沉井的解析及应用

沉井的解析及应用
一种收集污水的装置，在基坑上建成，用长臂挖机下沉到一定标高，再用顶管连成一体，做好流槽，盖上盖子就可，盖子一般现浇，密实性好，预制工期短。

沉井基础是以沉井法施工的地下结构物和深基础的一种型式。

是先在地表制作成一个井筒状的结构物（沉井），然后在井壁的围护下通过从井内不断挖土，使沉井在自重作用下逐渐下沉，达到预定设计标高后，再进行封底，构筑内部结构。

广泛应用于桥梁、烟囱、水塔的基础；水泵房、地下油库、水池竖井等深井构筑物和盾构或顶管的工作井。

技术上比较稳妥可靠，挖土量少，对邻近建筑物的影响比较小，沉井基础埋置较深，稳定性好，能支承较大的荷载。

中文名称：
沉井
英文名称：
open caisson;sinking well;caisson
其他名称：
开口沉箱
定义1：
对横断面为圆形、方形或矩形，顶底都敞开的井筒，在井筒内挖土，并靠井筒自重下沉后接长井筒，继续挖土和浇筑混凝土建成的基础工程。

应用学科：
电力（一级学科）；水工建筑（二级学科）
定义2：
各种形状的无底筒式结构物，用于浇筑混凝土的基础工程。

应用学科：
海洋科技（一级学科）；海洋技术（二级学科）；海洋工程（三级学科）定义3：
由刃脚和井壁筒组成的结构物。

应用学科：
煤炭科技（一级学科）；矿井建设（二级学科）；井巷掘进（三级学科）定义4：
在圆形、方形或矩形，上下敞开的井筒内挖土，并靠井筒自重下沉后接长井筒，继续在井筒内开挖和浇筑混凝土的基础工程。

应用学科：
水利科技（一级学科）；水利工程施工（二级学科）；地基处理（水利）（三级学科）
采用沉井基础的桥梁
1.国内规模最大的桥梁沉井基础：江阴长江公路大桥，锚锭的钢筋混凝土沉井，平面尺寸为69米×51米，下沉58米
2.世界上规模最大的桥梁沉井基础：日本明石海峡大桥，主塔的钢壳沉井，平面尺寸为80米×70米和78米×67米，下沉60米
3.采用沉井基础的其他结构物：取水泵房
沉井基础的分类
1.按沉井形状分
(1)按平面形状分
①圆形沉井：形状对称、挖土容易，下沉不宜倾斜，但与墩、台截面形状适应性差
②矩形沉井：与墩、台截面形状适应性好，模板制作简单，但边角土不易挖除，下沉易产生倾斜
③圆端形沉井：适用于圆端形的墩身，立模不便，但控制下沉与受力状态较矩形好
(2)按立面形状分
①柱形：构造简单，挖土较均匀，井壁接长较简单，模板可重复使用
②阶梯形：除底节外，其他各节井壁与土的摩擦力较小，但施工较复杂，消耗模板多
2.按沉井的建筑材料分：
(1)混凝土沉井：下沉时易开裂
(2)钢筋混凝土沉井：常用
(3)钢沉井：多用于水中施工
沉井基础的特点：
将位于地下一定深度的建筑物或建筑物基础，先在地表制作成一个沉井，然后在井壁的围护下通过从井内不断挖土，使沉井在自由作用下逐渐下沉，达到预定设计标高后，再进行封底，构筑内部结构。

沉井设计原则：
沉井平面尺寸及其形状与高度，应根据墩台的地面尺寸、地基承载力及施工要求。

力求结构简单对称、受力合理、施工方便。

具体要求：
1.沉井棱角处宜做成圆角或钝角
2.沉井的长短边之比越小越好
3.沉井分节制作
沉井施工步骤：
1.场地平整，铺垫木、制作底节沉井
2.拆模，刃脚下一边填塞砂、一边对称抽拔出垫木
3.均匀开挖下沉沉井，底节沉井下沉完毕
4.建筑第二节沉井，继续开挖下沉并接筑下一节井壁
5.下沉至设计标高，清基
6.沉井封底处理
7.施工井内设计和封顶等
沉井主要构造包括：
刃角、井壁、内隔墙、取土井、凹槽、封底、顶板等。

