本發(fā)明涉及橋梁施工領域，具體涉及一種沉井氣囊法下水的結構及基于該結構的下水方法。

背景技術：

水域沉井基礎施工，或是橋梁樁基礎采用雙壁鋼圍堰施工時，為減小水上施工的不安全性和加快施工進度，要求沉井在岸邊加工一次性下水。傳統(tǒng)的沉井下水方式一般采用在岸邊設置滑道，利用滑道下水。但是這種傳統(tǒng)方式中，下水滑道均為固定式滑道，由于沉井、圍堰等重量很大，使得滑道上所受的壓強很大，施工時對場地要求非常嚴格，嚴重影響了施工進度，同時帶來不安全性。針對上述問題，現(xiàn)有技術中出現(xiàn)了利用向水域方向傾斜的坡道，配合氣囊使沉井靠自重下水的方法。但是現(xiàn)有的氣囊法下水方法中，大都是設置兩段相接的坡道，其中一段遠離水域較為平坦，用于拼裝沉井，另一段靠近水域坡度更大用于沉井快速下滑。但是該種方式所設置的坡道結構，在沉井下水時需要手動不斷調整錨機放纜的速度；同時其坡度較大段也僅為5～6°的坡度范圍，為了確保入水后較大的慣性，在沉井剛達到坡度較大的坡道上時就需要提前斷纜使沉井下滑入水，沉井下滑過程中需要整體滑過該段坡道，在此過程中沒有了錨機的牽引與導向，存在運動方向發(fā)生偏差的風險，導致最終入水角度與設計角度存在較大偏差，影響拖輪的提前排布與走位，嚴重時甚至使得沉井未在設計區(qū)域入水而滑至了淺水區(qū)域造成擱淺、或是沉井滑至了拖輪待命區(qū)域導致工程事故的復雜情況。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種沉井氣囊法下水的結構及基于該結構的下水方法，以解決現(xiàn)有技術中沉井通過氣囊法下水時需要提前斷纜、存在安全隱患的問題，實現(xiàn)提高氣囊法下水時的安全性、消除隱患的目的。

本發(fā)明通過下述技術方案實現(xiàn)：

一種沉井氣囊法下水的結構，沉井包括圍設形成環(huán)狀的井壁以及設置于所述井壁內的若干隔艙，各隔艙與所述井壁圍設形成多個井孔，沉井底部設置底托板，所述底托板沿井壁封閉所述井孔的下端口，底托板下布置氣囊，氣囊設置在坡道上，坡道的低位臨近水域，其特征在于，所述坡道朝著靠近水域的方向依次分為第一段、第二段、第三段、第四段，其中所述第一段的坡度為1％～3％，第二段的坡度為6.5％～7％，第三段的坡度為10％，第四段的坡度為15％；且第一段、第二段、第三段、第四段的長度比滿足X:1:1:1，其中X取值為5～7中任意自然數(shù)。

