專利名稱：一種具有二次支護裝置的沉井的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種沉井，尤其是用于解決井內(nèi)涌土井外塌陷的具有二次支護裝
置的沉井。
背景技術(shù)：
沉井作為地下空間構(gòu)筑物或高層建筑深基礎(chǔ)或深基坑支護施工的一種結(jié)構(gòu)，有其 獨特的工程應(yīng)用條件范圍。比如，一般在較好的硬土地質(zhì)條件下，可不采用沉井技術(shù)，而采 用其它基坑施工技術(shù)方法則更為便捷經(jīng)濟。然而在軟土地區(qū)，由于地質(zhì)疏松，地下水位較 高，穩(wěn)定性差，因此采用一般的非沉井技術(shù)的基坑支護結(jié)構(gòu)則將導(dǎo)致高昂的支護費用，同時 導(dǎo)致施工的工期變長，施工的風(fēng)險也較大。 在有支護結(jié)構(gòu)的基坑施工技術(shù)方案中，沉井方案有其獨特的應(yīng)用對象及條件。目
前基坑施工總量之中采用沉井方案的比例極少，追根溯源，其根本的原因之一便是沉井下
沉作業(yè)時，隨著井內(nèi)挖土深度的逐漸加深，井壁刃腳內(nèi)外的土體壓力差逐漸加大，井外土體
的自重應(yīng)力迫使井外深部土體繞過井壁刃腳底部向井內(nèi)滑移，使得井內(nèi)土體的被動土壓力
逐漸加大， 一旦超過靜力極限平衡狀態(tài)，則產(chǎn)生連續(xù)的塑性變形，便發(fā)生并內(nèi)被動區(qū)土體大
量變形和隆起，井外主動區(qū)土體大量下沉和塌陷，從而誘發(fā)災(zāi)難性的環(huán)境事故。 如圖1所示，為傳統(tǒng)沉井的井內(nèi)涌土井外塌陷現(xiàn)象的立面示意圖。位于沉井外壁
41' 一側(cè)為井外地面1'和被井外壁面41'擋在沉井外的土層3'，井內(nèi)底面2'位于沉井內(nèi)
壁42'—側(cè)，隨著井內(nèi)挖土深度的逐漸加深，當(dāng)超過靜力極限平衡狀態(tài)時，井外地面1'向下
塌陷，沉井外的土層3'向下滑動，并繞過井壁刃腳底部43'涌入井內(nèi)，使井內(nèi)底面2'隆起。
參見圖1 ，虛線51'表示井外地面的塌陷現(xiàn)象，虛線52'為土層的滑動面，虛線53'為表示井
內(nèi)底面的隆起現(xiàn)象，實心箭頭表示土涌入井內(nèi)的運動方向軌跡，空心箭頭表示沉井內(nèi)部結(jié)
構(gòu)對井壁的支撐力方向。由于這種井內(nèi)涌土現(xiàn)象會在短時間內(nèi)發(fā)生且迅速造成井外地面的
大面積塌陷，從而造成嚴(yán)重的人員傷亡和工程及環(huán)境事故。 傳統(tǒng)的沉井施工中為了防止井內(nèi)涌土井外塌陷現(xiàn)象，有預(yù)先在沉井外圍形成由鋼 板樁、鋼筋混凝土樁墻、或水泥土攪拌樁形成的圍堰或帷幕等土體加固方案。這些方案由于 在沉井外預(yù)先獨立形成的圍堰或帷幕墻，施工深度較深，工程造價高，工期長，并且擋土的 深度有限。

發(fā)明內(nèi)容為了更有效的解決克服井內(nèi)涌土井外塌陷的現(xiàn)象，本實用新型的技術(shù)方案是提供 一種具有二次支護裝置的沉井，有效地解決了井內(nèi)涌土井外塌陷的現(xiàn)象，并且節(jié)約了工程 成本，縮減了工期，施工難度較小，可操作性較強。 為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供的一種具有二次支護裝置的沉井構(gòu)造，包 括 沉井結(jié)構(gòu)本體，導(dǎo)向梁和鋼板樁；[0009] 所述導(dǎo)向梁水平預(yù)置在所述沉井結(jié)構(gòu)本體內(nèi)部的底層，并與所述沉井結(jié)構(gòu)本體的 井壁內(nèi)壁面保持一定距離； 多根所述鋼板樁抵靠在所述導(dǎo)向梁上與所述井壁內(nèi)壁面相對的外側(cè)面上，并向下 縱向插入到土層中。 本實用新型利用鋼板樁，形成擋土墻，防止了井內(nèi)涌土與井外塌陷現(xiàn)象；又由于是 在沉井內(nèi)部打入鋼板樁，利用了沉井自身的結(jié)構(gòu)構(gòu)造和穩(wěn)定性來支撐鋼板樁上部，不需要 單獨另設(shè)對鋼板樁上部的支撐結(jié)構(gòu)，簡化了對鋼板樁上部的支撐結(jié)構(gòu)，縮減了成本；此外， 由于直接從沉井內(nèi)底部打入，高效地利用了鋼板樁，進一步縮減了成本，提高了安全性能。

