沉井基礎

沉井基礎是一個井筒狀的結構物，它是從井內挖土、依靠自身重力克服井壁摩阻力後下沉到設計標高，然後採用混凝土封底並填塞井孔，使其成為橋樑墩台或其他結構物的基礎。沉井基礎的特點是埋置深度可以很大，整體性強、穩定性好，有較大的承載面積，能承受較大的垂直荷載和水平荷載；沉井既是基礎，又是施工時的擋土和擋水的圍堰結構物，施工工藝並不複雜。

基本介紹

• 中文名：沉井基礎
• 外文名：sunk shaft foundation;
• 上部荷載：傳至地基
• 組成：由刃腳、井壁、隔牆
• 封底、填心、：混凝土封底、填心、
• 學科：土木工程

特點

埋深較大，整體性好，穩定性好，具有較大的承載面積，能承受較大的垂直和水平荷載。此外，沉井既是基礎，又是施工時的擋土和擋水圍堰結構物，其施工工藝簡便，技術穩妥可靠，無需特殊專業設備，並可做成補償性基礎，避免過大沉降，在深基礎或地下結構中套用較為廣泛，如橋樑墩台基礎、地下泵房、水池、油庫、礦用豎井以及大型設備基礎、高層和超高層建築物基礎等。但沉井基礎施工工期較長，對粉砂、細砂類土在井內抽水時易發生流砂現象，造成沉井傾斜；沉井下沉過程中遇到的大孤石、樹幹或井底岩層表面傾斜過大，也將給施工帶來一定的困難。

沉井基礎

類型構造

1 沉井按其截面輪廓分，有圓形、矩形和圓端形等三類。①圓形沉井水流阻力小，在同等面積下，同其他類型相比，周長最小、摩阻力相應減小，便於下沉；井壁只受軸向壓力，且無繞軸線偏移問題。②矩形沉井和等面積的圓形沉井相比，其慣性矩及核心半徑均較大，對基底受力有利；在側壓力作用下，沉井外壁受較大的撓曲應力。③圓端形沉井對支撐建築物的適應性較好，也可充分利用基礎的圬工，井壁受力也較矩形有所改善，但施工較複雜。

2 沉井按豎向剖面形狀分，柱形沉井和階梯性沉井。

使用材料

就沉井的使用材料分，有木沉井，磚、石沉井，混凝土沉井，鋼筋混凝土沉井和鋼沉井等。木沉井用木材較多，現很少採用。磚、石沉井過去多用於中小橋樑。現在常用的是鋼筋混凝土沉井，或底節為鋼筋混凝土，上節為混凝土的沉井。鋼沉井多用於大型工程浮運的沉井。

井壁

沉井的井壁可作成豎直形、台階形或斜坡形。斜坡形雖可減少周圍的摩阻力，但下沉過程中容易傾斜；台階形便於加高井壁。沉井的內部可根據需要作隔牆，劃分成幾個取土井，但取土井必須對稱設定，以利均衡挖土或糾正偏斜；取土井尺寸，須能容納機械挖土斗自由上下。如中國九江長江大橋採用圓沉井，直徑20米，內設9個井孔，中孔直徑5.5米，8個邊孔直徑3.8米；日本本（州）四（國）聯絡橋的南北備贊瀨戶橋7A號墩沉井，橋軸方向長75米，橫跨方向59米，高55米，中間設縱橫向隔牆，是當前世界大型沉井之一。

製造

陸地下沉井均採用就地製造。在淺水中下沉井需先作圍堰，填土築島出水面，再就地製造。在深水處下沉井，一般均採用在岸邊陸地製造，浮運就位下沉。

沉井基礎

就地製造沉井，井壁多為實體，自重較大，而刃腳部分面積小，重心較高，為使其在製造過程中不致因地面下沉引起沉井開裂或傾倒，過去多在地面整平後，先鋪墊木，以增加承壓面積，再立模板製造沉井。下沉前需邊抽墊木,邊以砂將刃腳處填實,然後再挖土下沉。現今則用砂土夯實作成刃腳土模，表面抹層水泥，在土模內製造刃腳部分，既節約木料，又簡化施工工藝。如中國枝城長江橋引橋橋墩基礎的沉井刃腳部分，就是用此法灌築的。

