沉井下沉装置、沉井结构和沉井下沉方法与流程

1.本发明涉及沉井技术领域，特别是涉及一种沉井下沉装置、沉井结构和沉井下沉方法。


背景技术：

2.沉井是在地面上制作的无盖、无底的结构体，在挖出井内的土体后，靠沉井的自身重量克服摩阻力下沉到设计位置，经封底后沉井可形成地下空间，并作为地下构筑物或地下基础使用。
3.长期以来，传统沉井技术比较适用于一些特殊基坑工程，特别是工业基础建设中得以应用，得益于其具有两大特征优势：靠沉井结构的三维空间刚度，可直接作为基坑围护结构使用；另外，沉井比较适用于浅水域、软土等地区地质复杂条件的施工工程。然而，由于沉井结构在靠自身体重下沉过程中，空间姿态不可控而出现突沉、超沉、倾斜、中心偏移、井内涌土、井外塌陷等施工安全问题，导致中心位置严重偏移，与此同时，沉井本体结构体内的内应力剧烈变化，造成其几何姿态的变形、扭转、开裂甚至断裂等结构质量安全问题。上述两大主要问题造成沉井技术百年来无法在民用建筑地下结构工程施工中推广应用。原因是，民用建筑地下结构工程非常重要的传递上部荷载的结构柱受力中心与对应基桩承压中心要在设计要求范围内对接在桩承台中。另外，民用建筑地下工程的主体结构质量要满足长期安全使用要求，而导致目前民用建筑，特别是高层建筑的地下结构工程的施工普遍还是使用传统基坑支护技术，但是所有基坑支护、支撑结构工程随着基坑越深，安全问题越大，建造成本越高，工期越长。更为无奈的是，这些基坑支护、支撑构件都是地下主体结构工程的临时设施，当建筑地下主体结构逐渐建至地面时，这些由大量钢筋、水泥制成的临时支撑构件将由下往上配合拆除，作为建筑垃圾运走处理，临时支护构件将作为地下障碍物永久留在地面下，既造成大量建材和人力资源的浪费，又不利于环保和节能减排发展趋势。因此，至今已建或将开发的民用建筑地下设施工程，都受到基坑支护开挖深度的限制等影响，基本无法按规划设计要求完成地下设施配套需要，造成今天城市停车场紧张，容易导致暴雨水淹等严重社会安全问题。为解决以上问题，迫切需要研发出新的建筑地下结构工程的施工技术方法。
4.目前，公开号为cn101851930b的中国专利申请中，公开了一种沉井的下沉装置及具有该装置的沉井的下沉方法，这种沉井结构中，千斤顶如何拖拽沉井下沉，是沉井能够实现可控下沉的关键性因素，但上述专利中并没有公开如何具体使千斤顶拖拽沉井实现下沉，并且，上述专利中采用的是传统沉井刃脚，使得沉井结构在下沉施工过程中受土体的阻力较大，会直接影响拖拽下沉的效果，甚至当拖拽力小于沉井下沉的摩阻力时无法起到助沉作用。


技术实现要素：

5.本发明的目的是：提供一种沉井下沉装置、沉井结构和沉井下沉方法，对沉井结构
和下沉装置进行优化，借助管节发挥出拖拽式沉井加载下沉作用。
6.为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种沉井下沉装置，用于沿竖直方向将沉井本体下沉至地下预定深度，包括预制桩、法兰盘、弹性片、第一抱箍、预定千斤顶、管节、第一紧固组件，以及第二紧固组件；预制桩用于部分埋入至地下；所述预制桩沿竖直方向设置且顶部具有用于露出至地上的预定端部；法兰盘具有上表面和下表面；所述法兰盘的下表面支撑在所述预定端部的端面上；弹性片的数量为多个；多个所述弹性片的第一端与所述法兰盘固定连接，在远离所述法兰盘的第二端，相邻的所述弹性片之间具有缝隙；第一抱箍套设在多个所述弹性片外侧并用于分别将多个所述弹性片箍紧在所述预制桩的侧面上；预定千斤顶分别具有基座和连接在所述基座上并能够沿所述竖直方向伸缩的伸缩部；所述基座支撑在所述法兰盘的上表面上；管节数量为多个，多个所述管节用于设置在沉井本体上并分别沿所述竖直方向依次可拆卸连接；第一紧固组件用于将处于最下端的所述管节可拆卸地连接在所述伸缩部上；第二紧固组件用于将处于最上端的所述管节可拆卸地连接在所述沉井本体上；其中，所述预定千斤顶为螺旋千斤顶，所述预定千斤顶能够对处于最下端的所述管节施加向上的支撑力f1或向下的拖拽力f2；当所述预定千斤顶施加支撑力f1时，所述预定千斤顶对所述预制桩施加向下的反作用力，使所述预制桩受到地下土层对其向上的第一静摩擦力f3，所述第一静摩擦力f3的最大值大于f1；当所述预定千斤顶施加拖拽力f2时，所述预定千斤顶对所述预制桩施加向上的反作用力，使所述预制桩受到地下土层对其向下的第二静摩擦力f4，所述第二静摩擦力f4的最大值大于f2。
7.本发明第一方面的一种沉井下沉装置与现有技术相比，其有益效果在于：
8.本实施例通过选用预定千斤顶，伸缩部为预定千斤顶的螺杆结构，在伸缩时，驱动螺杆结构旋转，以将旋转运动转化为螺杆的直线运动，实现伸缩部的伸缩。通过使用预定千斤顶，一方面，方便实现伸缩部的双向伸缩，以便于拖拽沉井本体的下沉；另一方面，预定千斤顶的精度极高，在施工时能够准确地使得伸缩部伸缩至恰当位置，沉井本体始终由受到多个预定千斤顶的伸缩部的作用力，使得沉井本体能够平稳地、受控制地逐渐下沉，从而避免了传统施工方法中出现的突沉、超沉、重心偏移、平面旋转、歪向歪沉、变形断裂、井内涌土、井外塌陷等重大安全和质量事故，即，提高了沉井本体下沉的稳定性。综上，预定千斤顶保证能够对管节起到足够强度的临时支撑作用，对沉井本体实现可控下沉起到了关键性作用，沉井的下沉得到了十分妥当的控制。