沉井基础的构造
1.井壁：沉井的外壁，是沉井的主要部分，它应有足够的强度，以便承受沉井下沉过程中及使用时作用的荷载；同时还要求有足够的重量，使沉井在自重作用下能顺利下沉
2.刃脚：井壁下端一般都做成刀刃状的“刃脚”，其功用是减少下沉阻力
3.隔墙：设置在沉井井筒内，其主要作用是增加沉井在下沉过程中的刚度，同时，又把整个沉井分隔成多个施工井孔(取土井)，使挖土和下沉可以较均衡地进行，也便于沉井偏斜时的纠偏
4.凹槽：设置在刃脚上方井壁内侧，其作用时使封底混凝土和底板与井壁间有更好的联结，以传递基底反力
5.封底：当沉井下沉到设计标高，经过技术检验并对井底清理整平后，即可封底，以防止地下水渗入井内
6.顶盖：井顶浇筑钢筋混凝土顶盖，待顶盖达到设计强度后方可砌筑墩、台
沉井基础的施工
1.旱地上沉井的施工
场地平整制造第一节沉井拆模及抽垫挖土下沉接高沉井
地基检验和处封底、充填井孔及浇筑顶盖
2.水中沉井的施工
(1)筑岛法：水流速不大，水深在3或4m以内
(2)浮运沉井施工：水流速较大，水深较深
沉井的概念
沉井是井筒状的结构物，它是以井内挖土，依靠自身重力克服井壁摩阻力后下沉到设计标高，然后经过混凝土封底并填塞井孔，使其成为桥梁墩台或其它结构物的基础。

沉井基础的特点
(1)优点
①埋置深度可以很大，整体性强、稳定性好，有较大的承载面积，能承受较大的垂直荷载和水平荷载;
②沉井既是基础，又是施工时的挡土和挡水结构物，下沉过程中无需设置坑壁支撑或板桩围壁，简化了施工
③沉井施工时对邻近建筑物影响较小
(2)缺点
①施工期较长
②施工技术要求高
③施工中易发生流砂造成沉井倾斜或下沉困难等
沉井基础的适用条件
1.上部荷载较大，而表层地基土的容许承载力不足，扩大基础开挖工作量大，以及支撑困难，但在一定深度下有好的持力层，采用沉井基础与其它深基础相比较，经济上较为合理时；
2.在山区河流中，土质虽好，但冲刷大或河中有较大卵石不便桩基础施工时；
3.岩层表面较平坦且覆盖层薄，但河水较深；采用扩大基础施工围堰制作有困难时。

编辑本段沉井基础施工安全控制要点
1.沉井下沉四周影响区域内，不宜有高压线杆、地下管道、固定式机具设备和永久性建筑。

必须设置时，应采取安全措施；
2.沉井施工，应尽量避开汛期，特别是在初沉阶段不得在汛期内。

如需渡过汛期、凌期时，应采取稳定可靠的安全防护措施；
3.在水中设围堰筑岛而导致水流被压缩或改变河道等，应检查对附近的堤坝、农田和其它建筑物的安全以及岛体本身的稳定是否受到影响，严防因冲刷而坝塌；
4.沉井下沉，采用人工挖掘时，劳动组织要合理，井内人员不宜过多。

在刃脚处挖掘，应对称均匀掘进，并保持沉井均匀下沉。

下井操作人员，安全防护用品必须佩戴齐全。

井内要有充足的照明。

沉井各室均应备有悬挂钢梯及安全绳，以应急需。

涌水、涌砂量大时，不宜采用人工开挖下沉；
5.沉井施工前，应检查机具设备是否完好，并搭好脚手架、作业平台、并保证其牢靠，平台四周设置栏杆，高处作业和险要的空隙处，均应设安全网；
6.沉井的内外脚手，如不能随同沉井下沉时，应和沉井的模板、钢筋分开。

井字架、扶梯等设施均不得固定在井壁上，防止沉井突然下沉时被拉倒；
7.沉井顶面应设安全防护围栏。

井内、井上搭设的抽水机台座、水力机械管道等施工设施，均应架设牢固。

井顶上的机具应设防护挡板，小型工具宜装箱存放。

在沉井刃脚和井内横隔墙附近不得有人停留、休息，以防止坠物伤人；
8.井内、井上的抽水机电路应使用防水胶线，安装漏电保护装置，以防止触电；
9.空压机的贮气罐应设有安全阀，输气管应编号，供气控制应由专人负责，在有潜水员工作时，应有滤清器，进气口应设置在能取得洁净空气处；
10.沉井的制作高度不宜使重心离地太高，以不超过沉井短边或直径的长度为宜。

