沉井的下沉装置及具有该装置的沉井的下沉方法 技术领域 本发明涉及沉井的下沉装置及具有该装置的沉井的下沉方法， 尤其是用于解决沉 井安全可控、 精确位移运动、 平稳下沉的沉井的下沉装置及其具有该装置的沉井的下沉方 法。
背景技术
沉井作为地下空间构筑物或高层建筑深基础或深基坑支护施工的一种结构， 有其 独特的工程应用条件范围。比如， 一般在较好的硬土地质条件下， 可不采用沉井技术， 而采 用其它基坑施工技术方法则更为便捷经济。然而在软土地区， 由于地质疏松， 地下水位较 高， 稳定性差， 采用一般的非沉井技术的基坑支护结构则将导致高昂的支护费用， 同时导致 施工的工期变长， 施工的风险也较大。
沉井技术的理论是建立在 ： 主要靠沉井的自重力克服地层阻抗力而实现下沉以及 主要靠沉井自重力克服水土浮力而实现抗浮稳定的基础上。 中国工程建设标准化协会标准 《给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程》 (CECS137 ： 2002) 条文说明 6.1.2 指出 ： “根 据工程经验， 一般沉井多按结构自重克服摩阻力下沉” 。由于沉井在下沉过程中， 井壁刃脚 下部地基土的正面阻力加上井壁外壁面的摩擦力之和会随着下沉深度逐渐增加， 当井壁刃 脚下部地基土的正面阻力加上井壁外壁面的摩擦力之和与沉井的自重力平衡时， 沉井便不 再下沉， 而是悬挂在土层空间中。
因此为了满足沉井依靠自重力克服地层阻抗力而顺利下沉的要求， 通常必须增加 建筑材料用量以增大沉井的自重力， 人为地导致现行工程实际中沉井结构的构件截面庞 大， 耗材极高。肥梁、 胖柱、 厚墙、 厚壁、 厚底板、 小分格的现象极为普遍。就此点而言， 沉井 的技术经济指标并不理想， 极大地限制了沉井技术的广泛使用。
为了减少沉井结构耗材， 优化沉井方案的技术经济指标， 可以对沉井实施外加荷 载下沉， 减少沉井自重力在下沉力中所占的比例。 但是， 传统的加载下沉方案存在难于精确 控制沉井下沉的空间姿态稳定， 施工风险较大， 制作成本较高， 可操作性较差， 极容易造成 沉井的斜沉、 突沉、 偏移等问题。 发明内容 为了更有效的解决沉井抗阻力下沉过程中， 难于精确控制沉井下沉的空间姿态稳 定， 施工危险较大， 极容易造成沉井的斜沉、 突沉、 偏移等问题， 本发明的技术方案是提供一 种沉井的下沉装置及具有该装置的沉井下沉施工方法， 有效地解决了沉井抗阻力下沉过程 中， 难以控制的空间姿态稳定问题， 解决了沉井制作耗材极高的问题， 保证了沉井安全可 控， 精确运动， 平稳下沉。
为解决上述技术问题， 本发明提供的一种沉井的下沉装置， 包括 ：
用于支撑沉井结构本体的多个预制桩， 其特征在于， 还包括 ：
位于所述沉井结构本体与所述预制桩之间的双向受力千斤顶 ；
所述双向受力千斤顶的支撑台与所述沉井结构本体紧固连接 ；
位于所述双向受力千斤顶的底座与所述预制桩的桩顶之间的轴向连接器， 所述底 座通过所述轴向连接器与所述预制桩紧固连接 ；
所述双向受力千斤顶用于向上支撑和向下拖拽所述沉井结构本体。
本发明还提供一种具有下沉装置的沉井的下沉方法， 其包括如下步骤 ：
步骤 a、 在沉井结构本体与用于支撑所述沉井结构本体的预制桩之间设置多个双 向受力千斤顶， 向下收缩所述双向受力千斤顶， 引导所述沉井结构本体在自重的作用下下 沉；
