什么是沉井基础?

[拼音]：chenjing jichu

[外文]：open caisson foundation

以沉井作为基础结构，将上部荷载传至地基的一种深基础。沉井是一个无底无盖的井筒，一般由刃脚、井壁、隔墙等部分组成。在沉井内挖土使其下沉，达到设计标高后，进行混凝土封底、填心、修建顶盖，构成沉井基础（图1）。

沉井基础的刚性、稳定性、抗震性都较好，有较大的支承面；下沉深度较大，并能在深水中作业；可以穿过不同性质的土层，将基底放置在承载力较大的土层或岩面上。因此，沉井的用途很广，可作为桥梁墩台基础，工业和地下建筑物基础，以及近代海上石油钻井平台基础并兼作储油罐等;在水中施工，可兼作防水围堰；也可和其他类型基础如桩基础组成沉井、桩基组合基础；还可作为矿山、隧道的竖井，给、排水泵房。

沉井按其截面轮廓分，有圆形、矩形和圆端形等三类。

（1）圆形沉井水流阻力小，在同等面积下，同其他类型相比，周长最小、摩阻力相应减小，便于下沉；井壁只受轴向压力，且无绕轴线偏移问题。

（2）矩形沉井和等面积的圆形沉井相比，其惯性矩及核心半径均较大，对基底受力有利；在侧压力作用下，沉井外壁受较大的挠曲应力。

（3）圆端形沉井对支撑建筑物的适应性较好，也可充分利用基础的圬工，井壁受力也较矩形有所改善，但施工较复杂。

就沉井的使用材料分，有木沉井，砖、石沉井，混凝土沉井，钢筋混凝土沉井和钢沉井等。木沉井用木材较多，现很少采用。砖、石沉井过去多用于中小桥梁。现在常用的是钢筋混凝土沉井，或底节为钢筋混凝土，上节为混凝土的沉井。钢沉井多用于大型浮运的沉井。

沉井的外壁可作成铅直形、台阶形或斜坡形。斜坡形虽可减少周围的摩阻力，但下沉过程中容易倾斜；台阶形便于加高井壁。沉井的内部可根据需要作隔墙，划分成几个取土井，但取土井必须对称设置，以利均衡挖土或纠正偏斜；取土井尺寸，须能容纳机械挖土斗自由上下。如中国九江长江大桥采用圆沉井，直径20米，内设9个井孔，中孔直径5.5米，8个边孔直径3.8米；日本本（州）四（国）联络桥的南北备赞濑户桥7A号墩沉井，桥轴方向长75米，横跨方向59米，高55米，中间设纵横向隔墙，是当前世界大型沉井之一。

陆地下沉井均采用就地制造。在浅水中下沉井需先作围堰，填土筑岛出水面，再就地制造。在深水处下沉井，一般均采用在岸边陆地制造，浮运就位下沉。

就地制造沉井，井壁多为实体，自重较大，而刃脚部分面积小，重心较高，为使其在制造过程中不致因地面下沉引起沉井开裂或倾倒，过去多在地面整平后，先铺垫木，以增加承压面积，再立模板制造沉井。下沉前需边抽垫木，边以砂将刃脚处填实，然后再挖土下沉。现今则用砂土夯实作成刃脚土模，表面抹层水泥，在土模内制造刃脚部分，既节约木料，又简化施工工艺。如中国枝城长江桥引桥桥墩基础的沉井刃脚部分，就是用此法灌筑的。

浮运的沉井，在陆地先做底节，以减轻重量，在浮运到位后再接筑上部。为增加沉井的浮力便于浮运，常采取以下三种方法：

（1）在钢沉井内加装气筒，浮运到位后，在沉井内部空间填充混凝土并接高沉井，为控制吃水深度，可在气筒内充压缩空气，待沉入河底预定位置后，再除去气筒顶盖，挖泥（或吸泥）下沉。此法用钢量大，制造安装都较复杂，宜用于深水大型沉井。美国旧金山奥克兰湾桥，第一次采用此法，该桥最大的沉井为60×28米，内装55个直径4.5米的气筒。中国在南京长江桥也曾使用 18.26×22.42米、底节高11.65米的钢沉井，内有20个直径3.2米的气筒，浮运就位后，以钢筋混凝土将沉井接高至55米，中间隔墙全部用预制件。

