本發明屬于建筑施工領域，特別涉及一種沉井初沉階段糾偏系統及其使用方法。

背景技術：

沉井下沉過程中,不均勻下沉是難以避免的，需要在施工過程中不斷調整修正。在沉井下沉過程中，初沉階段(沉井剛剛入土至入土3m以內)以及終沉階段(沉井下沉達到設計標高小于2m內)的糾偏最為關鍵。沉井下沉過程中可以采取的糾偏方法有井內偏挖除土、井頂堆載、井外偏填偏挖、井外射水等。但是井內偏挖除土、井頂堆載的糾偏方法往往會受到沉井高度以及直徑等客觀因素的影響而無法實施，而井外偏填偏挖、井外射水的糾偏方法在初沉階段糾偏的效果并不明顯。

技術實現要素：

為了減少客觀因素對沉井糾偏的影響，提高沉井糾偏的效率，本發明提供一種沉井初沉階段糾偏系統及其使用方法。

本發明的沉井初沉階段糾偏系統的技術方案如下：

一種沉井初沉階段糾偏系統，包括下沉過程中發生偏斜的沉井、卷揚機、滑車組、錨定裝置、以及套索，所述卷揚機設置在所述沉井高起一側的外圍，所述錨定裝置設置在所述卷揚機的后側，所述卷揚機通過鋼纜與所述錨定裝置連接，所述滑車組的后端滑輪通過鋼纜與所述錨定裝置連接，所述卷揚機的拉索與所述滑車組的拉索相連，所述滑車組的前端滑輪通過鋼纜與所述套索連接，所述套索套設于所述沉井上端。

本發明的有益效果如下：

本發明的一種沉井初沉階段糾偏系統，通過在沉井高起一側的外圍設置卷揚機，為沉井糾偏提供拉力，并配合滑車組將拉力放大，拉動套設于沉井上端的拉索，對沉井進行糾偏。由于卷揚機設置在沉井外圍，沉井與套索相連，因此，本發明在對沉井進行糾偏時，不受沉井的高度、直徑等客觀因素的影響。又因為卷揚機為沉井糾偏提供了一個額外的拉力，所以也提高了沉井糾偏的效率。本發明可以與其它沉井糾偏的措施一起使用，以達到更好的效果。

進一步的，為了在進行沉井糾偏前緩沖沉井繼續向低陷一側傾斜以及提高沉井糾偏的效率，所述沉井初沉階段糾偏系統中，貼近所述沉井高起一側以及低陷一側的外壁設置土堆。土堆會在沉井糾偏過程中填入沉井外壁與大地之間的縫隙中，起到支撐沉井側壁的作用。在沉井糾偏時，隨著沉井的偏斜越來越小，逐漸回正的過程中，沉井外壁與土堆會產生空隙，這時土堆上的土體也會慢慢掉落于空隙中，起到密實支撐外井壁的作用。

進一步的，為了更好的固定卷揚機以及滑車組，所述沉井初沉階段糾偏系統中，所述錨定裝置包括槽鋼、以及與所述槽鋼垂直連接的工字鋼，所述錨定裝置埋入地下，所述卷揚機通過鋼纜與所述錨定裝置的工字鋼連接，所述滑車組的后端滑輪通過鋼纜與所述錨定裝置的工字鋼連接。

進一步的，為了提高沉井糾偏的效率，所述沉井初沉階段糾偏系統中，所述卷揚機、滑車組、以及錨定裝置為2組至5組，且沿所述沉井的偏斜方向的軸線兩側對稱分布。所述每組卷揚機、滑車組、以及錨定裝置連成的直線與所述沉井的偏斜方向的軸線的夾角范圍為0°至45°。

