CN111456066A - 一种新型自纠偏沉井及其纠偏方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型自纠偏沉井及其纠偏方法，属于桥梁沉井基础技术领域，包括：沉井，沉井内设有多个呈矩阵式排列的井孔，相邻的两孔井孔之间通过沉井井壁隔开，位于沉井内圈的井孔为封闭井孔，位于沉井外圈的井孔为自纠偏井孔；封底混凝土板，其封堵在沉井的井底；沉井顶盖，沉井顶盖位于沉井的顶部，在沉井顶盖上开设有注砂排水孔，注砂排水孔与自纠偏井孔连通，注砂排水孔用于向自纠偏井孔内注砂石或排水。本发明的自纠偏沉井即纠偏方法根据沉井的倾斜方向，在倾斜方向的自纠偏井孔内抽水减重，在与倾斜方向相反的自纠偏井孔内注入砂石增重，实现反方向加载，使沉井产生抗倾斜弯矩，实现沉井基础的纠偏。

Description

一种新型自纠偏沉井及其纠偏方法

技术领域

本发明涉及桥梁沉井基础技术领域，具体是涉及一种新型自纠偏沉井及其纠偏方法。

背景技术

随着桥梁跨度的不断加大，沉井基础的规模也越来越大，沉井基础是指一个空的或多室井箱结构，利用自重及井孔内取土、穿越海(江、河)水深与覆盖层，到达预定高程，在井孔内清基或岩面处理，浇筑水下混凝土封底，形成的桥梁基础。根据施工方法的不同可分为筑岛下沉重型沉井、浮运下沉自浮式沉井、浮运直接设置自浮式沉井等几类。沉井基础的特点是埋置深度可以很大，整体性强、稳定性好，有较大的承载面积，能承受较大的垂直荷载和水平荷载；沉井既是基础，又是施工时的挡土和挡水的围堰结构物。沉井基础具有刚度大、抵抗水平荷载能力强、竖向承载能力高的特点。

沉井基础在大型桥梁基础中应用广泛，如发生倾斜，纠偏难度极大，将造成不可估量的损失，如何简单易行的实现沉井纠偏，一直是桥梁工程界研究的重点，需要对沉井基础进行创新设计。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术中沉井纠偏难度极大的不足，提供一种新型自纠偏沉井及其纠偏方法。

本发明第一方面提供一种新型自纠偏沉井，包括：

沉井，所述沉井内设有多个呈矩阵式排列的井孔，相邻的两孔井孔之间通过沉井井壁隔开，位于沉井内圈的井孔为封闭井孔，位于沉井外圈的井孔为自纠偏井孔；

封底混凝土板，所述封底混凝土板封堵在沉井的井底；

沉井顶盖，所述沉井顶盖位于沉井的顶部，在沉井顶盖上开设有注砂排水孔，所述注砂排水孔与自纠偏井孔连通，所述注砂排水孔凸出于沉井顶盖的上方，所述注砂排水孔用于向自纠偏井孔内注砂石或排水。

优选方案：所述封闭井孔内注满水，封闭井孔与沉井顶盖组成封闭结构。

优选方案：所述自纠偏井孔的截面形状和大小相同。

优选方案：所述自纠偏井孔连通的注砂排水孔至少设有两个，注砂排水孔的顶部设有顶盖。

优选方案：所述沉井为沿X、Y轴对称结构或中心对称结构。

本发明第二方面提供一种新型自纠偏沉井的纠偏方法，包括以下步骤：

在沉井的底部取土，将沉井下沉至设定高程；

水下浇筑封底混凝土板，封堵沉井的井底；

向封闭井孔和自纠偏井孔内注水增重，加速沉井施工期沉降；

在沉井的顶部施工沉井顶盖，在沉井顶盖上预留与自纠偏井孔连通的注砂排水孔；

在沉井发生不均匀沉降或倾斜时，抽出倾斜方向的自纠偏井孔内的水减重，在与倾斜方向相反的自纠偏井孔内注入砂石增重，沉井产生抗倾斜弯矩M_Rq，实现沉井的自纠偏。

优选方案：所述沉井产生抗倾斜弯矩M_Rq与倾斜弯矩M_q相平衡确定，抗倾斜弯矩M_Rq与倾斜弯矩M_q基本相同。

优选方案：所述抗倾斜弯矩M_Rq由公式一计算得出：

M_Rq＝∑(G_six_icosα+G_sih_sisinα+G_wix_icosα+G_wih_wisinα) (1)

