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陆地沉箱施工方法及陆地沉箱

方案图简易施工图
背景:
建造地下结构物, 传统施工方法关键是“沉井”、 “围护”, 不过, 在软土和流沙地基上建造地下结构物, 采取“沉井”施工方法, 施工过程中极易发生突沉、 超沉、 管涌、 倾斜、 难清底、 地陷使周围建筑物破坏等安全事故, 还因为事先要软基处理、 止水灌注等辅助工程, 所以造价极高, 工期长; 采取“围护”施工方法, 施工过程中也极易发生坍塌、 管涌等安全事故, 还因为事先要施打围堰桩、 支撑、 止水等辅助工程, 所以造价极高, 工期长。
现实状况:
在世界各地 开发土地资源已由陆地向软地基河海滩涂、 沼泽地发展, 建筑物结构越来越大、 越来越高深, 因为传统施工方法存在着很多缺点, 在软弱地基上建造深基础和深构筑物用传统施工方法已无法或难以满足建设需要。
意义:
为保障人民生命和财产安全、 节能环境保护, 研究在软土地基上安全、 经济、 环境保护、 快捷地建造地下构筑物施工技术显得尤其关键和迫切。
“陆地沉箱”发明, 使得在软土和流沙地基地下结构物建造变得轻易、 施工安全、 建造成本低、 节省土地、 环境保护; 该技术发明含相关键现实意义, 含有巨大投资潜力和开发价值。
“陆地沉箱”应用范围极其宽广, 适适用于: 地下人防工程、 隧道、 池、 大楼地下室、 地下储油罐、 船坞、 闸首、 桥墩; 重力式码头、 堤坝、 水下储油罐、 其她水下结构物等。
应用价值:
采取“陆地沉箱”在软土和流沙地基上建造地下结构物, 不需止水、 围护、 固化处理, 节省费用30%以上, 缩短工期一个半月以上, 最关键是不会发生: 突沉、 超沉、 管涌、 倾斜、 难清底、 地陷、 坍塌等施工安全事故。
工法比较:

工艺
施工安全性
造价
工期
环境影响
沉井
易突沉、 易超沉、 易管涌、 易倾斜、 难清底、 管涌造成地陷使周围建筑物破坏。
沉降范围内软土要止水、 固化处理。该辅助工程费用占永久结构物造价30%以上。
辅助工程工期需时1个半月以上。
砼固化处理后埋藏了工程废物、 自然土地资源受破坏。
围护
易坍塌、 易管涌
要围堰、 支撑,辅助工程费用占永久结构物造价50%以上。
辅助工程工期需时2个月以上。
砼固化处理、 围护工程埋藏了工程废物、 自然土地资源受破坏。
陆地沉箱
无上述现象; 下沉在可控下实施。
无上述工序, 节省了辅助工程费用。
无辅助工程工期。
不影响自然土地资源