針對現(xiàn)有技術中沉井通過氣囊法下水時需要提前斷纜、存在安全隱患的問題，本發(fā)明提出一種沉井氣囊法下水的結構及基于該結構的下水方法，沉井包括圍設形成環(huán)狀的井壁以及設置于所述井壁內的若干隔艙，各隔艙與所述井壁圍設形成多個井孔，沉井底部設置底托板，所述底托板沿井壁封閉所述井孔的下端口，底托板下布置氣囊，氣囊設置在坡道上，坡道的低位臨近水域，與現(xiàn)有的坡道結構不同，本發(fā)明中的坡道分為了依次連接的四段結構，從遠離水域方向至靠近水域方向，依次為第一段、第二段、第三段、第四段，第一段長度最長坡度最小，第二段、第三段、第四段長度相等且坡度逐漸增大，以此使得沉井在逐漸靠近水域的過程中，其自身重力在坡道方向上的分量分段變大，從而使得在最終的第四段時，沉井自身重力分量較大，能夠提供足夠的下滑動力，而不再需要提前斷纜利用慣性確保足夠的入水動力，從而消除現(xiàn)有技術中需要提前斷纜所帶來的安全隱患。具體的，第一段的坡度為1％～3％，長度在另外三段的5至7倍之間，因此第一段即是作為沉井的拼裝位置，由于它坡度小，長度長，因此便于對大型沉井進行拼裝與施工，不會對前期工作造成干擾。根據三角函數(shù)曲線，第一段的坡度大于了3％時，沉井自身重力在沿坡道方向上的分量會快速增大，極易克服靜摩擦阻力向下進行滑動，導致施工過程中需要提供大力的支撐件對沉井拼裝過程進行支撐、阻擋以避免拼接過程中下滑，使得整個施工區(qū)域設備繁雜、同時提高成本，不利于降本增效。而本發(fā)明中通過設置第一段僅具有1％～3％的坡度范圍，從而不需要大力支撐件進行阻隔，以減少設備使用，降低拼裝現(xiàn)場的繁雜程度。同時第一段的長度較長，以便于對大型沉井進行布置拼裝，也為沉井下滑時提供一個較為寬裕的調整環(huán)境，以便于有足夠的距離對沉井移動的方向進行修正。但是發(fā)明人在研究與實踐中發(fā)現(xiàn)，該距離又不能無限的增大，否則會導致緩慢下滑的距離過長而嚴重影響沉井下水工期，特別是對于水位高度受潮汐變化影響較大的水域而言，沉井下滑距離過長會導致下滑時間的不確定性增大，使得不便提前根據潮汐變化估算準確合適入水時間，嚴重時甚至導致入水時的水深與預設水深具有較大差異。因此本發(fā)明中優(yōu)化第一段的長度為其他三段長度的5至7倍，從而在實現(xiàn)上述有益效果的同時，還能夠確保沉井在第一段上下行時不會占用過長時間，從而確保對工期的控制，確保準確估算入水時間，從而提前判斷好入水時的水深情況。所述第二段、第三段、第四段的長度相等，使得沉井在等距離的各段上依次下滑，同時該距離均遠小于第一段的長度，因此使得第二段、第三段、第四段僅具有加速效果而不會對在第一段上調整好的運動方向與軌跡帶來影響。同時其坡度逐漸增大，其中第二段的坡度為6.5％～7％，第三段的坡度為10％，第四段的坡度為15％。明顯看出，相較于第一段1％～3％的坡度范圍，從第二段開始，坡度明顯增大，沉井自身重力在坡道下行方向上的分量開始明顯變大，沉井所具有的下滑趨勢明顯變大，此時沉井下滑速度能夠變快，具有更大的重力勢能。待沉井下滑至第三段上時，坡度更加增大至10％，沉井自身重力在坡道下行方向上的分量再次變大，在第二段所積累的動能基礎上，沉井再次得到更大的加速度，獲得更大的下滑趨勢，通過第三段所耗時也比通過第二段時更短。因此沉井會快速通過第三段進入第四段坡道上，第四段的坡度為15％，沉井的運動趨勢已經完全是沿著坡道下滑入水的方向，在沉井巨大的重力作用下，沉井快速沿著第四段進行下滑，同時由后拉纜始終對沉井進行掌控，僅需提高后拉纜的放纜速度即可，此時沉井既可以獲得較大的入水動能與慣性，又能夠仍然受后拉纜掌控不會發(fā)生運動方向上的偏移。待沉井與水面接觸時再瞬間斷纜即可。因此相較于現(xiàn)有技術中設置兩道坡度不同的坡道，在沉井剛達到坡度較大的坡道上時就需要提前斷纜使沉井下滑入水，在此過程中沒有了錨機的牽引與導向，存在運動方向發(fā)生偏差的風險；同時，如若按照現(xiàn)有技術中兩段式的坡道結構而在進入后段坡道時不提前放纜而僅是增大放纜速度，此時由于沉井初始速度低、運動方向上的加速度也很小，后段坡道長度又短，再加上錨機鋼纜又對沉井提供了反向了拉力，因此會導致沉井入水時初始速度很小，導致入水動能嚴重不足，嚴重時甚至無法完全入水。因此現(xiàn)有技術中的兩段式坡道結構使用時必須要提前斷纜。相較于現(xiàn)有方式，本發(fā)明不需要提前斷纜仍然就能確保沉井具有足夠的入水動力，明顯提高了氣囊法下水時的安全性、消除了安全隱患，具有突出的實質性特點和顯著的進步。

