一种注浆加固土体的托换逆作沉井支护结构及施工方法

摘要

本发明公开了一种注浆加固土体的托换逆作沉井支护结构及施工方法，解决了现有技术中存在沉井结构中土体开挖难度大的问题，具有降低施工难度，减小沉井沉降的有益效果，具体方案如下：一种注浆加固土体的托换逆作沉井支护结构，包括沉井井壁和内部灌注水泥浆的支撑桩，沉井井壁包括从上到下依次设置的多节井壁，井壁为现场混凝土浇筑件，相邻两节井壁之间设置水泥浆凝固体，井壁与同其相邻的水泥浆凝固体通过浇筑混凝土连接，支撑桩设有多根，井壁的每一侧均设置支撑桩，每一支撑桩分为多段，每一段设于对应节井壁内，且最底部的支撑桩超出沉井井壁底部设置。

说明书

技术领域

本发明涉及地下工程领域，尤其是一种注浆加固土体的托换逆作沉井支护结构及施工方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

如今城市发展迅猛，地下管线是保障城市运行的重要基础设施和“生命线”。为了能够适应经济社会发展的需要，提高地下管线建设管理水平，作为地下管线体系的始发井和接收井，沉井施工在城市建设中显得愈加重要。传统的沉井施工方法是在地表预制筒状钢筋混凝土结构作为基坑坑壁的支撑，通过井壁的围护作用，在井筒内部开挖取土，并在其自重作用下沉入土中，待达到设计要求标高后进行底部和内部结构施工。沉井施工不需复杂的机具设备，相对于大开挖，可减少挖、运和回填的土方量，并且在城市场地有限的情况下，对周围环境影响较小，有效提高了地下空间的利用率。但随着城市化进程的加快，传统的沉井施工方法的劣势主要存在下沉速度不均衡，预制块运输困难等。

国内相关机构针对沉井支护结构的施工方法，提出了多种沉井支护结构的施工方法。申请号为200910070494.X的中国专利公开了一种大型地下构筑物外壁逆作施工方法，发明人发现，此施工方法虽然有效加快了施工进度，但加大开挖取土的难度，且钢筋在现场集中加工制作，增加了现场施工作业的工作量，同时由于采用需要多次焊接的定型钢模板装置，导致支模过程操作繁琐，施工成本较高。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种注浆加固土体的托换逆作沉井支护结构，能够保证沉井的位置精度和施工质量，减小沉井外壁的沉降，有效解决现有沉井施工方法的施工难度大，周期长等问题。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

一种注浆加固土体的托换逆作沉井支护结构，包括沉井井壁和内部灌注水泥浆的支撑桩，沉井井壁包括从上到下依次设置的多节井壁，井壁为现场混凝土浇筑件，相邻两节井壁之间设置水泥浆凝固体，井壁与同其相邻的水泥浆凝固体通过浇筑混凝土连接，支撑桩设有多根，井壁的每一侧均设置支撑桩，每一支撑桩分为多段，每一段设于对应节井壁内，且最底部的支撑桩超出沉井井壁底部设置。

上述的沉井支护结构，沉井井壁分多节井壁设置，可有效减小土体开挖的难度，相应缩短施工周期，支撑桩设于井壁底部能有效减小沉井井壁沉降，增强沉井支护结构的稳定性保证安全施工，通过支撑桩的设置，方便了井壁的开挖，也保证了施工过程中整个结构的垂直度。

如上所述的一种注浆加固土体的托换逆作沉井支护结构，为了进一步降低土体开挖及井壁施工作业的难度，所述沉井井壁的外周侧与基坑土体接触；

所述支撑桩为钢管桩，且支撑桩为被切割的支撑桩，被切割之前的支撑桩设置开孔，沿着支撑桩的高度设有多层开孔，通过支撑桩注浆以形成所述的水泥浆凝固体，支撑桩及其开孔形成注浆通道，使得开挖面形成注浆体，而且其能够对形成的水泥浆凝固体起到承托作用。

