一种嵌套式设置沉井结构及施工方法 |
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| 申请号 | CN202410032485.6 | 申请日 | 2024-01-09 | 公开(公告)号 | CN117738220A | 公开(公告)日 | 2024-03-22 |
| 申请人 | 中铁大桥勘测设计院集团有限公司; | 发明人 | 张晶; 李少骏; 王碧波; 李奇; 周银东; 易莉帮; 罗锋; | ||||
| 摘要 | 本 申请 涉及一种嵌套式设置沉井结构及施工方法，其包括：既有沉井；新建设置沉井，其通过沉井井壁分割为多个井孔单元，所述井孔单元包括大于所述既有沉井的尺寸的嵌套区，所述嵌套区内嵌入有所述既有沉井。由于将既有沉井 基础 布置于新建设置沉井的一个井孔单元内，形成嵌套式设置沉井结构，不仅充分利用了墩位处基底强度高的地质条件优势，还使既有沉井结构参与新建沉井的整体受 力 ，有效发挥了沉井基础承载能力高、受力性能优越的结构特性，有效解决了既有基础占用墩位资源和合理利用的工程问题，减少新建 桥梁 的基础规模与工程量，合理控制工程成本，实现了因地制宜的工程建设理念。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种嵌套式设置沉井结构，其特征在于，其包括： |
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| 说明书全文 | 一种嵌套式设置沉井结构及施工方法技术领域背景技术[0002] 目前，针对墩位处水下覆盖层较薄或基岩直接裸露且强度较高的情况下，新建设置沉井方案成为主要的基础形式选项之一。预先对水下地基进行处理，沉井结构在工厂预制，浮运到墩位精确定位后，直接放置在处理好的地基上，然后进行封底施工，形成整体基础。与常规的沉井基础相比，新建设置沉井没有取土下沉过程，沉井着床即下沉到位，施工工艺简单，施工风险较小。 [0003] 相关技术中，在既有桥梁改扩建工程中，老旧沉井基础占用稀缺的墩位资源，且难以满足新建桥梁的承载力要求，而既有沉井基础清除工程量大，施工复杂，工期较长，如何结合墩位处地形、地质特点，合理利用既有沉井是桥梁改扩建工程亟待解决的问题。 发明内容[0004] 本申请提供一种嵌套式设置沉井结构及施工方法，可以解决相关技术中老旧沉井基础占用稀缺的墩位资源，且难以满足新建桥梁的承载力要求，无法合理利用的问题。 [0005] 第一方面，本申请实施例提供了一种嵌套式设置沉井结构，其包括：既有沉井；新建设置沉井，其通过沉井井壁分割为多个井孔单元，所述井孔单元包括大于所述既有沉井的尺寸的嵌套区，所述嵌套区内嵌入有所述既有沉井。 [0007] 结合第一方面，在一种实施方式中，所述配重区内设置有第一剪力榫头和第二剪力榫头，所述第二剪力榫头位于所述第一剪力榫头的上方，所述第一剪力榫头和所述第二剪力榫头均凸出于所述沉井井壁，并与所述沉井井壁连为一体。 [0008] 结合第一方面，在一种实施方式中，所述嵌套区与所述普通区内设置有第三剪力榫头，所述第三剪力榫头凸出于所述沉井井壁，并与所述沉井井壁连为一体。 [0009] 结合第一方面，在一种实施方式中，所述新建设置沉井的底部固结有封底混凝土板，所述既有沉井的底部嵌于所述封底混凝土板中。 [0010] 结合第一方面，在一种实施方式中，所述封底混凝土板与所述第一剪力榫头和所述第三剪力榫头连接。 [0011] 结合第一方面，在一种实施方式中，所述封底混凝土板的底面高度低于所述既有沉井的底面高度，所述既有沉井底面范围内地基基岩凸出于新建设置沉井底平面。 [0012] 结合第一方面，在一种实施方式中，所述新建设置沉井的顶部固结有沉井盖板，所述既有沉井的顶部嵌于所述沉井盖板中。 [0013] 结合第一方面，在一种实施方式中，所述嵌套区位于所述新建设置沉井的中心，所述既有沉井和所述新建设置沉井的重心位于同一竖直线上。 [0014] 第二方面，本申请实施例提供了一种利用上述的嵌套式设置沉井结构的施工方法，其包括以下步骤：在设计墩位处围绕既有沉井开挖基坑；将所述新建设置沉井的嵌套区定位至所述既有沉井的上方，注水下沉着床；将所述新建设置沉井和所述既有沉井连接为一个整体。 [0015] 本发明实施例提供的嵌套式设置沉井结构的施工方法，具体包括以下步骤： [0016] S1、在设计墩位处围绕既有沉井开挖基坑，基坑深度至新建设置沉井底面高程并在既有沉井底高程以下，基坑宽度大于新建设置沉井外轮廓尺寸，保留既有沉井下卧基岩并形成垂直侧壁，水下清渣，整平基底。 [0017] S2、由于既有沉井设置在沉井的一侧，沉井井孔单元布置不对称，沉井浮运时结构重心产生偏心，为避免倾覆在既有沉井所对应的井孔单元井壁顶部安装沉井压载层，调整沉井重心至结构中心，浮运至墩位后精确定位既有沉井对应的井孔单元孔位与新建设置沉井平面位置，沉井注水下沉着床，在沉井外壁周围抛填块石防护。 [0018] S3、水下浇筑封底混凝土板封堵沉井井孔单元的底部，并与既有沉井底部连接成整体，封底混凝土板浇筑至第一剪力榫头以及第三剪力榫头处，割除井壁顶部安装的沉井压载层。 [0019] S4、水下浇筑井孔单元内的填芯混凝土，按照由中心向两侧的顺序分别浇筑各井孔单元，直至第二剪力榫头处。 [0020] S5、在沉井顶部浇筑施工沉井盖板，并与既有沉井的顶部及侧表面连接成整体。 [0021] 进一步的，所述步骤S1还包括，在既有沉井下形成垂直侧壁的下卧基岩处进行水下注浆加固，及时封堵基坑开挖整平过程中造成的基岩微裂缝，防止基岩渗水，提高地基强度。 [0023] 进一步的，所述步骤S2还包括，井孔单元的井壁顶部安装的沉井压载层为施工临时钢结构，结构宽度与沉井井壁的厚度相同，沉井浮运时可焊接或栓接至井壁顶部，结构高度及重量可通过节段拼装调整，以适应沉井下沉时的重心变化。 [0024] 本发明实施例提供的嵌套式设置沉井结构及施工方法的原理为：将既有沉井布置于新建设置沉井的一个井孔单元内，通过沉井盖板与封底混凝土板的有效连接，使既有沉井嵌固于新建设置沉井的结构中，形成嵌套式设置沉井结构，上部结构荷载通过沉井盖板传力给既有沉井与设置沉井井壁，并由沉井封底混凝土板与既有沉井底板传力至地基，实现既有沉井与新建设置沉井的共同受力；既有沉井可布置于新建设置沉井的中心或一侧，灵活适应新建设置沉井墩位中心线的变化；针对既有沉井的不对称布置，通过部分井孔填充填芯混凝土的方式调整嵌套式沉井结构的重心，使得沉井基底应力分布更加均匀；在施工过程中，采用拼接沉井压载层的方式调整不对称沉井结构在浮运与下沉过程中的重心，防止倾覆；对既有沉井与新建设置沉井的交接面进行植筋处理，提高新老沉井间的结合力，使既有沉井有效嵌固于新建设置沉井中并参与整体受力。 [0025] 本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果包括： [0026] 本发明实施例提供了一种嵌套式设置沉井结构及施工方法，由于将既有沉井基础布置于新建设置沉井的一个井孔单元内，形成嵌套式设置沉井结构，不仅充分利用了墩位处基底强度高的地质条件优势，还使既有沉井结构参与新建沉井的整体受力，有效发挥了沉井基础承载能力高、受力性能优越的结构特性，有效解决了既有基础占用墩位资源和合理利用的工程问题，减少新建桥梁的基础规模与工程量，合理控制工程成本，实现了因地制宜的工程建设理念。附图说明 [0027] 为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0028] 图1为本发明实施例提供的嵌套式设置沉井结构非对称布置的结构示意图； [0029] 图2为图1中沿A‑A方向的剖面图； [0030] 图3为图1中沿B‑B方向的剖面图； [0031] 图4为本发明实施例提供的嵌套式设置沉井结构对称布置的结构示意图； [0032] 图5为本发明实施例提供的嵌套式设置沉井结构非对称布置的施工平面图； [0033] 图6为图5中沿A‑A方向的剖面图； [0034] 图7为图5中沿B‑B方向的剖面图； [0035] 图8为本发明实施例步骤3的状态示意图； [0036] 图9为本发明实施例步骤4的状态示意图。 [0037] 图中标号： [0038] 1、既有沉井；2、新建设置沉井；21、沉井井壁；22、井孔单元；221、嵌套区；222、配重区；223、普通区；3、填芯混凝土；4、第一剪力榫头；5、第二剪力榫头；6、第三剪力榫头；7、封底混凝土板；8、沉井盖板；9、沉井压载层。 具体实施方式[0039] 为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。 [0040] 本申请实施例提供了一种嵌套式设置沉井结构及施工方法，其能解决相关技术中老旧沉井基础占用稀缺的墩位资源，且难以满足新建桥梁的承载力要求，无法合理利用的问题。 [0041] 图1是本发明实施例提供的一种嵌套式设置沉井结构，包括既有沉井1、新建设置沉井2、第一剪力榫头4、第二剪力榫头5、第三剪力榫头6、封底混凝土板7和沉井盖板8。 [0042] 参见图1所示，所述新建设置沉井2内设有多个井孔单元22，相邻两井孔单元22之间通过沉井井壁21隔离。根据沉井井孔单元22的功能进行分区，如图1所示，可将沉井井孔单元22分为嵌套区221、配重区222和普通区223。嵌套区221井孔为单个井孔单元22，用于嵌入既有沉井1，该井孔单元22尺寸应适应既有沉井1的结构尺寸，并稍大于既有沉井1外轮廓尺寸以适应新建设置沉井2下沉过程中的往复摆动幅度，嵌套区221井孔单元22可布置在新建设置沉井2的一侧；配重区222井孔为多个需填充填芯混凝土3的井孔单元22；其余井孔单元22划分为普通区223井孔。 [0043] 参见图1所示，所述既有沉井1布置于新建设置沉井2的一个井孔单元22内，即嵌套区221井孔内，既有沉井1与沉井井壁21间留有空隙不接触，既有沉井1顶面高程低于新建设置沉井2顶面高程，既有沉井1底面高程高于新建设置沉井2底面高程；既有沉井1可布置于在新建设置沉井2的一侧，可灵活适应新建设置沉井2墩位中心线的变化。由于将既有沉井1布置于新建设置沉井2的一个井孔单元22内，形成嵌套式设置沉井结构，不仅充分利用了墩位处基底强度高的地质条件优势，还使既有沉井有效嵌固于新建设置沉井中并参与整体受力，有效发挥了沉井基础承载能力高、受力性能优越的结构特性，实现了既有老旧沉井基础的合理利用并充分发挥了其受力特性，可有效减少新建桥梁的基础规模与工程量，合理控制工程成本，实现了因地制宜的工程建设理念，解决了相关技术中老旧沉井基础占用稀缺的墩位资源，且难以满足新建桥梁的承载力要求的问题。 [0044] 参见图2所示，在一些实施例中，所述沉井盖板8位于新建设置沉井2的顶部，沉井盖板8的底面高程低于既有沉井1的顶面高程，既有沉井1嵌固于沉井盖板8中，沉井盖板8与既有沉井1顶面、顶部外表面连接，且在既有沉井1顶面、顶部外表面植入钢筋，用于提高既有沉井1与沉井盖板8的粘结力，以确保上部结构通过沉井盖板8将部分荷载有效传递至既有沉井1，使其参与整体受力。 [0045] 参见图3所示，在一些实施例中，在配重区222的井孔单元22四周均设置有第一剪力榫头4，在嵌套区221、普通区223的井孔单元22四周均设置有第三剪力榫头6，所述第一剪力榫头4和所述第三剪力榫头6均位于沉井井壁21底部，以提高封底混凝土板7的竖向抗剪能力，并将基底应力传递至沉井井壁21；所述第二剪力榫头5位于第一剪力榫头4的上方，且布置于配重区222井孔单元22的四周，以提高填芯混凝土3的竖向抗剪能力。所述第一剪力榫头4、所述第二剪力榫头5和所述第三剪力榫头6均凸出于井孔单元22的沉井井壁21，与沉井井壁21为整体结构。 [0046] 参见图2所示，在一些实施例中，所述封底混凝土板7板位于井孔单元22的底部，与第一剪力榫头4、第三剪力榫头6和既有沉井1相连，所述封底混凝土板7用于封堵井孔单元22的底部，封底混凝土板7与既有沉井1底部外表面连接，在既有沉井1底部外表面植入钢筋，用于提高既有沉井1与封底混凝土板的粘结力，以保证既有沉井1与新建设置沉井2的基底整体受力；封底混凝土板7底面高程低于既有沉井1底面高程，既有沉井1底面范围内地基基岩凸出于新建设置沉井2底平面，以保证既有沉井1底部与封底混凝土板7的完全连接，并提高新建设置沉井2的水平摩擦力。 [0047] 参见图1和图3所示，在一些实施例中，所述填芯混凝土3布置于配重区222的井孔单元22中，连接所在井孔单元22内封底混凝土板7顶部并与配重区222井孔单元22内四周的第二剪力榫头5相连，填芯混凝土3用于平衡既有沉井1在新建设置沉井2中不对称布置时引起的不平衡自重，以调整结构重心，使基底应力分布均匀。 [0048] 参见图4所示，在一些实施例中，既有沉井1位于新建设置沉井2中心井孔单元22内，既有沉井1与新建设置沉井2中心对称布置，既有沉井1与新建设置沉井2的重心位于同一竖直线上。