一种沉井气囊法下水的结构的制作方法

本实用新型涉及桥梁施工领域，具体涉及一种沉井气囊法下水的结构。

背景技术：

水域沉井基础施工，或是桥梁桩基础采用双壁钢围堰施工时，为减小水上施工的不安全性和加快施工进度，要求沉井在岸边加工一次性下水。传统的沉井下水方式一般采用在岸边设置滑道，利用滑道下水。但是这种传统方式中，下水滑道均为固定式滑道，由于沉井、围堰等重量很大，使得滑道上所受的压强很大，施工时对场地要求非常严格，严重影响了施工进度，同时带来不安全性。针对上述问题，现有技术中出现了利用向水域方向倾斜的坡道，配合气囊使沉井靠自重下水的方法。但是现有的气囊法下水方法中，大都是设置两段相接的坡道，其中一段远离水域较为平坦，用于拼装沉井，另一段靠近水域坡度更大用于沉井快速下滑。但是该种方式所设置的坡道结构，在沉井下水时需要手动不断调整锚机放缆的速度；同时其坡度较大段也仅为5～6°的坡度范围，为了确保入水后较大的惯性，在沉井刚达到坡度较大的坡道上时就需要提前断缆使沉井下滑入水，沉井下滑过程中需要整体滑过该段坡道，在此过程中没有了锚机的牵引与导向，存在运动方向发生偏差的风险，导致最终入水角度与设计角度存在较大偏差，影响拖轮的提前排布与走位，严重时甚至使得沉井未在设计区域入水而滑至了浅水区域造成搁浅、或是沉井滑至了拖轮待命区域导致工程事故的复杂情况。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种沉井气囊法下水的结构，以解决现有技术中沉井通过气囊法下水时需要提前断缆、存在安全隐患的问题，实现提高气囊法下水时的安全性、消除隐患的目的。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种沉井气囊法下水的结构，沉井包括围设形成环状的井壁以及设置于所述井壁内的若干隔舱，各隔舱与所述井壁围设形成多个井孔，沉井底部设置底托板，所述底托板沿井壁封闭所述井孔的下端口，底托板下布置气囊，气囊设置在坡道上，坡道的低位临近水域，其特征在于，所述坡道朝着靠近水域的方向依次分为第一段、第二段、第三段、第四段，其中所述第一段的坡度为1％～3％，第二段的坡度为6.5％～7％，第三段的坡度为10％，第四段的坡度为15％；且第一段、第二段、第三段、第四段的长度比满足X:1:1:1，其中X取值为5～7中任意自然数。