上式中：

M_Rq：自纠偏井孔内注入砂石增重及抽水减重后增加或减少重量相对于沉井基底中心的弯矩之和；

G_si：第i排自纠偏井孔内注入砂石后相对于原自纠偏井孔增加的重量，即增重的自纠偏井孔为灌入井孔内砂石重量与排出水重量的差值；

G_wi：第i排自纠偏井孔内抽水后相对于原自纠偏井孔减小的重量，即减重的自纠偏井孔为抽出水重量；

x_i：第i排自纠偏井孔中心距沉井Y轴的距离；

h_si：第i排自纠偏井孔内注入砂石后自纠偏井孔内增加砂石的重心与沉井基底中心的竖直距离；

h_wi：第i排自纠偏井孔内抽水后自纠偏井孔内抽出水的重心与沉井基底中心的竖直距离；

α：沉井基底相对于Y/X轴的转动角度，即沉井两侧沉降差与沉井长度的比值。

优选方案：所述α由于下沉井两侧沉降差相比于沉井长度的比值很小，故在估算计算时α可近似为0，因此公式一可简化为公式二：

M_Rq＝∑(G_six_i+G_wix_i) (2)

在纠偏后沉井不再产生附加沉降，故沉井重量应基本保持不变，即灌入砂石重量与抽水重量应基本相等，即满足公式三：

∑G_si＝∑G_wi (3)

倾斜弯矩M_q为导致沉井发生倾斜的弯矩，通过抗倾斜弯矩M_Rq等于倾斜弯矩M_q，可初步确定自纠偏井孔内注入砂石重量；纠偏实施过程中，抗倾斜弯矩M_Rq＝(1～1.5)M_q，来获得纠偏启动弯矩，同时监控沉井姿态恢复过程，当沉井姿态纠正后，应立即排出自纠偏井孔内的砂石，实现M_Rq＝M_q，确保沉井后期姿态稳定。

优选方案：所述自纠偏井孔连通的注砂排水孔至少设有两个，一个注砂排水孔向自纠偏井孔内注入砂石时，另一个注砂排水孔将自纠偏井孔内的水抽出，加快注入砂石的速度，两个注砂排水孔交换作业，可减少自纠偏井孔内砂石面的高差。

在上述技术方案的基础上，与现有技术相比，本发明的优点如下：

本发明的一种新型自纠偏沉井，该自纠偏沉井内设有多个呈矩阵式排列的井孔，位于沉井内圈的井孔为封闭井孔，位于沉井外圈的井孔为自纠偏井孔。封闭井孔用于对沉井起到稳定重心的作用，自纠偏井孔用于对沉井进行纠偏。在沉井发生不均匀沉降或偏斜时，在倾斜方向的自纠偏井孔内抽水减重，在与倾斜方向相反的自纠偏井孔内注入砂石增重，实现反方向加载，使沉井产生抗倾倾斜弯矩，实现沉井基础的纠偏。该自纠偏沉井的结构设计简单，纠偏原理明确，可以适应沉井各个方向偏斜的纠偏。

本发明的一种新型自纠偏沉井的纠偏方法，该方法在沉井发生不均匀沉降或倾斜时，通过在倾斜方向的自纠偏井孔内的水减重，在与倾斜方向相反的自纠偏井孔内注入砂石增重，实现纠偏。自纠偏井孔内注入砂石重量可通过抗倾倾斜弯矩与倾倾斜弯矩相等进行初步确定，可简单方便的实现沉井纠偏的目的，操作便捷，效果明显，显著降低了沉井纠偏难度，极大节约了工期和造价。