（2）将沉井做成双壁式使能自浮，到位后在壁内灌水或灌筑混凝土下沉。这种沉井可用钢、木或钢筋混凝土制造。中国1972年在四川宜宾岷江公路桥，将制造钢丝网水泥船的经验用于造双壁浮运沉井。 沉井外径12米，高7.5米，双壁厚1.3米，网壁厚3厘米，中间一层钢筋网，4～6层钢丝网，上抹水泥砂浆，重60吨，采用岸边制造，滑道下水，拉锚定位，灌水下沉。因这种材质的沉井具有较高的d性和抗裂性，以后在四川南充嘉陵江桥、湖南益阳桥都曾使用。

（3）在沉井底部加临时底板以增加浮力，待到位沉入河底后，再拆除底板，挖泥下沉。如因风振而破坏的美国塔科马海峡桥，其水中桥墩基础为钢筋混凝土沉井，尺寸是20.1×36.6米，曾用此法施工。

分排水和不排水下沉两种，在软弱土层中须采用不排水下沉，以防涌砂和外周边土坍陷，造成沉井倾斜及位移，必要时采取井内水位略高于井外水位的施工方法。出土机械可使用抓土斗、空气吸泥机、水力吸泥机等。近代各国发展用锚桩及千斤顶将沉井压下的方法。此外，还有用大直径钻机在井底钻挖的方法，如日本在圆形沉井内采用臂式旋转钻机，在硬粘土层内开挖，直径可达11米，由沉井外的电视机反映 *** 作情况及下沉速度。

沉井到达设计标高后，一般用水下混凝土封底。井孔是否填充，应根据受力或稳定要求决定，可填砂石或混凝土，但在低于冻结线0.25米以上的部分，应用混凝土或圬工填实。沉井基础的最后一道工序是灌筑顶盖。

沉井外壁和土的摩擦力是沉井下沉的主要阻力。为克服这种阻力，一是加大沉井壁厚或在沉井上部增加压重，一是设法减少井壁和土之间的摩擦力。减少摩擦力的方法很多，常用的有射水法、泥浆套法及壁后压气法。

（1）射水法。在沉井下部井壁外面，预埋射水管嘴，在下沉过程中射水以减小周边阻力。

（2）泥浆套法。在沉井井壁和土层之间灌满触变泥浆以减少摩擦力，触变泥浆是用粘性土、水、化学处理剂等按一定配合比搅拌而成，当静置时它处于“凝胶”状态，沉井下沉时它受到搅动，又恢复“溶胶”状态而大大减少摩擦力，在实验室测出其静剪应力约为50～200帕。泥浆套法施工下沉倾斜量小，且易纠正，附近地表几乎无沉陷。从理论上分析，沉井下得愈深愈容易下沉。中国某煤矿有一竖井，外径约9.2米，采用此法下沉深度近200米左右。沉井下沉到设计标高后，为了恢复沉井周边和土层的摩擦力，以增加沉井基础的承载能力，需要压入水泥浆，以破坏及代替泥浆套。此外，此法施工要求严格，井内外水压要相近，防止流砂、涌水破坏泥浆套，一旦遭破坏很难修复。因此，它不适于不稳定土层、漏浆土层以及河床易受冲刷的水中沉井。

（3）壁后压气法。习称“空气幕法”(图2)。在井壁内预埋管路，并沿井壁外侧水平方向每隔一定高度设一排气龛，在下沉过程中，沿管路输送的压缩空气从气龛内喷出，再沿井壁上升，从而减少摩擦力。中国在1975年于九江长江桥引桥沉井基础中曾经试用。初步资料表明：在粉细砂层及含水量较大的粘性土层中，可以减少摩擦力30％以上，下沉速度加快（与气龛数和喷气量有关），且无泥浆套法的缺点，可在水中施工，不受冲刷的影响。但在卵石层及硬粘土层内效果较差。

参考书目

唐寰澄：《国内外桥梁基础工程现状和发展》，铁道部科学技术情报研究所，北京，1977。刘成宇：《土力学和基础工程》（下册），中国铁道出版社，北京，1981。