步骤 b、 当所述沉井结构本体的自重力小于土体对沉井的阻力， 而所述沉井结构本 体不再依靠自重下沉时， 所述双向受力千斤顶的支撑台与所述沉井结构本体紧固连接， 所 述双向受力千斤顶的所述底座通过所述轴向连接器与所述预制桩紧固连接， 向下收缩多个 所述双向受力千斤顶， 所述双向受力千斤顶拖拽所述沉井结构本体在自重力和拖拽力的共 同作用下继续下沉。
本发明利用与沉井结构本体和预制桩紧固连接的双向受力千斤顶， 即可以在沉井 下沉过程中既起到向上支撑沉井结构本体的作用， 又可起到向下拖拽沉井结构本体的作 用。因此， 当沉井结构本体依靠自重不再下沉时， 可实现拖拽沉井下沉的作用。又由于双向 受力千斤顶是可控平稳向下收缩的， 因此， 也实现了沉井的安全可控、 精确运动、 平稳下沉。 附图说明 图 1 是本发明设置下沉装置前的沉井的立体结构示意图 ；
图 2 是本发明第一实施例具有下沉装置的沉井的立体结构示意图 ；
图 3 是本发明第一实施例安装了下沉装置的沉井局部放大立体结构示意图 ；
图 4 是本发明第一实施例下沉装置的分解结构示意图 ；
图 5 是本发明第二实施例安装了夹梁式抱箍和螺旋锚的沉井局部放大立体结构 示意图 ；
图 6 是本发明第二实施例下沉装置的分解结构示意图 ；
图 7 是本发明第三实施例安装了型钢简支梁和螺旋锚的沉井局部放大立体结构 示意图 ；
图 8 是本发明第三实施例下沉装置的分解结构示意图。
附图标记对照表 ：
1——沉井结构本体 ； 2——预制桩 ； 3——双向受力千斤顶 ；
4——轴向连接器 ； 5——管柱节 ； 21——桩顶端面 ；
31——支撑台 ； 32——丝杆 ； 33——底座 ；
41——法兰盘 ； 42——径向弹性套筒 ； 43——径向抱箍 ；
43′——夹梁式抱箍 44——弹塑性垫 ； 45——中心孔 ；
46——挂板 ； 47——型钢简支梁 421——弹性片 ；
422——通槽间隙 ； 431——弧板式箍片 ；432——箍片耳板 ；
433——型钢 ； 434——加劲肋板 ； 435——螺旋锚 ；
436——压板。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。
沉井的下沉装置
参见图 2， 图 2 为本发明第一实施例具有下沉装置的沉井的立体结构示意图。图 中沉井的下沉装置包括 ： 用于支撑沉井结构本体 1 的预制桩 2， 与沉井结构本体 1 紧固连接 的， 并位于沉井结构本体 1 与预制桩 2 之间的双向受力千斤顶 3， 双向受力千斤顶 3 用于支 撑和拖拽沉井结构本体 1 ； 用于紧固连接双向受力千斤顶 3 与预制桩 2 的轴向连接器 4。本 发明利用与沉井结构本体 1 和预制桩 2 紧固连接的双向受力千斤顶 3， 即可以在沉井下沉 过程中起到支撑沉井结构本体 1 的作用， 又可起到拖拽沉井结构本体 1 的作用。因此， 当沉 井结构本体 1 依靠自重不再下沉时， 可实现拖拽沉井下沉的作用。又由于双向受力千斤顶 3 是可控平稳向下收缩的， 因此， 也实现了沉井的可控、 精确、 平稳下沉。
