一种管片式沉井及其施工方法专利检索-沉箱沉箱的修建或沉放（浸没或建于露天水域中的隧道入E02D29/063）专利检索查询-专利查询网

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一种管片式沉井及其施工方法
申请号	CN202410126469.3	申请日	2024-01-30	公开(公告)号	CN117845995A	公开(公告)日	2024-04-09
申请人	广州市市政集团有限公司; 哈尔滨工业大学重庆研究院;			发明人	安关峰; 逯彦秋; 刘添俊; 马春景; 胡定宇;
摘要	本发明涉及一种管片式沉井，包括标准段环节和刃脚段环节，多个标准段环节和一个刃脚段环节依次纵向拼接。预制管片之间设置有垂直接缝和水平接缝，刃脚段管片还设置有刃脚，预制管片间通过止水橡胶、止水橡胶凹槽、螺栓、螺纹孔、定位柱和定位孔等部件和结构来连接，垂直接缝和/或水平接缝涂刷有防水涂料，防水涂料在预制管片上形成渗透固结层和粘接层。本发明设计的管片式沉井具有明显优势：沉井防水效果好、力学性能好、易于施工。还涉及一种管片式沉井的施工方法，属于装配式沉井技术领域。
权利要求	1.一种管片式沉井，其特征在于：包括标准段环节和刃脚段环节；刃脚段环节布置于标准段环节下方，多个标准段环节和一个刃脚段环节依次纵向拼接；每个标准段环节包括多个依次横向拼接的标准段管片；刃脚段环节包括多个依次横向拼接的刃脚段管片，刃脚段管片包括刃脚，刃脚布置于刃脚段管片底部；标准段管片和刃脚段管片均为预制管片。 2.按照权利要求1所述的一种管片式沉井，其特征在于：预制管片上设置有预应力孔道；预应力孔道贯穿预制管片。 3.按照权利要求1所述的一种管片式沉井，其特征在于：横向相邻的预制管片间设置有垂直接缝，垂直接缝的截面呈包括至少两处弯折的折线状；纵向相邻的预制管片间设置有水平接缝；预制管片开设有止水橡胶凹槽，还包括止水橡胶；止水橡胶设置于垂直接缝和水平接缝中，与止水橡胶凹槽配合。 4.按照权利要求3所述的一种管片式沉井，其特征在于：止水橡胶选用膨胀止水橡胶；横向相邻的预制管片之间通过螺栓连接，螺栓穿过垂直接缝，预制管片外侧设有用于安装螺栓的手孔，预制管片还开设有与螺栓配合的螺纹孔；纵向相邻的预制管片之间通过定位柱限位，预制管片还开设有与定位柱配合的定位孔。 5.按照权利要求3所述的一种管片式沉井，其特征在于：预制管片选用的材料为高强轻质混凝土，垂直接缝和/或水平接缝涂有刷防水涂料；防水涂料选用渗透性涂料和粘接性涂料，渗透性涂料刷于预制管片的表面，渗透性涂料渗入预制管片并与高强轻质混凝土固结形成渗透固结层，粘接性涂料刷于渗透固结层的表面形成粘接层，相邻两个预制管片通过粘接层粘接。 6.按照权利要求1所述的一种管片式沉井，其特征在于：刃脚段管片还包括环节管片，环节管片与刃脚一体浇筑成型；刃脚上方刃脚段管片内侧至少开设两道刃脚凹槽。 7.一种管片式沉井的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、预制管片制备：根据管片式沉井规格确定合理的管片尺寸、制作预制管片；制作预制管片的钢筋网时，在预应力孔道口位置的周围对钢筋网进行加密或加粗；S2、施工准备工作：对管片式沉井的施工区域进行场地平整、放线定位、铺设垫层，垫层铺设于沉井底部外沿；S3、安装管片式沉井：将预制管片吊装到施工现场，安装预制管片并挖土下沉；S4、对管片式沉井底部进行封底处理。 8.