本發明還提供一種上述沉井初沉階段糾偏系統的使用方法，技術方案如下：

一種上述沉井初沉階段糾偏系統的使用方法，包括如下步驟：

第1步，沉井發生偏斜時，測量沉井的偏斜情況，計算出沉井糾偏所需要的外力；

第2步，根據計算結果布置卷揚機、滑車組、錨定裝置、以及套索，所述卷揚機設置在所述沉井高起一側的外圍，所述錨定裝置設置在所述卷揚機的后側，所述卷揚機通過鋼纜與所述錨定裝置連接，所述滑車組的后端滑輪通過鋼纜與所述錨定裝置連接，所述卷揚機的拉索與所述滑車組的拉索相連，所述滑車組的前端滑輪通過鋼纜與所述套索連接，所述套索套設于所述沉井上端。

第3步，啟動所述卷揚機，收緊所述滑車組的拉索，對所述沉井進行糾偏。

本發明的有益效果如下：

本發明的沉井初沉階段糾偏系統的使用方法，通過在沉井高起一側的外圍設置卷揚機，為沉井糾偏提供拉力，并配合滑車組將拉力放大，拉動套設于沉井上端的拉索，對沉井進行糾偏。由于卷揚機設置在沉井外圍，沉井與套索相連，因此，本發明在對沉井進行糾偏時，不受沉井的高度、直徑等客觀因素的影響。又因為卷揚機為沉井糾偏提供了一個額外的拉力，所以也提高了沉井糾偏的效率。本發明可以與其它沉井糾偏的措施一起使用，以達到更好的效果。

進一步的，為了在進行沉井糾偏前緩沖沉井繼續向低陷一側傾斜以及提高沉井糾偏的效率，所述沉井初沉階段糾偏系統的使用方法中，第1步中，在測量沉井的偏斜情況前，貼近所述沉井的高起一側以及低陷一側的外壁設置土堆。土堆會在沉井糾偏過程中填入沉井外壁與大地之間的縫隙中，起到支撐沉井側壁的作用。在沉井糾偏時，隨著沉井的偏斜越來越小，逐漸回正的過程中，沉井外壁與土堆會產生空隙，這時土堆上的土體也會慢慢掉落于空隙中，起到密實支撐外井壁的作用。

進一步的，為了減少沉井高起一側外的土體對沉井的支撐力并穩定沉井，所述沉井初沉階段糾偏系統的使用方法中，第3步中，在啟動所述卷揚機前，開挖沉井高起一側外的土體至沉井的刃腳處，挖出的土體堆放在沉井低陷一側的外側根部的左右兩側。

附圖說明

圖1是本發明的一種沉井初沉階段糾偏系統的側視圖；

圖2是本發明的一種沉井初沉階段糾偏系統的俯視圖；

圖3是本發明的一種沉井初沉階段糾偏系統中沉井的實際偏差值計算的示意圖；

圖4是本發明的一種沉井初沉階段糾偏系統中沉井的可抓土區域的示意圖；

圖5是本發明的一種沉井初沉階段糾偏系統的受力分析圖；

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例對本發明提出的一種沉井初沉階段糾偏系統及其使用方法作進一步詳細說明。根據下面說明和權利要求書，本發明的優點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。

實施例1：

參考圖1至圖2，本實施例的一種沉井初沉階段糾偏系統，包括下沉過程中發生偏斜的沉井1、卷揚機2、滑車組3、錨定裝置4、以及套索5，所述卷揚機2設置在所述沉井1高起一側的外圍，所述錨定裝置4設置在所述卷揚機2的后側，所述卷揚機2通過鋼纜與所述錨定裝置4連接，所述滑車組3的后端滑輪通過鋼纜與所述錨定裝置4連接，所述卷揚機2的拉索與所述滑車組3的拉索相連，所述滑車組3的前端滑輪通過鋼纜與所述套索5連接，所述套索5套設于所述沉井1上端。

本實施例的有益效果如下：

本實施例的一種沉井初沉階段糾偏系統，通過在沉井1高起一側的外圍設置卷揚機2，為沉井糾偏提供拉力，并配合滑車組3將拉力放大，拉動套設于沉井1上端的拉索5，對沉井1進行糾偏。由于卷揚機2設置在沉井1外圍，沉井1與套索5相連，因此，本實施例在對沉井1進行糾偏時，不受沉井1的高度、直徑等客觀因素的影響。又因為卷揚機2為沉井糾偏提供了一個額外的拉力，所以也提高了沉井1糾偏的效率。本實施例可以與其它沉井糾偏的措施一起使用，以達到更好的效果。