圖1是傳統(tǒng)沉井的井內(nèi)涌 圖2是本實用新型實施方 圖3是本實用新型實施方 圖4是本實用新型實施方 圖5是本實用新型實施方 圖6是本實用新型實施方 圖7是本實用新型實施方 附圖標(biāo)記對照表 1——沉井結(jié)構(gòu)本體； 4——隔水帷幕； 7——基樁； 10——臨時棧橋平臺； 21——外側(cè)面； 32——斜撐桿件；
土井外塌陷現(xiàn)象的立面示意圖； 式一沉井內(nèi)底層的平面結(jié)構(gòu)示意圖； 式二沉井底層的平面結(jié)構(gòu)示意圖； 式三沉井下沉過程中的立體結(jié)構(gòu)示意圖 式三沉井下沉到位的立體結(jié)構(gòu)示意圖； 式二沉井施工過程的立體結(jié)構(gòu)示意圖； 式四沉井施工過程的的立體結(jié)構(gòu)示意圖,
2——導(dǎo)向梁；
3-6-9-
5——井外地面； 8——長臂挖掘機； 11——井壁內(nèi)壁面；12-22——內(nèi)側(cè)面； 31-33-角撐； 34-
-鋼板樁； -井內(nèi)底面； -千斤頂； 一水平框架； _短連梁； 一立面斜桿。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施方式對本實用新型進一步說明。 具有二次支護裝置的沉井 本實用新型的分次支護的定義沉井結(jié)構(gòu)是對基坑內(nèi)開挖面之上的一次支護結(jié) 構(gòu)，鋼板樁與樁上部的水平支撐結(jié)構(gòu)是對基坑內(nèi)開挖面之下的二次支護結(jié)構(gòu)。導(dǎo)向梁是 一次支護結(jié)構(gòu)的物理組成之一部分，又是二次支護結(jié)構(gòu)的功能組成之一部分，導(dǎo)向梁是兩 次支護結(jié)構(gòu)的受力傳遞關(guān)鍵之構(gòu)件。 參見圖2為，為本實用新型實施方式一沉井內(nèi)底層的平面結(jié)構(gòu)示意圖。具有二次 支護裝置的沉井結(jié)構(gòu)，包括沉井結(jié)構(gòu)本體1，導(dǎo)向梁2和鋼板樁3 ;導(dǎo)向梁2水平預(yù)置在沉 井結(jié)構(gòu)本體1內(nèi)部的底層，并與沉井結(jié)構(gòu)本體1的井壁內(nèi)壁面11保持一定距離；多根鋼板 樁3抵靠在導(dǎo)向梁2上與井壁內(nèi)壁面11相對的外側(cè)面21上，并向下縱向插入到土層中，且 穿越潛在的滑動面一段深度。如圖6所示，為本實用新型實施方式二沉井施工過程的立體 結(jié)構(gòu)示意圖。清楚顯示，鋼板樁3沿導(dǎo)向梁2的外側(cè)面21打入到土層中的過程。打入后的 鋼板樁3，沿導(dǎo)向梁2形成擋土墻，穿越潛在的滑動面一段深度，阻礙了井外土涌入井內(nèi)。導(dǎo)向梁2對鋼板樁3起到了三個作用(l)導(dǎo)向作用鋼板樁3沿導(dǎo)向梁2在水平方向上排列
形成擋土墻，并沿導(dǎo)向梁2的外側(cè)面21縱向插入土層中且穿越潛在的滑動面一段深度；(2)
定位作用結(jié)合土層固定鋼板樁3的空間位置；(3)支撐作用導(dǎo)向梁2結(jié)合井內(nèi)的水平框