按照权利要求7所述的一种管片式沉井的施工方法，其特征在于：步骤S3中包括以下具体步骤：S31、将刃脚段管片吊装到施工现场；安装刃脚段环节：检查止水橡胶安装情况，用螺栓依次连接刃脚段管片，对手孔进行防水处理；S32、挖土施工使刃脚段环节下沉：首先在管片式沉井安装区域的中心位置进行土方开挖，后续在刃脚段环节内侧刃脚的下沉区域进行土方开挖，调节挖土速度使刃脚段环节匀速下沉；S33、将标准段管片吊装到施工现场；安装标准段环节：检查止水橡胶安装情况，用螺栓依次连接标准段管片，对手孔进行防水处理；S34、挖土施工使标准段环节下沉；S35、重复步骤S33‑S34至所有标准段环节下沉完成。 9.按照权利要求8所述的一种管片式沉井的施工方法，其特征在于：止水橡胶在预制管片制作时预埋在管片内或在预制管片制作完成后使用胶粘剂粘贴在预制管片上。 10.按照权利要求8所述的一种管片式沉井的施工方法，其特征在于：步骤S31和步骤S33中，通过预应力孔道来吊装预制管片：用钢丝绳贯穿预应力孔道，将预制管片竖向吊装，预应力孔道与钢丝绳之间还设置有垫块或垫梁；步骤S31中手孔的防水处理为刷涂防水涂层或使用混凝土浇灌；步骤S32、S34中还进行纠偏处理：在管片式沉井下沉过程中，进行纠偏处理；步骤S35中还包括对预应力孔道的处理：若干标准段环节安装完成后，先采用预应力钢束对管片式沉井进行纵向连接，然后对预应力孔道进行灌浆。
说明书全文	一种管片式沉井及其施工方法技术领域 [0001] 本发明涉及装配式沉井技术领域，具体涉及一种管片式沉井及其施工方法。背景技术 [0002] 在城市建设中，城市地下空间开发利用的需求日益增长。沉井是地下基础施工常用的结构物，其依靠自身重力克服井壁摩阻力后下沉到设计标高，然后经过混凝土封底并填塞井孔，成为地下建设结构物的基础。 [0003] 随着科学技术的发展，沉井的结构也不断优化，朝着容易制造加工、便于运输、易于施工和维修的方法发展，装配式沉井由此衍生。 [0004] 管片式沉井是为装配式沉井中的一种，管片互相连接形成管片环节，管片环节与管片环节连接组成沉井。尽管装配式沉井便于加工制作和运输，但其结构同时带来了以下技术问题： [0005] 1.施工工艺复杂。现有技术中沉井的施工工序多，沉井安装前需要挖出初沉坑，安装了一部分之后又需要回填初沉坑，沉井安装好后还需要对其进行浇筑。复杂的施工工艺显著影响了施工周期。 [0006] 2.沉井管片定位不精确，施工时拼接困难。现有技术中沉井大多采用定位孔与定位孔配合或者环形凸起与环形凹槽配合来限位，定位不精确，容易造成施工困难、沉井预制管片位移的问题； [0007] 3.防水效果差。一方面，现有技术中存在沉井防水措施少的问题，也存在防水措施的防水效果差的问题；另一方面，普通混凝土构建自重较大，现有技术中存在为了减轻预制管片质量而在沉井的管片中设计空腔的情况，不仅影响预制管片的质量和性能，还因为增加了渗流通路而影响沉井的防水效果。发明内容 [0008] 针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种装配工艺简单、便于施工的管片式沉井及其施工方法。 [0009] 为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案： [0010] 一种管片式沉井，包括标准段环节和刃脚段环节；刃脚段环节布置于标准段环节下方，多个标准段环节和一个刃脚段环节依次纵向拼接；每个标准段环节包括多个依次横向拼接的标准段管片；刃脚段环节包括多个依次横向拼接的刃脚段管片，刃脚段管片包括刃脚，刃脚布置于刃脚段管片底部；标准段管片和刃脚段管片均为预制管片。采用这种结构后，若干预制管片拼接成沉井，沉井结构简单，便于制作、运输和安装。 [0011] 作为一种优选，预制管片上设置有预应力孔道；预应力孔道贯穿预制管片。采用这种结构后，预制管片更容易安装，预制管片纵向也可以稳固连接：一方面，预应力孔道在施工时可用于预制管片的吊装，不用单独设置吊耳，降低施工成本的同时，预制管片结构更优；另一方面，预应力孔道可用于加固预制管片之间的纵向连接。 [0012] 作为一种优选，横向相邻的预制管片间设置有垂直接缝，垂直接缝的截面呈包括至少两处弯折的折线状；纵向相邻的预制管片间设置有水平接缝；预制管片开设有止水橡胶凹槽，还包括止水橡胶；止水橡胶设置于垂直接缝和水平接缝中，与止水橡胶凹槽配合。采用这种结构后，止水橡胶能实现预制管片垂直接缝和水平接缝的有效防水[0013] 作为一种优选，止水橡胶选用膨胀止水橡胶；横向相邻的预制管片之间通过螺栓连接，螺栓穿过垂直接缝，预制管片外侧设有用于安装螺栓的手孔，预制管片还开设有与螺栓配合的螺纹孔；纵向相邻的预制管片之间通过定位柱限位，预制管片还开设有与定位柱配合的定位孔。采用这种结构后，沉井遇水时膨胀止水橡胶会发生膨胀，阻止沉井外部的水流入沉井，沉井的防水措施更完善；预制管片通过螺栓和螺纹孔稳固连接，设置在沉井外侧的手孔使螺栓连接操作便利；定位孔和定位柱限制预制管片多个自由度的活动，可以精确定位，组装成沉井后预制管片无法移动，不会因预制管片位移导致水平接缝或垂直接缝缺口而进水，解决了由于安装导致的管片间缝隙过大的问题，定位孔和定位柱配合的结构还具有安装简单、安装精度高、构件防水效果好的优势。 [0014] 作为一种优选，预制管片选用的材料为高强轻质混凝土，垂直接缝和/或水平接缝涂有刷防水涂料；防水涂料选用渗透性涂料和粘接性涂料，渗透性涂料刷于预制管片的表面，渗透性涂料渗入预制管片并与高强轻质混凝土固结形成渗透固结层，粘接性涂料刷于渗透固结层的表面形成粘接层，相邻两个预制管片通过粘接层粘接。采用这种结构后，预制管片质量更好，沉井的防水效果和力学性能更优。采用高强轻质混凝土的沉井自重更轻，预制管片具有高强、轻质、耐久的特性，不必通过预留空腔、增加预制管片数量的方式达到施工便利的目的，减少接缝数量，沉井的整体质量也更优；固结层自身具有优良性质，耐磨且能防水、防腐、防开裂，能提高沉井的力学性能，还能提高预制管片粘接层的粘接效果，减少连接结构数量，降低施工难度，提高防水性能，同时具有相同力学性能。 [0015] 作为一种优选，刃脚段管片还包括环节管片，环节管片与刃脚一体浇筑成型；刃脚上方刃脚段管片内侧至少开设两道刃脚凹槽。采用这种结构后，施工步骤更简单，刃脚性能更优。刃脚不是独立的零件，无需连接到预制管片上，也不会因为刃脚的连接导致沉井渗流通道增加，刃脚与环节部管片一体化的设计提高了沉井的整体性能。刃脚处设置凹槽可增加基础的承载面积，使基础的稳定性更加牢固，使其能够承受更大的荷载，减少基础的沉降和变形。 [0016] 一种管片式沉井的施工方法，包括以下步骤： [0017] S1、预制管片制备：根据管片式沉井规格确定合理的管片尺寸、制作预制管片；制作预制管片的钢筋网时，在预应力孔道口位置的周围对钢筋网进行加密或加粗；S2、施工准备工作：对管片式沉井的施工区域进行场地平整、放线定位、铺设垫层，垫层铺设于沉井底部外沿；S3、安装管片式沉井：将预制管片吊装到施工现场，安装预制管片并挖土下沉；S4、对管片式沉井底部进行封底处理。采用这种方法，可以减少现场浇筑，还可以配合预制管片制作周期和施工时间，不用等到预制管片全部制作完成再开始施工，施工周期缩短，施工效率高、效果好。 [0018] 作为一种优选，步骤S3中包括以下具体步骤：步骤S3中包括以下具体步骤：S31、将刃脚段管片吊装到施工现场；安装刃脚段环节：检查止水橡胶安装情况，用螺栓依次连接刃脚段管片，对手孔进行防水处理；S32、挖土施工使刃脚段环节下沉：首先在管片式沉井安装区域的中心位置进行土方开挖，后续在刃脚段环节内侧刃脚的下沉区域进行土方开挖，调节挖土速度使刃脚段环节匀速下沉；S33、将标准段管片吊装到施工现场；安装标准段环节：检查止水橡胶安装情况，用螺栓依次连接标准段管片，对手孔进行防水处理；S34、挖土施工使标准段环节下沉；S35、重复步骤S33‑S34至所有标准段环节下沉完成。