優(yōu)選的，所述第一段的長度為100m，第二段、第三段、第四段的長度均為15m。作為優(yōu)選方案，將下水坡道的四段長度按照本方案中進行設置，既為沉井下滑時提供一個較為寬裕的調整環(huán)境，以便于有足夠的距離對沉井移動的方向進行修正，又使得第二段、第三段、第四段的長度適宜，能夠快速的進行加速又不會因為加速段長度過長造成移動方向的偏差。

進一步的，所述底托板下方的氣囊按照間距2.3m進行布置，同時在隔艙正下方加密設置小氣囊。作為本申請的另一個發(fā)明點，現(xiàn)有技術中氣囊法下水時，底托板下方的氣囊都是等間距進行布置的，然而，在實際操作中發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，隔艙的重力占沉井自重的比例大約有30～40％之間，因此隔艙是沉井整體載荷的重要組成部分。同時由于隔艙所占沉井總體積的比例較小，遠沒有達到30％的體積占比，因此，底托板上正對隔艙的區(qū)域，所承受的壓強要遠大于底托板上其他區(qū)域所承受的壓強。因此按照傳統(tǒng)的均勻分布氣囊的方式，存在底托板受力不均的問題，該問題在施工順利、工期較快時不會顯露出來，但是一旦遇到工程工期被拖延、工期較預計明顯變長等情況時，底托板在長期受力不均的情況下，就會存在承壓能力不足導致受損破裂等風險、嚴重時甚至造成工程事故。因此為克服上述問題，本發(fā)明按照間距2.3m在底托板下方布置氣囊，同時還在底托板下方正對隔艙的位置加密設置小氣囊，通過加密設置的小氣囊，提高底托板處對隔艙的承載能力，使得沉井隔艙區(qū)域的重力能夠通過加密設置的小氣囊進行承載，以提高底托板整體的承載能力，避免隔艙處壓強過大造成底托板受損。

優(yōu)選的，所述小氣囊環(huán)繞設置在隔艙正下方的氣囊周圍?，F(xiàn)有技術中根據不同沉井的大小，都會在隔艙正下方對對應的底托板底部設置氣囊，因此在該隔艙正下方的氣囊周圍環(huán)繞設置小氣囊，以此實現(xiàn)隔艙所處位置小氣囊的加密設置，以提高底托板整體的承載能力，避免隔艙處壓強過大造成底托板受損。

優(yōu)選的，坡道第四段最低端離水面高差為0.2m。坡道的第四段為與水域相鄰的最低段，使該段的低位距離水面還有0.2m的高差，即是預留出0.2m的潮位余量，避免由于工程施工原因造成的入水時間估計錯誤、導致實際下水時的水面高度與預計的潮位高度存在誤差，同時也避免江河中突然上游來水導致水位突增、導致下水距離變短入水速度不夠，因此本方案預留出0.2m的水位余量，從而能夠克服上述問題，為實際水位比預計的水位更高提供余量。

一種氣囊法下水方法，包括以下步驟：(1)自沉井拼裝位置至水域處依次設置四段下水坡道，朝著靠近水域的方向依次分為第一段、第二段、第三段、第四段，其中所述第一段的坡度為1％～3％，第二段的坡度為6％～7％，第三段的坡度為10％，第四段的坡度為15％；且第一段、第二段、第三段、第四段的長度比滿足X:1:1:1，其中X取值為5～7中任意自然數(shù)；(2)對下水坡道利用挖機進行修正并碾壓，碾壓完成后需要對地基承載力進行檢測，要求承載力不小于氣囊工作壓力的2倍；(3)在下水坡道的第一段處拼裝沉井，沉井拼接完成后在后端通過后拉纜連接兩個地錨；(4)選擇無降水天氣的高潮位時段對氣囊充氣，待氣囊完全托起沉井后，釋放后拉纜，使沉井依次沿著下水坡道的第一段、第二段、第三段、第四段下滑；其中沉井在第一段、第二段、第三段、第四段上下滑時，后拉纜分別以速度V1、V2、V3、V4釋放，且V1＜V2＜V3＜V4；沉井下滑過程中始終保證后拉纜受力；(5)沉井下滑至水邊線時，后拉纜斷纜，沉井滑入水中；(6)待沉井整體入水并達到穩(wěn)定吃水深度后，由拖輪靠近沉井并進行拴綁；(7)由拖輪拖動沉井至底托板脫離區(qū)，底托板脫離區(qū)的最小水深＝沉井吃水深度+底托板型鋼支架高度；脫離、回收底托板。