9.预定千斤顶能够起到承载沉井本体和拖拽沉井本体下沉的功能。在沉井本体需要静止时，预定千斤顶和预制桩辅助支撑沉井本体；在沉井本体下沉时，若沉井本体的自重不足以驱动沉井本体下沉时，无需额外设置其他施力结构驱动沉井下沉，直接通过原本用于辅助支撑沉井本体的预定千斤顶通过多个管节拖拽沉井本体，实现沉井下沉。
10.进一步地，本实施例中，通过将预制桩与地下土层之间的最大静摩擦力f设置为大于预定千斤顶能够通过所述第一紧固组件向处于最下端的管节施加向下的拖拽力f，能够保证预定千斤顶在拖拽沉井下沉的过程中，预制桩不会出现在预定千斤顶的向下拖拽力f的反作用力下向上升起，导致预制桩状态不稳的情况发生。
11.此外，本实施例在对沉井本体处可控状态下，通过千斤顶利用基桩摩擦力对沉井本体实施拖拽下沉，特别当在沉井下沉遇到地质土层软硬不均、浅薄硬层或接高前受阻未到位等停沉特殊工况时，只要启动拖拽下沉，可起到立竿见影的助沉作用，而且所动用的加
载资源少、工艺操作简便，是一种巧妙、快捷有效的沉井加载下沉方法。特别指出的是，只有可控并带金属刃脚的沉井本体才能有上述效果，因为金属刃脚在沉井下沉中的刃脚踏面极小，产生的下沉阻力也很小。而在现有沉井钢筋混凝土刃脚的踏面大、下沉阻力较大的情况下，由于拖拽力和下沉摩阻力相互抵消，严重影响下沉效果，如果受力分析和施工操作出差错，不仅起不到助沉效果，反而对基桩安全造成威胁。这就是现沉井技术与本技术的技术的不同之处。
12.此外，本实施例采用了多个管节依次拼接的方式实现对沉井本体进行支撑，这种结构在沉井下沉需要拆卸管节时，操作者可以直接通过低空作业拆卸最下端的管节，无需进行高空作业，操作者的安全性得到了进一步的保障，且低空作业时，操作者的操作将更为便捷，更容易实现沉井的可控下沉。
13.其中，管节的可拆卸连接设置，能够对多个管节进行重复利用，经济效应良好。
14.其中，多个弹性片形成类似帽子状的结构，套设在预制桩的顶端上，第一抱箍在将多个弹性片箍紧在预制桩的侧面上时，多个所述弹性片产生向内弯曲的形变，从而使得多个弹性片能够夹紧预制桩，避免法兰盘从预制桩上脱落，从而能够牢固地将预定千斤顶安装在预制桩上。
15.本发明的另一目的在于提供一种沉井结构，其包括沉井本体以及上述的沉井下沉装置；
16.沉井本体呈沿竖直方向延伸的筒状并用于竖直地沉入坑内，所述沉井本体的井壁内具有框架结构，所述框架结构与所述沉井本体的井壁都在地面上制作并一次浇注整体成型，所述框架结构被配置为地下室的支撑结构，沉井本体的井壁可直接作为地下室的外墙结构，所述沉井本体的井壁底部具有金属刃脚，所述金属刃脚沿沉井本体的井壁周向延伸，用于插入土体，既作为沉井的垂直定位，又可预防土体滑移；所述沉井本体的井壁被配置为地下室的外墙。
17.在本技术的一些实施例中，所述沉井本体的外侧壁上设有环绕所述沉井本体的功能层，专门用于减小沉井外侧壁与土体之间的摩阻力。
18.更重要的是，由于沉井本体的底部集成有金属刃脚，降低沉井下沉运动过程中的地基竖向总抗力，从而使得沉井本体的下沉更容易，大大改善了沉井本体在下沉中因内应力剧烈变化造成其几何姿态变形、扭转、倾斜、开裂甚至断裂的施工问题，外侧壁集成有功能层，功能层使得沉井本体与土体的摩阻力大大减小，使得土体对沉井本体的下沉姿态影响更小，功能层、金属刃脚与沉井本体的拖拽下沉空间姿态控制系统对下沉姿态控制起到了协同的作用，修正了传统沉井需要通过较大自重和壁厚来保持下沉的技术偏见，可相应减轻沉井自重和减小壁厚，从而使得下沉姿态的控制更为精准。
19.另外，框架结构按照地下室的主体结构预先设计后，沉井本体的井壁与框架结构都在地面上制作并一次浇注整体成型，使得沉井本体的井壁可直接作为地下室的外墙，框架结构则作为地下室主体结构的支撑体系，由于沉井本体能够下沉较深，相较于传统的基坑支护技术和逆作法施工工艺而言，沉井结构应用于民用建筑地下工程施工时可达到前者无法达到的深度，形成充足的地下空间，符合民用建筑对地下空间发展越来越迫切的需求；并且，在地面上完成现浇式的框架结构和井壁一体成型后整体性好，刚度大，施工质量和施工安全容易得到保证。由于采用了金属刃脚、功能层、一体浇注成型的框架结构以及下沉姿
态控制体系，本沉井结构技术可应用于超大面积、超深地下工程的施工，在超大面积、超深基坑工程中可取代传统的基坑支护技术的施工方法。因沉井结构技术替代基坑支护技术进行建筑地下空间开发，就能省去大量基坑支护及支撑等临时结构的投资，并节约大量的建材和人力资源，缩短施工周期、减少施工费用，对于一个项目的节能减排效果显而易见，如果以每年成千上万个开工项目的开发规模计算，将会对“双碳目标”做出更大的贡献。
20.本发明第三方面提供一种沉井下沉方法，包括如下步骤：
21.s100：设置竖直方向延伸并部分埋入至地下的预制桩，以使所述预制桩分别具有露出至地上的预定端部；
22.s200：准备具有上表面和下表面的法兰盘；将所述法兰盘的下表面支撑在预定端部上；
23.s300：准备具有基座和连接在所述基座上并能够沿竖直方向伸缩的伸缩部，将所述基座支撑在所述法兰盘的上表面上；
24.s400：准备多个管节，将多个管节沿竖直方向依次可拆卸连接，使各个管节在竖直方向上的延伸长度为0.5m至1.2m；