如图 3 和图 4 所示， 轴向连接器 4 包括 ： 轴向连接套和径向抱箍 43 ； 轴向连接套包 括， 设有中心孔 45 的法兰盘 41 和与法兰盘 41 连接的径向弹性套筒 42 ； 法兰盘 41 可与径 向弹性套筒 42 焊接， 也可以一体成型 ； 法兰盘 41 的一端与双向受力千斤顶的底座 33 紧固 连接， 该法兰盘可为圆形或矩形， 也可与底座 33 的形状相匹配 ； 法兰盘 41 的另一端抵靠在 桩顶端面 21 上， 径向弹性套筒套 42 套在预制桩 2 的外壁上， 双向受力千斤顶的丝杆 32 穿 过中心孔 45， 径向抱箍 43 径向夹紧径向弹性套筒 42， 使径向弹性套筒 42 与预制桩 2 径向 夹紧连接。 径向弹性套筒 42 包括至少两片弹性片 421， 弹性片 421 之间留有通槽间隙 422。 弹 性片 421 在不受到外力的情况下， 各弹性片 421 之间保持有一定的通槽间隙 422。 当径向抱 箍 43 径向夹紧弹性片 421 后， 各弹性片 421 向预制桩 2 的中心压缩， 通槽间隙 422 变小， 径 向弹性套筒 42 抱紧预制桩 2 的外壁面， 实现与预制桩 2 的紧固连接。弹性片 421 也可以为 多片， 组成圆筒， 套设在预制桩 2 的外壁面上。
径向抱箍 43 可包括两个弧板式箍片 431， 两个弧板式箍片 431 通过多个螺钉径向 紧固。两个弧板式箍片 431 呈半圆环形， 与径向弹性套筒 42 的外壁面紧密贴合。径向抱箍 43 还包括与弧板式箍片 431 的两端连接的箍片耳板 432， 箍片耳板 432 上设有多个螺钉孔， 两个弧板式箍片 431 上的箍片耳板 432， 两两对应， 通过螺钉径向紧固连接。 径向抱箍 43 也 可以为单个圆环形的箍片， 套设在径向弹性套筒 42 的外壁面上， 通过螺栓紧固径向弹性套 筒 42。
轴向连接器 4 还包括弹塑性垫 44， 弹塑性垫 44 位于预制桩 2 上与法兰盘 42 的另 一端抵靠的端面 21 上。由于预制桩 2 的桩顶的平面不一定完全平整， 从而使轴向连接器 4 的端面与轴线的垂直度达不到要求， 弹塑性垫可以解决应力集中的问题。防止巨大的点应 力荷载压坏桩顶混凝土或压坏轴向连接器。 弹塑性垫的作用就是分散应力、 均衡应力分布， 满足应力与应变的协调要求。
本发明第二实施例中， 如图 5、 图 6 所示， 径向抱箍 43 可为夹梁式抱箍 43′， 夹梁 式抱箍 43′还包括两根型钢 433， 型钢 433 通过多个加劲肋板 434 与弧板式箍片 43 连接， 型 钢 433 通过多个螺栓径向连接， 两根型钢 433 之间挂设有至少两个螺旋锚 435， 螺旋锚 435 固定在压板 436 上， 压板 436 挂设在两根型钢 433 之间， 螺旋锚 435 沉入土体中。由于在双
向受力千斤顶 3 拖拽沉井结构本体 1 下沉的过程中， 土体对沉井的阻力使预制桩 2 产生向 上位移的趋势。当预制桩 2 与土体之间的负摩擦力加上沉井自重的总和大于土体对沉井的 阻力时， 双向受力千斤顶 3 便可以拖拽沉井结构本体 1 下沉。但是， 随着沉井下沉的深度越 来越深， 土体对沉井的阻力也越来越大， 当土体对预制桩 2 的负摩擦力加上沉井自重的总 和小于阻力时， 双向受力千斤顶 3 在对沉井结构本体 1 施加拖拽力的同时， 也会将预制桩 2 上提， 从而影响了沉井的下沉， 并且很容易造成沉井的斜沉、 突沉、 偏移。