本发明涉及岩土工程的沉井技术领域，尤其涉及一种沉井基础的免开挖施工方法。
背景技术：
长期的工程实践证明沉井基础具有施工工艺简便、埋深较大、整体性好、稳定性好等优点，能适应各种复杂的地质条件(如淤泥、流沙以及坚硬土层等)，对邻近建筑物和周围环境的影响较小。因此，沉井基础被广泛地应用于各类高大建筑物或构筑物的深基础，如桥梁墩台基础、高层和超高层建筑物基础、高耸塔式建筑物基础、城市高架道路基础、钢厂高炉基础、油罐大型设备基础及其他重型设备基础、港口码头和堤坝水闸等水中构筑物的基础。
传统沉井基础的施工步骤为：将预制完成的钢筋混凝土沉井垂直方向上地置于安装区域，在井筒内一边排土一边沉入地下，下沉至设计标高后，进行混凝土封底并浇筑顶板，向井筒内回填土体或者浇筑混凝土，最后浇注沉井顶盖，固定在地层中形成地下深基础。
但目前传统沉井基础普遍存在施工周期较长，施工技术要求高，下沉过程中易发生流砂导致的沉井倾斜或下沉困难等问题。
技术实现要素：
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种沉井基础的免开挖施工方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种沉井基础的免开挖施工方法，该方法包括以下步骤：
(1)在沉井底部、沉井刃脚上方设置用于支撑吸力筒的环形圈梁；
(2)将沉井吊装至安装区域，沉井在自重作用下均匀下沉；
(3)沉井下沉至环形圈梁的顶面标高低于地下水位后，向沉井内安装吸力筒；
(4)从吸力筒顶部通气孔抽真空，吸力筒把沉井底部的土体吸入筒内，沉井和吸力筒将均匀下沉，直至将沉井下沉至设计标高处，停止向吸力筒顶部通气孔抽真空；
(5)沿着吸力筒外筒下放注浆管，同时向沉井和吸力筒之间均匀投掷块石；
(6)通过吸力筒顶部通气孔向吸力筒内高压注浆，形成注浆体，同时通过吊机向上起吊吸力筒；
(7)待吸力筒内的注浆体达到一定强度后，通过吸力筒顶部通气孔向吸力筒内高压注气，联合吊机缓慢向上起吊吸力筒；将吸力筒和注浆管同步缓慢提升过程中，向沉井和吸力筒之间的空隙均匀投掷块石，并通过注浆管向沉井内吸力筒底部的土体和块石间注浆，形成注浆加固体；当吸力筒底面与地面距离一定高度时，停止向吸力筒内高压注气，并缓慢释放吸力筒内气压；至吸力筒内气压等于大气压时，继续通过吊机缓慢向上起吊吸力筒，并继续向沉井和吸力筒之间的空隙均匀投掷块石，以及对吸力筒底部的土体和块石间进行注浆；投掷块石和注浆加固体的最终高度等于沉井基础顶板的底面标高；注浆完成后，拔出注浆管；
(8)将吸力筒吊出地面后直接吊离施工现场，凿除沉井上方的注浆体，并开挖至沉井基础顶板的底面设计标高，停止开挖；对沉井基础中心未通过块石和注浆加固体加固的区域进行搅拌桩加固；最后，施做沉井基础顶板，待沉井基础顶板完工后，沉井基础施工完毕。
进一步地，所述步骤(1)中，所述环形圈梁内设置正交的沉井底部梁，沉井底部梁用于提高沉井底部的强度和刚度；在环形圈梁和沉井刃脚连接处设置环形连续牛腿，环形连续牛腿用于提高沉井刃脚与环形圈梁连接处的强度和刚度。
进一步地，所述步骤(3)中，所述吸力筒的内径大于环形圈梁的内径；吸力筒底部与环形圈梁连接处安装橡胶环，保证吸力筒与沉井之间密封连接，防止下沉过程中吸力筒漏水漏气。
进一步地，所述步骤(7)中，所述吸力筒底面与地面的距离a由吸力筒内气压值p和吸力筒内土体与吸力筒内侧壁单位高度摩阻力f来确定。
进一步地，所述吸力筒的容积大于沉井下沉至设计标高的排土量。
进一步地，所述吸力筒内筒壁涂抹脱模油，便于其下沉和卸除，并保证下沉和卸除过程中的气密性。
进一步地，所述注浆体具有速凝和气密性的特点。
进一步地，所述搅拌桩加固所需的水泥浆配合比和加固区域尺寸由沉井内重塑土体的土体性质和土方量确定。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明中采用吸力筒技术安装沉井，无需开挖下沉安装沉井，直接在原地基中形成沉井基础，实现了沉井基础的快速施工，节约了施工成本和工期，避免了传统沉井边开挖边下沉技术常见的工程问题(如沉井倾斜、偏移、沉井底部超开挖、流砂等)，且对沉井施工场地的地下水环境及周边环境影响小；该沉井下沉安装施工方法安全可靠、方便快捷，具有广阔的工程应用前景。
2、本发明中沉井基础内的回填土无需开挖，直接通过投掷块石、注浆和搅拌桩加固的方法进行回填土改良处理，有利于缩短施工工期、节约施工成本。
3、本发明中投掷的块石具有压实沉井刃脚的作用，与注浆体共同作用改良了回填土的性质，增加了沉井基础的自重，更有利于提高沉井基础的整体性和稳定性。
4、本发明中搅拌桩加固土体具有改良回填土性质、增加沉井基础自重的作用，有利于提高沉井基础的整体性和稳定性。
