沉井基础

沉井的由于其自身的整体刚度大、稳定性较好，井壁可以起到支护的作用而且施工工艺简单，造价相对低等优势，在城市建筑、市政、港口和水利等深基础或地下结构中发挥着重要的作用，尤其是在顶管工作井、盾构工作井和桥梁基础等地下工程中有着一定的优势和竞争力。

沉井在施工过程中存在的一些常见问题，沉井施工中常见的问题及处理措施如下：1 、沉井下沉困难沉井下沉困难本文指的是沉井下沉系数小于1.0，此时说明下沉过程中向下的主动下沉力小于沉井本身的阻力。

沉井下沉困难这种情况在施工中还是比较常见的，一般来说在施工中可以采用触变泥浆、空气幕、桩基反压法、压重法等助沉法配合沉井下沉，施工中根据实际情况可选用一种或多种助沉措施。

1）采用触变泥浆助沉时，一般来说要求沉井的井壁预留外台阶，外台阶宽度常为100~200mm。

触变泥浆物理力学指标可根据沉井下沉时所通过的不同土层按表1选用。

在沉井下沉到设计标高后，可采用水泥浆或水泥砂浆来置换触变泥浆，在沉井使用过程中提供一定的摩阻力，防止沉井后期上浮。

表1 触变泥浆的物理力学性能指标图2 触变泥浆助沉施工示意图2）采用空气幕助沉时，在施工前应根据计算确定空压机和储气包的数量，在刃脚外踏面处应设置密封装置，同时设定空气幕压力值。

在施工中应严格控制空气幕的助沉时间，一般不宜超过2h。

图3 空气幕助沉施工示意图3）采用桩基反压法助沉时，可根据实际计算合理布置反压桩，同时保证反压桩的抗拔承载力应满足助沉反压力。

一般反压桩可采用钻孔灌注桩，根据具体情况可采用桩侧后注浆或者桩端后注浆提高其抗拔承载力。

4）压重法助沉即是采用堆载重物的方法，在加重时应均匀对称加重。

堆载施工时应确保下沉施工的空间及作业人员的安全。

对于采用桩基反压助沉及压重法助沉时，实质上都是在增加沉井下沉的主动力，图4显示的是这两种方法的施工示意图。

图4 桩基反压助沉及压重法助沉施工示意图2 、沉井突沉突沉也就是指的沉井在下沉阶段，沉井内不断大量出土，沉井仍旧不下沉，在某一时刻突然又急剧下沉的现象。

突沉的时间一般都是极短的，也就几秒钟，沉井有可能下沉数米。

据统计的300多座沉井，约有7%左右的沉井发生过突沉现象，有一个沉井在下沉13m后，在其后的26m下沉过程中发生了9次突沉现象，有的沉井最大突沉量达到5.78m。

从这些突沉的数据，不难看出，突沉现象的产生还是很多的，而且会产生巨大的安全隐患，不论是对人还是对周边环境的影响都是巨大的，这就要求施工时要避免突沉现象的产生。

首先要对产生的机理进行研究，从沉井的受力来看，主要是竖向力，主动下沉力如果小于下沉阻力，沉井就不会下沉。

根据公式（1）沉井主动下沉力为沉井的自重Gk，阻力主要有浮力Fw，井壁的摩阻力Tf，刃脚踏面的阻力R1，隔墙的阻力R2。

在大量出土的过程中，由于沉井没有下沉，水位没有变化，沉井的自重Gk，浮力Fw没有变化，刃脚踏面和隔墙的阻力在土方开挖的过程中在不断的减小，在刃脚踏面和隔墙底部土体掏空时变为0，此时沉井还没有下沉，通过公式可以看出，在下沉系数kst大于1的时候才会下沉，沉井没有下沉说明下沉系数小于1，通过公式可以看出来井壁摩阻力Tf急剧增大。

下沉系数计算公式：图5 沉井下沉系数计算模示意图在沉井下沉施工中，由于井体在缓慢下沉中，井壁的摩阻力属于滑动摩擦力，若摩阻力变大，说明此时的摩阻力已经转变为静摩擦力，一般来说静摩擦力都较滑动摩擦力大。

通过分析，我们说清楚了突沉的机理。

如何解决这一突沉的现象其实也就非常简单了，也就是需要我们在沉井施工时避免出现静摩擦力或降低摩阻力。

在施工时，可以采用触变泥浆套降低井壁的摩阻力，减少施工的停顿时间，避免井壁土体与井壁之间出现静摩擦力，还可以在沉井制作时设置井外壁台阶等等措施。

其实了解了原理，我们可以采取多种多样的方式来解决这一措施，比如还可以增加井体的配重、增加锚桩施加反力等等措施。

3 、沉井倾斜沉井下沉过程中，往往会有井体倾斜的现象出现，一般来说挖土不均匀、刃脚下土体软硬不均、刃脚底部出现局部障碍物、井外堆物或周边荷载不均匀等情况会导致沉井出现倾斜，此时应及时纠偏，调整沉井井壁四周的高差，保证高差在允许范围内，否则会出现难以纠偏情况或者事故的发生。