实施方法:
先在地面上把结构物箱体建造好, 即结构物四面墙体、 底板、 刃脚同时造好。在底板上开有排放孔或人孔, 同时在底板上间隔一定距离均匀地安装有高压水枪, 高压水枪穿透底板进入到底板下土层内, 经过高压水枪射出高压水, 把底板下砂土冲刷成可流动泥沙浆液, 用泵或气压或其它取土方法把可流动泥沙浆液经过排放孔排出箱外, 伴随箱下土层不停下降, 箱型结构物不停下沉, 直至抵达设计位置。
社会价值:
该技术应用, 使得在软土和流沙地基地下结构物建造变得轻易、 施工安全、 建造成本低、 节省土地、 环境保护, 社会价值较高而值得开发应用和普及。
◆㈠改革开放以后, 各地大量在软土地域填土造地, 大兴工程建设, 大量建造高层建筑物, 这些高层建筑物几乎都是采取桩型基础, 但其存在安全隐患没有引发各方足够重视; 桩型基础仅适合于硬土地基, 软土地基是不适合, 原因是: 在软性土地域（沿海地域、 湖泊沼泽地域）, 表面是一层几米厚人工填土, 不管这层土有多么坚固, 但其下土是塑性（能够流动）, 即使建好了很久建筑物, 当其周围环境改变后, 如周围有新堆载或开挖或震动或地下水位改变, 都会使建筑物下面软性土发生移动, 假如建筑物是由一根根桩支撑起来, 那么, 此时桩就受到了移动土水平推进, 桩就会发生永久性弯曲变形, 即使短时间内桩没有断裂破坏, 桩受力弯曲变形一段时间后, 这些桩就会出现疲惫, 造成桩身混凝土开裂钢筋锈蚀, 桩就慢慢失去原有支撑能力, 直到桩无法承受上部建筑物重力压迫, 只要某根桩一旦承受不住发生断裂, 建筑物重力就会分配到相邻其它桩上, 使其它桩像骨牌效应一样, 一根根接连断裂, 最终建筑物坍毁。
建筑物基础型式关键有: 筏板基础、 箱型基础、 桩型基础。
在软弱土地基上, 建筑物基础型式选择: 筏板基础因地基承载力不够而不可采取; 桩型基础会因土体移动使桩柱发生弯曲变形留下安全隐患, 抗震能力也极差, 所以不适合; 箱型基础会当地基土所受到压力不均衡时地基土能自动移动而最终达成新平衡, 这么建筑物重心保持稳定, 抗震能力也极强, 所以最为适合。
既然在软土地基上用桩型基础建造高层建筑物不安全, 为何不采取箱型基础呢？那是因为: ①用传统技术在软土地基上建造地下箱型基础技术难度大和成本极高, 安全事故频发, 不被开发商采纳; ②国家建设行政部门或建筑规范也没有对软土地基上建筑物基础型式做出强制性要求; ③人民群众还没有意识到在软土地基上用桩型基础建造高层建筑物存在着很大安全隐患, 没有拒绝使用该类建筑物; 所以, 开发商自然就会采取成本低、 施工简单和快捷桩型基础建造高层建筑物。
所以, 软土地域建筑物, 尤其是高层建筑物, 采取点式刚性支撑桩(不管什么桩型)作为基础型式不是最好选择, 会留下安全隐患, 应该采取大平板式箱型基础(像船一样不怕移动和摆动、 地震时底部土柔软有极强消能作用) 安全隐患才能根当地消除, 人民生命和财产才能得到根本保障, 鉴于此, 国家政府相关部门, 应该出台建筑标准, 当软土达成一定软弱程度时, 此处高层建筑物基础型式必需采取箱型基础。
陆地沉箱施工方法发明, 处理了软基上地下结构物施工技术难题, 降低了软基上箱型基础建造成本, 使软基上高层建筑物建造广泛普及箱型基础成为可能, 使这些建筑物稳定性受外因影响小从而安全度极高、 并含有超强抗震能力, 居者才会安生。
◆㈡“陆地沉箱”发明, 能够提升国家战略贮备油基地国防价值。在软基上用传统技术极难将储油罐体深埋入地下, 使用该技术却很轻易做到; 深埋入地下储油罐体, 隐蔽性好, 防火性好, 节省土地, 造价还可节省50%以上。表现以下:
⑴ 可使储油基地位置选择在深水海洋或海洋滩涂上, 储油基地选址范围受地质条件限制小了, 易于选址。
⑵ 能把最没有价值软弱土地利用起来, 土地资源得到充足利用。
⑶ 罐体建造时无辅助工序, 预制罐体能直接下沉就位, 能安全、 经济、 快捷地建造地下储油罐体, 节省了大量建造费用, 经济性好。
⑷ 将储油罐体深埋于地下或水下, 隐蔽性好, 国防价值得到大大提升。
⑸ 因为储油罐体深埋在地下, 防爆、 防火性好, 即使部分罐体发生爆炸燃烧, 油不会外溢, 着火面小而轻易扑灭, 爆炸对周围罐体影响极小, 安全性能好。
⑹ 在越深软土地域, 建造储油罐体越深, 单位面积容量越大, 地下空间得到充足利用, 小用地大容量, 节省了国家宝贵土地资源, 土地利用率高。
⑺ 地下是储油罐体, 地面可建造如军用机场、 营地、 军工厂或沿海公路路基、 沿海围堤护岸或商业用途（可处理储油基地维护费用或部分建造费用）、 休闲公园等场所, 一地多用。
⑻ “陆地沉箱施工方法”不需对软土进行混凝土固化处理, 降低了建造成本, 自然环境也得到保护。
⑼ 地下圆形罐体, 外压大于内压, 结构受力最有利, 使罐体结构体型可缩小, 节省了直接建造成本; 地下钢筋混凝土罐体不易发生裂缝和渗漏。
⑽ 储油罐体深埋于地下, 不破坏自然景观。
⑾ 储油罐体深埋于软土地下, 当发生渗漏时, 油液上浮, 轻易发觉且不会扩散, 不造成环境污染。
⑿ 储油罐体深埋于地下采取材料可用钢筋混凝土, 建造成本低、 受环境影响小寿命长、 维护成本低; 建造在地面储油罐体, 通常采取钢结构, 建造成本高, 且暴露在大气中, 受环境影响大寿命短、 维护成本高。
⒀ 在沿海建造储油基地, 海上船运或管道输送便捷, 运行成本低。