如上所述的一种注浆加固土体的托换逆作沉井支护结构，为了便于井壁现场施工成型，每一节所述井壁靠近基坑的一侧设有钢丝网，钢丝网与插入至基坑土体中的固网件连接，固网件可有效保证钢丝网设置的稳定性和可靠性。

如上所述的一种注浆加固土体的托换逆作沉井支护结构，每一节所述井壁顶部设置暗梁，对每一节井壁设置的钢丝网顶部设置横筋和纵筋，并通过箍筋连接横筋、纵筋和该节井壁的钢丝网，以在井壁浇筑过程中在井壁顶部形成暗梁，从而提高沉井支护结构的强度。

如上所述的一种注浆加固土体的托换逆作沉井支护结构，所述固网件为固网钢筋，固网钢筋与钢丝网固定连接，且固网钢筋的一端深入所述井壁内，固网钢筋具有设定的强度。

如上所述的一种注浆加固土体的托换逆作沉井支护结构，在一些方案中，所述钢丝网具有网孔，所述固网件插入钢丝网，并与钢丝网绑扎连接。

如上所述的一种注浆加固土体的托换逆作沉井支护结构，在另一些方案中，所述钢丝网具有网孔，固网件外露于钢丝网的一端设置锚固板，锚固板与固网件固定连接，锚固板的尺寸大于网孔的尺寸，锚固板设置多个开孔，绑扎件穿过网孔和开孔设置。

第二方面，本发明还提供了一种注浆加固土体的托换逆作沉井支护结构的施工方法，包括如下内容：

确定支撑桩的桩位，在沉井井壁预施工位置处完成支撑桩的施工，对支撑桩桩身进行开孔，开孔设于支撑桩不同高度处，对支撑桩灌注水泥浆，部分水泥浆通过开孔流出，水泥浆与周围土体凝结形成水泥浆凝固体；

待支撑桩内部水泥浆达到设定强度后,开始井壁的施工；

从上到下，开挖井壁所在位置及其内侧的土体，凿除部分水泥浆凝固体，并对部分井壁所在位置的支撑桩进行切割处理，对对应节井壁进行混凝土浇筑，使得井壁与同其相邻的水泥浆凝固体连成一体结构；

在最底部井壁上层的井壁浇筑完成后，继续开挖最底部井壁的土体，对底部垫层及混凝土底板进行施工；

切割最底部井壁处钢管桩，完成最底部井壁的施工。

如上所述的一种注浆加固土体的托换逆作沉井支护结构的施工方法，所述对对应节井壁进行混凝土浇筑包括如下内容：

切割对应节井壁处的支撑桩或不切割支撑桩，支撑桩沿基坑周围土体铺设钢丝网，在基坑土体中插入固网件，固网件与钢丝网固连；

支设对应节井壁模板，井壁模板与钢丝网之间存在设定的距离，在井壁模板内侧浇筑混凝土。

如上所述的一种注浆加固土体的托换逆作沉井支护结构的施工方法，从上到下，第二节井壁、最底部井壁和二者之间所有的井壁处设置的井壁模板，该井壁模板的顶部设有浇注口，浇筑口外突出于上一层井壁的底部设置；

在带有浇注口模板的内侧浇筑混凝土时，直至浇筑口内混凝土表面的高度为上一节井壁顶面的标高+带有浇注口模板对应井壁的收缩余量。

如上所述的一种注浆加固土体的托换逆作沉井支护结构，根据沉井井壁中心线确定所述支撑桩的桩位。

上述本发明的有益效果如下：

1)本发明通过水泥浆凝固体来支撑沉井井壁，并可有效增强沉井支护结构的稳定性，进而有效保证在下一节土体开挖、混凝土浇筑过程中的安全性；而且通过分层开挖土体，有效降低了施工难度；通过支撑桩的对井壁支撑，有效减少了沉井井壁沉降，同时有利于保证施工过程中整个结构的垂直度，尤其适用于垂直井壁的施工，相应能够保证沉井的位置精度和施工质量。

