什么是沉箱基础?

[拼音]：chenxiang jichu

[外文]：pneumatic caisson foundation

以气压沉箱来修筑桥梁墩台或其他构筑物的基础。气压沉箱是一种无底的箱形结构，因为需要输入压缩空气来提供工作条件，故称为气压沉箱或简称沉箱。

沉箱由顶盖和侧壁组成(图1)， 其侧壁也称刃脚。顶盖留有孔洞，以安设向上接高的气筒(井管)和各种管路。气筒上端连以气闸。气闸由中央气闸、人用变气闸及料用变气闸（或进料筒、出土筒）组成。在沉箱顶盖上安装围堰或砌筑永久性外壁。顶盖下的空间称工作室。

当把沉箱沉入水下时，在沉箱外用空气压缩机把压缩空气通过储气筒、油质分离器经输气管分别输入气闸和沉箱工作室，把工作室内的水压出室外。工作人员就可经人用变气闸，从中央气闸及气筒内的扶梯进到工作室内工作。人用变气闸的作用，是通过逐步改变闸内气压而使工作人员适应室内外的气压差，同时又可防止由于人员出入工作室而导致高压空气外溢。

在沉箱工作室里，工作人员用挖土机具、水力机械（包括水力冲泥机、吸泥机）和其他机具挖除沉箱底下的土石，排除各种障碍物，使沉箱在其自重及其上逐渐增加的圬工或其他压重作用下，克服周围的摩阻力及压缩空气的反力而下沉。沉箱下到设计标高并经检验、处理地基后，用圬工填充工作室，拆除气闸气筒，这时沉箱就成了基础的组成部分。在其上面可在围堰保护下继续修筑所需要的建筑物，如桥梁墩台、水底隧道、地下铁道及其他水工、港口构筑物等。

沉箱的施工按其下沉地区的条件有陆地下沉和水中下沉两种方法。陆地下沉有地面无水时就地制造沉箱下沉，和水不深时采取围堰筑岛制造沉箱下沉的两种方法。水中下沉有在高出水面的脚手架上或在驳船上制造下沉，和在岸边制造成可浮运的沉箱，再下水浮运就位下沉的两种方法。为保证沉箱平稳下沉，在沉箱内挖土应有一定的顺序。如沉箱内周围土的摩擦阻力过大而不能下沉时，可暂时撤离工作人员，降低工作室内气压，以强迫下沉。

除了在施工后就成为基础一部分的沉箱外，还有一种可多次使用的轻型沉箱称为可撤式沉箱。修筑基础时它象一只圬工上的罩子，随着圬工面的升高而升高。施工完后，移出基础。这种沉箱上升能力有限，入土深度不大，多用于维修工程。

在沉箱工作室内的工作人员处于高气压的条件下工作，必须有一套严格的安全和劳动保护制度，包括对工作人员的体格检查，工作时间的规定（气压越高，每班工作时间越少），以及工作人员进出沉箱必须在人用变气闸内按规定时间逐渐变压的制度。如加压太快，会引起耳膛病；减压太快，则在高气压条件下血液中吸收的氮气来不及全部排出，形成气泡积聚、扩张、堵塞，会引起严重的沉箱病。

沉箱适用于如下情况：

（1）待建基础的土层中有障碍物而用沉井无法下沉，基桩无法穿透时；

（2）待建基础邻近有埋置较浅的建筑物基础，要求保证其地基的稳定和建筑物的安全时；

（3）待建基础的土层不稳定，无法下沉井或挖槽沉埋水底隧道箱体时；

（4）地质情况复杂，要求直接检验并对地基进行处理时。由于沉箱作业条件差，对人员健康有害，且工效低、费用大，加上人体不能承受过大气压，沉箱入水深度一般控制在35米以内，使基础埋深受到限制。因此，沉箱基础除遇到特殊情况外，一般较少采用。

沉箱是从潜水钟发展起来的。1841年法国工程师M.特里热在采煤工程中为克服管状沉井下沉困难，把沉井的一段改装为气闸，成了沉箱，并提出了用管状沉箱建造水下基础的方案。1851年J.赖特在英国罗切斯特梅德韦河建桥时，首次下沉了深18.6米的管状沉箱。1859年法国弗勒尔-圣德尼在莱茵河上建桥时，下沉了底面和基底相同的矩形沉箱，以后被广泛应用。

早期的沉箱多用钢铁制造，以后又相继出现石沉箱、木沉箱、钢筋混凝土沉箱等。特大型的沉箱应推1878～1880年法国土伦干船坞钢沉箱，其平面为41×144米。下沉最深的沉箱为1955年位于密西西比河上、跨度 655米的管道悬索桥，因采用了沉箱周围打深井抽水以降低地下水位的措施，使刃脚下工作最低处在静水位以下达44米。

中国最先采用沉箱基础的是京山(北京—山海关)铁路滦河桥（1892～1894年），中国自行设计建造的浙赣（浙江—江西）铁路杭州钱塘江桥(1935～1937年)，采用了沉箱下接桩基的联合基础。中华人民共和国成立后，有些桥梁如1955年建成的黎（塘）湛（江）铁路贵县郁江桥也曾使用沉箱基础，但以后逐渐为管柱及其他基础所替代。

除上述气压沉箱外，还有一种被港口部门也称为沉箱的构筑物，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（图2）。它用钢筋混凝土建造，只能在水中而不能在土中下沉，故它和气压沉箱不同，不能作为深埋基础。一般多用在水流不急，地基或基床不受冲刷，地基沉降小，基础不需埋入土中或对沉降不敏感的构筑物，如港口岸壁、码头、防波堤、灯塔等工程。

无压沉箱一般在岸边或船坞中制造，然后浮运就位，灌水和填充下沉，使之平稳沉到已整平的地基或抛石基床上。如箱内填砂石，沉箱要作顶盖。在基底土质较差时，也可先在水底挖一浅坑，打下若干基桩，在桩顶处灌筑水下混凝土承台，再将无压沉箱沉至已找平的承台面上，箱周下部也用水下混凝土围护。

参考书目

M.J.Tomlinson，Foundation Desiɡn andConstruction，Pitman Pub.，London，1978.