25.s500：准备第一紧固组件和第二紧固组件，将处于最下端的管节通过第一紧固组件可拆卸地连接在所述伸缩部上，将处于最上端的管节通过第二紧固组件可拆卸地连接在所述沉井本体上；
26.s600：操作所述预定千斤顶，使所述伸缩部收缩，直至所述沉井本体下沉预定距离；
27.s700：对所述沉井本体进行临时固定，拆卸其中一个所述管节，并操作所述预定千斤顶使所述伸缩部伸出，重新将沉井本体、多个管节以及伸缩部连接；
28.s800：撤销对所述沉井本体的临时固定；
29.s900：重复步骤s600至s800，直至所述沉井本体下沉至地下预定深度。
附图说明
30.图1是本发明实施例的沉井下沉装置的主视图。
31.图2是本发明实施例的沉井下沉装置的图1中的a处放大图。
32.图3是本发明实施例的沉井下沉装置的弹性片和法兰盘的连接示意图。
33.图4是本发明实施例的沉井下沉装置的图3中的仰视图。
34.图5是本发明实施例的沉井下沉装置的预制桩、预定千斤顶、法兰盘、弹性片以及第一抱箍之间的结构图。
35.图6是本发明实施例的沉井下沉装置的另一种第一抱箍的结构图。
36.图7是图6增添预制桩、法兰盘、预定千斤顶、弹性片以及第一螺旋锚后的b－b方向剖视图。
37.图8是本发明实施例的沉井下沉装置的两个预制桩之间的结构图。
38.图9是本发明实施例的沉井下沉装置的第四板体和第五板体之间的结构图。
39.图10是本发明实施例的沉井下沉方法的流程图。
40.图11是本发明实施例的沉井结构的剖面图。
41.图中，1、预制桩；2、法兰盘；3、弹性片；4、预定千斤顶；41、基座；5、管节；6、第一抱
箍；7、安装座；8、沉井本体；81、框架结构；811、框架横梁；813、框架柱；9、缝隙；10、支撑块；12、第一板体；13、第二板体；14、第三板体；15、第一螺旋锚；16、第四板体；17、第二螺旋锚；18、第五板体；19、条形孔；20、金属刃脚；21、功能层。
具体实施方式
42.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
43.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“长度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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。
44.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
45.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，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，或成一体；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或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中的具体含义。
46.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
47.请参阅图1至图9，本发明优选实施例第一方面提供一种沉井下沉装置，用于沿竖直方向将沉井本体8下沉至地下预定深度，包括预制桩1、法兰盘2、弹性片3、第一抱箍6、预定千斤顶4、管节5、第一紧固组件，以及第二紧固组件；预制桩1用于部分埋入至地下；所述预制桩1沿竖直方向设置且预制桩1的顶部具有用于露出至地上的预定端部；法兰盘2具有上表面和下表面；所述法兰盘2的下表面支撑在所述预定端部的端面上；弹性片3数量为多个，多个所述弹性片3环绕所述预制桩1外侧设置并分别连接在所述法兰盘2上，多个弹性片3的第一端与法兰盘2连接，在远离法兰盘2的第二端，相邻的所述弹性片3之间具有缝隙9；第一抱箍6套设在多个所述弹性片3外侧并用于分别将多个所述弹性片3箍紧在所述预制桩1的侧面上；预定千斤顶4分别具有基座41和连接在所述基座41上并能够沿所述竖直方向伸缩的伸缩部；所述基座41支撑在所述法兰盘2的上表面上；管节5数量为多个，多个所述管节5用于设置在沉井本体8上并分别沿所述竖直方向依次可拆卸连接；第一紧固组件用于将处于最下端的所述管节5可拆卸地连接在所述伸缩部上；第二紧固组件用于将处于最上端的
所述管节5可拆卸地连接在所述沉井本体8上；其中，预定千斤顶4为螺旋千斤顶，预定千斤4顶能够对处于最下端的管节5施加向上的支撑力f1或向下的拖拽力f2；当预定千斤顶4施加支撑力f1时，预定千斤顶4对预制桩1施加向下的反作用力，使预制桩1受到地下土层对其向上的第一静摩擦力f3，第一静摩擦力f3的最大值大于f1；当预定千斤顶4施加拖拽力f2时，预定千斤顶4对预制桩1施加向上的反作用力，使预制桩1受到地下土层对其向下的第二静摩擦力f4，第二静摩擦力f4的最大值大于f2。
48.其中，地上与地下之间以地表作为分界线。
49.应用本实施例的沉井结构时，在施工区域上设置完成后，当沉井本体8需要下沉时，操作预定千斤顶4收缩，由于预定千斤顶4的基座41通过法兰盘2设置在部分埋入至地下的预制桩1上，因此，以地面为基准，收缩部将向下移动，带动在竖直方向上依次可拆卸连接的多个管节5向下移动。
