项目14-沉井基础

一、理论知识

沉井的应用己有很长的历史，它是由古老的掘井作业发展而成的一种施工方法，用沉井法修筑的基础叫做沉井基础，参见图示。图沉井基础示意a)沉井下沉;b)沉井基础沉井的概念:

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。沉井的优点：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；沉井既是基础，又是施工时的挡土和挡土围堰结构物，施工工艺并不复杂。沉井施工时对邻近建筑物尤其是软土中地下建筑物的基础影响小。沉井的缺点：施工期较长；对粉细砂类土在井内抽水易发生流砂现象，造成沉井倾斜；沉井下沉过程中遇到的大孤石、树干或井底岩层表面倾斜过大，均会给施工带来一定困难。

沉井5-1概述第五章沉井基础及地下连续墙沉井的分类按沉井的施工方法分类

一般沉井

浮运沉井按沉井的建筑材料分类

混凝土沉井

钢筋混凝土沉井

竹筋混凝土沉井

按沉井形状分类圆形圆端形矩形沉井的平面形状沉井的立面形状柱形阶梯形锥形图5-3

沉井的平面形状

a)单孔沉井；b)双孔沉井；c)多孔沉井沉井剖面图a）直壁柱型；b）外壁单阶型；c）外壁多阶型；d）内壁多阶型沉井的一般构造

一般沉井构造上主要由井壁、刃脚、隔墙、井孔、凹槽、射水管、封底和盖板等组成。沉井构造图

沉井基础施工一般可分为旱地施工、水中筑岛施工及浮运沉井施工三种。

1.旱地施工

桥梁墩台位于旱地时，沉井可就地制造、挖土下沉、封底、充填井孔以及浇筑顶板。a)制作第一节沉井;b)抽垫木、挖土下沉;c)沉井接高下沉;d)封底图14-1

沉井施工顺序示意(1)清整场地

如天然地面土质较好，只需将地面杂物清掉整平地面，就可在其上制造沉井，如为了减小沉井的下沉深度也可在基础位置处挖一浅坑，在坑底制造沉井下沉，坑底应高出地下水位0.5～1.0m

。如土质松软，应整平夯实或换土夯实。在一般情况下，应在整平场地上铺上不小于0.5m厚的砂或砂砾层。

制造沉井前，应先在刃脚处对称铺满垫木（图14-2），以支承第一节沉井的重量，并按垫木定位立模板以绑扎钢筋。然后在刃脚位置处放上刃脚角钢，竖立内模（图14-2b），绑扎钢筋，再立外模浇筑第一节沉井。(2)制作第一节沉井

图14-2

垫木布置实例图14-2b

沉井刃脚立模1-内模；2-外模；3-立柱；4-角钢；5-垫木；6-砂垫层3.拆模及抽垫

当沉井混凝土强度达设计强度70％时可拆除模板，达设计强度后方可抽撤垫木。抽撤垫木应分区、依次、对称、同步地向沉井外抽出。其顺序为：先内壁下，再短边，再长边，最后定位垫木。长边下垫木隔一根抽一根，以固定垫木为中心，由远而近对称地抽，最后抽除固定垫木，并随抽随用砂土回填捣实，以免沉井开裂、移动或偏斜。原则：分区、依次、对称、同步。4.除土下沉

沉井下沉施工可分为排水下沉和不排水下沉。

排水下沉：当沉井穿过的土层较稳定，不会因排水而产生大量流砂时，可采用排水下沉。它适用于土层渗水量不大且排水时不会产生涌土或流砂的情况；人工挖土可使沉井均匀下沉和清除井下障碍物，但应保证施工安全。排水下沉时，有时也用机械除土。

不排水下沉：一般都采用机械除土，挖土工具可以是抓土斗或水力吸泥机，如土质较硬，水力吸泥机需配以水枪射水将土冲松。由于吸泥机是将水和土一起吸出井外，故需经常向井内加水维持井内水位高出井外水位1～2m，以免发生涌土或流砂现象。

5.接高沉井

第一节沉井顶面下沉至距地面还剩1m～2m时，应停止挖土，接筑第二节沉井。接筑前应使第一节沉井位置正直，凿毛顶面，然后立模浇筑混凝土。待混凝土强度达设计要求后，再拆模继续挖土下沉。6.设置井顶防水围堰