2)本发明相比于传统的施工方法，每一节混凝土达到设定强度后即可进行下一节的土方开挖施工，可有效减少因混凝土养护而占用的时间，能最大限度的缩短工期。

3)本发明通过整体支护结构施工方法的给出，无需大面积的开挖进行施工，通过水泥浆凝固体和嵌入井壁的固网钢筋提高井壁的强度，结合分层开挖的方法，对周围环境影响较小，解决了大型沉井施工中，地层复杂、地面空间狭小的施工困难，整个施工方法为逆作法，有利于保障城市正常生活秩序，也有利于快速、安全、高效地完成施工。

4)本发明施工方法中，通过钢丝网和固网件的设置，配合井壁模板的设置，有效保证井壁混凝土的浇筑效果；对部分模板顶部设置浇筑口，便于混凝土的浇筑，保证上下两节井壁之间的连接质量。

5)本发明施工方法中，对各节沉井井壁顶部设置箍筋，加强各节沉井井壁的整体性。

6)本发明施工方法中，对井壁处钢管桩进行切割处理，方便于后续沉井井壁的配筋处理，提高了施工效率。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明一种注浆加固土体的托换逆作沉井支护结构平面布置示意图；

图2是本发明一种注浆加固土体的托换逆作沉井支护结构第一节井壁施工图；

图3是本发明一种注浆加固土体的托换逆作沉井支护结构第二节井壁施工图；

图4是本发明一种注浆加固土体的托换逆作沉井支护结构第三节井壁及井底施工图。

图5是本发明一种注浆加固土体的托换逆作沉井支护结构各井壁顶部锁口暗梁的箍筋配置示意图。

图中：1沉井井壁，2支撑桩，3拟建井壁，4第一节井壁，5钢丝网，6固网钢筋，7支撑桩开孔，8第二节井壁，9第三节井壁，10垫层及混凝土底板，11水泥浆凝固体，12横筋，13纵筋,14箍筋。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅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设备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。

术语解释部分：本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，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发明的具体含义。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在沉井结构中土体开挖难度大的问题，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种托换逆作沉井支护结构及施工方法。

实施例一

本发明的一种典型的实施方式中，参考图1和图2所示，一种注浆加固土体的托换逆作沉井支护结构，包括沉井井壁1和内部灌注水泥浆的支撑桩，沉井井壁包括从上到下依次设置的多节井壁，井壁为现场混凝土浇筑件，相邻两节井壁之间设置水泥浆凝固体，井壁与同其相邻的水泥浆凝固体通过浇筑混凝土连接，支撑桩设有多根，井壁的每一侧均设置支撑桩2，支撑桩超出井壁底部设置，每一支撑桩分为多段，每一段设于对应节井壁内，且最底部的支撑桩超出沉井井壁底部设置。

为了进一步降低土体开挖及井壁施工作业的难度，井壁的外周侧与基坑土体接触；

进一步，支撑桩为钢管桩，这里所说支撑桩为被切割的支撑桩，实际上，支撑桩的长度可到达最顶部的井壁，为了方便井壁的施工，在施工过程中，将部分支撑桩及其内部的注浆体切割，整段钢管桩的桩身设置开孔以通过钢管桩的开孔进行注浆使得钢管桩内部灌注水泥浆，便于加工，适用范围广，钢管桩位于沉井井壁宽度方向的中心位置，且沉井井壁每一角处均设置钢管桩，以保证沉井的支护强度。

进一步，钢管桩的开孔7设于不同高度，不同高度处沿着钢管桩的环向开有至少两个开孔，从而形成水泥浆凝固体11，通过水泥浆凝固体限定了井壁的高度，便于后续的开挖作业。

其中，参考图1所示，支撑桩2设于沉井井壁的每一侧，每一侧沉井井壁均设置多根支撑桩，相邻两支撑桩之间间隔设定距离设置。

为了便于井壁现场施工成型，每一节井壁靠近基坑的一侧设有钢丝网，钢丝网沿基坑土体侧壁竖直铺设，且钢丝网5为整片式，相邻两节井壁的钢丝网连接，钢丝网5与插入至基坑土体中的固网件连接，固网件可有效保证钢丝网设置的稳定性和可靠性，而且钢丝网铺设于基坑土体侧，可避免土体进入井壁浇筑区域。