50.当沉井下沉预定距离后，对沉井本体8进行临时固定。
51.拆卸其中一个管节5，操作预定千斤顶4的伸缩部伸长，使得拆卸一个管节5后的多个管节5依次可拆卸连接。
52.重复上述步骤，直至沉井本体8经过多次下沉预定距离至地下预定深度，完成沉井本体8的沉降。其中，在沉降过程中，通过监控土质的不同，每次下沉的深度不同，即管节5的长度p应当随着土质不同而不同，以适应沉井在不同土质下的施工环境。需要说明的是，其中，设预定千斤顶4的最大行程为t，预定千斤顶4的最大行程t是指预定千斤顶4的伸缩部的能够伸缩的最低高度和最高高度之间的差值，在使用期间，要求管节5在竖直方向上的长度p小于预定千斤顶4的最大行程t，即p＜t。一般地，t可选1.2m。而管节5的长度p可选范围为大于等于1.15m且小于t之间。一方面，管节长度顾及了沉井的下沉速度，沉井每次下沉的预定距离较大，能够显著缩短沉井的下沉时长；同时，工人在进行拆卸管节5时，可以轻易地触碰到管节5的顶部和底部，从而直接对管节5进行拆卸，无需借助其他施工工具，缩短了管节5拆卸的时间，从而更进一步地提高沉井的下沉速率。
53.本实施例中，由以上的下沉过程可见，沉井的下沉通过拖拽得到了十分妥当的控制，避免了沉井本体8发生倾斜、变形或断裂，将极大地提高了沉井施工效率，降低沉井工程的成本，减少对周边环境的影响。该种拖拽型的空间姿态控制可适用于各种平面、立面形状、形心与重心不重合的沉井项目，可适用于薄壁沉井、轻型沉井，也可适用于超大面积或超深沉井。
54.同时，本实施例通过选用预定千斤顶4，伸缩部为预定千斤顶4的螺杆结构，在伸缩时，驱动螺杆结构旋转，以将旋转运动转化为螺杆的直线运动，实现伸缩部的伸缩。通过使用预定千斤顶4，一方面，方便实现伸缩部的双向伸缩，以便于拖拽沉井本体8的下沉；另一方面，预定千斤顶4的精度极高，在施工时能够准确地使得伸缩部伸缩至恰当位置，沉井本体8始终由受到多个预定千斤顶4的伸缩部的作用力，使得沉井本体8能够平稳地、受控制地逐渐下沉，从而避免了传统施工方法中出现的突沉、超沉、重心偏移、平面旋转、歪向歪沉、变形断裂、井内涌土、井外塌陷等重大安全和质量事故，即，提高了沉井本体8下沉的稳定性。综上，预定千斤顶4保证能够对管节5起到足够强度的临时支撑作用，对沉井本体8实现可控下沉起到了关键性作用。
55.其中，预制桩1与地下土层之间的摩擦力受到诸多因素的影响，如预制桩1的种类、
地下土层的软硬程度等；本实施例的预制桩1既具备桩的作用，也具备锚的作用，当预定千斤顶4对管节5施加支撑力f1时，预制桩1起到桩的作用，地下土层对预制桩1施加的第一静摩擦力f3向上；而当预定千斤顶4对预制桩1施加拖拽力f2时，预制桩1起到锚的作用，地下土层对预制桩1施加的第二静摩擦力f4向下；其中，第一静摩擦力f3和第二静摩擦力f4也会不同；本实施例中，通过限定第一静摩擦力f3的最大值大于f1，且第二静摩擦力f4的最大值大于f2，能够保证预定千斤顶4在拖拽沉井下沉的过程和支撑沉井的过程中，预制桩1都不会出现在预定千斤顶4的作用力下向上升或向下降的情况发生，保证了预制桩1状态稳定。
56.此外，相比于公开号为cn101918643b的中国专利申请，本实施例采用了多个管节5依次拼接的方式实现对沉井本体进行支撑，这种结构在沉井下沉需要拆卸管节5时，操作者可以直接通过低空作业拆卸最下端的管节5，无需进行高空作业，操作者的安全性得到了进一步的保障，且低空作业时，操作者的操作将更为便捷，更容易实现沉井的可控下沉。
57.其中，管节5的可拆卸连接设置，能够对多个管节5进行重复利用，经济效应良好。
58.其中，多个弹性片3形成类似帽子状的结构，套设在预制桩1的顶端上，第一抱箍6在将多个弹性片3箍紧在预制桩1的侧面上时，多个所述弹性片3产生向内弯曲的形变，从而使得多个弹性片3能够夹紧预制桩1，避免法兰盘2从预制桩1上脱落，从而能够牢固地将预定千斤顶4安装在预制桩1上。需要说明的是，第一抱箍6对多个弹性片3施加的作用力、各个弹性片之间的缝隙9的高度p、宽度l，以及缝隙9的数量还与预定千斤顶4和预制桩1之间的紧固力有关，以预定千斤顶4在拖拽沉井本体8下沉的过程中，预定千斤顶4不会在拖拽力f2作用力的反作用力下脱离预制桩1为准，即第一抱箍6对多个弹性片3施加的压力，以及多个弹性片3的形状参数需要将预定千斤顶稳固地保持在预制桩1上。
59.特别地，若多个弹性片3的第二端之间的缝隙9的宽度l越大，将法兰盘2和多个弹性片3安装在预定端部上时越容易，第一抱箍6在箍紧多个弹性片3时，弹性片3的形变范围越大，但多个弹性片3与预制桩1接触的总面积较小，夹持效果越小。若多个弹性片3的第二端之间的缝隙9的宽度l越小，则法兰盘2和多个弹性片3的安装难度提高，多个弹性片3的形变范围减小，但多个弹性片3与预制桩1的接触总面积增大，夹持效果越好。
60.特别地，在第一抱箍6尺寸确定的情况下，若多个弹性片3的第二端之间的缝隙9高度p越大，各弹性片3的可形变范围越大，预制桩1通过缝隙9连通至外界的区域越大，致使预制桩1的预制端部包裹性降低，致使对预制桩1的保护效果降低，但第一抱箍6对各弹性片3施力时更容易驱动各弹性片3形变以抵接在预制桩1上，安装更为便捷。若多个弹性片3的第二端之间的缝隙9高度p越小，预制桩1的预制端部包裹性提高，对预制桩1的保护效果越好，但第一抱箍6需要施加较大的作用力才能驱动各弹性片3形变以抵接在预制桩1上，安装较为不便。
