本发明属于沉井的施工方法及专用设备。 它主要适用于港口工程中沉井建筑施工,也适用于土木工程中由单个或多个沉井构成的建筑物的施工。
这里以港口工程中的园沉井施工为例,对照中国专利局发明专利号87103253·8专利,进行比较和阐述本发明的特点。
87103253·8专利叙述了将由杆件组合成结构简单的悬吊式平台(架)座落在已沉好的沉井上,用悬吊式平台(架)上的起重设备吊住滑模和刃脚,并以此刃脚为底用滑模在施工现场制做沉井,在其起重设备的控制下把已做或部分做好的沉井落床,然后在井内放置沉填套筒,再用抓斗或吸泥(砂)泵把沉井底部掏空,通过沉填套筒上的回填加载,使沉井能下沉到预定深度,再吊起沉填套筒,即完成了沉井下沉及部份回填。再将悬吊式平台(架)移到其上,就可以制做下一个沉井。
该专利使得在港口码头、防坡堤、护岸等工程建设中的沉井预制和沉井下沉的施工周期得以缩短,施工费用得以大幅度下降。无需传统方法的大型预制场、专业船和浮吊等大型设施和重型设备,对沉井施工技术是个新的发展。但该专利仍有一定的使用局限:①只适用于连续等距离排列的多沉井地施工,而不能用于象灯塔、墩式油码头和栈桥墩的沉井施工;②仍采用依靠堆载加压和挖除井内全部土层下沉沉井的传统方法,对于大型沉井其挖除和回填土方的数量很大,施工周期比较长;③且挖除土方的工作仅在井内套筒底进行,工作条件差,工作量大,效率也较低;④当沉井下沉到海(河)床一定深度遇到障碍物时,无法提起沉井清除障碍;⑤随着沉井体积(重量)增加,悬吊式平台(架)耗用钢材的数量也比较多。
本发明的目的在于提供沉井建筑物的一种施工新方法及其专用设备。它能在一定水深的水域里施工单个或多个大型沉井,也无需大型浮吊协助;且在大型沉井的施工中无需挖除和回填大量土石方,能缩短施工周期降低工程造价;在沉井下沉过程中,有稳固准确的施工操作平台,能在大范围内容纳多种施工机械和设备,效率高、位置准、施工质量高;利用其专用设备可以产生强大的真空压力并籍此力可对沉井加压助沉、可对地基进行超载予压;也可以产生浮力,在沉井下沉遇到障碍物时,可提起或移走沉井,清除障碍物;在大型沉井施工中,专用设备简单耗钢量较少。
本发明的要点在于:构思设计了一个用钢板制做的为一个整体的有顶无底的承压筒体,其直径略小于沉井内径,筒体与沉井之间距离以能顺利放入水枪吸取土机械为度,其高度则按筒体上的施工设备和施工水位、土层地质确定,筒体安装有与沉井联系的装置和传力杆件结构,以承担沉井或将筒体的真空压力、浮力传给沉井,筒体周边设置有可以安装多种破土取土设备的安装、紧固装置。在沉井施工地点,利用筒体顶部安装的排气泵,使筒内形成真空,在大气压力作用下,将筒体压入海(河)床,形成一个能准确控制挖槽和沉井下沉尺寸要求的稳定的施工工作平台。凭籍此平台及其周边可以安装破土挖掘机具(可以是吸泥(沙)器、水枪、取土钢管、螺旋破土机、抓斗、钻机等),按沉井下沉深度要求,挖出一个外径等于或稍大于沉井外径的园槽或若干弧形槽段组成的有土隔墙的园槽(土隔墙在沉井下沉时破除),供移来预制好的沉井套在筒体外(上)再用筒体上安置的传力杆件将沉井压入槽内(对留有土隔墙的槽,则同时随沉井加压下沉用水枪破除土墙;用于利用流态淤泥或用沙填槽固壁时则借助筒体的真空压力或水枪射沙逐步将沉井下沉至设计深度。)这属于先挖槽下沉沉井施工方法。对于沙性地基可以采用后挖槽施工方法-待移来预制好的沉井,套在筒体外(上)后,可用多支水枪射沙破土并借助筒体的真空压力,逐步将沉井下沉至设计深度。先挖槽的方法如遇障碍物,可不受制约地进行排除;一面射沙破土一面下沉沉井如遇障碍物,则可利用筒体充气,通过传力杆件提起沉井移离挖槽处,然后进行除障(包括使用爆破方法),待障碍排除后,再移来沉井如前所述继续完成沉井下沉。在完成沉井下沉后,可由筒体充气上升至一定高度,通过在筒体壁外的设置,安装可伸缩的油压支腿,使之支承在沉井顶,待将筒体完全顶升至可以在沉井顶设置筒体移动梁轨时,则让筒体支承在梁轨上推移离开沉井,然后再利用油压支腿伸延,支承于海(河)床、待彻离梁轨、筒体即可自己浮于水面或立于海(河)床,开始另一沉井施工;让筒体离开已完成下沉的沉井也可以足以吊起筒体的浮吊或只能吊起筒体的87103253·8的轻型沉井平台,将筒体吊出沉井,移至他处开始另一沉井的施工。