在本方法中，首先按照本方案中的參數(shù)設置好四段下水坡道，之后對下水坡道利用挖機進行修正并碾壓，使坡道平整無雜物，避免對氣囊造成干擾甚至戳破?，F(xiàn)有技術中僅對坡道進行了壓實并對雜物進行清理，但是壓實程度始終存在不確定性；同時沉井在滑動下水過程中，坡道地面所受的力是處于變化過程中的，由于氣囊的彈性，存在壓力激動的情況，即壓力忽大忽小，壓力較大時會超出氣囊的正常工作壓力。因此本方法中還需要對地基承載力進行檢測，要求承載力不小于氣囊工作壓力的2倍，以確保氣囊壓力激動時地基也具有足夠的承載能力，確保下水過程中坡道地基的穩(wěn)固可靠。在下水坡道的第一段處拼裝沉井，沉井拼接完成后在后端通過后拉纜連接兩個地錨，通過地錨進行固定。之后選擇無降水的天氣進行施工，避免降水引起地面濕滑導致沉井滑動不便控制。沉井下水過程中，依次沿著下水坡道的第一段、第二段、第三段、第四段下滑，滑動過程中其加速度逐段變大，滑動速度也逐段變化，為避免沉井下滑方向出現(xiàn)偏差，下滑過程中始終保證后拉纜受力，從而通過后拉纜控制調整沉井方向，其中沉井在第一段、第二段、第三段、第四段上下滑時，后拉纜分別以速度V1、V2、V3、V4釋放，且V1＜V2＜V3＜V4，即是控制沉井以速度V1在第一段上下滑，以速度V2在第二段上下滑，以速度V3在第三段上下滑，以速度V4在第四段上下滑，避免自由下滑速度過快不便控制的同時，確保在每段上的速度都逐漸變大，確保沉井入水時具有足夠的動能。之后，沉井下滑至水邊線時，后拉纜斷纜，沉井滑入水中。即是沉井下滑至水邊線時后拉纜才斷纜，相較于傳統(tǒng)的需要提前斷纜的方式具有更好的控制效果，不需要提前斷纜仍然就能確保沉井具有足夠的入水動力，明顯提高了氣囊法下水時的安全性、消除了安全隱患，具有突出的實質性特點和顯著的進步。待沉井整體入水并達到穩(wěn)定吃水深度后，由拖輪靠近沉井并進行拴綁，之后由拖輪拖動沉井至底托板脫離區(qū)，底托板脫離區(qū)的最小水深＝沉井吃水深度+底托板型鋼支架高度；脫離、回收底托板。其中底托板脫離區(qū)的最小水深＝沉井吃水深度+底托板型鋼支架高度，以確保底板順利脫離并沉入水底，防止擱淺、便于打撈回收。

進一步的，氣囊充氣前，使后拉纜已經處于受力狀態(tài)。以避免沉井被托起后立即前行引起工程事故。

優(yōu)選的，底托板在沉井下滑時與沉井可拆卸連接。以避免氣囊在走行過程中，底托板發(fā)生變形，導致與底隔艙發(fā)生脫離；同時也便于沉井整體入水穩(wěn)定后，不用再進行切割而方便的將底托板進行脫離，從而便于對底托板的回收。

優(yōu)選的，提前在底托板上預留起吊鋼絲繩和浮漂。利用浮漂便于找尋確定底托板沉底位置，便于在底托板沉到河床后打撈船就位，便于潛水員水下分塊切割后浮吊吊裝裝船。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有如下的優(yōu)點和有益效果：