61.优选地，伸缩部包括在竖直方向上滑设于基座41的顶杆和连接在顶杆上并与处于最下端的所述管节5连接的抵接块。
62.优选地，法兰盘2的外径大于预制桩1的外径，多个弹性片3分别连接在法兰盘2的下表面上。
63.优选地，请参阅图1至图9，本实施例的沉井下沉装置中，所述第一抱箍6包括两个箍片；两个所述箍片围合形成供多个所述弹性片3设置的柱状空间。
64.本实施例中，两个箍片通过螺栓连接，收紧柱状空间，以将多个弹性片3箍紧在预
制桩1的侧面上，安装和拆卸预定千斤顶4时，收紧和松开两个箍片即可，方便快捷。
65.可选地，第一抱箍6还可以是其它结构，如，呈具有开口的圆环结构，开口的两侧边缘上分别设有通过螺栓连接的凸缘，如图6所示。
66.优选地，如图7、图8所示，本实施例的沉井下沉装置中，还包括用于垂直安装在地面上的第一板体12、用于垂直安装在地面上的第二板体13，以及多个第一螺栓；所述第一板体12和所述第二板体13平行设置，所述第一板体12和所述第二板体13之间形成间隙；两个所述箍片分别设于所述间隙内，其中一个所述箍片设于所述第一板体12上，其中另一个所述箍片设于所述第二板体13上；所述第一板体12上设有多个第一孔，所述第二板体13上设有多个第二孔；多个所述第一孔、第二孔，以及第一螺栓一一对应，各所述第一螺栓的一端分别穿过对应的所述第一孔并与所述第一板体12固定连接，各所述第一螺栓的另一端分别穿过对应的第二孔并与所述第二板体13固定连接。
67.本实施例中，通过第一螺栓调整第一板体12和第二板体13之间的间距，即可实现两个箍片的收紧和松开，方便快捷；同时，设置第一板体12和第二板体13，还能够将第一抱箍6稳固地固定在底面上，从而间接地对预定千斤顶4进行固定，预定千斤顶4在支撑和拖拽沉井本体8时，一部分作用力通过第一板体12和第二板体13传递至地面，提高预定千斤顶4的稳定性，同时避免了预制桩1受力过大导致出现损坏。
68.优选地，如图6和图7所示，本实施例的沉井下沉装置中，还包括第三板体14和具有用于旋入至地下且呈螺旋状的第一锚定片的第一螺旋锚15；所述第三板体14分别垂直连接于所述第一板体12和所述第二板体13，所述第一螺旋锚15处于所述第一板体12和所述第二板体13之间，所述第一螺旋锚15沿所述竖直方向设置，所述第一螺旋锚15穿过所述第三板体14并与所述第三板体14固定连接。
69.本实施例中，预定千斤顶4在支撑和拖拽沉井本体8时，传递至第一板体12和第二板体13的部分作用力，进一步传递至第三板体14和第一螺旋锚15上，在第一锚定片处卸载，从而更进一步地提高了预定千斤顶4的稳定性，能够更好地对预制桩1起到保护作用。
70.优选地，请参阅图1至图9，本实施例的沉井下沉装置中，所述预制桩1、法兰盘2、第一抱箍6，以及预定千斤顶4均设有多个，多个所述预制桩1、法兰盘2、第一抱箍6，以及预定千斤顶4一一对应；多个所述预制桩1环向间隔设置，多个所述预制桩1围成供所述沉井本体8设置的沉降空间。
71.本实施例中，设置多个预制桩1等结构对沉井本体8进行支撑。使用时，将多个预制桩1分为第一批次和第二批次，划分时，需要保证第一批次的预制桩1能够单独地对沉井本体8进行支撑，第二批次的预制桩1同样需要能够单独地对沉井本体8进行支撑。
72.初始状态时，所有的预定千斤顶4的伸缩部处于原始长度。
73.而后，对属于第一批次的预制桩1上的预定千斤顶4进行如下操作：首先，拆卸处于最下端的管节5，而后，操作伸缩部伸长以抵接在拆除管节5后处于最下端的管节5上。
74.继而，对属于第二批次的预制桩1上的预定千斤顶4进行如下操作：首先，拆除处于最下端的管节5，而后，操作伸缩部伸长以抵接在拆除管节5后处于最下端的管节5上。由此，在沉井本体8不动的前提下，完成所有预定千斤顶4的伸缩部伸长，为沉井本体8的下沉提供条件。
75.最后，所有预定千斤顶4的伸缩部同时收缩至原始长度，完成沉井本体8下沉预定
距离。
76.继续重复上述步骤，所有预定千斤顶4的伸缩部重复伸长和收缩，沉井本体8重复下沉预定距离，直至沉井本体8下沉至地下预定深度。
77.优选地，如图8和图9所示，本实施例的沉井下沉装置中，还包括第四板体16和具有用于旋入至地下且呈螺旋状的第二锚定片的第二螺旋锚17；所述第四板体16分别架设在相邻的两个所述预制桩1对应的法兰盘2上表面上，所述第二螺旋锚17沿所述竖直方向设置，所述第二螺旋锚17穿过所述第四板体16并与所述第四板体16固定连接。
78.本实施例中，利用了第四板体16和第二螺旋锚17，稳固法兰盘2，进而提高了预定千斤顶4的稳定性。
79.需要说明的是，本实施例的相邻，是指处于同一个连续面上分布的相邻的两个预制桩1。如，沉井本体8的截面呈矩形时，相邻侧壁上的预制桩1由于并非分布在同一个连续面上，因此不能成为本实施例的“相邻”。
80.优选地，请参阅图1至图9，本实施例的沉井下沉装置中，所述第二螺旋锚17的数量为多个；多个所述第二螺旋锚17在相邻的两个所述预制桩1之间间隔设置，以进一步地提高预定千斤顶4的稳定性。