对于灯塔或墩式码头的沉井施工,可视土质情况,采用先沉入筒体,在筒体上安装构架如87103253·8预制沉井的方法进行,待沉井达到一定强度后,再行射水破土下沉沉井也可在筒体沉入土层后,先挖槽再如前所述予制沉井、将其沉入槽中。对于连续排列的多个沉井建筑物,一般都要求快速施工,此时宜利用87103253·8的轻型沉井平台辅助,采用一个有顶有底或有顶无底直径略小于沉井内径的“内浮筒”,其高度按充气后的浮力能浮起沉井为度,在内浮筒上安构架设施专门负担予制沉井;用筒体专门负担挖槽下沉沉井、施工速度最快,也最节约费用。
在筒体内的顶部设可以钳住桩头的设置,即可利用筒的真空压力压桩,也可利用其上浮力拔桩。
对于沉井内未挖除的软弱土体和新填入的松散砂土,可利用筒体顶部设置若干能封闭的园孔,供从筒体内安装底部有管塞的多条钢管,如此,则可利用筒体真空压力,将钢管压入软弱松散土层,填入砂或碎石,经过多次升起筒体和压力钢管填砂石的对土体的多次挤入砂、石及真空排水,便能将软弱松散土体作加固处理。
利用筒体压入土层,也是为了提供一个稳固有位置尺寸标准的挖槽工作平台。在此工作条件下,挖槽的方法和设备有①沿筒体周边,分散安装固定或可作弧线移动的垂直方向的多支水枪破土挖槽;安装水平方向的水枪最后作冲扫平整槽底之用;②安置一种倒置的U形钢板环形槽,其环形的大小为外环与沉井外壁平,内环略大于筒体、在U形槽内安有多支水平向的水枪,在U形槽的顶部安置几支吸泥器(水力吸泥或空气吸泥器)。如此射水破土吸泥,直至倒U形槽沉至沉井底要求高程,即已完成挖槽;③按挖槽宽度及深度的要求,制作扇形或梯形或花瓣形断面的取土钢管,在取土钢管内外安置射水喷咀、在管内安置吸泥器或其他破土排土设备,利用筒体的真空压力及其传力杆件,可沿筒周压管取土成槽;④沿筒体周边用传统的挖、钻桩机具挖土成槽。为有利于筒体定位、稳定及便于吸泥,应在筒体内侧安置3条以上的稍长于筒体的空心钢管,此管无底向外侧为开敝,顶部空心不影响筒体密封,需筒体上浮时,可插入钢管固定筒体位置、增强抗倾能力;需挖槽时,可先沿此空心钢管先压管成一空孔,利用此空心钢管置入吸泥器则容易吸出沉入槽底的土砂。挖槽遇松散砂层,可直接利用海床流塑淤泥固壁,也可充砂填槽再采用后挖槽方法施工。
对于超大型设有纵向隔墙的沉井,可按需要制成多个筒体,按隔墙尺寸,拼成组合型筒体,按前所述使之成为大型沉井的制做沉井和下沉挖槽的工作平台。
对于某些特殊构筑物,可直接利用筒体沉入海床,再加设地锚,即可代替其基础结构。
本发明比之中国专利号87103253·8发明专利,有显著进步:①适用于连续等距的多个沉井及单个沉井或不连续的沉井施工,还具有便于处理障碍物、压桩、拔桩和处理加固软弱松散土层等多种功能;②彻底改革必须挖除沉井内全部土层才能下沉沉井的传统工艺,因而,可减少沉井挖土80~90%和回填量的90~95%,进一步缩短了工期、降低了造价;③采用先将筒体压入土层的方法挖槽下沉沉井,且挖槽尺寸容易控制,成槽后压入沉井,不存在易偏倾和纠偏问题;工作面宽、效率高;④有利于沉井结构受力。并提高沉井建筑物的抗滑抗倾能力;同时可取消传统的沉井刃脚结构,使沉井予制更简便节约;⑤筒体被压入土层,能构成稳定的抗风浪能力强的工作平台,比之悬吊式平台(架)稳妥、安全,并可减少30~40%的钢材用量;⑥有显著的经济效益,对施工港口沉井建筑物的造价,在中国专利号87103253·8发明专利的基础上,尚可再降低5~15%。