固网件为固网钢筋6，固网钢筋可垂直于井壁设置，固网钢筋6与钢丝网5固定连接，固网钢筋6具有设定的强度，且具有设定的长度，固网钢筋水平设置，固网钢筋一端深入基坑土体中，另一端深入入浇筑完成的沉井井壁内。

在一些示例中，钢丝网5具有网孔，固网件插入钢丝网的网眼，并与钢丝网绑扎连接，具体可通过绑扎带实现钢丝网与固网件的固连。

在另一些示例中，钢丝网5具有网孔，固网件外露于钢丝网的一端设置锚固板，锚固板与固网件固定连接或者可拆卸连接，锚固板的尺寸大于网孔的尺寸，充分保证钢丝网铺设于基坑土体的表面，锚固板设置多个开孔，绑扎件如绑扎带穿过网孔和开孔设置，进而实现锚固板与钢丝网的连接。

其中，当锚固板与固网件可通过螺纹实现可拆卸连接。

实施例二

本实施例提供了实施例一所述的一种注浆加固土体的托换逆作沉井支护结构的施工方法，包括如下内容：

确定支撑桩的桩位，在沉井井壁预施工位置处完成支撑桩的施工，对支撑桩桩身进行开孔，开孔设于支撑桩不同高度处，对支撑桩灌注水泥浆，部分水泥浆通过开孔流出，水泥浆与周围土体凝结形成水泥浆凝固体；

待支撑桩内部水泥浆达到设定强度后,开始井壁的施工；

从上到下，开挖井壁所在位置及其内侧的土体，凿除部分水泥浆凝固体，并对部分井壁所在位置的支撑桩进行切割处理，对对应节井壁进行混凝土浇筑，使得井壁与同其相邻的水泥浆凝固体连成一体结构；

在最底部井壁上层的井壁浇筑完成后，继续开挖最底部井壁的土体，对底部垫层及混凝土底板进行施工；

切割最底部井壁处钢管桩，完成最底部井壁的施工。

以某管线迁改顶管沉井施工为例，该工程所处的地基承载力较大，沉井外壁穿过石灰岩层加大了外壁和周围土体的摩擦力，采用传统的沉井施工方法存在较大难度。因此，采用本实施例提供的一种注浆加固土体的托换逆作沉井支护结构的施工方法来施工上述顶管沉井的井壁。施工工艺流程如下：

1.测量定位→2.确定桩位→3.钢管桩施工并灌注→4.第一节开挖取土→5.铺设钢丝网并支设井壁模板→6.浇筑第一节井壁→7.第二节开挖取土→8.切割钢管桩→9.铺设钢丝网并支设井壁模板→10.浇筑第二节井壁→重复7.→10.至最后一节开挖取土→11.垫层和底板施工→12.完成最后一节井壁施工。

主要包括如下内容：

1)参见图1所示，通过测量定位，确定拟建井壁3的中心及井壁位置；

2)参见图1所示，在沉井井壁中心线处，确定多根支撑桩的桩位，根据设计要求对支撑桩进行打孔，开孔位于开挖深度以下，形成开孔7，完成钢管桩2的施工并对钢管桩灌注水泥浆，部分水泥浆通过开孔流出，水泥浆与周围土体凝结形成水泥浆凝固体11，水泥浆凝固体设于不同高度，通过水泥浆凝固体限定了每一节井壁的高度；