架12及桁架結(jié)構(gòu)(參見下面描述)，支撐鋼板樁3上部抵抗井外土壓力。 由于鋼板樁3沿導(dǎo)向梁2形成擋土墻，當(dāng)井外主動土壓力大于井內(nèi)被動土壓力時， 鋼板樁3形成的擋土墻參與工作，有效的支撐住井外滑移土體，防止井內(nèi)涌土井外塌陷現(xiàn) 象。又由于是在沉井內(nèi)部打入鋼板樁3，導(dǎo)向梁2也是在沉井結(jié)構(gòu)本體1原有的結(jié)構(gòu)上同 時形成，沉井結(jié)構(gòu)本體1自身的結(jié)構(gòu)龐大，具有一定的穩(wěn)定性，因此，利用了沉井自身的結(jié) 構(gòu)構(gòu)造和穩(wěn)定性來支撐鋼板樁3，不需要像傳統(tǒng)方法那樣在沉井外圍另設(shè)相對獨立的、復(fù)雜 的支撐結(jié)構(gòu)，這種方法有效地簡化了結(jié)構(gòu)，縮減了成本；此外，由于鋼板樁3在沉井中的有 效抵擋土體的結(jié)構(gòu)是在沉井底部的區(qū)域，直接從沉井底部打入鋼板樁3，而不是從井外地面 5打入，高效地利用了鋼板樁3的長度結(jié)構(gòu)。在實際工程中，由于鋼板樁3的長度有一定的 限制，因此從沉井底部打入鋼板樁3，使鋼板樁3可以抵擋更大的井外土壓力，也可以保證 沉井下沉到更深的深度。 圖2中沉井結(jié)構(gòu)本體1的內(nèi)部底層包括水平框架12，導(dǎo)向梁2設(shè)置在水平框架12 中，并沿井壁內(nèi)壁面ll形成圈梁(結(jié)構(gòu)力學(xué)上也可稱之為連續(xù)梁)，由于多個導(dǎo)向梁2被多 個水平框架12隔開，因此形成了結(jié)構(gòu)上的圈梁為非連續(xù)性的。在土質(zhì)均勻的理想狀態(tài)下， 導(dǎo)向梁2可在沉井底層形成圈梁，抵擋各個方向的井外土壓力。在實際工程中，根據(jù)工程需 要且為了節(jié)省鋼板樁3的用量，可只在需要鋼板樁3的一面，或多面打入。例如，沉井一側(cè)的 土質(zhì)較堅硬，而另一側(cè)的土質(zhì)較軟弱，那么可在土質(zhì)較軟的一側(cè)設(shè)置導(dǎo)向梁2打入鋼板樁3 即可。 如圖3所示，為本實用新型實施方式二沉井底層的平面結(jié)構(gòu)示意圖。當(dāng)水平框架 12的軸線跨度較大時將導(dǎo)致單跨導(dǎo)向梁跨度較大，單跨導(dǎo)向梁外側(cè)面21與井壁內(nèi)壁面11 之間可以設(shè)有水平的短連梁31，短連梁31與導(dǎo)向梁2可互相垂直，也可呈一定傾斜角度。 短連梁31可加強單跨導(dǎo)向梁2對鋼板樁3的水平支撐能力。 一個水平框架12中可設(shè)置多 根短連梁31。 本實用新型實施例中，還可在導(dǎo)向梁2靠近沉井中心的內(nèi)側(cè)面22與水平框架12 之間形成水平桁架結(jié)構(gòu)。如圖3所示，可在水平框架12中設(shè)置水平的斜撐桿件32和水平 的角撐33。大幅度地提高單跨導(dǎo)向梁2的水平承載能力。 本實用新型實施例中，導(dǎo)向梁2的外側(cè)面21與井壁內(nèi)壁面11之間還可設(shè)有立面 斜桿34。立面斜桿34的一端連接在導(dǎo)向梁2的外側(cè)面21上，另一端與井壁內(nèi)壁面11上高 于導(dǎo)向梁2的壁面位置相連接。立面斜桿34可在豎直方向上支撐鋼板樁3。在水平框架 12上形成的用于支撐鋼板樁3的其他桁架結(jié)構(gòu)，都屬于本實用新型的保護范圍。 本實用新型實施例中，如圖6所示，沉井結(jié)構(gòu)本體1的頂層可設(shè)有臨時棧橋平臺 10，臨時棧橋平臺10用于安放打入或拔出鋼板樁3的長臂挖掘機8或其他類型的打樁機 械。長臂挖掘機8穿過水平框架12的空格實施打入或拔出鋼板樁3。 本實用新型實施例中，鋼板樁3可為工字鋼、角鋼、槽鋼、H型鋼、拉森鋼板槽鋼樁、 各種圓形或矩形截面的鋼管。 本實用新型實施例中，鋼板樁和導(dǎo)向梁等結(jié)構(gòu)除了可以應(yīng)用在圖2和圖3中的方形沉井中，還可以用在圓形、或半圓形沉井當(dāng)中。如圖7所示，在圓形沉井結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)向梁2 為環(huán)形導(dǎo)向梁，短連梁31水平設(shè)置在導(dǎo)向梁2的外側(cè)面與井壁內(nèi)壁面之間。 