1、一種沉井氣囊法下水的結構，沉井既可以獲得較大的入水動能與慣性，又能夠仍然受后拉纜掌控不會發(fā)生運動方向上的偏移，相較于現(xiàn)有技術中設置兩道坡度不同的坡道，在沉井剛達到坡度較大的坡道上時就需要提前斷纜使沉井下滑入水，在此過程中沒有了錨機的牽引與導向，存在運動方向發(fā)生偏差的風險；同時，如若按照現(xiàn)有技術中兩段式的坡道結構而在進入后段坡道時不提前放纜而僅是增大放纜速度，此時由于沉井初始速度低、運動方向上的加速度也很小，后段坡道長度又短，再加上錨機鋼纜又對沉井提供了反向了拉力，因此會導致沉井入水時初始速度很小，導致入水動能嚴重不足，嚴重時甚至無法完全入水。因此現(xiàn)有技術中的兩段式坡道結構使用時必須要提前斷纜。相較于現(xiàn)有方式，本發(fā)明不需要提前斷纜仍然就能確保沉井具有足夠的入水動力，明顯提高了氣囊法下水時的安全性、消除了安全隱患，具有突出的實質性特點和顯著的進步。

2、一種沉井氣囊法下水的結構，通過設置第一段僅具有1％～3％的坡度范圍，從而不需要大力支撐件進行阻隔，以減少設備使用，降低拼裝現(xiàn)場的繁雜程度。

3、一種沉井氣囊法下水的結構，按照傳統(tǒng)的均勻分布氣囊的方式，存在底托板受力不均的問題，該問題在施工順利、工期較快時不會顯露出來，但是一旦遇到工程工期被拖延、工期較預計明顯變長等情況時，底托板在長期受力不均的情況下，就會存在承壓能力不足導致受損破裂等風險、嚴重時甚至造成工程事故。因此本發(fā)明按照間距2.3m在底托板下方布置氣囊，同時還在底托板下方正對隔艙的位置加密設置小氣囊，通過加密設置的小氣囊，提高底托板處對隔艙的承載能力，使得沉井隔艙區(qū)域的重力能夠通過加密設置的小氣囊進行承載，以提高底托板整體的承載能力，避免隔艙處壓強過大造成底托板受損。

4、一種氣囊法下水方法，下滑過程中始終保證后拉纜受力，從而通過后拉纜控制調整沉井方向，相較于傳統(tǒng)的需要提前斷纜的方式具有更好的控制效果，不需要提前斷纜仍然就能確保沉井具有足夠的入水動力，明顯提高了氣囊法下水時的安全性、消除了安全隱患。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明實施例的進一步理解，構成本申請的一部分，并不構成對本發(fā)明實施例的限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明具體實施例1中坡道的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明具體實施例1中底托板下方氣囊分布示意圖。

附圖中標記及對應的零部件名稱：

1-第一段，2-第二段，3-第三段，4-第四段，5-底托板，6-氣囊，7-小氣囊，8-隔艙正下方。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結合實施例和附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明，本發(fā)明的示意性實施方式及其說明僅用于解釋本發(fā)明，并不作為對本發(fā)明的限定。