如沉井顶面低于地面或水面，应在沉井上接筑围堰，围堰的平面尺寸略小于沉井，其下端与井顶上预埋锚杆相连。围堰是临时性的，待墩台身出水后可拆除。7.基底检验和处理

基底检验：

检验内容是地基土质是否和设计相符，是否平整，并对地基进行必要的处理。基底处理：

砂性土或粘性土地基，一般可在井底铺一层砾石或碎石至刃脚底面以上200mm。未风化岩石地基，应凿除风化岩层，若岩层倾斜，还应凿成阶梯形。要确保井底地基尽量平整，浮土、软土清除干净，以保证封底混凝土、沉井与地基结合紧密。8.封底

地基经检验及处理合乎要求后，应立即进行封底。如封底是在不排水情况下进行，则可用导管法灌注水下混凝土(见钻孔灌注桩施工)，若灌注面积大，可用多根导管，以先周围后中间，先低后高的次序进行灌注。待混凝土达设计强度后，再抽干井孔中的水，填筑井内圬土。如井孔中不填料或仅填以砾石，则井顶面应浇筑钢筋混凝土顶盖，以支承墩台，然后砌筑墩身，墩身出土(或水面)后可拆除临时性的井顶围堰。9.井孔充填及顶板浇筑2.水中筑岛

当水深小于3m，流速≤1.5m/s时，可采用砂或砾石在水中筑岛(图14-4a），周围用草袋围护；若水深或流速加大，可采用围堤防护筑岛[图14-4b）]；当水深较大（通常<15m）或流速较大时，宜采用钢板桩围堰筑岛(图14-4c）。图14-4

水中筑岛下沉沉井a)无围堰防护土岛;b)有围堰防护土岛;c)围堰筑岛

水深较大，如超过10m时，筑岛法很不经济，且施工也困难，可改用浮运法施工。沉井在岸边做成，利用在岸边铺成的滑道滑入水中，然后用绳索引到设计墩位。3.浮运沉井图14-5

浮运沉井下水示意（1）用泥浆套下沉沉井

泥浆润滑套是借助泥浆泵和输送管道将特制的泥浆压入沉井外壁与土层之间，在沉井外围形成有一定厚度的泥浆层。主要利用泥浆的润滑减阻，降低沉井下沉中的摩擦阻力。图14-6

射口挡板与压浆管构造a)射口挡板;b)外管法压浆管构造4.沉井下沉的辅助措施

（2）用空气幕壁下沉沉井

它是通过对沿井壁内周围预埋的气管中喷射高压气流，气流沿喷气孔射出，再沿沉井外壁上升，形成一圈压气层(又称空气幕)，使井壁周围土松动，减少井壁摩阻力，促使沉井顺利下沉。与泥浆润滑套相比的优点：

壁后压气沉井法在停气后即可恢复土对井壁的摩阻力，下沉量易于控制，且所需施工设备简单，可以水下施工，经济效果好。在一般条件下较泥浆润滑套更为方便，它适用于细、粉砂类土和粘性土中。但设计方法和施工措施尚待积累更多的资料。

5.沉井下沉过程中遇到的问题及处理

（1）偏斜偏斜原因：土岛表面松软，河底土质软硬不匀；井壁与刃脚中线不重合；抽垫方法欠妥，回填不及时；除土不均匀对称；刃脚遇障碍物顶住而未及时发现；排土堆放不合理，或单侧受水流冲击淘空等导致沉井承受不对称外力作用。发生倾斜的纠正方法：在沉井高的一侧集中挖土，在低的一侧回填砂石；在沉井高的一侧加重物或用高压射水冲松土层；在沉井顶面施加水平力扶正。

（2）难沉原因：开挖面深度不够，正面阻力大；偏斜，或刃脚下遇到障碍物、坚硬岩层和土层；井壁摩阻力大于沉井自重；井壁无减阻措施或泥浆套、空气幕等减阻构件遭到破坏。解决下沉困难的措施主要是增加压重和减少井壁摩阻力,增加压重的方法：提前接筑下节沉井；在井顶加压砂袋、钢轨等重物；不排水下沉时，可井内抽水。减小井壁摩阻力的方法：

井壁内埋设高压射水管组，射水辅助下沉；利用泥浆套或空气幕辅助下沉；增大开挖范围和深度；必要时还可采用0.10.2kg炸药起爆助沉。（3）突沉

原因：井壁摩阻力较小，当刃脚下土被挖除时，沉井支承削弱；