附图说明

图1是本发明实施例的自纠偏沉井结构示意图；

图2是图1中沿A—A剖面示意图；

图3是图1中沿B—B剖面示意图；

图4是本发明实施例的自纠偏沉井纠偏原理示意图；

图5是本发明实施例的自纠偏沉井抗倾斜弯矩计算立面示意图；

图6是本发明实施例的自纠偏沉井抗倾斜弯矩计算平面示意图。

附图标记：1-沉井井壁，2-封底混凝土板，3-沉井顶盖，4-封闭井孔，5-自纠偏井孔，6-注砂排水孔。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明中各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

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。

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。需要指出的是，所有附图均为示例性的表示。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。

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

实施例1

参见图1至图3所示，本发明实施例提供一种新型自纠偏沉井，包括：

沉井，在沉井内设有多个呈矩阵式排列的井孔，相邻的两孔井孔之间通过沉井井壁1隔开。为了便于描述，本实施例以沿X、Y轴对称和中心对称的正方形结构的沉井为例进行说明，当然沉井的结构还可以是多边形、矩形或圆形等结构。

本实施例的沉井沿沉井的X轴方向设有四孔井孔，沿沉井的Y轴方向设有四孔井孔，沉井内的井孔共有十六孔，沉井内的井孔由内向外设有两圈。位于沉井内圈的井孔为封闭井孔4，封闭井孔4共有四孔，封闭井孔4彼此之间封闭不连通，位于沉井外圈的井孔为自纠偏井孔5，自纠偏井孔5共有十二孔，自纠偏井孔5的截面形状和大小均相同。

封底混凝土板2，封底混凝土板2封堵在沉井的井底，用于对沉井进行封底，隔绝沉井外部的水进入沉井内，为沉井内提供无水环境。

沉井顶盖3，沉井顶盖3位于沉井的顶部，封闭井孔4与沉井顶盖3组成封闭结构，封闭井孔4内注满水，对沉井起到稳定重心的作用。

在沉井顶盖3上开设有注砂排水孔6，注砂排水孔6与自纠偏井孔5连通，为了提高自纠偏井孔5内注砂石和排水的效率，自纠偏井孔5内至少设有两个注砂排水孔6，注砂排水孔6的顶部设有顶盖。注砂排水孔6凸出于沉井顶盖3的上方，预防沉井外的水进入自纠偏井孔5内，注砂排水孔6用于向自纠偏井孔5内注砂石或排水。

工作原理

参见图4所示，本发明的一种新型自纠偏沉井，该自纠偏沉井内设有多个呈矩阵式排列的井孔，位于沉井内圈的井孔为封闭井孔4，位于沉井外圈的井孔为自纠偏井孔5。封闭井孔4与沉井顶盖3组成封闭结构，封闭井孔4内注满水，对沉井起到稳定重心的作用，自纠偏井孔5用于对沉井进行纠偏。

在沉井发生不均匀沉降或倾斜时，抽出倾斜方向的自纠偏井孔5内的水减重，在与倾斜方向相反的自纠偏井孔5内注入砂石增重，实现反方向加载，使沉井产生抗倾斜弯矩，实现沉井基础的纠偏。该自纠偏沉井的结构设计简单，纠偏原理明确，可以适应沉井各个方向倾斜的纠偏。

实施例2

参见图1至图4所示，本发明实施例提供一种新型自纠偏沉井的纠偏方法，包括以下步骤：

步骤1、在沉井的底部取土，将沉井下沉至设定高程。

步骤2、水下浇筑封底混凝土板2，封堵沉井的井底，隔绝沉井外部的水进入沉井内，为沉井内提供无水环境。

步骤3、向封闭井孔4和自纠偏井孔5内注水增重，加速沉井施工期沉降。

步骤4、在沉井的顶部施工沉井顶盖3，在沉井顶盖3上预留与自纠偏井孔5连通的注砂排水孔6，为了提高自纠偏井孔5内注砂石和排水的效率，自纠偏井孔5内至少设有两个注砂排水孔6。

步骤5、在沉井发生不均匀沉降或倾斜时，打开注砂排水孔6上的盖板，在倾斜方向的自纠偏井孔5内抽水减重，在与倾斜方向相反的自纠偏井孔5内注入砂石增重，使沉井产生抗倾斜弯矩M_Rq，实现沉井的自纠偏，直到沉井回正。

