为径向于排水井圆心方向荷载(例如饱和水压力，侧向土压力、滩面结冰后形成的静冰压力等均为径向于排水井圆心方向荷载；风荷载则近似为径向方向)。然而对于目前的整个排水井结构体系来言，立柱只有圈梁提供的侧向支撑和约束，缺少来自径向方向的约束及支撑。当排水井某个构件破坏进而导致立柱承受较大的径向荷载时，在无径向方向支撑的条件下，容易发生结构破坏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构加强型框架式排水井及排水井加固方法，以缓解现有排水井易垮塌的技术问题。

第一方面，本发明提供的结构加强型框架式排水井，包括：基座、圈梁和多根立柱，多根所述立柱沿所述圈梁的圆周间隔设置，且多根所述立柱分别与所述圈梁连接，所述基座连接于多个所述立柱的底部；所述基座上安装有中心柱，所述中心柱穿过所述圈梁，且所述中心柱与所述立柱之间安装有径向支撑件。

结合第一方面，本发明提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述径向支撑件包括多根支撑横梁，多根所述支撑横梁平行，并沿所述中心柱的轴向间隔设置，多根所述支撑横梁连接在所述中心柱和所述立柱之间。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述径向支撑件还包括第一斜梁和第二斜梁，所述第一斜梁与所述第二斜梁交叉；

所述第一斜梁的一端和所述第二斜梁的一端分别与一根所述支撑横梁连接，所述第一斜梁的另一端和所述第二斜梁的另一端分别与另一根所述支撑横梁连接。

结合第一方面，本发明提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述径向支撑件包括支撑墙板，所述支撑墙板的板面与所述中心柱的轴向平行，且所述支撑墙板连接在所述中心柱和所述立柱之间。

结合第一方面，本发明提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述立柱包括：圈梁接合部和凸肋部，所述圈梁接合部与所述圈梁连接，所述凸肋部间接于所述圈梁接合部的外侧，且所述凸肋部相对于所述圈梁接合部向背离所述圈梁轴线的方向凸起。

结合第一方面，本发明提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述中心柱与所述基座浇筑形成一体结构。

结合第一方面，本发明提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述基座设有内腔和侧口，所述侧口设置于所述基座的侧壁，且所述侧口与所述内腔连通。

第二方面，本发明提供的排水井加固方法，包括以下步骤：

构建中心柱，并使中心柱的底部连接于基座，且所述中心柱穿过圈梁；

在所述中心柱与立柱之间加装径向支撑件。

结合第二方面，本发明提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述在所述中心柱与立柱之间加装径向支撑件的步骤包括：

采用钢筋混凝土结构在所述中心柱和所述立柱之间浇筑形成所述径向支撑件。

结合第二方面，本发明提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，所述在所述中心柱与立柱之间加装径向支撑件的步骤包括：

采用钢制结构作为所述径向支撑件，并通过螺栓连接的方式将径向支撑件连接在所述中心柱和所述立柱之间。

本发明实施例带来了以下有益效果：采用多根立柱沿圈梁的圆周间隔设置，且多根立柱分别与圈梁连接，基座连接于多个立柱的底部，通过在基座上安装中心柱，中心柱穿过圈梁，且中心柱与立柱之间安装有径向支撑件，可以对圈梁和立柱增加径向支撑，提高了排水井的结构稳定性，降低了排水井结构垮塌的风险。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或相关技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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他的附图。

图1为本发明实施例提供的第一种结构加强型框架式排水井的示意图；

图2为本发明实施例提供的第二种结构加强型框架式排水井的示意图；

图3为本发明实施例提供的第三种结构加强型框架式排水井的示意图；

图4为本发明实施例提供的沿圆周方向均布8个径向支撑件的结构加强型框架式排水井的横截面示意图；

图5为本发明实施例提供的沿圆周方向均布15个径向支撑件的结构加强型框架式排水井的横截面示意图；

图6为本发明实施例提供的沿圆周方向均布4个径向支撑件，且相邻两个径向支撑件间隔一根立柱的结构加强型框架式排水井的横截面示意图；

图7为本发明实施例提供的沿圆周方向间隔设置多个径向支撑件，且相邻两个径向支撑件间隔一根立柱，并在局部增加径向支撑件数量的结构加强型框架式排水井的横截面示意图；

图8为本发明实施例提供的沿圆周方向均布8个径向支撑件，且相邻两个径向支撑件间隔两根立柱的结构加强型框架式排水井的横截面示意图；

图9为本发明实施例提供的沿圆周方向局部设置两个径向支撑件的结构加强型框架式排水井的横截面示意图；

图10为本发明实施例提供的沿圆周方向局部设置三个径向支撑件的结构加强型框架式排水井的横截面示意图。

图标：001-基座；101-内腔；102-侧口；002-圈梁；003-立柱；031-圈梁接合部；032-凸肋部；004-中心柱；005-径向支撑件；051-支撑横梁；052-第一斜梁；053-第二斜梁；054-支撑墙板。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。公式中的物理量，如无单独标注，应理解为国际单位制基本单位的基本量，或者，由基本量通过乘、除、微分或积分等数学运算导出的导出量。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1、图2和图3所示，本发明实施例提供的结构加强型框架式排水井，包括：基座001、圈梁002和多根立柱003，多根立柱003沿圈梁002的圆周间隔设置，且多根立柱003分别与圈梁002连接，基座001连接于多个立柱003的底部；基座001上安装有中心柱004，中心柱004穿过圈梁002，且中心柱004与立柱003之间安装有径向支撑件005。