针对现有技术中沉井通过气囊法下水时需要提前断缆、存在安全隐患的问题，本实用新型提出一种沉井气囊法下水的结构，沉井包括围设形成环状的井壁以及设置于所述井壁内的若干隔舱，各隔舱与所述井壁围设形成多个井孔，沉井底部设置底托板，所述底托板沿井壁封闭所述井孔的下端口，底托板下布置气囊，气囊设置在坡道上，坡道的低位临近水域，与现有的坡道结构不同，本实用新型中的坡道分为了依次连接的四段结构，从远离水域方向至靠近水域方向，依次为第一段、第二段、第三段、第四段，第一段长度最长坡度最小，第二段、第三段、第四段长度相等且坡度逐渐增大，以此使得沉井在逐渐靠近水域的过程中，其自身重力在坡道方向上的分量分段变大，从而使得在最终的第四段时，沉井自身重力分量较大，能够提供足够的下滑动力，而不再需要提前断缆利用惯性确保足够的入水动力，从而消除现有技术中需要提前断缆所带来的安全隐患。具体的，第一段的坡度为1％～3％，长度在另外三段的5至7倍之间，因此第一段即是作为沉井的拼装位置，由于它坡度小，长度长，因此便于对大型沉井进行拼装与施工，不会对前期工作造成干扰。根据三角函数曲线，第一段的坡度大于了3％时，沉井自身重力在沿坡道方向上的分量会快速增大，极易克服静摩擦阻力向下进行滑动，导致施工过程中需要提供大力的支撑件对沉井拼装过程进行支撑、阻挡以避免拼接过程中下滑，使得整个施工区域设备繁杂、同时提高成本，不利于降本增效。而本实用新型中通过设置第一段仅具有1％～3％的坡度范围，从而不需要大力支撑件进行阻隔，以减少设备使用，降低拼装现场的繁杂程度。同时第一段的长度较长，以便于对大型沉井进行布置拼装，也为沉井下滑时提供一个较为宽裕的调整环境，以便于有足够的距离对沉井移动的方向进行修正。但是发明人在研究与实践中发现，该距离又不能无限的增大，否则会导致缓慢下滑的距离过长而严重影响沉井下水工期，特别是对于水位高度受潮汐变化影响较大的水域而言，沉井下滑距离过长会导致下滑时间的不确定性增大，使得不便提前根据潮汐变化估算准确合适入水时间，严重时甚至导致入水时的水深与预设水深具有较大差异。因此本实用新型中优化第一段的长度为其他三段长度的5至7倍，从而在实现上述有益效果的同时，还能够确保沉井在第一段上下行时不会占用过长时间，从而确保对工期的控制，确保准确估算入水时间，从而提前判断好入水时的水深情况。所述第二段、第三段、第四段的长度相等，使得沉井在等距离的各段上依次下滑，同时该距离均远小于第一段的长度，因此使得第二段、第三段、第四段仅具有加速效果而不会对在第一段上调整好的运动方向与轨迹带来影响。同时其坡度逐渐增大，其中第二段的坡度为6.5％～7％，第三段的坡度为10％，第四段的坡度为15％。明显看出，相较于第一段1％～3％的坡度范围，从第二段开始，坡度明显增大，沉井自身重力在坡道下行方向上的分量开始明显变大，沉井所具有的下滑趋势明显变大，此时沉井下滑速度能够变快，具有更大的重力势能。待沉井下滑至第三段上时，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变大，在第二段所积累的动能基础上，沉井再次得到更大的加速度，获得更大的下滑趋势，通过第三段所耗时也比通过第二段时更短。因此沉井会快速通过第三段进入第四段坡道上，第四段的坡度为15％，沉井的运动趋势已经完全是沿着坡道下滑入水的方向，在沉井巨大的重力作用下，沉井快速沿着第四段进行下滑，同时由后拉缆始终对沉井进行掌控，仅需提高后拉缆的放缆速度即可，此时沉井既可以获得较大的入水动能与惯性，又能够仍然受后拉缆掌控不会发生运动方向上的偏移。待沉井与水面接触时再瞬间断缆即可。因此相较于现有技术中设置两道坡度不同的坡道，在沉井刚达到坡度较大的坡道上时就需要提前断缆使沉井下滑入水，在此过程中没有了锚机的牵引与导向，存在运动方向发生偏差的风险；同时，如若按照现有技术中两段式的坡道结构而在进入后段坡道时不提前放缆而仅是增大放缆速度，此时由于沉井初始速度低、运动方向上的加速度也很小，后段坡道长度又短，再加上锚机钢缆又对沉井提供了反向了拉力，因此会导致沉井入水时初始速度很小，导致入水动能严重不足，严重时甚至无法完全入水。因此现有技术中的两段式坡道结构使用时必须要提前断缆。相较于现有方式，本实用新型不需要提前断缆仍然就能确保沉井具有足够的入水动力，明显提高了气囊法下水时的安全性、消除了安全隐患，具有突出的实质性特点和显著的进步。

优选的，所述第一段的长度为100m，第二段、第三段、第四段的长度均为15m。作为优选方案，将下水坡道的四段长度按照本方案中进行设置，既为沉井下滑时提供一个较为宽裕的调整环境，以便于有足够的距离对沉井移动的方向进行修正，又使得第二段、第三段、第四段的长度适宜，能够快速的进行加速又不会因为加速段长度过长造成移动方向的偏差。