浮運的沉井，在陸地先做底節，以減輕重量，在浮運到位後再接築上部。為增加沉井的浮力便於浮運，常採取以下三種方法：①在鋼沉井內加裝氣筒，浮運到位後，在沉井內部空間填充混凝土並接高沉井，為控制吃水深度，可在氣筒內充壓縮空氣，待沉入河底預定位置後，再除去氣筒頂蓋，挖泥（或吸泥）下沉。此法用鋼量大，製造安裝都較複雜，宜用於深水大型沉井。美國舊金山奧克蘭灣橋，第一次採用此法，該橋最大的沉井為60×28米,內裝55個直徑4.5米的氣筒。中國在南京長江橋也曾使用 18.26×22.42米、底節高11.65米的鋼沉井，內有20個直徑3.2米的氣筒，浮運就位後,以鋼筋混凝土將沉井接高至55米，中間隔牆全部用預製件。②將沉井做成雙壁式使能自浮，到位後在壁內灌水或灌築混凝土下沉。這種沉井可用鋼、木或鋼筋混凝土製造。中國1972年在四川宜賓岷江公路橋，將製造鋼絲網水泥船的經驗用於造雙壁浮運沉井。 沉井外徑12米，高7.5米，雙壁厚1.3米，網壁厚3厘米，中間一層鋼筋網，4～6層鋼絲網，上抹水泥砂漿，重60噸，採用岸邊製造，滑道下水,拉錨定位,灌水下沉。因這種材質的沉井具有較高的彈性和抗裂性，以後在四川南充嘉陵江橋、湖南益陽橋都曾使用。③在沉井底部加臨時底板以增加浮力，待到位沉入河底後，再拆除底板，挖泥下沉。如因風振而破壞的美國塔科馬海峽橋，其水中橋墩基礎為鋼筋混凝土沉井，尺寸是20.1×36.6米，曾用此法施工。

沉井下沉

分排水和不排水下沉兩種，在軟弱土層中須採用不排水下沉，以防涌砂和外周邊土坍陷，造成沉井傾斜及位移，必要時採取井內水位略高於井外水位的施工方法。出土機械可使用抓土斗、空氣吸泥機、水力吸泥機等。近代各國發展用錨樁及千斤頂將沉井壓下的方法。此外，還有用大直徑鑽機在井底鑽挖的方法，如日本在圓形沉井內採用臂式旋轉鑽機，在硬粘土層內開挖，直徑可達11米，由沉井外的電視機反映操作情況及下沉速度。

沉井到達設計標高后，一般用水下混凝土封底。井孔是否填充，應根據受力或穩定要求決定，可填砂石或混凝土，但在低於凍結線0.25米以上的部分,套用混凝土或圬工填實。沉井基礎的最後一道工序是灌築頂蓋。

井壁阻力克服方法

沉井外壁和土的摩擦力是沉井下沉的主要阻力。為克服這種阻力，一是加大沉井壁厚或在沉井上部增加壓重，一是設法減少井壁和土之間的摩擦力。減少摩擦力的方法很多，常用的有射水法、泥漿套法及壁後壓氣法。

①射水法。在沉井下部井壁外面，預埋射水管嘴，在下沉過程中射水以減小周邊阻力。

②泥漿套法。在沉井井壁和土層之間灌滿觸變泥漿以減少摩擦力，觸變泥漿是用粘性土、水、化學處理劑等按一定配合比攪拌而成，當靜置時它處於“凝膠”狀態，沉井下沉時它受到攪動，又恢復“溶膠”狀態而大大減少摩擦力，在實驗室測出其靜剪應力約為50～200帕。泥漿套法施工下沉傾斜量小，且易糾正,附近地表幾乎無沉陷。從理論上分析，沉井下得愈深愈容易下沉。中國某煤礦有一豎井，外徑約9.2米，採用此法下沉深度近200米左右。沉井下沉到設計標高后，為了恢復沉井周邊和土層的摩擦力，以增加沉井基礎的承載能力，需要壓入水泥漿，以破壞及代替泥漿套。此外，此法施工要求嚴格，井內外水壓要相近，防止流砂、湧水破壞泥漿套，一旦遭破壞很難修復。因此，它不適於不穩定土層、漏漿土層以及河床易受沖刷的水中沉井。

③壁後壓氣法。習稱“空氣幕法”。在井壁內預埋管路，並沿井壁外側水平方向每隔一定高度設一排氣龕，在下沉過程中，沿管路輸送的壓縮空氣從氣龕內噴出，再沿井壁上升，從而減少摩擦力。中國在1975年於九江長江橋引橋沉井基礎中曾經試用。初步資料表明：在粉細砂層及含水量較大的粘性土層中，可以減少摩擦力30%以上，下沉速度加快（與氣龕數和噴氣量有關），且無泥漿套法的缺點，可在水中施工，不受沖刷的影響。但在卵石層及硬粘土層內效果較差。