具有二次支護裝置的沉井的施工方法 結(jié)合圖4-6，詳細(xì)說明具有二次支護裝置的沉井施工方法，其包括如下步驟 a、在地面打入基樁7，在基樁7頂部安放千斤頂9，在千斤頂9上制作沉井結(jié)構(gòu)本 體l，在沉井結(jié)構(gòu)本體1內(nèi)部的底層水平預(yù)置導(dǎo)向梁2，導(dǎo)向梁2與沉井結(jié)構(gòu)本體1的井壁 內(nèi)壁面ll保持一定距離； 此距離為樁墻厚度加上保證人員進出所需的最小空間尺寸之和，最小空間尺寸通 常應(yīng)大于500mm。 b、在井內(nèi)挖土引導(dǎo)沉井結(jié)構(gòu)本體l下沉； 沉井結(jié)構(gòu)本體1的下沉可逐步進行，也可以一次下沉。 c、當(dāng)獲取到井內(nèi)土層尚未達到且接近井底涌土狀態(tài)時，即獲取到井內(nèi)井外土層有 允許的變形接近且尚未達到極限狀態(tài)時(留有安全系數(shù))，停止井內(nèi)挖土，沿導(dǎo)向梁2上與 井壁內(nèi)壁面11相對的外側(cè)面21打入多根鋼板樁3，使鋼板樁3抵靠在導(dǎo)向梁2的外側(cè)面 21上，并向下縱向插入到土層中且穿越潛在的滑動面一段深度； 此時，打入鋼板樁3是為了防止沉井再次下沉后，井內(nèi)外土體的壓力差進一步加
大，從而出現(xiàn)井內(nèi)涌入的現(xiàn)象，因此，在沉井再次下沉之前，打入鋼板樁3。 d、在所述沉井結(jié)構(gòu)本體1內(nèi)向下繼續(xù)挖土后，引導(dǎo)所述沉井結(jié)構(gòu)本體1繼續(xù)下
沉； 繼續(xù)下沉的沉井，在鋼板樁3形成的擋土墻的保護下，安全下沉。 e、當(dāng)沉井結(jié)構(gòu)本體1下沉到達設(shè)計深度時，終止下沉運動，分批次拆除千斤頂9，
分批澆筑承臺混凝土，直至完成全部的承臺混凝土制作。此時，沉井的空間位置被永久性定位。 f 、底層包括多個水平框架12，導(dǎo)向梁2設(shè)置在多個水平框架12中，水平框架12被 導(dǎo)向梁2分割成多個空格，在底層中避開鋼板樁3所在空格的區(qū)域，澆筑鋼筋混凝土底板， 實現(xiàn)第一次封底； 在拔出鋼板樁3的步驟之前，需要對沉井結(jié)構(gòu)本體1的底層，避開鋼板樁3所在空 格的區(qū)域，澆筑鋼筋混凝土底板，澆筑完成后形成部分底板，此時部分底板一方面為沉井底 層封底，另一方面，當(dāng)鋼板樁3拔出后，部分底板起到了阻礙井外土體涌入井內(nèi)的作用。水 平框架12中的空格除了被導(dǎo)向梁2分割外，還可被短連梁31、斜撐桿件32和角撐33所分 割。部分底板形成在沒有被分割的水平框架以及被分割的水平框架中的沒有鋼板樁的空格 內(nèi)。 g、分批拔出鋼板樁3，分批次澆筑拔出的鋼板樁3所在的空格，形成鋼筋混凝土底 板，實現(xiàn)第二次封底，最終達到井底完全封閉的狀態(tài)。。 工程應(yīng)用中，任一空格內(nèi)的鋼板樁拔出后，應(yīng)盡快將此空格進行封底。 由于獲取到需要打入鋼板樁3時(即主動土壓力與被動土壓力接近且尚未達到靜
力極限平衡狀態(tài)時)，才打入鋼板樁3，這種方法根據(jù)實際工程中的土質(zhì)環(huán)境，來決定是否
打入鋼板樁，靈活有效的有針對性的防止了井內(nèi)涌土井外塌陷現(xiàn)象，節(jié)省了人力和材料，提