81.优选地，请参阅图1至图9，本实施例的沉井下沉装置中，还包括多个第五板体18；所述第四板体16上设有供多个所述第二螺旋锚17分别穿过的条形孔19，多个所述第五板体18沿所述条形孔19延伸方向间隔设置并分别跨越所述条形孔19；多个所述第五板体18与所述多个第二螺旋锚17一一对应，各所述第二螺旋锚17分别依次穿过对应的所述第五板体18和所述条形孔19。
82.本实施例中，通过设置第五板体18，提高了第二螺旋锚17的安装稳固性。
83.其中，第一螺旋锚15和第二螺旋锚17能够共同作用，进一步地保障各个预定千斤顶4在拖拽沉井本体8下沉期间，预制桩1不会受反作用力而向上滑移。
84.优选地，请参阅图1至图9，本实施例的沉井下沉装置中，还包括用于设于所述沉井本体8的外侧壁上的支撑块10；所述第一紧固组件包括多个第二螺栓，所述第二紧固组件包括多个第三螺栓；多个所述管节5分别具有在竖直方向间隔设置的第一端部和第二端部；处于最下端的所述管节5中，所述第一端部通过多个所述第二螺栓可拆卸连接在所述伸缩部上；处于最上端的所述管节5中，所述第二端部通过多个所述第三螺栓可拆卸地连接在所述支撑块10上。
85.本实施例中，多个第二螺栓和多个第二螺栓分别便于装拆，从而在施工时，能够快速地连接和拆卸各个部件。
86.优选地，相邻的管节5中，第一个管节5的第一端部和第二个管节5的第二端部之间通过螺栓连接。
87.优选地，还包括多个第三紧固组件；多个第三紧固组件沿竖直方向设置在沉井本体8上，各个第三紧固组件分别可拆卸连接一个管节5，以固定在竖直方向依次可拆卸连接的多个管节5，避免由于多个管节5组成的条形结构过长发生不稳现象。
88.其中，可选地，多个第三紧固组件分别包括用于连接在沉井本体8的外侧壁上的安装座7和连接在所述安装座7上的第二抱箍；各个第二抱箍分别围成供管节5穿过的柱状通孔。
89.请参阅图11，本实施例第二方面提供一种沉井结构，其包括沉井本体8以及上述的沉井下沉装置。沉井本体8包括井壁和一体设置于井壁内的框架结构81，框架结构81与井壁都在地面上制作并一次浇注整体成型，具有金属刃脚的井壁直接作为地下室的外墙，框架结构81被配置为地下室的支撑结构。框架结构81包括多个分别垂直于竖直方向的框架横梁811、多个分别垂直于竖直方向的框架纵梁以及多个沿竖直方向延伸的框架柱813。所述框架横梁811的两端分别连接在所述沉井本体8的内壁面上，所述框架纵梁的两端分别连接在所述沉井本体8的内壁面上。
90.如此，框架结构81按照地下室的主体结构预先设计后，沉井本体8的井壁与框架结构81都在地面上制作并一次浇注整体成型，使得沉井本体8的井壁可直接作为地下室的外墙，框架结构81则作为地下室主体结构的支撑体系，沉井本体能够下沉较深，相较于传统的基坑支护技术和逆作法施工工艺而言，沉井结构应用于民用建筑地下工程施工时可达到前者无法达到的深度，可建造出可观规模的地下设施空间，符合当前民用建筑对大规模、超深地下空间开发的迫切需求；并且，在地面上完成现浇式的框架结构4和井壁一体成型后整体性好，刚度大，施工安全、工程质量容易得到保证。
91.如图11所示，在本实施例中，所述沉井本体8井壁的下端端面上设有用于插设至地下的金属刃脚20，具体地，金属刃脚20呈刀片状，多个金属刃脚20沿沉井本体8的周向排列。
92.金属刃脚的设置具有如下技术效果：
93.(1)金属刃脚20相较于传统沉井刃脚而言，可大大减小对井内土体的水平推力，沉井施工时井内外土体的滑移更易于有效稳定控制，从而防止对井内其他竖直支撑设施造成挤压破坏，减小下沉中对沉井本体8姿态控制的影响，从而使得本技术的沉井结构在制作和下沉施工过程中的稳定性和安全性得到保证。
94.(2)沉井结构的设计可不完全考虑靠自重下沉，而是更多地发挥金属刃脚20正面减少下沉阻力的作用，从而使得沉井结构的壁厚和支撑体系可设计得轻巧，并可在下沉施工方案设计时选择较小的下沉稳定系数和较大的下沉系数，可优化土方开挖工艺方案设计，使得土方开挖施工简便安全高效。
95.(3)由于下沉姿态得到精准控制，可防止产生突沉、倾斜等问题，使得不仅可在硬土地区、也使得在软土地区可采用呈尖刀状的金属刃脚20。
96.一般地，现有技术中，在沉井本体下沉的过程中，沉井本体的外侧壁与土体接触并产生摩阻力，这个摩阻力的存在有利有弊，利在于摩阻力的存在可以使得沉井本体下沉时形态得到暂时稳定，弊在于摩阻力的存在会阻碍沉井本体的下沉，导致沉井本体下沉困难。现有技术中，沉井本体下沉时形态的稳定显然比下沉难度增大更值得优先考虑，因此，为了保持沉井本体下沉时形态的稳定，在过往数百年的时间内，技术人员都不会对沉井本体的外侧壁专门进行降低摩阻力方向的改进。
97.在本实施例中，请参阅图11，由于沉井本体8本身已有足够的下沉姿态控制手段，无需再通过土体较大的摩阻力以保持沉井本体8下沉的稳定性，因此，沉井本体8的外侧壁上设有环绕沉井本体8的功能层21，功能层21专门用于助沉，该功能层21可以是柔性防水层或润滑层等有利于减少沉井本体8与土体摩阻力以及使得沉井本体8既实用又稳定的结构，在本实施例中，在沉井本体8已有足够的下沉姿态控制条件下，将只有临时助沉的技术整合为可专门助沉的沉井本体8结构，具体为如下结构形式：
98.(1)将泥浆铺设于沉井本体8的外侧壁上形成功能层21，泥浆与土体接触从而减少摩阻力；
99.(2)在沉井本体8的外侧壁上设置若干个凹台，凹台上填充有填砂，通过填砂减少井壁与土体的直接接触，从而减少摩阻力；