3)参见图2所示，在拟建井壁3所在位置及其内侧进行第一步开挖取土，形成第一节井壁4的基坑，开挖过程中沿基坑周圈土体铺设单层成品钢丝网5，在基坑土体中插入固网钢筋6，固网钢筋6与钢丝网固连且一端超出钢丝网设置；参考图5所示，在第一节井壁对应钢丝网的顶端铺设横筋12和纵筋13，并通过箍筋14绑扎横筋12和纵筋13，箍筋穿过第一节井壁的钢丝网设置；支设第一节井壁4即最顶部井壁模板；在第一节井壁模板内侧浇筑混凝土；使得固网钢筋和钢丝网和位于第一节井壁模板下方的水泥浆凝固体浇筑形成整体；

考虑到第一节井壁在施工时，没有形成封闭的空间，对钢丝网的铺设影响较小，所以在第一节井壁处可不切割相应的钢管桩及钢管桩内部形成的注浆体。

4)参见图3所示，在拟建井壁3所在位置及其内侧进行第二步开挖取土，对超出井壁内壁的部分进行凿除，形成第二节井壁8的基坑，切割第二节井壁对应位置处部分钢管桩及其内部的注浆体，沿基坑周圈土体铺设单层成品钢丝网5，在基坑土体中插入固网钢筋6且深入井壁内；在第二节井壁对应钢丝网的顶端铺设横筋12和纵筋13，并通过箍筋14绑扎相应的横筋和纵筋，箍筋穿过第二节井壁的钢丝网设置；

5)支设第二节井壁模板，该井壁模板的顶部设有环形浇注口，浇注口的立面呈喇叭状，便于浇筑液的流动，有利于井壁的成型；在该井壁模板内侧浇筑混凝土，直至浇注口内混凝土表面的高度为第二节井壁8顶面的标高+第二节井壁的收缩余量，且与临近第二节井壁的水泥浆凝固体11浇筑成一体；

6)重复开挖、切割钢管桩、铺设钢丝网和固网钢筋、设置横筋、纵筋和箍筋、支设井壁模板和混凝土浇筑，施工第三节井壁9；

7)参见图4所示，重复步骤4)和5)，完成最底部井壁上层井壁的浇筑，进一步完成底部垫层及混凝土底板10的施工；

8)参见图4所示，重复步骤4)和5)，浇筑最底部井壁。

进一步，在其他一些示例中，支撑桩还可采用其他类型的支撑桩，本实施例中采用开孔钢管桩，材料易得且便于加工，能满足不同工程情况需要，而且开孔钢管桩内部可灌注水泥浆，在开孔处与周围土体形成水泥浆凝固体承受上部井壁重量，提高沉井施工过程的安全性和稳定性。

需要注意的是，在部分对应节井壁施工过程中，需要切除部分支撑桩及其内部形成的注浆体，对应节井壁对应的支撑桩外露于水泥浆凝固体，这样在井壁浇筑成形过程中保证较好的垂直度，相应保证沉井井壁的垂直度和整体性。

需要指出的是，上部沉井井壁浇筑完成后，下部土体进行开挖，钢管桩承受上部混凝土井壁的重量，开挖完成后切割钢管桩，和开孔处水泥浆凝固体；由锚固在土体内的固网钢筋和开孔处水泥浆凝固体共同承受上部混凝土井壁的重量，钢管桩可有效减小沉井井壁沉降，增强沉井支护机构的稳定性，保证安全施工，同时，也保证了施工过程中整个结构的垂直度。

另外，本实施例提供的施工方法中，采用逆作法施工井壁，每节沉井井壁浇筑混凝土后，待混凝土达到设定强度后即可进行下一节内部的土方开挖施工，减少因混凝土养护而占用的时间，能最大限度的缩短工期。本实施例提供的施工方法中，对各节沉井井壁上部通过在钢丝网基础上增设箍筋可在井壁浇筑混凝土后形成锁口暗梁，加强各节沉井井壁的整体性。本发明对周围环境影响较小，解决了大型沉井施工中，地层复杂、地面空间狭小的施工困难，采用逆作法施工大埋深沉井工程，有利于保障城市正常生活秩序，也有利于快速、安全、高效地完成施工。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。