沿圆周方向，相邻的两个径向支撑件005之间形成夹角，由此形成三角形结构，并由三角形结构支撑在中心柱004和立柱003之间，沿立柱003延伸方向，设置多处径向支撑件005进行径向支撑，减轻了圈梁002作为侧向支撑的荷载负担，有利于提高圈梁002的运行可靠度。通过增加对立柱003的径向支撑，提高了立柱003的运行安全度水平，降低了排水井结构垮塌的风险。

如图4、图5、图6、图7和图8所示，本实施方式中，立柱003设置8根，8根立柱003沿圈梁002的圆周均匀间隔设置。此外，为满足不同的泄流能力，框架式排水井设计的内径大小不一，内径越大，泄流能力越大，为保证结构安全，立柱003的数量可增加，立柱003的数量可减少至4根，随圈梁002内径增大，立柱003的数量可增加至18～20根。

如图2所示，在本发明实施例中，径向支撑件005包括多根支撑横梁051，多根支撑横梁051平行，并沿中心柱004的轴向间隔设置，多根支撑横梁051连接在中心柱004和立柱003之间。

支撑横梁051沿水平方向延伸，且支撑横梁051支撑在中心柱004和立柱003之间，支撑横梁051背离中心柱004的一端连接于立柱003与圈梁002的交叉处。

如图3所示，径向支撑件005还包括第一斜梁052和第二斜梁053，第一斜梁052与第二斜梁053交叉；

第一斜梁052的一端和第二斜梁053的一端分别与一根支撑横梁051连接，第一斜梁052的另一端和第二斜梁053的另一端分别与另一根支撑横梁051连接。

具体的，沿铅锤方向相邻的两根支撑横梁051之间连接有第一斜梁052和第二斜梁053，第一斜梁052与第二斜梁053交叉，并支撑在相邻的两根支撑横梁051之间，从而可使径向支撑件005稳定支撑在中心柱004和立柱003之间。

如图1所示，径向支撑件005包括支撑墙板054，支撑墙板054的板面与中心柱004的轴向平行，且支撑墙板054连接在中心柱004和立柱003之间。通过支撑墙板054对立柱003提供径向支撑，多个立柱003分别经支撑墙板054传递径向力至中心柱004，在中心柱004相对于基座001固定的条件下，圈梁002和多根立柱003受到的径向力可经支撑墙板054传递至中心柱004，从而提高了排水井的结构稳定性。

如图1、图2和图3所示，立柱003包括：圈梁接合部031和凸肋部032，圈梁接合部031与圈梁002连接，凸肋部032间接于圈梁接合部031的外侧，且凸肋部032相对于圈梁接合部031向背离圈梁002轴线的方向凸起。

具体的，圈梁接合部031与凸肋部032组成横截面为T形的结构，T形截面的腹板端用于安装拱板时使用，腹板端预留长度应保证拱板端搭接长度≥100mm，T形截面的翼缘端则间隔一定高程与圈梁002连接。

进一步的，中心柱004与基座001浇筑形成一体结构，中心柱004和基座001皆采用钢筋混凝土构筑成型，中心柱004内部的钢筋与基座001内部钢筋经捆绑方式连接固定，并通过混凝土固化使中心柱004与基座001连接为一体结构。

进一步的，基座001设有内腔101和侧口102，侧口102设置于基座001的侧壁，且侧口102与内腔101连通，中心柱004自内腔101顶部的开口穿过内腔101，并与基座001通过浇筑固定为一体结构。

如图1、图2和图3所示，本发明实施例提供的排水井加固方法，包括以下步骤：

构建中心柱004，并使中心柱004的底部连接于基座001，且中心柱004穿过圈梁002；

在中心柱004与立柱003之间加装径向支撑件005。

通过径向支撑件005与中心柱004连接，可以为圈梁002和立柱003提供多处径向支撑，当某个构件破损而导致立柱003承受较大的径向荷载时，通过径向支撑件005将荷载传递给中心柱004，在中心柱004自身结构强度、牢固的底端固定以及外围多处稳定径向支撑的作用下。有效将荷载承担，避免结构体系产生后续垮塌事故发生。

如图4和图5所示，沿圈梁002的圆周方向，多个径向支撑件005与多根立柱一一对应。

如图6、图7和图8所示，沿圈梁002的圆周方向，相邻的两个径向支撑件005之间具有多根立柱003。径向支撑件005连接于圈梁002和立柱003相交的位置。

中心柱004位于排水井的轴线位置，在提高结构安全度的同时，可保证排水井的初始阶段进水能力不受明显影响(堰流进水能力)，通过结构设计可在提高框架式排水井结构安全度的同时，保证洪水下泄能力。