特殊情况允许加高，但应有可靠的计算数据，并采取必要的安全技术措施；
11.在围堰筑岛上就地浇筑的沉井，在沉井的外侧周围应留有护道。

护道宽度应按设计规定修筑；筑岛岛面和开挖基坑的坑底标高，应比沉井施工期最高水位高出至少0.5m；
12.沉井下沉前应把井壁上拉杆螺栓和圆钉切割掉。

特别在不排水下沉时，应清除井内障碍和插筋，以防止割破潜水员的潜水服；
13.在筑岛上，沉井下沉中，如刃脚尚未达到原河床以前，而需接高沉井时，应在沉井内回填砂土，并分层灌注混凝土，防止沉井接高加重，产生不均衡下沉，造成沉井倾斜；
14.拆除沉井垫板应在沉井混凝土达到设计强度后进行。

抽拔垫板时，应有专人统一指挥，分区、分层、同步、对称进行。

抽拔垫板及下沉时，严禁人员从刃脚、底梁和隔墙下通过。

抽掉垫板后，应及时回填、夯实，并注意检查是否有倾斜及险情。

15.沉井面积较大，不排水下沉时，井内隔墙上应设有潜水员通过的预留孔；
16.浮运沉井的防水围壁露出水面高度，在任何时候均不得小于1m；
17.不排水沉井下沉中，应均匀出土，不得超挖、超吸，并应加强观测，必要时进行沉井底的潜水检查，防止沉井突然下沉和大量翻砂而导致沉井歪斜，造成人员和机械损伤；
18.用吊斗出土时，斗梁与吊钩应封绑牢固，并应经常检查斗梁、斗门等磨损情况，损伤部位应更换或加固。

吊斗升降时，井顶指挥人员应通知井下人员暂时避开；
19.采用抓斗进行不排水下沉时，如钢丝绳缠绕在一起而需要转动抓斗进行排除时，作业人员应站在有护栏的部位；
20.采用机吊人挖时，土斗装满后，需待井下人员躲开，并发出信号后，方可起吊；
21.采用水力机械时，井内作业面与水泵站应建立通讯联系；
22.水力机械的水枪和吸泥机，应进行试运转，各连接处应严密不漏水；
23.沉井在淤泥质粘土或亚粘土中下沉时，井内的工作平台应用活动平台，禁止固定在井壁、隔墙或底梁上；
24.不排水沉井，井内应搭设专供潜水员使用的浮动操作平台，潜水员要注意按照规定进行增压或减压；
25.灌注水下混凝土，应搭设作业平台、溜槽、导管及提升设备，经全面检查（提升设备应做升、降试运行），确认安全后，方可施工；
26.沉井施工中，灌注混凝土如使用减速漏斗时，漏斗应悬挂牢固，并应附有保险绳索。

漏斗应封钩，孔口四周的空隙应堵严；漏斗升降时，井上与井下作业人员，应设通讯联络，协调配合，统一指挥；
27.在深水处，采用浮式沉井施工时，有关沉井下水、浮运及悬浮状态下接高、下沉等，必须加以严密控制：
1)各类浮式沉井在下水前，应对各节浮式沉井进行水密性试验，合格后方可下水；
2)浮式沉井下水前，应制定下水方案。

采用起吊下水时，应对起重设备进行检查。

在河岸有适合坡度，采用滑称、牵引等方法下水时，必须严防倾覆；
3)浮式沉井，必须对浮运、就位和落河床时的稳定性，进行检查；
28.浮式沉井，定位落河床前，应考虑潮水涨落的影响，对所有锚碇设备进行检查和调整，使沉井安全准确落位；
29.浮式沉井落河床后，应尽快下沉，并使沉井达到保持稳定的深度；随时观察沉井的倾斜、移位及河床冲刷情况；
30.采用井内抽水强制下沉时，井上人员应离开沉井；
31.沉井如由不排水转换为排水下沉时，抽水后应经过观测，确认沉井已稳定，方可井下作业；
32.采用套井与触变泥浆法施工时，套井四周应设置防护设施；
33.沉井下沉采用加载助沉时，加载平台应经过计算，加载或卸载范围内，应停止其他作业；
34.浮式沉井，在船上或支架平台上制作时，对船舶或支架平台的承载力应进行验算；
35 .在严重流冰的河流上，进行沉井施工必须避开流冰期。

确实不能避开时，应将沉井井顶下沉至冰底面的安全水位；
36.沉井施工中，严防船舶及漂流物等的撞击。

通航的河道，应与港监部门联系，办理有关水上施工的手续，设置导航标志，在水流斜交处，应备有导航船引导过往船只，缓慢安全驶过施工区；
37.沉井水下混凝土封底时，工作平台应搭设牢固，导管周围应设栏杆，平台的荷载除考虑人员和机具重量外，还应考虑漏斗和导管堵塞后，装满混凝土时的悬吊重量。