谈建筑工程地基沉井的类型与构造

 

　　当基础埋置比较深时，如采用明挖法施工，则因基坑深，坑壁支撑等所承受的土压力和水压力大，需要更多、更强的支撑结构，施工很不方便，也不经济。为了满足结构物的要求，适应地基的特点，在土木工程结构的实践中形成了很多类型的深基础，其中沉井基础，尤其是重型沉井、深水浮运钢筋混凝土沉井和钢沉井，在国内外巳有广泛的应用和发展。

 

 

　　沉井按所用材料不同可分为混凝土沉井、钢筋混凝土沉井、钢沉井、砖沉井、石沉井、木沉井等，混凝土沉井一般只适用于下沉深度不大的松软土层中。钢筋混凝土沉井是最常见的沉井。钢沉井的刚度、强度都很高，拼装方便，但因用钢量过大，从经济的角度上看是不合算的，一般不用。砖沉井、石沉井和木沉井等除非在特殊情况下考虑因地制宜、就地取材，现在基本上不采用。

 

　　沉井按不同的下沉方式可分为就地制造下沉的沉井和浮运沉井。就地制造下沉的沉井，也称为一般沉井，是在基础设计的位置上制造，然后挖土靠沉井自重下沉。如基础位置在水中，需先在水中筑岛，再在岛上筑井下沉入，当在深水地区筑岛有困难或不经济，或有通航要求，或河流的水流流速大时，可采用岸边浇筑沉井，然后浮运到设计位置就位下沉的方法，这类沉井称为浮运沉井或浮式沉井。

 

　　沉井按平面形状不同可分为圆形、方形、矩形、圆端形、多边形及多孔井字形等圆形沉井受力好，适用于主流方向容易改变的河流。矩形沉井制作方便，但四角处的土不易挖除，且河流水流也不顺。圆端形沉井兼有圆形沉井和矩形沉井二者的优点，在一定程度上也兼有两者的缺点，是土木工程中常见的沉井基础类型。

 

　　沉井按其立面形状不同可分为竖直式、倾斜式及台阶式等采用哪种形式应视沉井需要通过的土层性质和下沉深度确定。外壁竖直形式的沉井，在下沉过程中不易倾斜，井壁接长较易，模板可重复使用，故当土质较松软，沉井下沉深度不大时，可以采用这种沉井。倾斜式及台阶式井壁可以减少土与井壁的摩阻力，其缺点是施工较复杂，模板消耗量大，同时沉井下沉过程中容易发生倾斜，故当土质较密实，沉井下沉深度大，要求在不太增加沉井本身重量的情况下沉至设计标高时，可采用这类沉井。

 

 

　　沉井通常由井壁、刃脚、隔墙、井孔、凹槽、射水管、封底和盖板等组成。

 

　　2．1井壁

 

　　井壁，即沉井的外壁，是沉井的主要部分，它应有足够的厚度与强度，以承受在下沉过程中各种最不利荷载组合（水土压力）所产生的内力。同时还要有足够的重量，使沉井能在自重作用下顺利下沉到设计标高。井壁厚度按其强度、下沉需要的自重以及便于取土和清基而定，一般为0，7？1.5m。

 

　　2．2刃脚

 

　　井壁最下端一般都做成刀刃状的"刃脚"，其主要作用是使沉井在自重作用下便于切入土中，是受力最集中的部分。刃脚还应具有一定的强度，以免在下沉过程中挠曲或损坏。刃脚底端的水平面称为踏面。刃脚的式样应根据沉井下沉时所穿越土层的软硬程度和刃脚单位长度上的反力大小决定。沉井重、土质软时，踏面要宽些。相反，沉井轻，又要穿过硬土层或到达岩层时，踏面要窄些，有时甚至要用角钢加固的钢刃脚。踏面可以使沉井下沉初期不致下沉过快而造成倾斜，刃脚斜面与水平面夹角不宜小于450。

 

　　2．3隔墙

 

　　沉井平面尺寸较大，也即井壁跨径较大时，应在沉井井筒内设置隔墙。隔墙又称内壁，主要作用是加强沉井在下沉过程中的刚度，减小井壁受力计算跨度。同时，又把整个沉井分隔成多个施工井孔（取土井），便于掌握挖土位置以控制下沉的方向，也便于沉井偏斜时的纠偏。隔墙因不承受水土压力，所以，其厚度较沉井外壁要薄一些。

 

　　2．4井孔

 

　　沉井内设置的隔墙或纵横隔墙或纵横框架形成的格子称作井孔，是挖土排土的工作场所和通道。井孔尺寸应满足施工要求，宽度〈直径）不宜小于3m！。井孔布置应对称于沉井中心轴，便于对称挖土使沉井均匀下沉。

 

　　2．5凹槽

 

　　凹槽设在井孔下端近刃脚处，其作用是使封底混凝土与井壁有较好的接合，形成整体，使封底混凝土底面的反力更好地传给井壁（如井孔全部填实的实心沉井也可不设凹槽）。凹槽深度约0.15？0.25m，高约1.0m。

 

　　2．6射水管

 

　　当沉井下沉深度大，穿过的土质又较好，估计下沉会产生困难时，可在井壁中预埋设水管组。射水管应均匀布置，以利于控制水压和水量来调整下沉方向，管口设在刃脚下端和井壁外侧。如使用触变泥浆润滑套施工方法时，应有预埋的压射泥桨管路。

 

　　2．7封底

 

　　当沉井下沉到设计标高，经过技术检验并对井底清理整平后，即可封底，以防止地下水渗入井内。

 

　　2．8盖板

 

　　沉井封底后，为节省混凝土，或为减轻基础自重，在井孔内可不填充任何东西，做成空心沉井基础，或仅填以砂石。这时，应在沉井顶端设置钢筋混凝土盖板，以承受上部墩台的全部荷载。

 

 

　　沉井是用混凝土（或钢筋混凝土）等建筑材料制目成的井筒结构物，其四周有壁，下部无底、上部无盖、侧壁下部有刃脚。沉井基础是通过井内挖土，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结构物的基础。沉井本身是基础的组成部分，在下沉过程中起着挡土和防水的临时围堰作用，无需另设坑壁支撑或板桩围，简化了施工。

 

 

　　沉井基础的应用十分广泛，它可以穿过各种土层，将井底落于岩层或承载能力稍高的硬层。本着经济合理、施工可行的原则，沉井基础主要应用于下列情况：当上部荷载较大，而表层地基土的容许承载力不足，做扩大基础时开挖工作量大、支撑困难，但在一定深度下有好的持力层时；在山区河流中，虽然浅层土质较好，但冲刷大，或河中有较大卵石不便桩基础施工时；岩层表面较平坦且覆盖层薄，但河水较深，采用扩大基础施工坑壁支撑或板桩围堰有困难时；因场地狭窄，同时受周围建筑物或其他条件限制，而不适宜用大开挖的地点。