沉井沉箱设计、施工及实例

一. 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。

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二. 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。

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三. 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。

完