作為較佳的實施方式，為了在進行沉井糾偏前緩沖沉井1繼續向低陷一側傾斜以及提高沉井1糾偏的效率，所述沉井糾偏系統中，貼近所述沉井1高起一側以及低陷一側的外壁設置土堆6。土堆6會在沉井糾偏過程中填入沉井外壁與大地之間的縫隙中，起到支撐沉井側壁的作用。在沉井糾偏時，隨著沉井的偏斜越來越小，逐漸回正的過程中，沉井外壁與土堆6會產生空隙，這時土堆6上的土體也會慢慢掉落于空隙中，起到密實支撐外井壁的作用。

作為較佳的實施方式，為了更好的固定卷揚機2以及滑車組3，所述沉井糾偏系統中，所述錨定裝置4包括槽鋼4a、以及與所述槽鋼垂直連接的工字鋼4b，所述錨定裝置4埋入地下，所述卷揚機2通過鋼纜與所述錨定裝置4的工字鋼連接4b，所述滑車組3的后端滑輪通過鋼纜與所述錨定裝置4的工字鋼4b連接。

作為較佳的實施方式，為了提高沉井1糾偏的效率，所述沉井糾偏系統中，所述卷揚機2、滑車組3、以及錨定裝置4為2組至5組，且沿所述沉井1的偏斜方向的軸線兩側對稱分布。所述每組卷揚機2、滑車組3、以及錨定裝置4連成的直線與所述沉井1的偏斜方向的軸線的夾角范圍為0°至45°。

實施例2：

參考圖1至圖3，本實施例的一種沉井初沉階段糾偏系統的使用方法，該實施例應用于黃浦江上游水源地連通管工程中的一個沉井在下沉過程中發生較大偏斜時的糾偏。沉井1在初沉階段發生偏斜約11°，最大偏差達2023㎜，偏差量遠遠大于規范要求的1d％。由于偏斜程度較大，并且該沉井尺寸較小，整體剛度較小，普通糾偏方法難以奏效，針對初沉階段的偏斜，利用卷揚機2在沉井1頂部施加水平拉力的強力糾偏施工工藝予以糾偏。以下為本實施例實施的過程。

沉井1的參數如下：

外徑(d)：10.6m；

內徑：9m；

高度：15.5m；

沉井1位于黃浦江南岸農田中，場地原為農田，經過挖除表面浜土、換填簡單處理后，在其上制作沉井結構。

由于沉井1本身直徑較小，而高度較高，高寬比為1.46，整體剛度較小，相比大尺寸沉井更容易偏斜；因此在沉井下沉之前，為降低初沉階段發生偏斜的機率，于該井四周填筑約3m高的土坡。

沉井1在鑿除刃腳磚胎膜及混凝土墊層后，開始抓土下沉。不久，沉井1突然發生較大傾斜。沉井1發生傾斜時，沉井1處于初沉階段，下沉量不到1.0m。經現場測量，沉井1整體偏斜約11°。

參考圖3，經計算，沉井1實際偏差值d為而規范的允許偏差值為1％d，且最大不得超過0.3m，沉井1外徑為10.6m，其偏差允許值為0.106m，實際偏差值遠遠大于允許偏差值，必須對沉井1進行糾偏。

參考圖4，由于沉井1傾斜的影響，抓斗可抓土的區域m將減小至8.035m，且靠近沉井1低陷一側，若采用井內偏挖除土糾偏，則鍋底更容易在低陷一側形成，如此便會增大傾斜力矩，低側更容易下沉，采用井內除土糾偏反而會增加沉井的傾斜量，達不到糾偏效果的。