如图1～图8所示，根据提高安全度目的的不同，若要提高框架式排水井整体安全，径向支撑件005可沿圈梁002的圆周方向均匀间隔。如图9和图10所示，若要提高重点区域安全或局部安全，可采局部设置径向支撑件005，从而对局部进行加固。

在本发明实施例中，在中心柱004与立柱003之间加装径向支撑件005可采用以下加工方式：

采用钢筋混凝土结构在中心柱004和立柱003之间浇筑形成径向支撑件005，在充分考虑外荷载的基础上，并考虑立柱003、圈梁002等局部构件弱化的影响，以此设计平行分布的支撑横梁051的尺寸、层间布置间距及配筋形式。支撑横梁051连接在立柱003与圈梁002交叉部位，通过钢筋的相互搭接及混凝土浇筑成型，从而形成外围立柱003、径向支撑件005和中心柱004刚性连接。通过上述刚性连接，在保证大口径、高井深排水井在具备相应泄流能力的同时，可显著提高新建排水井的结构安全度，同时可防范后期排水井局部构建老化、局部构建承载力降低导致结构整体失稳的风险。

此外，还可采用钢制结构作为径向支撑件005，并通过螺栓连接的方式将径向支撑件005连接在中心柱004和立柱003之间。采用钢制结构加固连接，已有承载力较低的构件可将荷载有效传递，可防范后期排水井因已有构件老化、局部构件承载力降低而引发结构失稳的风险。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种结构加强型框架式排水井，包括：基座(001)、圈梁(002)和多根立柱(003)，多根所述立柱(003)沿所述圈梁(002)的圆周间隔设置，且多根所述立柱(003)分别与所述圈梁(002)连接，所述基座(001)连接于多个所述立柱(003)的底部；其特征在于，所述基座(001)上安装有中心柱(004)，所述中心柱(004)穿过所述圈梁(002)，且所述中心柱(004)与所述立柱(003)之间安装有径向支撑件(005)。

2.根据权利要求1所述的结构加强型框架式排水井，其特征在于，所述径向支撑件(005)包括多根支撑横梁(051)，多根所述支撑横梁(051)平行，并沿所述中心柱(004)的轴向间隔设置，多根所述支撑横梁(051)连接在所述中心柱(004)和所述立柱(003)之间。

3.根据权利要求2所述的结构加强型框架式排水井，其特征在于，所述径向支撑件(005)还包括第一斜梁(052)和第二斜梁(053)，所述第一斜梁(052)与所述第二斜梁(053)交叉；

所述第一斜梁(052)的一端和所述第二斜梁(053)的一端分别与一根所述支撑横梁(051)连接，所述第一斜梁(052)的另一端和所述第二斜梁(053)的另一端分别与另一根所述支撑横梁(051)连接。

4.根据权利要求1所述的结构加强型框架式排水井，其特征在于，所述径向支撑件(005)包括支撑墙板(054)，所述支撑墙板(054)的板面与所述中心柱(004)的轴向平行，且所述支撑墙板(054)连接在所述中心柱(004)和所述立柱(003)之间。

5.根据权利要求1所述的结构加强型框架式排水井，其特征在于，所述立柱(003)包括：圈梁接合部(031)和凸肋部(032)，所述圈梁接合部(031)与所述圈梁(002)连接，所述凸肋部(032)间接于所述圈梁接合部(031)的外侧，且所述凸肋部(032)相对于所述圈梁接合部(031)向背离所述圈梁(002)轴线的方向凸起。

6.根据权利要求1所述的结构加强型框架式排水井，其特征在于，所述中心柱(004)与所述基座(001)浇筑形成一体结构。

7.根据权利要求1所述的结构加强型框架式排水井，其特征在于，所述基座(001)设有内腔(101)和侧口(102)，所述侧口(102)设置于所述基座(001)的侧壁，且所述侧口(102)与所述内腔(101)连通。

8.一种排水井加固方法，其特征在于，包括以下步骤：

构建中心柱(004)，并使中心柱(004)的底部连接于基座(001)，且所述中心柱(004)穿过圈梁(002)；

在所述中心柱(004)与立柱(003)之间加装径向支撑件(005)。

9.根据权利要求8所述的排水井加固方法，其特征在于，所述在所述中心柱(004)与立柱(003)之间加装径向支撑件(005)的步骤包括：

采用钢筋混凝土结构在所述中心柱(004)和所述立柱(003)之间浇筑形成所述径向支撑件(005)。

10.根据权利要求8所述的排水井加固方法，其特征在于，所述在所述中心柱(004)与立柱(003)之间加装径向支撑件(005)的步骤包括：

采用钢制结构作为所述径向支撑件(005)，并通过螺栓连接的方式将径向支撑件(005)连接在所述中心柱(004)和所述立柱(003)之间。

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