进一步的，所述底托板下方的气囊按照间距2.3m进行布置，同时在隔舱正下方加密设置小气囊。作为本申请的另一个发明点，现有技术中气囊法下水时，底托板下方的气囊都是等间距进行布置的，然而，在实际操作中发明人发现，隔舱的重力占沉井自重的比例大约有30～40％之间，因此隔舱是沉井整体载荷的重要组成部分。同时由于隔舱所占沉井总体积的比例较小，远没有达到30％的体积占比，因此，底托板上正对隔舱的区域，所承受的压强要远大于底托板上其他区域所承受的压强。因此按照传统的均匀分布气囊的方式，存在底托板受力不均的问题，该问题在施工顺利、工期较快时不会显露出来，但是一旦遇到工程工期被拖延、工期较预计明显变长等情况时，底托板在长期受力不均的情况下，就会存在承压能力不足导致受损破裂等风险、严重时甚至造成工程事故。因此为克服上述问题，本实用新型按照间距2.3m在底托板下方布置气囊，同时还在底托板下方正对隔舱的位置加密设置小气囊，通过加密设置的小气囊，提高底托板处对隔舱的承载能力，使得沉井隔舱区域的重力能够通过加密设置的小气囊进行承载，以提高底托板整体的承载能力，避免隔舱处压强过大造成底托板受损。

优选的，所述小气囊环绕设置在隔舱正下方的气囊周围。现有技术中根据不同沉井的大小，都会在隔舱正下方对对应的底托板底部设置气囊，因此在该隔舱正下方的气囊周围环绕设置小气囊，以此实现隔舱所处位置小气囊的加密设置，以提高底托板整体的承载能力，避免隔舱处压强过大造成底托板受损。

优选的，坡道第四段最低端离水面高差为0.2m。坡道的第四段为与水域相邻的最低段，使该段的低位距离水面还有0.2m的高差，即是预留出0.2m的潮位余量，避免由于工程施工原因造成的入水时间估计错误、导致实际下水时的水面高度与预计的潮位高度存在误差，同时也避免江河中突然上游来水导致水位突增、导致下水距离变短入水速度不够，因此本方案预留出0.2m的水位余量，从而能够克服上述问题，为实际水位比预计的水位更高提供余量。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、一种沉井气囊法下水的结构，沉井既可以获得较大的入水动能与惯性，又能够仍然受后拉缆掌控不会发生运动方向上的偏移，相较于现有技术中设置两道坡度不同的坡道，在沉井刚达到坡度较大的坡道上时就需要提前断缆使沉井下滑入水，在此过程中没有了锚机的牵引与导向，存在运动方向发生偏差的风险；同时，如若按照现有技术中两段式的坡道结构而在进入后段坡道时不提前放缆而仅是增大放缆速度，此时由于沉井初始速度低、运动方向上的加速度也很小，后段坡道长度又短，再加上锚机钢缆又对沉井提供了反向了拉力，因此会导致沉井入水时初始速度很小，导致入水动能严重不足，严重时甚至无法完全入水。因此现有技术中的两段式坡道结构使用时必须要提前断缆。相较于现有方式，本实用新型不需要提前断缆仍然就能确保沉井具有足够的入水动力，明显提高了气囊法下水时的安全性、消除了安全隐患，具有突出的实质性特点和显著的进步。

2、一种沉井气囊法下水的结构，通过设置第一段仅具有1％～3％的坡度范围，从而不需要大力支撑件进行阻隔，以减少设备使用，降低拼装现场的繁杂程度。

3、一种沉井气囊法下水的结构，按照传统的均匀分布气囊的方式，存在底托板受力不均的问题，该问题在施工顺利、工期较快时不会显露出来，但是一旦遇到工程工期被拖延、工期较预计明显变长等情况时，底托板在长期受力不均的情况下，就会存在承压能力不足导致受损破裂等风险、严重时甚至造成工程事故。因此本实用新型按照间距2.3m在底托板下方布置气囊，同时还在底托板下方正对隔舱的位置加密设置小气囊，通过加密设置的小气囊，提高底托板处对隔舱的承载能力，使得沉井隔舱区域的重力能够通过加密设置的小气囊进行承载，以提高底托板整体的承载能力，避免隔舱处压强过大造成底托板受损。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型具体实施例1中坡道的结构示意图；

图2为本实用新型具体实施例1中底托板下方气囊分布示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-第一段，2-第二段，3-第三段，4-第四段，5-底托板，6-气囊，7-小气囊，8-隔舱正下方。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1：