在下沉过程中，应加强下沉过程中的观测和资料分析，发现倾斜要及时纠正。

在井内挖土时，保证均匀对称开挖，避免掏挖刃脚底部的土体。

施工过程中，若沉井发生倾斜，可采取井内偏出土或者井外射水等进行校正，施工示意图如图6所示。

（a）偏出土纠偏 （b）井外射水纠偏图6 沉井倾斜纠偏施工示意图4 、沉井出现流砂现象在粉、细砂层中下沉的沉井经常会出现流砂[5]现象。

沉井下沉过程中，井内的锅底开挖深度过大，井底以下土层为砂性且有承压水头，沉井此时又采用的是排水法下沉，此时底部的土体不能抵抗承压水头的压力，就会出现流砂的现象（如图7所示）。

流砂现象可能导致沉井出现严重的倾斜，也可能出现严重的坍塌现象，有很大的安全隐患。

图7 流砂产生原理示意图在施工时，可以通过采用排水法下沉，避免掏空刃脚下土体，防止大量流砂涌入，在锅底中间开挖，也不宜把锅底开挖较深。

在穿越砂层时应快速，最好增加荷载，使得沉井刃脚切入土体，还可以通过降低地下水位的方法。

采用不排水法下沉时，保持井内的水位高于井外水位，防止流砂的涌入。

若条件允许，还可以通过地基处理，改变土体的特性，对粉细砂层进行加固，改变流砂产生的土体特性，从根本上处理这种现象的产生。

5、 沉井接高不稳定沉井在制作时，由于制作高度及混凝土浇筑质量的影响，一般来说都需要进行接高。

接高时，地基承载力不能承受上部荷载时会出现边接高边下沉的情况，此时对于混凝土的浇筑质量影响较大，由于浇筑不均匀还可能会引起沉井的倾斜[6]。

在接高前，可根据接高的高度对此时的地基承载力进行验算，验算时所取的地基承载力按照极限值取，若此时地基极限承载力可以满足接高的要求，认为接高是稳定的，不会给后续的施工带来影响。

6 、超沉在沉井下沉到设计标高时，沉井的下沉还未完成，一般在观测8h的下沉量小于10mm时可以封底，但是到达设计标高时，观测沉井还在继续下沉，此时沉井就属于超沉了。

超沉将会影响沉井的使用功能，不能满足设计要求，需要我们在施工时预防这一现象的产生。

在施工前需要对沉井穿越的土层进行详细研究，若设计标高处于软弱土层中时，在施工前还需要进行土体的加固处理。

施工过程中，在距离设计标高2m时应控制高差及下沉速度，下沉深度距设计标高可以有一定的预留量，预留量可为50~200mm。

图8 沉井下沉终沉示意图7、 沉井封底后上浮沉井在封底后，由于封底混凝土和井体形成密闭的箱体，浮力急剧增大，在封底后有可能造成井体的上浮，所以需要我们在施工前，需要考虑封底后给井体造成的影响。

在进行施工计算时，应对沉井封底后的抗浮进行验算，若不能满足要求，可以通过降低地下水位或者采用水下封底等措施来解决这一问题。

还有一种情况在施工时候需要特别注意，就是在沉井采用的是水下封底，封底完成后，急于抽出沉井里面的水造成沉井上浮的现象。

这个时候仍旧需要考虑沉井抗浮的问题，若沉井本身的自重不能满足抗浮的要求时，需要采取一定的措施保证井体不上浮。

可以通过增加井壁周边的侧壁摩阻力，增加锚桩或者增加井体的配重等方法来解决这一问题。

图9 沉井抗浮计算示意图8 、减少对周边环境的影响沉井下沉时，井体周边的土体影响是在所难免的。

井外土体的破坏主要是由于沉井下沉时，井外的土压力在主动土压力和被动极限应力状态[7]以及沉井下沉时井壁收到的摩擦力共同造成的。

沉井对土体的影响范围除了与沉井下沉的深度有关外，还与沉井的大小、穿越的土层情况和施工方法等相关。

沉井的使用其实与环境的影响关系还是很大的，正是由于沉井对周边环境的影响而限制了沉井在城市密集建筑群中的使用，如何减少对周边环境的影响是需要研究解决的问题。

目前常用的措施主要以下几个方法：1）下沉前的对沉井影响范围内进行地基加固处理，把可能造成土体破坏的区域先行加固，可以采用搅拌桩或者注浆等加固方法进行处理。

2）下沉过程中，加强观测的频率，沉井出现倾斜时立刻进行纠偏，不要出现较大的倾斜，做到勤测勤纠，这样可以减少对周边环境的影响。

3）采用触变泥浆套进行下沉施工，这样可以维持井壁外土体的稳定，又可以降低井壁收到的摩擦力，这样可以有效的降低对周边土体的影响。