此时将螺旋锚 435 沉入土体中， 螺旋锚 435 挂设在型钢 433 上， 再通过夹梁式抱箍 43′与预制桩 2 紧固连接， 当阻力使预制桩 2 产生向上移动的趋势时， 螺旋锚 435 拖拽预制桩 2， 对预制桩 2 施加向下 的抗拔力， 从而稳固预制桩 2 在土体中的位置， 最终稳固沉井结构本体 1， 使沉井结构本体 1 平稳下沉。在实际工程应用中， 可在沉井制作之前预先地在地面下沉入螺旋锚 435。
本发明第三实施例中， 如图 7、 图 8 所示， 轴向连接套还包括挂板 46， 相邻两个轴向 连接器的挂板 46 之间搭载有两根型钢简支梁 47， 两根型钢简支梁 47 之间挂设有多根沉入 土体中的螺旋锚 435， 螺旋锚 435 通过压板 436 挂设在两根型钢简支梁 47 之间。两根型钢 简支梁 47 之间根据两根预制桩 2 之间的距离， 以及预制桩 2 所需的抗拔力来设置沉入螺旋 锚 435 的根数。 本发明实施例中， 预制桩 2 还可为葫芦节状， 从而增加预制桩表面与土体的摩擦 力， 避免双向受力千斤顶 3 向下拖拽沉井结构本体 1 时， 同时拉动预制桩 2 向上过大的位 移， 利于发挥双向受力千斤顶 3 对沉井结构本体 1 实施较大的拖拽力。 为了提高预制桩 2 自 身的抗拉性能， 也可在预制桩的桩心孔内加插一根较大直径的钢筋并灌满细石混凝土。也 可以增加预应力纵筋的根数或增大预应力纵筋的截面积。
本发明再一实施例中， 双向受力千斤顶的支撑台 31 与沉井结构本体 1 即可以直接 紧固连接， 也可以间接连接。双向受力千斤顶的支撑台 31 可通过多个管柱节 5 与沉井结构 本体 1 可拆卸式紧固连接， 多个管柱节 5 之间轴向紧固连接。双向受力千斤顶上设有多个 钢管柱节 5 可实现沉井结构本体 1 的多次逐步下沉。
本发明又一实施方式， 可在双向受力千斤顶上设置伺服电机， 利用伺服电机驱动 双向受力千斤顶丝杆的向下收缩和向上顶起， 节省了人力， 也有利于精确控制双向受力千 斤顶。 双向受力千斤顶上还可以设置控制系统， 控制每个双向受力千斤顶的升降， 可实现整 体升降或分批次升降。 此外， 双向受力千斤顶上还可以设置感应器， 用于感应双向受力千斤 顶工作过程中的受力及丝杆位移情况， 及时反馈双向受力千斤顶在沉井结构本体 1 下沉过 程中的受力及丝杆位移的变化， 提高机械化自动化， 信息化施工水平。
本发明附图中， 双向受力千斤顶采用了简化画法， 优选地采用 ( 蜗杆——蜗轮螺 母——丝杆 ) 传动的千斤顶， 这种千斤顶又称升降机， 或蜗轮升降机， 或蜗轮千斤顶。
具有下沉装置的沉井的下沉方法
结合图 2- 图 4， 详细说明具有下沉装置的沉井的下沉方法， 其包括如下步骤 ：
步骤 a、 在沉井结构本体 1 与用于支撑沉井结构本体 1 的预制桩 2 之间设置多个双 向受力千斤顶 3， 向下收缩双向受力千斤顶 3， 引导沉井结构本体 1 在自重的作用下下沉 ；
步骤 b、 当沉井结构本体 1 的自重力小于土体对沉井的阻力， 而沉井结构本体 1 不 再依靠自重下沉时， 双向受力千斤顶 3 的支撑台 31 与沉井结构本体 1 紧固连接， 双向受力 千斤顶 3 的底座 33 通过轴向连接器 4 与预制桩 2 紧固连接， 向下收缩多个双向受力千斤顶