而由于沉井整體尺寸較小，整體剛度相對較小，且偏斜較大，采用井頂堆載進行糾偏也不合適。

另外，由于沉井下沉深度不到1m，井壁與土層的摩阻力本來就很小，采用井外射水的糾偏方法不能大量減少井壁與土層的摩阻力，作用不大。

考慮到卷揚機2配合滑車組3可供較大糾偏力矩，綜合考慮下，決定采用卷揚機2配合滑車組3，對沉井進行糾偏。

由于沉井1的偏斜較大，為緩沖沉井1繼續向低側處傾斜，在沉井1傾斜的兩側(即沉井高起一側以及低陷一側)堆土，至土坡能形成最大坡角為止。

參考圖5，沉井糾偏的力學分析以及卷揚機配置的計算步驟如下：

將沉井1受到的單位重力g沿沉井1圓周取單位長度考慮(每延米重量)，并將單位重力g分解為垂直井壁的單位分力f1、平行井壁的單位分力f2，其中g＝263.5kn/m，分解后f1＝50.28kn/m，f2＝258.66kn/m；其中f1將產生抵抗力矩，f2將產生糾偏力矩；沉井1刃腳下的地基反力rd及左側土體受擠壓而產生的單位被動土壓力ep將產生抵抗力矩；卷揚機2提供的拉力f將產生糾偏力矩；忽略右側主動土壓力的作用。

(1)由f1所產生的抵抗彎矩m1的計算：

設l1為沉井井壁截面單位重力垂直于井壁的單位分力f1距沉井低陷一側刃腳的距離，l1＝6.347m；

r1為沉井井壁截面重心處到沉井中軸線的距離，r1＝4.944m；

由f1所產生抵抗彎矩m1為：

m1＝f1×π×2×r1×l1

＝50.28×π×2×4.944×6.347＝9913kn.m

(2)由地基反力rd所產生的抵抗彎矩md的計算：

設f為地基極限承載力強度，此時刃腳處于淤泥質粉質黏土中，根據本工程巖土工程勘察報告，淤泥質粉質黏土地基的設計強度為55kpa，在此為確保能順利糾偏，且能有一定的富余，取極限承載力為地基設計強度的4倍，即f＝220kpa；

b為沉井1的刃腳踏面寬度，b＝0.6m；

n為刃腳斜面的水平投影寬度，n＝0.6m；

rd為地基反力(取單位長度考慮)，則有rd＝1×f×(b+n/2)＝198kn/m；

r2為沉井1刃腳下的地基反力rd距離沉井中軸線的距離；

因沿沉井1圓周均有地基反力作用且對稱于直徑，應采用積分公式，所以，由地基反力所產生的抵抗彎矩md為：

(3)由被動土壓力所產生的抵抗彎矩mp的計算

設γ為土體重度，γ＝17.7kn/m³；

h為沉井偏高一側刃腳距離井周所填土體頂部的高度。經現場測量平均為3.0m；

c為粘聚力，c＝13kpa；

kp為表示被動土壓力系數，kp＝tan(45°+φ/2)²＝1.86，其中φ表示內摩擦角，為17.5°；

ep為單位被動土壓力，則有,

ep＝1/2γh²kp+2c*h*kp^1/2

＝1/2*17.7*3²*1.86+2*13*3*1.86^1/2＝254.53kn/m；

沉井半個圓周上將會受到被動土壓力，可視為對稱受力，有效作用方向上為一個直徑的范圍,即沉井的外直徑10.6m。因此，單位被動土壓力ep作用范圍取半個周長，考慮力的等效取10.6m，且力距為h/3，即為1.0m。