100.(3)在井壁内预埋若干层管路，每层管路上设置多个小孔，对管内通入高压缩空气，向井壁外射出，射出的压缩空气短时存在于井壁上预留的气龛上，再沿井壁上升，在沉井本体8的周围形成一层空气帷幕，从而使得井壁周围土体松动，达到降低井壁与土体之间摩阻力的功能。
101.通过在沉井本体8的外侧壁上设置功能层21，使得沉井本体8外侧壁与土体之间的摩阻力受到改变，克服了现有技术中沉井本体外侧壁和土体之间必须存在摩阻力且该摩阻力不能轻易改变的技术偏见，既不影响沉井本体8结构稳定的同时，还具有减小土体摩阻力的功能。
102.由于沉井本体8下沉姿态无需通过摩阻力来保持稳定，因此设置金属刃脚20可大大减少下沉阻力、设置功能层可减少摩阻力，使得土体对沉井本体8的下沉姿态影响更小，并可提高控制井内井外土体变形的能力，降低沉井下沉运动过程中的地基竖向总抗力，从而使得沉井本体8的下沉更容易。金属刃脚和功能层的实施，既协助本发明的沉井结构实现可控下沉，又对传统沉井技术中长期困扰业界的两大摩阻力问题进行有效的化解。
103.综上所述，由于金属刃脚20代替了传统刃脚，金属刃脚20踏面远小于传统刃脚的踏面，使得上述拖拽方式在空间姿态受控制状态下的拖拽力更少地用来克服土体的阻力，而是更多地用来提升金属刃脚20的土体切割能力，使得金属刃脚20的土体切割功能得到充分的发挥；功能层21、金属刃脚20与沉井本体8本身采用拖拽方式的空间姿态控制系统起到了协同的作用，修正了传统沉井需要通过较大自重和壁厚来保持下沉的技术偏见，可相应减轻沉井自重和减小壁厚，从而使得下沉姿态的控制更为精准，使得沉井结构在地面上制作既便捷，又能保证结构要求和施工安全。
104.请参阅图1至图9，本实施例第三方面提供一种沉井下沉方法，包括如下步骤：
105.s100：设置竖直方向延伸并部分埋入至地下的预制桩1，以使所述预制桩1分别具有露出至地上的预定端部；
106.s200：准备具有上表面和下表面的法兰盘2；将所述法兰盘2的下表面支撑在预定端部上；
107.s300：准备具有基座41和连接在所述基座41上并能够沿竖直方向伸缩的伸缩部，将所述基座41支撑在所述法兰盘2的上表面上；
108.s400：准备多个管节5，将多个管节5沿竖直方向依次可拆卸连接；
109.s500：准备第一紧固组件和第二紧固组件，将处于最下端的管节5通过第一紧固组件可拆卸地连接在所述伸缩部上，将处于上端的其他已连接的管节5通过第二紧固组件可拆卸地连接在所述沉井本体8上；
110.s600：操作所述预定千斤顶4，使所述伸缩部收缩，直至所述沉井本体8下沉预定距离；
111.s700：对所述沉井本体8进行临时固定，拆卸其中一个所述管节5，并操作所述预定千斤顶4使所述伸缩部伸出，重新将沉井本体8、多个管节5以及伸缩部连接；
112.s800：撤销对所述沉井本体8的临时固定；
113.s900：重复步骤s600至s800，直至所述沉井本体8下沉至地下预定深度。
114.应当理解的是，上述的埋入地下的操作包括但不限于打入、钻入、压入、藏入等施工措施。
115.由于本实施例提供的沉井下沉方法是利用第一方面提供的沉井下沉装置将沉井下沉至地表下的，因此，本实施例提供的沉井下沉方法具备沉井下沉装置的所有有益效果，在此不再赘述。
116.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
117.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种沉井下沉装置，用于沿竖直方向将沉井本体下沉至地下预定深度，其特征在于，包括：预制桩，用于部分竖直地埋入至地下；所述预制桩的顶部具有用于露出至地上的预定端部；法兰盘，具有上表面和下表面；所述法兰盘的下表面支撑在所述预定端部的端面上，法兰盘具有中心孔；弹性片，数量为多个；多个所述弹性片环绕所述预制桩外侧设置并分别连接在所述法兰盘上，多个所述弹性片的第一端与所述法兰盘固定连接，在远离所述法兰盘的第二端，相邻的所述弹性片之间具有缝隙；第一抱箍，套设在多个所述弹性片外侧并用于分别将多个所述弹性片箍紧在所述预制桩的端部侧面上；预定千斤顶，分别具有基座和连接在所述基座上并能够沿所述竖直方向伸缩的伸缩部；所述基座支撑在所述法兰盘的上表面上，所述伸缩部可插入所述法兰盘的中心孔内；多个管节，设置在沉井本体上并分别沿所述竖直方向依次可拆卸连接；第一紧固组件，用于将处于最下端的所述管节可拆卸地连接在所述伸缩部上；以及第二紧固组件，用于将处于最上端的所述管节可拆卸地连接在所述沉井本体上；其中，所述预定千斤顶为螺旋千斤顶，所述预定千斤顶能够对处于最下端的所述管节施加向上的支撑力f1或向下的拖拽力f2；当所述预定千斤顶施加支撑力f1时，所述预定千斤顶对所述预制桩施加向下的反作用力，使所述预制桩受到地下土层对其向上的第一静摩擦力f3，所述第一静摩擦力f3的最大值大于f1；当所述预定千斤顶施加拖拽力f2时，所述预定千斤顶对所述预制桩施加向上的反作用力，使所述预制桩受到地下土层对其向下的第二静摩擦力f4，所述第二静摩擦力f4的最大值大于f2。2.根据权利要求1所述的沉井下沉装置，其特征在于，所述第一抱箍包括两个箍片；两个所述箍片围合形成供多个所述弹性片设置的柱状空间。3.