实施例3

参见图5至图6所示，本发明实施例提供一种新型自纠偏沉井的纠偏方法，本实施例与实施例2的区别在于：沉井产生抗倾斜弯矩M_Rq与倾斜弯矩M_q相平衡确定，抗倾斜弯矩M_Rq与倾斜弯矩M_q基本相同。

其中，抗倾斜弯矩M_Rq由公式一计算得出：

M_Rq＝∑(G_six_icosα+G_sih_sisinα+G_wix_icosα+G_wih_wisinα) (1)

上式中：

M_Rq：自纠偏井孔5内注入砂石增重及抽水减重后增加或减少重量相对于沉井基底中心的弯矩之和。

G_si：第i排自纠偏井孔内注入砂或碎石后相对于原自纠偏井孔5增加的重量，即增重的自纠偏井孔5为灌入井孔内砂石重量与排出水重量的差值。

G_wi：第i排自纠偏井孔5内抽水后相对于原自纠偏井孔减小的重量，即减重的自纠偏井孔5为抽出水重量。

x_i：第i排自纠偏井孔5中心距沉井Y轴的水平距离。

h_si：第i排自纠偏井孔5内注入砂或碎石后自纠偏井孔5内增加砂或碎石的重心与沉井基底中心的竖向距离。

h_wi：第i排自纠偏井孔5内抽水后自纠偏井孔5内抽出水的重心与沉井基底中心的竖向距离。

α：沉井基底相对于Y/X轴的转动角度，即沉井两侧沉降差与沉井长度的比值。

由于下沉井两侧沉降差相比于沉井长度的比值很小，估算时α近似可取为0，因此公式一可简化为公式二：

M_Rq＝∑(G_six_i+G_wix_i) (2)

在纠偏后沉井不应产生附加沉降，故沉井重量应基本保持不变，即灌入砂或碎石重量与抽水重量应基本相等，即满足公式三：

∑G_si＝∑G_wi (3)

倾斜弯矩M_q为导致沉井发生倾斜的弯矩，通过抗倾斜弯矩M_Rq等于倾斜弯矩M_q，可初步确定自纠偏井孔5内注入砂石重量。纠偏实施过程中，抗倾斜弯矩M_Rq＝(1～1.5)M_q，来获得纠偏启动弯矩，同时应监控沉井姿态恢复过程，当沉井姿态纠正后，应立即排出自纠偏井孔5内的砂石，实现M_Rq＝M_q，确保沉井后期姿态稳定倾斜弯矩倾斜弯矩倾斜弯矩。

实施例4

本发明实施例提供一种新型自纠偏沉井的纠偏方法，本实施例与实施例2的区别在于：在向上倾斜的自纠偏井孔5内注入砂或碎石增重时，一个注砂排水孔6向自纠偏井孔5内注入砂或碎石，另一个注砂排水孔6将自纠偏井孔5内的水抽出，加快注入砂或碎石的速度。两个注砂排水孔6可交换作业，可减少自纠偏井孔5内砂或碎石面的高差。

本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。

说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种新型自纠偏沉井，其特征在于，包括：

沉井，所述沉井内设有多个呈矩阵式排列的井孔，相邻的两孔井孔之间通过沉井井壁(1)隔开，位于沉井内圈的井孔为封闭井孔(4)，位于沉井外圈的井孔为自纠偏井孔(5)；

封底混凝土板(2)，所述封底混凝土板(2)封堵在沉井的井底；

沉井顶盖(3)，所述沉井顶盖(3)位于沉井的顶部，在沉井顶盖上开设有注砂排水孔(6)，所述注砂排水孔(6)与自纠偏井孔(5)连通，所述注砂排水孔(6)凸出于沉井顶盖(3)的上方，所述注砂排水孔(6)用于向自纠偏井孔(5)内注砂石或排水。

