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1. 定义 沉井是修筑地下结构和深基础的一种结构形式。是先在地表制作成一个井筒状的结构物，然后在井壁的围护下通过从井内不断挖土，使沉井在自重及上部荷载作用下逐渐下沉，达到设计标高后，再进行封底。 沉箱基础又称之气压沉箱基础，它是以气压沉箱来修筑结（构）筑物的一种基础形式。 建造地下结（构）筑物时，在沉箱下部预先构筑底板，在沉箱下部形成一个气密性高的钢筋混凝土结构工作室，向工作室内注入压力与刃口处地下水压力相等的压缩空气，使其在无水的环境下进行取土排土，箱体在本身自重以及上部荷载的作用下下沉到指定深度，然后进行封底施工。 2. 特点 （1） 沉井与沉箱整体刚度大，抗震性好； （2）与地下施工相比更优越，地质适用范围更广； （3）沉井与沉箱结构本身兼作围护结构，且施工阶段不需要对地基作特殊处理，既安全又经济； （4）施工对周围环境影响小，尤其是气压沉箱工法，更适用于对土体变形敏感的地区； 3. 用途及适用范围 沉井与沉箱在工种中的应用已有百余年的历史，早在1841年法国工程师特利其尔(Triger)就提出用气压沉箱方法施工桥墩，1849 年首次应用成功，1900 年俄国工程师提出用钢筋混凝土的沉箱。20 世纪 30 年代，莫斯科及西欧的地下隧道、美国的桥梁基础均相应采用了沉井或沉箱结构。自 20 世纪 50 年代起，我国已将该技术应用于各项工程中，其体积从直径仅2m 的集水井到巨大的泰州长江大桥中塔沉井（58.4m×44.4m×76m），为使沉井下沉记录能够不断被刷新，各种新型施工技术被开发研制并应用于实际工程中，从最早 1946~1963 年间利用喷射压缩空气和触变泥浆下沉 130m，到江阴长江大桥北锚沉井喷射高压空气减阻法下沉，以及振动法下沉技术，上述技术措施的不断革新都带来了良好的效果。 气压沉箱诞生的初期包括我国过去的沉箱施工也主要是以人工为主，沉箱下部工作空间小、气压高、温度大、噪音大，条件比较艰苦，又比较危险，工作效率低下，由于减压顺序的控制不当容易患较严重的职业病(称为沉箱病)。自进入 20 世纪 60 年代以来，不断对该工法进行革新和改良，使其进入了无人化、自动化施工的时代，同时在沉箱病的防治上有了新的改进，使得气压沉箱这一古老的施工技术得到了新生。2007 年，上海市基础工程有限公司对我国传统的气压沉箱技术进行集成创新，采用国内自主研发的气压沉箱无人化遥控施工系统，通过在沉箱工作室内安装可遥控操作的自动挖机，地面操作人员通过监视系统遥控操作取土，并通过出土系统将土排出箱外。整个施工过程可实现无人化施工，并将该成套技术成功应用于国内首例远程遥控气压沉箱工程—上海市轨道交通 7 号线浦江南浦站～浦江耀华站区间中间风井施工，取得了显著的经济效益与社会效益。 随着城市地下空间的不断开发，需要越来越多在密集的建筑群中施工，使得在施工中如何确保邻近地下管线和建筑物的安全提出了越来越高的要求。下沉施工工艺的不断开发和创新，即使在复杂环境下进行施工作业，周围地表变形也仅趋于微量，故此，沉井（箱）必将以它的优势在日后的桥梁工程、市政工程给排水工程、隧道工程中得到充分的运用。 1. 沉井 （1） 沉井分类 a. 按平面形状分：沉井的平面形状有圆形、方形、矩形、椭圆形、端圆形、多边形及多孔井字形等，如图 25-1 所示。 b. 按竖向剖面形状分：沉井按竖向剖面形式分有圆柱形、阶梯形及锥形等，如图 25-2所示。 c. 按构成材料：可分为混凝土沉井、钢筋混凝土沉井及钢沉箱（包括钢板沉井及钢壳沉井）。 （2） 构造 箱体结构基本包括：井壁、刃脚、内隔墙、井孔凹槽、底板、顶盖等。 a. 井壁 井壁是箱体的主要受力部位，必须具备一定的强度以承受井壁周围的水、土压力。此外，为克服下沉时的摩阻力，井壁须有一定的重量，其厚度一般为 0.3～2 m。 b. 刃脚 刃脚的作用为切土下沉，故必须有足够的强度，以免破损。通常称刃脚的底面为踏面，踏面的宽度依土层的软硬及井壁重量、厚度而定，一般为 15～30 cm，刃脚侧面的倾角通常为 45°～60°。刃脚高度一般应综合考虑沉井封底方式、便于抽取刃脚下的垫木及土方开挖等方面。湿封底时高度大些，干封底时高度小些。其构造如图 25-3 所示 c. 内墙、井孔 内墙为即为箱内纵横设置的内隔墙，可提高箱体整体刚度。井壁与内墙，或者内墙和内墙间所夹的空间即为井孔。内墙间距一般不超 5～6 m，其厚度一般为 0.5～l m。 