根据权利要求2所述的沉井下沉装置，其特征在于，还包括用于垂直安装在地面上的第一板体、用于垂直安装在地面上的第二板体，以及多个第一螺栓；所述第一板体和所述第二板体平行设置，所述第一板体和所述第二板体之间形成间隙；两个所述箍片分别设于所述间隙内，其中一个所述箍片设于所述第一板体上，其中另一个所述箍片设于所述第二板体上；所述第一板体上设有多个第一孔，所述第二板体上设有多个第二孔；多个所述第一孔、第二孔，以及第一螺栓一一对应，各所述第一螺栓的一端分别穿过对应的所述第一孔并与所述第一板体固定连接，各所述第一螺栓的另一端分别穿过对应的第二孔并与所述第二板体固定连接。4.根据权利要求3所述的沉井下沉装置，其特征在于，还包括第三板体和具有用于旋入至地下且呈螺旋状的第一锚定片的第一螺旋锚；所述第三板体分别垂直连接于所述第一板体和所述第二板体，所述第一螺旋锚处于所
述第一板体和所述第二板体之间，所述第一螺旋锚沿所述竖直方向设置，所述第一螺旋锚穿过所述第三板体并与所述第三板体固定连接。5.根据权利要求1所述的沉井下沉装置，其特征在于，所述预制桩、法兰盘、第一抱箍，以及预定千斤顶均设有多个，多个所述预制桩、法兰盘、第一抱箍，以及预定千斤顶一一对应；多个所述预制桩环向间隔设置，多个所述预制桩围成供所述沉井本体设置的沉降空间。6.根据权利要求5所述的沉井下沉装置，其特征在于，还包括第四板体和具有用于旋入至地下且呈螺旋状的第二锚定片的第二螺旋锚；所述第四板体分别架设在相邻的两个所述预制桩对应的法兰盘上表面上，所述第二螺旋锚沿所述竖直方向设置，所述第二螺旋锚穿过所述第四板体并与所述第四板体固定连接。7.根据权利要求6所述的沉井下沉装置，其特征在于，所述第二螺旋锚的数量为多个；多个所述第二螺旋锚在相邻的两个所述预制桩之间间隔设置。8.根据权利要求7所述的沉井下沉装置，其特征在于，还包括多个第五板体；所述第四板体上设有供多个所述第二螺旋锚分别穿过的条形孔，多个所述第五板体沿所述条形孔延伸方向间隔设置并分别跨越所述条形孔；多个所述第五板体与所述多个第二螺旋锚一一对应，各所述第二螺旋锚分别依次穿过对应的所述第五板体和所述条形孔。9.根据权利要求1所述的沉井下沉装置，其特征在于，还包括用于设于所述沉井本体的外侧壁上的支撑块；所述第一紧固组件包括多个第二螺栓，所述第二紧固组件包括多个第三螺栓；多个所述管节分别具有在竖直方向间隔设置的第一端部和第二端部；处于最下端的所述管节中，所述第一端部通过多个所述第二螺栓可拆卸连接在所述伸缩部上；处于最上端的所述管节中，所述第二端部通过多个所述第三螺栓可拆卸地连接在所述支撑块上。10.一种沉井结构，其特征在于，包括沉井本体以及如权利要求1－9任一项所述的沉井下沉装置；沉井本体呈沿竖直方向延伸的筒状并用于竖直地沉入坑内，所述沉井本体的井壁内具有框架结构，所述框架结构与所述沉井本体的井壁都在地面上制作并一次浇注整体成型，所述框架结构被配置为地下室的支撑结构，所述沉井本体的井壁底部具有金属刃脚，所述金属刃脚沿沉井本体的井壁周向延伸，用于插入土体，所述沉井本体的井壁被配置为地下室的外墙。11.如权利要求10所述的沉井结构，其特征在于：所述沉井本体的外侧壁上设有环绕所述沉井本体的功能层，用于减小沉井外侧壁与土体之间的摩阻力。12.一种沉井下沉方法，其特征在于，用于通过权利要求1至9任一所述的沉井下沉装置将如权利要求10－11的沉井结构下沉至地表下，包括如下步骤：
s100：设置竖直方向延伸并部分埋入至地下的预制桩，以使所述预制桩分别具有露出至地上的预定端部；s200：准备具有上表面和下表面的法兰盘；将所述法兰盘的下表面支撑在预定端部上；s300：准备具有基座和连接在所述基座上并能够沿竖直方向伸缩的伸缩部，将所述基座支撑在所述法兰盘的上表面上；s400：准备多个管节，将多个管节沿竖直方向依次可拆卸连接；s500：准备第一紧固组件和第二紧固组件，将处于最下端的管节通过第一紧固组件可拆卸地连接在所述伸缩部上，将处于最上端的管节通过第二紧固组件可拆卸地连接在所述沉井本体上；s600：操作所述预定千斤顶，使所述伸缩部收缩，直至所述沉井本体下沉预定距离；s700：对所述沉井本体进行临时固定，拆卸其中一个所述管节，并操作所述预定千斤顶使所述伸缩部伸出，重新将沉井本体、多个管节以及伸缩部连接；s800：撤销对所述沉井本体的临时固定；s900：重复步骤s600至s800，直至所述沉井本体下沉至地下预定深度。

技术总结
本发明涉及沉井技术领域，公开了一种沉井下沉装置、沉井结构和沉井下沉方法，本发明中，通过千斤顶利用基桩摩擦力使管节对沉井本体加载下沉，本沉井结构通过功能层、金属刃脚以及沉井结构利用自身加载的空间姿态控制系统的协同作用，可相应减轻沉井自重和减小壁厚，利用金属刃脚的踏面远小于传统刃脚踏面，使得加载中的拖拽力更多地用于增强金属刃脚的土体切割下沉效果，下沉姿态的控制更为精准。由于沉井本体的井壁与框架结构在地面上制作并一次浇注整体成型，使得沉井本体的井壁可直接作为地下室的外墙，框架结构则作为地下室主体结构的支撑体系，确保了民用建筑设计所要求的主体结构的框架柱受力中心与对应基桩承压中心竖向准确对接。心竖向准确对接。心竖向准确对接。


技术研发人员：张庆中
受保护的技术使用者：张庆中
技术研发日：2023.06.16
技术公布日：2023/9/22