3， 双向受力千斤顶 3 拖拽沉井结构本体 1 在自重和拖拽力的共同作用下继续下沉。
参见图 1， 图 1 为本发明设置下沉装置前的沉井的立体结构示意图。当沉井结构 本体 1 仅依靠自重下沉时， 此时双向受力千斤顶 3 不需要与沉井结构本体 1 和预制桩 2 紧 固连接， 双向受力千斤顶 3 对沉井结构本体 1 只起到支撑的作用。 。双向受力千斤顶 3 可仅 仅抵靠在预制桩 2 的端面上 ； 当双向受力千斤顶 3 与沉井结构本体 1 之间设有多个管柱节 5 时， 双向受力千斤顶 3 与其直接接触的一节管柱节 5 之间是在轴向上抵靠， 双向受力千斤 顶 3 通过管柱节 5 向沉井结构本体 1 传递支撑力。
当沉井结构本体 1 不能利用自重力下沉时， 即沉井结构本体 1 的自重力小于土体 对沉井的阻力时， 如图 2 所示， 可使用下沉装置的此时将双向受力千斤顶 3 的支撑台 31 与 沉井结构本体 1 紧固连接， 双向受力千斤顶 3 的底座 33 通过轴向连接器 4 与预制桩 2 紧固 连接。由于双向受力千斤顶 3 与预制桩 2 和沉井结构本体 1 均是紧固连接， 又由于双向受 力千斤顶 3 的丝杆 32 可以上下活动， 因此， 当向下收缩双向受力千斤顶 3 的丝杆 32 时， 与 沉井结构本体 1 紧固连接的双向受力千斤顶 3 可对沉井结构本体实施向下的拖拽力， 使沉 井继续下沉。
本发明实施例中， 也可以在步骤 a 当中， 使双向受力千斤顶 3 与沉井结构本体 1 和 预制桩 2 紧固连接。上述方法操作简单， 不需要监测沉井的下沉情况和千斤顶的受力情况。 双向受力千斤顶 3 对沉井结构本体 1 实施支撑力和 / 或拖拽力， 是随着土体实际的情况， 动 态变化的。 本发明实施例中， 在步骤 a 当中， 沉井结构本体 1 与预制桩 2 之间也可以不设置双 向受力千斤顶 3， 而使用普通的仅仅对沉井结构本体 1 施加支撑力的千斤顶。步骤 b 当中， 当需要对沉井结构本体 1 施加拖拽力时， 再分批替换为双向受力千斤顶 3， 并完成双向受力 千斤顶 3 与沉井结构本体 1 和预制桩 2 的紧固连接。
本发明一实施例中， 步骤 a 进一步包括 ：
步骤 a1、 多个双向受力千斤顶 3 的支撑台 41 分别通过多个管柱节 5 与沉井结构本 体 1 连接， 多个管柱节 5 之间轴向紧固连接， 将第一批双向受力千斤顶 3 微量缩短， 使其脱 离荷载， 拆除第一批双向受力千斤顶 3 上部的一节管柱节 5， 调节第一批双向受力千斤顶 3， 恢复第一批双向受力千斤顶 3 的伸长顶紧接受荷载状态 ； 再将第二批双向受力千斤 3 顶微 量缩短， 使其脱离荷载， 拆除第二批双向受力千斤顶 3 上部的一节管柱节 5， 调节第二批双 向受力千斤顶 3， 恢复第二批双向受力千斤顶 3 伸长顶紧接受荷载状态 ； 至此全部的双向受 力千斤顶 3 调节完毕， 均为伸长顶紧接受荷载状态 ；
步骤 a2、 不断重复上述 a， a1 两个步骤， 引导沉井在自重力的作用下不断下沉。
通过上述方法， 可实现沉井在自重的作用下， 分节、 可控、 平稳下沉。
本发明另一实施例中， 步骤 b 进一步包括 ：