采用这种方法，施工工艺流程更简单：刃脚包含在刃脚段管片上，不用连接预制管片与刃脚；可以减少刃脚与管片接缝，提高沉井抗渗性；刃脚段环节和标准段环节挖土下沉工序的设计可以避免出现下沉过程中管片式沉井位置偏移过大的问题，可以使施工精度更高。 [0019] 作为一种优选，止水橡胶在预制管片制作时预埋在管片内或在预制管片制作完成后使用胶粘剂粘贴在预制管片上；需确保管片止水橡胶凹槽处干净无杂物，表面平整、光滑。采用这种方法，在预制管片制作的过程中完成止水橡胶的布置，确保止水橡胶粘贴质量，可以使施工步骤更简单。 [0020] 作为一种优选，步骤S31和步骤S33中，通过预应力孔道来吊装预制管片：用钢丝绳贯穿预应力孔道，将预制管片竖向吊装，预应力孔道与钢丝绳之间还设置有垫块或垫梁；步骤S31中手孔的防水处理为刷涂防水涂层或使用混凝土浇灌；步骤S32、S34中还进行纠偏处理：在管片式沉井下沉过程中，进行纠偏处理；步骤S35中还包括对预应力孔道的处理：若干标准段环节安装完成后，先采用预应力钢束对管片式沉井进行纵向连接，然后对预应力孔道进行灌浆。采用这种方法，用预应力孔道进行竖向吊装可以减少预制管片翻转过程；可以优化沉井的防水效果、施工精度和力学性能。 [0021] 总的说来，本发明具有如下优点： [0022] 本发明中的管片式沉井具有防水效果好、力学性能好、便于运输、易于施工的优点，可以用于桥梁的建设、维修和加固，也可以用于各种需要铺设的地下管道如给水管道、排水管道、燃气管道等。附图说明 [0023] 图1为拼装好的管片式沉井的示意图； [0024] 图2为标准段环节的示意图； [0025] 图3为刃脚段环节的示意图； [0026] 图4为标准段管片的透视图； [0027] 图5为刃脚段管片的示意图。 [0028] 1为管片式沉井，2为标准段环节，3为刃脚段环节，4为标准段管片，5为刃脚段管片；6为垂直接缝，7为V形止水橡胶凹槽，8为菱形止水橡胶，9为螺纹孔，10为水平接缝，11为预应力孔道，12为定位柱，13为螺栓，14为手孔，15为方形止水橡胶凹槽，16为方形止水橡胶，17为定位孔，18为环节管片，19为刃脚，20为刃脚凹槽。具体实施方式 [0029] 下面将结合附图和具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。 [0030] 实施例一 [0031] 一种管片式沉井1，包括标准段环节2和刃脚段环节3；刃脚段环节布置于标准段环节下方，多个标准段环节和一个刃脚段环节依次纵向拼接；每个标准段环节包括多个依次横向拼接的标准段管片4；刃脚段环节包括多个依次横向拼接的刃脚段管片5，刃脚段管片包括刃脚19，刃脚布置于刃脚段管片底部；标准段管片和刃脚段管片均为预制管片。 [0032] 本实施例中管片式沉井为圆形沉井，因此采用的标准段环节和刃脚段环节均呈圆环状，标准段管片和刃脚段管片均呈圆弧形。 [0033] 当需要制作的沉井为其他形状时，根据沉井的形状，标准段环节和刃脚段环节的形状可以为多边形，如三角形、长方形、五边形、六边形等，预制管片的形状根据标准段环节和刃脚段环节的形状设置。 [0034] 预制管片上设置有预应力孔道11；预应力孔道贯穿预制管片。 [0035] 横向相邻的预制管片间设置有垂直接缝6，垂直接缝的截面呈包括至少两处弯折的折线状；纵向相邻的预制管片间设置有水平接缝10；预制管片开设有止水橡胶凹槽，还包括止水橡胶；止水橡胶凹槽分为V形止水橡胶凹槽7和方形止水橡胶凹槽15，V形止水橡胶凹槽布置预于垂直接缝中，方形止水橡胶凹槽布置于水平接缝中；止水橡胶分为菱形止水橡胶8与方形止水橡胶16，分别与V形止水橡胶凹槽和方形止水橡胶凹槽配合。 [0036] 止水橡胶选用膨胀止水橡胶；横向相邻的预制管片之间通过螺栓13连接，螺栓穿过垂直接缝，预制管片外侧设有用于安装螺栓的手孔14，预制管片还开设有与螺栓配合的螺纹孔9；纵向相邻的预制管片之间通过定位柱12限位，预制管片还开设有与定位柱配合的定位孔17。 [0037] 预制管片选用的材料为高强轻质混凝土，垂直接缝和/或水平接缝涂刷有防水涂料；防水涂料包括渗透性涂料和粘接性涂料，渗透性涂料刷于预制管片的表面，渗透性涂料渗入预制管片并与高强轻质混凝土固结形成渗透固结层，粘接性涂料刷于渗透固结层的表面形成粘接层，相邻两个预制管片通过粘接层粘接。高强轻质混凝土采用轻质高强轻质混凝土，渗透性涂料采用高渗透改性环氧树脂防水防腐涂料，粘接性涂料采用厚浆型无溶剂环氧涂层；高渗透改性环氧树脂防水防腐涂层使用的涂料能渗入混凝土表层，具有填充和封闭空隙的性能，而厚浆型无溶剂环氧涂层具有性能好、附着力强、耐磨性、耐水性、耐候性好的特点，因而选用此防水涂层能提高沉井多方面性能：防水、防腐、抗开裂、抗穿刺、抗冲磨、抗冻融，还能减少界面应力集中的情况。因此，防水要求高时可选用该防水涂层，例如海洋工程，海底管道的安装和维修。 [0038] 刃脚段管片还包括环节管片18，环节管片与刃脚一体浇筑成型；刃脚上方刃脚段管片内侧至少开设两道刃脚凹槽20。 [0039] 上述管片式沉井的施工方法，包括以下步骤： [0040] S1、预制管片制备：根据管片式沉井规格确定合理的管片尺寸、制作预制管片；制作预制管片的钢筋网时，在预应力孔道口位置的周围对钢筋网进行加密或加粗；S2、施工准备工作：对管片式沉井的施工区域进行场地平整、放线定位、铺设垫层，垫层铺设于沉井底部外沿；S3、安装管片式沉井：将预制管片吊装到施工现场，安装预制管片并挖土下沉；S4、对管片式沉井底部进行封底处理。 [0041] 步骤S3中包括以下具体步骤：S31、将刃脚段管片吊装到施工现场；安装刃脚段环节：检查止水橡胶安装情况，用螺栓依次连接刃脚段管片，对手孔进行防水处理；S32、挖土施工使刃脚段环节下沉：首先在管片式沉井安装区域的中心位置进行土方开挖，后续在刃脚段环节内侧刃脚的下沉区域进行土方开挖，调节挖土速度使刃脚段环节匀速下沉；S33、将标准段管片吊装到施工现场；安装标准段环节：检查止水橡胶安装情况，用螺栓依次连接标准段管片，对手孔进行防水处理；S34、挖土施工使标准段环节下沉：首先在管片式沉井安装区域的中心位置进行土方开挖，后续在在刃脚段环节内侧刃脚的下沉区域进行土方开挖，调节挖土速度使标准段环节匀速下沉，避免下沉速度过快；S35、重复步骤S33‑S34至所有标准段环节下沉完成。 [0042] 本施工方法采用分段吊装、分段下沉的方式，每次挖土下沉时，先对中心位置进行土方开控，再对四周进行开挖以使刃脚沿四周的开挖部分下沉。 [0043] 止水橡胶在预制管片制作时预埋在管片内或在预制管片制作完成后使用胶粘剂粘贴在预制管片上；需确保管片止水橡胶凹槽处干净无杂物，表面平整、光滑。 [0044] 步骤S31和步骤S33中，通过预应力孔道来吊装预制管片：用钢丝绳贯穿预应力孔道，将预制管片竖向吊装，预应力孔道与钢丝绳之间还设置有垫块或垫梁；步骤S31中手孔的防水处理为刷涂防水涂层或使用混凝土浇灌；步骤S32、S34中还进行纠偏处理：在管片式沉井下沉过程中，进行纠偏处理；步骤S35中还包括对预应力孔道的处理：若干标准段环节安装完成后，先采用预应力钢束对管片式沉井进行纵向连接，然后对预应力孔道进行灌浆。 [0045] 上述所有凹槽的位置均可进行适当调整，以便为止水橡胶、螺栓或预应力孔道提供足够空间。止水橡胶的尺寸需要根据凹槽位置进行计算得出。正式安装前，安装和密封和防水效果可通过相关试验进行验证。 [0046] 上述实施例为发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。