2.如权利要求1所述的一种新型自纠偏沉井，其特征在于：

所述封闭井孔(4)内注满水，封闭井孔(4)与沉井顶盖(3)组成封闭结构。

3.如权利要求1所述的一种新型自纠偏沉井，其特征在于：

所述自纠偏井孔(5)的截面形状和大小相同。

4.如权利要求1所述的一种新型自纠偏沉井，其特征在于：

所述自纠偏井孔(5)连通的注砂排水孔(6)至少设有两个，注砂排水孔(6)的顶部设有顶盖。

5.如权利要求1所述的一种新型自纠偏沉井，其特征在于：

所述沉井为沿X、Y轴对称结构或中心对称结构。

6.如权利要求1至5任一项所述的一种新型自纠偏沉井的纠偏方法，其特征在于，包括以下步骤：

在沉井的底部取土，将沉井下沉至设定高程；

水下浇筑封底混凝土板(2)，封堵沉井的井底；

向封闭井孔(4)和自纠偏井孔(5)内注水增重，加速沉井施工期沉降；

在沉井的顶部施工沉井顶盖(3)，在沉井顶盖(3)上预留与自纠偏井孔(5)连通的注砂排水孔(6)；

在沉井发生不均匀沉降或倾斜时，抽出倾斜方向的自纠偏井孔(5)内的水减重，在与倾斜方向相反的自纠偏井孔(5)内注入砂石增重，沉井产生抗倾斜弯矩M_Rq，实现沉井的自纠偏。

7.如权利要求6所述的一种新型自纠偏沉井的纠偏方法，其特征在于：

所述沉井产生抗倾斜弯矩M_Rq与倾斜弯矩M_q相平衡确定，抗倾斜弯矩M_Rq与倾斜弯矩M_q基本相同。

8.如权利要求7所述的一种新型自纠偏沉井的纠偏方法，其特征在于：

所述抗倾斜弯矩M_Rq由公式一计算得出：

M_Rq＝∑(G_six_icosα+G_sih_sisinα+G_wix_icosα+G_wih_wisinα) (1)

上式中：

M_Rq：自纠偏井孔(5)内注入砂石增重及抽水减重后增加或减少重量相对于沉井基底中心的弯矩之和；

G_si：第i排自纠偏井孔(5)内注入砂石后相对于原自纠偏井孔(5)增加的重量，即增重的自纠偏井孔(5)为灌入井孔内砂石重量与排出水重量的差值；

G_wi：第i排自纠偏井孔(5)内抽水后相对于原自纠偏井孔(5)减小的重量，即减重的自纠偏井孔(5)为抽出水重量；

x_i：第i排自纠偏井孔(5)中心距沉井Y轴的距离；

h_si：第i排自纠偏井孔(5)内注入砂石后自纠偏井孔(5)内增加砂石的重心与沉井基底中心的竖直距离；

h_wi：第i排自纠偏井孔(5)内抽水后自纠偏井孔(5)内抽出水的重心与沉井基底中心的竖直距离；

α：沉井基底相对于Y/X轴的转动角度，即沉井两侧沉降差与沉井长度的比值。

9.如权利要求8所述的一种新型自纠偏沉井的纠偏方法，其特征在于：

所述α由于下沉井两侧沉降差相比于沉井长度的比值很小，故在估算计算时α可近似为0，因此公式一可简化为公式二：

M_Rq＝∑(G_six_i+G_wix_i) (2)

在纠偏后沉井不再产生附加沉降，故沉井重量应基本保持不变，即灌入砂石重量与抽水重量应基本相等，即满足公式三：

∑G_si＝∑G_wi (3)

倾斜弯矩M_q为导致沉井发生倾斜的弯矩，通过抗倾斜弯矩M_Rq等于倾斜弯矩M_q，可初步确定自纠偏井孔(5)内注入砂石重量；纠偏实施过程中，抗倾斜弯矩M_Rq＝(1～1.5)M_q，来获得纠偏启动弯矩，同时监控沉井姿态恢复过程，当沉井姿态纠正后，应立即排出自纠偏井孔(5)内的砂石，实现M_Rq＝M_q，确保沉井后期姿态稳定。

10.如权利要求6所述的一种新型自纠偏沉井的纠偏方法，其特征在于：

所述自纠偏井孔(5)连通的注砂排水孔(6)至少设有两个，一个注砂排水孔(6)向自纠偏井孔(5)内注入砂石时，另一个注砂排水孔(6)将自纠偏井孔(5)内的水抽出，加快注入砂石的速度，两个注砂排水孔(6)交换作业，可减少自纠偏井孔(5)内砂石面的高差。

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