d. 凹槽 凹槽位于刃脚内侧上方，目的在于更好的将井壁与底板混凝土连接。通常凹槽高度在 1m 左右，凹深 15～30 cm。 e. 底板 底板作用为防止地下水涌入抵抗基底地层反力，通常底板为两层浇注的混凝土，下层为素混凝土，上层为钢筋混凝土。 f. 底梁和框架 当不允许在大型沉井沉箱内设置内隔墙时，为保证箱体具有一定的刚度，可在底部增设底粱，或者在井壁不同深度处设置若干道由纵横大梁构成的水平框架，以提高整体的刚度。 g. 顶盖 顶盖即为沉井封底后根据实际需要，井体顶端设置的板，通常为钢筋混凝土或钢结构。 （3） 施工流程 1. 沉井施工的基本程序如下： ⑴下沉前的准备：包括平整场地、定位、基坑开挖、搭设施工平台等等。 ⑵沉井下沉：凿除素混凝土垫层，挖土下沉。 ⑶接长井壁。 ⑷沉井封底。 2. 沉井施工方法的选取，应取决于场地水文地质条件，施工场地的大小、沉井用途、沉井施工对周围构造物的影响程度、施工设备的状况及成本等因素。 ⑴排水下沉：当沉井所穿过的土层透水性差，不会出现大量渗水现象，或者不会因为排水导致流砂及井底土体隆起失稳时，可采用排水法下沉。 ⑵不排水下沉：当沉井所穿过的土层不稳定，地下涌水量大，可能产生流砂、井底土体隆起失稳时，需考虑采用不排水下沉法。 ⑶中心岛式下沉：为将施工引起的地表沉降对周围建筑物影响降至最小，可考虑采用中 心岛式下沉工艺，它利用挖槽吸泥机沿井壁内侧一面挖槽，一面向槽内补浆，沉井逐渐下沉，沉井壁的内外两侧均处于泥浆护壁槽内。 2. 沉箱 （1） 沉箱分类 a. 按箱体构成材料：沉箱按箱体构成材料可分为混凝土沉箱、钢壳沉箱及混合沉箱。 b. 按施工中是否有人作业：沉箱按施工中是否有人作业可分为有人工法及无人工法。 c. 除上述沉箱外，还有一种也被称为沉箱的构筑物，其外形象一只有底无盖的箱子，因其不用压缩空气,可称无压沉箱。它只能在水中而不能在土中下沉，故它和气压沉箱不同，可作为重力式挡土墙，在港口、码头等水流平稳的地区使用较多。 （2） 构造 箱体结构基本包括：井壁、刃脚、内隔墙、底板、顶盖、气筒、气闸（包括中央气闸、人用变气闸及料用变气闸）及人孔等。 （3） 沉箱施工 a. 沉箱施工流程 沉箱施工流程与沉井相类似，区别在于：底板制作在下沉加气前完成；下沉至地下水位0.5～1m 左右开始加气下沉， b. 施工方法 沉箱的施工方法与沉井的施工方法基本相同，由于两者原理上的差异，故也存在一些不同之处。 (a) 沉箱结构施工必须预先构筑工作室顶板，以便下部形成密闭空间，满足气压施工的条件后才能进行气压下沉。 (b) 开挖作业仅为不排水下沉挖土法 (c) 下沉出土施工中，由于气压沉箱挖土是在下部密闭工作室内进行，并须采用特定的排土设备，以保证将土方运至井外过程中不发生大量漏气现象。 (d) 由于施工是靠维持作业室内的气压(与地下水压相当)，防止地下水的涌入，所以压气的压送系统必须可靠，且应可调节。 3. 沉井与沉箱工法的优缺点比较 （1） 沉井 a. 优点相对沉箱而言，施工设备简单；操作容易；成本低；操作时间不受限制，出土速度快，封底方便。 b. 缺点对含巨砾石的砂砾层、黏土软岩层等地层而言，施工难度大，容易出现突沉，易出事故；施工深度不易过大，通常小于 30m；对周围地层沉降的影响大，抗震性差。 （2） 沉箱 沉箱优点： a. 沉箱工作室内的气压可平衡地下水压力，避免沉箱下沉出土施工中坑底出现隆起和流砂、管涌现象，尤其是在施工区域有承压水层的情况，从而有效控制周围土层的沉降。 b. 沉箱利用气压平衡箱外水压力，作业空间处于无水状态，不需要对箱外高水头地下水及承压水进行降水和降压处理，从而避免因降水引起的周边土体沉降。 c. 工作室内的压缩空气起到了气垫作用，消除沉箱急剧下沉的情况，同时容易纠偏和控制下沉速度及防止超沉，保证了施工安全和施工质量。 d. 经过多年气压沉箱施工的发展，气压沉箱工法适用于各种地质条件，诸如软土、黏土、砂性土和碎（卵）石类土，还有软硬岩等地质条件，适于大深度施工；抗震性极佳。 e. 现代化的气压沉箱技术可以在地面上通过远程控制系统，在无水的地下作业室内实现挖排土的无人机械自动化，排除的土体也可以作为普通土进行处理。 沉箱缺点：施工设备较复杂；操作相对复杂；操作员的操作时间受限；成本高；由于在工作室内部出土，沉箱出土效率受到一定限制，下沉到位后封底困难。 |
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