高了安全性。[0054] 本實用新型實施例中，步驟d后進一步包括 再將鋼板樁3向下打入一層； 再在沉井結(jié)構(gòu)本體1內(nèi)部向下挖土一層； 再引導(dǎo)沉井結(jié)構(gòu)本體1下沉一層； 重復(fù)上述三個步驟，直到沉井結(jié)構(gòu)本體1下沉到達設(shè)計深度。 由于鋼板樁3是抵靠在導(dǎo)向梁2的外側(cè)面21上的，與導(dǎo)向梁2之間沒有固定連 接，因此沉井完成一次下沉后，鋼板樁3在土層中的深度位置不變；當(dāng)沉井開始下一次下沉 之前，為了確保下次下沉過程中不發(fā)生井內(nèi)涌入現(xiàn)象，將鋼板樁3再次向下打入土層內(nèi)，并 保持一端抵靠在導(dǎo)向梁2的外側(cè)面21上，然后再引導(dǎo)沉井結(jié)構(gòu)本體1下沉。不斷重復(fù)上述 步驟，直到沉井本體1下沉到預(yù)定深度，此時不需要再將鋼板樁3打入土層中。這里所指的 "層"是指土層，不限定為沉井的物理結(jié)構(gòu)層，也不限定為沉井實際每次下沉的深度。實際工 程中，有如下三種情況 1.沉井下沉到底的過程中，不需要打入鋼板樁。 2.沉井下沉到底的過程中，需一次打入鋼板樁。 3.沉井下沉到底的過程中，需多次打入鋼板樁。按運動狀態(tài)描述，即沉井多次下沉 與多次打入鋼板樁為交替循環(huán)進行。 打入的鋼板樁下端，需要始終保持穿越潛在的滑動面一段深度。此段深度由數(shù)學(xué) 力學(xué)計算根據(jù)所需要的安全系數(shù)而確定。鋼板樁整體穩(wěn)定的數(shù)學(xué)力學(xué)模型可根據(jù)對0點取 主動土壓力和被動土壓力的力矩平衡方程而計算獲得。鋼板樁的構(gòu)件材料形式可按最大彎 矩值而計算獲得。 上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實 用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的 保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求一種具有二次支護裝置的沉井，包括沉井結(jié)構(gòu)本體，導(dǎo)向梁和鋼板樁；所述導(dǎo)向梁水平預(yù)置在所述沉井結(jié)構(gòu)本體內(nèi)部的底層，并與所述沉井結(jié)構(gòu)本體的井壁內(nèi)壁面保持一定距離；多根所述鋼板樁抵靠在所述導(dǎo)向梁上與所述井壁內(nèi)壁面相對的外側(cè)面上，并向下縱向插入到土層中。
2. 如權(quán)利要求1所述的具有二次支護裝置的沉井，其特征在于，所述底層包括多個水 平框架，所述導(dǎo)向梁設(shè)置在多個所述水平框架中，并沿所述井壁內(nèi)壁面形成圈梁。
3. 如權(quán)利要求2所述的具有二次支護裝置的沉井，其特征在于，所述導(dǎo)向梁的所述外 側(cè)面與所述井壁內(nèi)壁面之間設(shè)有水平的短連梁。
4. 如權(quán)利要求3所述的具有二次支護裝置的沉井，其特征在于，所述導(dǎo)向梁的內(nèi)側(cè)面 上設(shè)有水平的斜撐桿件，所述斜撐桿件、所述水平框架以及所述導(dǎo)向梁共同組成水平面桁 架結(jié)構(gòu)。
5. 如權(quán)利要求4所述的具有二次支護裝置的沉井，其特征在于，所述導(dǎo)向梁的所述外 側(cè)面與所述井壁內(nèi)壁面之間還設(shè)有立面斜桿。
專利摘要本實用新型公開了一種具有二次支護裝置的沉井，沉井結(jié)構(gòu)本體，導(dǎo)向梁和鋼板樁；所述導(dǎo)向梁水平預(yù)置在所述沉井結(jié)構(gòu)本體內(nèi)部的底層，并與所述沉井結(jié)構(gòu)本體的井壁內(nèi)壁面保持一定距離；多根所述鋼板樁抵靠在所述導(dǎo)向梁上與所述井壁內(nèi)壁面相對的外側(cè)面上，并向下縱向插入到土層中。由于本實用新型利用鋼板樁，形成擋土墻，防止了井內(nèi)涌土現(xiàn)象，進而防止了井外土層塌陷現(xiàn)象。
文檔編號E02D31/10GK201546232SQ200920263600
公開日2010年8月11日 申請日期2009年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月30日
發(fā)明者丁慈鑫, 丁樹東 申請人:丁慈鑫;丁樹東