5、本发明中吸力筒作为沉井基础安装机械可反复使用，当有多组相同沉井基础需要安装时，可批量进行沉井基础的施工；当沉井底部环形内径小于吸力筒，且沉井下沉的排土量小于吸力筒容积时，可重复用于该类相似结构的沉井基础工程。
附图说明
图1是本发明一种可免开挖的沉井基础的侧面图；
图2是本发明一种可免开挖的沉井基础的俯视图；
图3(a)为沉井的改进结构及沉井刃脚下垫枕木示意图；
图3(b)为沉井内安装吸力筒及橡胶环示意图；
图3(c)为吸力筒通气孔抽真空及吸力筒把沉井底部土体吸入筒内示意图；
图3(d)为沿吸力筒外筒下放注浆管及投掷块石示意图；
图3(e)为向吸力筒内高压注浆及通过吊机向上起吊吸力筒示意图；
图3(f)为通过通气孔向吸力筒内高压注气、向上起吊吸力筒、向沉井和吸力筒之间的空隙均匀投掷块石，并通过注浆管向土体和块石间注浆示意图；
图3(g)为释放吸力筒内气压至等于大气压时继续起吊吸力筒示意图；
图3(h)为凿除沉井上方的注浆体，开挖沉井内土体，对沉井基础中心未通过块石和注浆加固体加固的区域进行搅拌桩加固示意图；
图3(i)为施做沉井基础顶板示意图；
图中，沉井1、沉井主体1-1、沉井刃脚1-2、环形连续牛腿1-3、沉井底部梁1-4、环形圈梁1-5、枕木2、吸力筒3、顶部通气孔3-1、橡胶环4、土体5、注浆管6、块石7、注浆体8、注浆加固体9、沉井基础顶板10。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1、图2、图3(a)所示，本实施例中的沉井1包括沉井主体1-1和沉井刃脚1-2；在沉井1底部、沉井刃脚1-2上方设置用于支撑吸力筒3的环形圈梁1-5；所述环形圈梁1-5内设置正交的沉井底部梁1-4，沉井底部梁1-4用于提高沉井1底部的强度和刚度；在环形圈梁1-5和沉井刃脚1-2连接处设置环形连续牛腿1-3，环形连续牛腿1-3用于提高沉井刃脚1-2与环形圈梁1-5连接处的强度和刚度；预制完成的沉井1吊放置安装区域时，在沉井刃脚1-2下垫枕木2。
如图3(b)所示，待沉井1安装就位后，移除枕木2，沉井1在自重作用下均匀下沉；沉井1下沉至环形圈梁1-5的顶面标高低于地下水位后，向沉井1内安装吸力筒3；吸力筒3的内径应大于环形圈梁1-5的内径，吸力筒3底部与环形圈梁1-5连接处安装橡胶环4，保证吸力筒3与沉井1之间密封连接；吸力筒3的容积大于沉井1下沉至设计标高的排土量；吸力筒3内筒壁涂抹脱模油，便于其下沉和卸除，并保证下沉和卸除过程中的气密性。
如图3(c)所示，从吸力筒3顶部通气孔3-1抽真空，吸力筒3把沉井底部的土体5吸入筒内，沉井1和吸力筒3将均匀下沉。
如图3(d)所示，将沉井1下沉至设计标高处，停止向吸力筒3顶部通气孔3-1抽真空，沿着吸力筒3外筒下放注浆管6，同时向沉井1和吸力筒3之间的空隙均匀投掷块石7。
如图3(e)所示，通过吸力筒3顶部通气孔3-1向吸力筒3内高压注浆，形成注浆体8，注浆体8具有速凝和气密性的特点。同时通过吊机向上起吊吸力筒3；将吸力筒3缓慢提升至指定高度后，停止向吸力筒3内注浆并暂停吊机起吊作业，通过注浆管6向沉井1内吸力筒3底部的土体5和块石7间注浆。
如图3(f)所示，待吸力筒3内的注浆体8达到一定强度后，通过吸力筒3顶部通气孔3-1向吸力筒3内高压注气，同时通过吊机缓慢向上起吊吸力筒3。将吸力筒3和注浆管6同步缓慢提升过程中，向沉井1和吸力筒3之间的空隙均匀投掷块石7，并通过注浆管6向沉井1内吸力筒3底部的土体5和块石7间注浆，形成注浆加固体9。
如图3(g)所示，当吸力筒3底面与地面距离一定高度时，停止向吸力筒3内高压注气，并缓慢释放吸力筒3内气压；吸力筒3底面与地面的距离a由吸力筒3内气压值p和吸力筒3内土体5与吸力筒3内侧壁单位高度摩阻力f来确定，通常为a＝np/f，其中n为安全系数；至吸力筒3内气压等于大气压时，继续通过吊机缓慢向上起吊吸力筒3，并继续向沉井1和吸力筒3之间均匀投掷块石7，以及对吸力筒3底部的土体5和块石7间进行注浆。投掷块石7和注浆加固体9的最终高度等于沉井基础顶板10的底面标高。注浆完成后，拔出注浆管6。将吸力筒3吊出地面后直接吊离施工现场。
如图3(h)、3(i)所示，由人工和机械凿除沉井上方的注浆体8，并开挖沉井1内重塑土体5至沉井基础顶板10的底面设计标高，停止开挖。对沉井基础中心未通过块石7和注浆加固体9加固的区域进行搅拌桩加固，搅拌桩加固所需的水泥浆配合比和加固区域尺寸由沉井内重塑土体5的土体性质和土方量确定。最后，施做沉井基础顶板10，待沉井基础顶板10完工后，沉井基础施工完毕。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。