步骤 b1、 多个双向受力千斤顶 3 的支撑台 41 分别通过多个管柱节 5 与沉井结构本 体 1 紧固连接， 将第一批双向受力千斤顶 3 与其上方的管柱节 5 解除紧固连接， 微量缩短， 脱离荷载， 拆除第一批双向受力千斤顶 3 上方的一节管柱节 5， 调节第一批双向受力千斤顶 3， 恢复第一批双向受力千斤顶 3 伸长顶紧接受荷载状态， 并与其上方其余管柱节 5 紧固连 接； 再将第二批双向受力千斤顶 3 与其上方的管柱节 5 解除紧固连接， 微量缩短， 脱离荷载， 拆除第二批双向受力千斤顶 3 上部的一节管柱节 5， 调节第二批双向受力千斤顶 3， 恢复第
二批双向受力千斤顶 3 伸长顶紧接受荷载状态并紧固连接 ； 至此全部双向受力千斤顶 3 调 节完毕， 均为伸长顶紧且紧固连接接受荷载状态 ；
步骤 b2、 不断重复上述 b， b1 两个步骤， 引导沉井在自重力和拖拽力的共同作用下 不断下沉。
通过上述方法， 可实现沉井在自重和拖拽力的共同作用下， 分节、 可控、 平稳下沉。
本发明再一实施例中， 步骤 b 还包括 ：
步骤 c1、 当拖拽沉井结构本体 1 时， 土体对沉井的阻力使得预制桩 2 接近且尚未到 达向上位移极限时， 在预制桩 2 两侧向地下沉入螺旋锚 435， 螺旋锚 435 与轴向连接器 4 连 接。
步骤 c2、 向下收缩双向受力千斤顶 3， 引导沉井结构本体 1 在自重力和拖拽力的共 同作用下下沉。
上述方法， 在土体中沉入的螺旋锚 435， 通过轴向连接器 4 对预制桩传递抗拔力， 用于抵抗拖拽下沉中， 沉井结构本体 1 对预制桩 2 产生的向上的反作用力。
本发明还一实施例中， 步骤 c2 后还包括 ：
步骤 c3、 多个双向受力千斤顶 3 的支撑台 41 分别通过多个管柱节 5 与沉井结构本 体 1 紧固连接， 将第一批双向受力千斤顶 3 与其上方的管柱节 5 解除紧固连接， 微量缩短， 脱离荷载， 拆除第一批双向受力千斤顶 3 上方的一节管柱节 5， 调节第一批双向受力千斤顶 3， 恢复第一批双向受力千斤顶 3 伸长顶紧接受荷载状态， 并与其上方其余管柱节 5 紧固连 接； 再将第二批双向受力千斤顶 3 与其上方的管柱节 5 解除紧固连接， 微量缩短， 脱离荷载， 拆除第二批双向受力千斤顶 3 上部的一节管柱节 5， 调节第二批双向受力千斤顶 3， 恢复第 二批双向受力千斤顶 3 伸长顶紧接受荷载状态并紧固连接 ； 至此全部双向受力千斤顶 3 调 节完毕， 均为伸长顶紧且紧固连接接受荷载状态 ；
步骤 c4、 不断重复上述 c2， c3 两个步骤， 引导沉井在自重力和拖拽力的共同作用 下不断下沉， 直至到达设计的深度。
在工程实际应用中， 第一批千斤顶与第二批千斤顶的划分应遵循相邻、 交错、 均 布、 对称、 可替换的划分原则， 且应与结构受力与变形相协调。 本发明的实施例中， 按牛腿编 号分为奇数号、 偶数号牛腿。见图 1、 图 2， 若奇数号牛腿对应的千斤顶为第一批， 则偶数号 牛腿对应的千斤顶为第二批。反之亦可。
上所述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、 改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。