与前述实施例的区别在于，由于新建设置沉井2的中心对称，既有沉井1与新建设置沉井2在平面上重心重合，新建设置沉井2的井孔单元22分为普通区223与嵌套区221，嵌套区221井孔单元位于新建设置沉井2的中心，普通区223井孔分布在嵌套区221周边对称布置，不需设置填芯混凝土3来调整结构重心位置，不需设置配重区222与第二剪力榫头5。 [0049] 本发明实施例提供的嵌套式设置沉井结构的施工方法，具体包括以下步骤： [0050] S1、在设计墩位处围绕既有沉井1开挖基坑，如图6所示，基坑深度至新建设置沉井2底面高程并在既有沉井1底高程以下，基坑宽度大于新建设置沉井2外轮廓尺寸，保留既有沉井1下卧基岩并形成垂直侧壁，水下清渣，整平基底。 [0051] S2、如图5～7所示(a为纵桥向，b为水位线)，由于既有沉井1设置在新建设置沉井2的一侧，新建设置沉井2井孔单元22布置不对称，新建设置沉井2浮运时结构重心产生偏心，为避免倾覆在既有沉井1所对应的井孔单元22井壁顶部安装沉井压载层9，调整沉井重心至结构中心，浮运至墩位后精确定位既有沉井1对应的井孔单元22孔位与新建设置沉井2平面位置，新建设置沉井2注水下沉着床，在沉井外壁周围抛填块石防护。 [0052] S3、如图8所示，水下浇筑封底混凝土板7封堵沉井井孔单元22的底部，并与既有沉井1底部连接成整体，封底混凝土板7浇筑至第一剪力榫头4以及第三剪力榫头6处，割除井壁顶部安装的沉井压载层9。 [0053] S4、水下浇筑井孔单元22内的填芯混凝土3，如图9所示，按照由中心向两侧的顺序(即填芯砼①→填芯砼②→填芯砼③→填芯砼④)分别浇筑各井孔单元22，直至第二剪力榫头5处。 [0054] S5、在沉井顶部浇筑施工沉井盖板8，并与既有沉井1的顶部及侧表面连接成整体。 [0055] 进一步的，所述步骤S1还包括，在既有沉井1下形成垂直侧壁的下卧基岩处进行水下注浆加固，及时封堵基坑开挖整平过程中造成的基岩微裂缝，防止基岩渗水，提高地基强度。 [0056] 进一步的，在所述步骤S2之前，凿毛既有沉井1顶面、顶部外表面、底部外表面至新鲜骨料露出，将既有沉井1顶面、顶部外表面、底部外表面植入钢筋。 [0057] 进一步的，所述步骤S2还包括，井孔单元22的井壁顶部安装的沉井压载层9为施工临时钢结构，结构宽度与沉井井壁21的厚度相同，沉井浮运时可焊接或栓接至井壁顶部，结构高度及重量可通过节段拼装调整，以适应沉井下沉时的重心变化。 [0058] 本发明实施例提供的嵌套式设置沉井结构及施工方法的原理如下： [0059] 本发明实施例是一种嵌套式设置沉井结构及施工方法，将既有沉井1布置于新建设置沉井2的一个井孔单元22内，通过沉井盖板8与封底混凝土板7的有效连接，使既有沉井1嵌固于新建设置沉井2的结构中，形成嵌套式设置沉井结构，上部结构荷载通过沉井盖板传力给既有沉井与设置沉井井壁，并由沉井封底混凝土板与既有沉井底板传力至地基，实现既有沉井与新建设置沉井的共同受力；既有沉井1可布置于新建设置沉井2的中心或一侧，可灵活适应新建设置沉井2墩位中心线的变化；针对既有沉井1的不对称布置，通过部分井孔填充填芯混凝土3的方式调整嵌套式沉井结构的重心，使得沉井基底应力分布更加均匀；在施工过程中，采用拼接沉井压载层9的方式调整不对称沉井结构在浮运与下沉过程中的重心，防止倾覆；对既有沉井1与新建设置沉井2的交接面进行植筋处理，提高新老沉井间的结合力，使既有沉井1有效嵌固于新建设置沉井2中并参与整体受力。 [0060] 在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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申请和简化描述，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申请的限制。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，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。 [0061] 需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。 [0062] 以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。 |
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