所以，由被動土壓力所產生的抵抗彎矩mp為：

mp＝ep×d×h/3

＝254.53×10.6×1＝2698kn.m

(4)由f2所產生的重力糾偏力矩m2的計算：

f2為單位重力g平行于井壁的分力，將產生糾偏力矩m2，由于f2沿著圓周存在，所以力矩應沿圓周積分。因此，由f2所產生的重力糾偏力矩m2為：

(5)總的糾偏抵抗力矩ma的計算：

設β為安全系數，β＝1.1，則有總的糾偏抵抗力矩ma為：

ma＝β(m1+md+mp)＝1.1*(9913+31086+2698)＝48066.7kn.m。

(6)卷揚機拉力所產生糾偏力矩mb的計算：

卷揚機拉力所產生糾偏力矩mb至少為：

mb＝ma-m2＝48066.7-39705＝8361.7kn.m。

(7)卷揚機數量的計算：

設一臺卷揚機2額定拉力為50kn，滑車組3擬采用鋼絲繩走8門葫蘆，經過滑車組3放大后，一臺卷揚機2的拉力為fq＝50kn*8＝400kn；

如使用1臺卷揚機，1臺卷揚機沿沉井1的偏斜方向的軸線對稱分布，卷揚機拉力與地面的夾角α＝22°，卷揚機拉力作用于沉井井壁自頂向下2.3m處，設力臂長度為h，則容易得出h＝11.07m，卷揚機的額定糾偏力矩mq為：

mq＝fq*h＝400*11.07＝4428kn.m

mq<mb

卷揚機的額定糾偏力矩不足；

如使用2臺卷揚機，2臺卷揚機沿沉井1的偏斜方向的軸線對稱分布，每臺卷揚機與沉井1的偏斜方向的軸線的夾角為20°，設力臂長度為h，h＝11.07m，則卷揚機的額定糾偏力矩mq為：

mq＝2*cos20°*fq*h＝2*cos20°*400*11.07＝8321.9kn.m

mq<mb

卷揚機的額定糾偏力矩不足；

如使用3臺卷揚機，3臺卷揚機沿沉井1的偏斜方向的軸線對稱分布，左右兩臺卷揚機與沉井1的偏斜方向的軸線的夾角為20°，設力臂長度為h，h＝11.07m，則卷揚機的額定糾偏力矩mq為：

mq＝(2*cos20°+1)*fq*h＝(2*cos20°+1)*400*11.07＝12749.9kn.m

mq>mb

卷揚機的額定糾偏力矩滿足要求。

綜上所述，需要3臺卷揚機。

根據計算結果布置卷揚機2、滑車組3、錨定裝置4、以及套索5，所述卷揚機2設置在所述沉井1高起一側的外圍，所述錨定裝置4設置在所述卷揚機2的后側，所述卷揚機2通過鋼纜與所述錨定裝置4連接，所述滑車組3的后端滑輪通過鋼纜與所述錨定裝置4連接，所述卷揚機2的拉索與所述滑車組3的拉索相連，所述滑車組3的前端滑輪通過鋼纜與所述套索5連接，所述套索5套設于所述沉井1上端。

沉井糾偏系統布置完畢后啟動卷揚機2，初始糾偏效果良好，經現場測量，沉井1傾斜由初始的11°變為9°，糾正2°。但再繼續進行糾偏時卻難以糾正回來，經過反復多次嘗試依然沒有明顯效果。

考慮到沉井1入土較淺，決定在沉井1的高起一側刃腳處進行開挖，實現卸載，減小由被動土壓力所產生的抵抗彎矩mp和由地基反力rd所產生的抵抗彎矩md；當然，減小由地基反力rd所產生的抵抗彎矩md最為關鍵。

沉井1的高起一側刃腳處土體經開挖后，挖出的土體堆放在沉井低陷一側的外側根部的左右兩側，這樣有利于沉井的穩定；土體開挖完成后發現沉井1的高起一側刃腳處存在大量混凝土墊層，這就相當于刃腳下存在一個大放角，類似于一個基礎，其相應的地基承載力反力會大大增加；相應的由地基反力rd所產生的抵抗彎矩md也會大大增加，從而造成糾偏困難。

利用挖掘機清除混凝土墊層后繼續糾偏，沉井1在短短20分鐘內便已初步糾正過來，偏差值已小于偏差允許值，于是繼續進行沉井作業。

上述描述僅是對本發明較佳實施例的描述，并非對本發明范圍的任何限定，本發明領域的普通技術人員根據上述揭示內容做的任何變更、修飾，均屬于權利要求書的保護范圍。