如图1与图2所示的一种沉井气囊法下水的结构，沉井包括围设形成环状的井壁以及设置于所述井壁内的若干隔舱，各隔舱与所述井壁围设形成多个井孔，沉井底部设置底托板5，所述底托板5沿井壁封闭所述井孔的下端口，底托板5下布置气囊6，气囊6设置在坡道上，坡道的低位临近水域，所述坡道朝着靠近水域的方向依次分为第一段1、第二段2、第三段3、第四段4，其中第一段1的坡度为1％，第二段2的坡度为6.67％，第三段3的坡度为10％，第四段4的坡度为15％；所述第一段1的长度为100m，第二段2、第三段3、第四段4的长度均为15m。所述底托板5下方的气囊6按照间距2.3m进行布置，同时在隔舱正下方加密设置小气囊7。所述小气囊7环绕设置在隔舱正下方8的气囊6周围。坡道第四段4最低端离水面高差为0.2m。本实施例中在下水坡道按照上述参数设置完成后，对下水坡道利用挖机进行修正并碾压，碾压完成后需要对地基承载力进行检测，要求承载力不小于气囊工作压力的2倍；在下水坡道的第一段1处拼装沉井，沉井拼接完成后在后端通过两个150t地锚进行牵引；选择无降水天气的高潮位时段对气囊充气，待气囊完全托起沉井后，释放后拉缆，使沉井依次沿着下水坡道的第一段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上下滑时，后拉缆分别以速度V1、V2、V3、V4释放，且V1＜V2＜V3＜V4；沉井下滑过程中始终保证后拉缆受力；待沉井下滑至水边线时，后拉缆断缆，沉井滑入水中；待沉井整体入水并达到稳定吃水深度后，由拖轮靠近沉井并进行拴绑；由拖轮拖动沉井至底托板脱离区，底托板脱离区的最小水深＝沉井吃水深度+底托板型钢支架高度；脱离、回收底托板5。此外，气囊充气前，使后拉缆已经处于受力状态。同时提前在底托板5上预留起吊钢丝绳和浮漂。

本实用新型所提出的方案中，沉井既可以获得较大的入水动能与惯性，又能够仍然受后拉缆掌控不会发生运动方向上的偏移，相较于现有技术中设置两道坡度不同的坡道，在沉井刚达到坡度较大的坡道上时就需要提前断缆使沉井下滑入水，在此过程中没有了锚机的牵引与导向，存在运动方向发生偏差的风险；同时，如若按照现有技术中两段式的坡道结构而在进入后段坡道时不提前放缆而仅是增大放缆速度，此时由于沉井初始速度低、运动方向上的加速度也很小，后段坡道长度又短，再加上锚机钢缆又对沉井提供了反向了拉力，因此会导致沉井入水时初始速度很小，导致入水动能严重不足，严重时甚至无法完全入水。因此现有技术中的两段式坡道结构使用时必须要提前断缆。相较于现有方式，本实用新型不需要提前断缆仍然就能确保沉井具有足够的入水动力，明显提高了气囊法下水时的安全性、消除了安全隐患，具有突出的实质性特点和显著的进步。同时通过设置第一段1仅具有1％～3％的坡度范围，从而不需要大力支撑件进行阻隔，以减少设备使用，降低拼装现场的繁杂程度。此外，按照传统的均匀分布气囊的方式，存在底托板5受力不均的问题，该问题在施工顺利、工期较快时不会显露出来，但是一旦遇到工程工期被拖延、工期较预计明显变长等情况时，底托板5在长期受力不均的情况下，就会存在承压能力不足导致受损破裂等风险、严重时甚至造成工程事故。因此本实用新型按照间距2.3m在底托板5下方布置气囊，同时还在底托板5下方正对隔舱的位置加密设置小气囊7，通过加密设置的小气囊7，提高底托板5处对隔舱的承载能力，使得沉井隔舱区域的重力能够通过加密设置的小气囊7进行承载，以提高底托板5整体的承载能力，避免隔舱处压强过大造成底托板5受损。

对比实施例：

在实施例1的基础上，其他参数不变，按照现有方式将坡道的第一段1直接连接第四段4，即是取消第二段2与第三段3，即是将坡道设置为坡度为1％、长度130m的前段，与坡度15％、长度15m的后段。在此基础上按照现有方式使沉井下滑，待滑至后端顶部使断缆，使沉井自由下滑至水中，在摩擦系数视为相同的情况下，经计算沉井入水时的瞬时速率仅为实施例1中入水速率的0.67，因此按照现有方式设置坡道，入水动能明显更低，同时还不便于控制最后一段的运动方向。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。