實施例1：

如圖1與圖2所示的一種沉井氣囊法下水的結構及其下水方法，沉井包括圍設形成環(huán)狀的井壁以及設置于所述井壁內的若干隔艙，各隔艙與所述井壁圍設形成多個井孔，沉井底部設置底托板5，所述底托板5沿井壁封閉所述井孔的下端口，底托板5下布置氣囊6，氣囊6設置在坡道上，坡道的低位臨近水域，所述坡道朝著靠近水域的方向依次分為第一段1、第二段2、第三段3、第四段4，其中第一段1的坡度為1％，第二段2的坡度為6.67％，第三段3的坡度為10％，第四段4的坡度為15％；所述第一段1的長度為100m，第二段2、第三段3、第四段4的長度均為15m。所述底托板5下方的氣囊6按照間距2.3m進行布置，同時在隔艙正下方8加密設置小氣囊7。所述小氣囊7環(huán)繞設置在隔艙正下方8的氣囊周圍。坡道第四段4最低端離水面高差為0.2m。本實施例中在下水坡道按照上述參數(shù)設置完成后，對下水坡道利用挖機進行修正并碾壓，碾壓完成后需要對地基承載力進行檢測，要求承載力不小于氣囊6工作壓力的2倍；在下水坡道的第一段1處拼裝沉井，沉井拼接完成后在后端通過兩個150t地錨進行牽引；選擇無降水天氣的高潮位時段對氣囊6充氣，待氣囊6完全托起沉井后，釋放后拉纜，使沉井依次沿著下水坡道的第一段1、第二段2、第三段3、第四段4下滑；其中沉井在第一段1、第二段2、第三段3、第四段4上下滑時，后拉纜分別以速度V1、V2、V3、V4釋放，且V1＜V2＜V3＜V4；沉井下滑過程中始終保證后拉纜受力；待沉井下滑至水邊線時，后拉纜斷纜，沉井滑入水中；待沉井整體入水并達到穩(wěn)定吃水深度后，由拖輪靠近沉井并進行拴綁；由拖輪拖動沉井至底托板5脫離區(qū)，底托板5脫離區(qū)的最小水深＝沉井吃水深度+底托板5型鋼支架高度；脫離、回收底托板5。此外，氣囊充氣前，使后拉纜已經處于受力狀態(tài)。同時提前在底托板5上預留起吊鋼絲繩和浮漂。

本發(fā)明所提出的方案中，沉井既可以獲得較大的入水動能與慣性，又能夠仍然受后拉纜掌控不會發(fā)生運動方向上的偏移，相較于現(xiàn)有技術中設置兩道坡度不同的坡道，在沉井剛達到坡度較大的坡道上時就需要提前斷纜使沉井下滑入水，在此過程中沒有了錨機的牽引與導向，存在運動方向發(fā)生偏差的風險；同時，如若按照現(xiàn)有技術中兩段式的坡道結構而在進入后段坡道時不提前放纜而僅是增大放纜速度，此時由于沉井初始速度低、運動方向上的加速度也很小，后段坡道長度又短，再加上錨機鋼纜又對沉井提供了反向了拉力，因此會導致沉井入水時初始速度很小，導致入水動能嚴重不足，嚴重時甚至無法完全入水。因此現(xiàn)有技術中的兩段式坡道結構使用時必須要提前斷纜。相較于現(xiàn)有方式，本發(fā)明不需要提前斷纜仍然就能確保沉井具有足夠的入水動力，明顯提高了氣囊法下水時的安全性、消除了安全隱患，具有突出的實質性特點和顯著的進步。同時通過設置第一段1僅具有1％～3％的坡度范圍，從而不需要大力支撐件進行阻隔，以減少設備使用，降低拼裝現(xiàn)場的繁雜程度。此外，按照傳統(tǒng)的均勻分布氣囊的方式，存在底托板5受力不均的問題，該問題在施工順利、工期較快時不會顯露出來，但是一旦遇到工程工期被拖延、工期較預計明顯變長等情況時，底托板5在長期受力不均的情況下，就會存在承壓能力不足導致受損破裂等風險、嚴重時甚至造成工程事故。因此本發(fā)明按照間距2.3m在底托板5下方布置氣囊6，同時還在底托板5下方正對隔艙的位置加密設置小氣囊7，通過加密設置的小氣囊7，提高底托板5處對隔艙的承載能力，使得沉井隔艙區(qū)域的重力能夠通過加密設置的小氣囊7進行承載，以提高底托板5整體的承載能力，避免隔艙處壓強過大造成底托板5受損。

對比實施例：

在實施例1的基礎上，其他參數(shù)不變，按照現(xiàn)有方式將坡道的第一段1直接連接第四段4，即是取消第二段2與第三段3，即是將坡道設置為坡度為1％、長度130m的前段，與坡度15％、長度15m的后段。在此基礎上按照現(xiàn)有方式使沉井下滑，待滑至后端頂部使斷纜，使沉井自由下滑至水中，在摩擦系數(shù)視為相同的情況下，經計算沉井入水時的瞬時速率僅為實施例1中入水速率的0.67，因此按照現(xiàn)有方式設置坡道，入水動能明顯更低，同時還不便于控制最后一段的運動方向。

以上所述的具體實施方式，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。