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摘 要：沉井是一个上无盖下无底的井筒状构筑物,可以是砖砌结构、钢结构,但用的最多的还是钢筋混凝土浇注成的.施工时,先在拟建地下工程位置挖基坑、铺垫层,在垫层上施作沉井井筒,在井筒结构的保护下,不断取走井筒内的土体,随着土体的不断挖深,沉井在自重作用下逐渐下沉,直至设计标高,再浇注底板、内部结构和顶盖,完成地下工程的建设.
关 键 词：建筑,施工,沉井法,类型,构造
这一从沉井制作,到沉井下沉,最后完成地下结构的工艺过程称为沉井法施工.研究沉井下沉过程中的结构受力,并根据下沉过程各工况进行的内力计算和结构分析,称为沉井结构设计.沉井也可用于深基础的施工,如桥梁墩台、重型厂房和各种工业构筑物的基础,作为深基础使用时,井孔内可用混凝土或砂砾填实以增加压重.沉井也可作为盾构法隧道施工和顶管法施工的工作井（拼装井）和接收井、通风井和排水泵房井等,但更多的是作为市政工程的排水泵房、自来水厂的取水口等.大型沉井可用于地下空间的开发利用,如地下工厂、车间、地下车库、地下所等.
1.沉井法的类型
根据建造沉井所使用的材料可分为钢沉井和钢筋混凝土沉井.根据沉井平面形状和内部构件的布置可分为单孔圆沉井、单孔方形沉井、多孔方形沉井、多孔椭圆形沉井、多排多孔沉井等：1、单孔沉井.有圆形、矩形之分.由于圆形具有良好的受力性能,故不管直径大小,通常都作为单孔的,单孔圆沉井直径最大可达80m,底梁、底框架具有稳定井底土体及增加沉井刚度的作用.矩形沉井只有平面尺寸较小时才做成单孔的.当边长大于20%时,应增加底框架、顶框架或采用内隔墙分成多孔沉井,以加强沉井结构的刚度.2、单排孔沉井.边长大于20m的单孔沉井整体刚度不足,必要时可在中间加内隔墙或框架,形成单排孔沉井.3、多排孔沉井.在沉井内设置几道纵横交叉的内隔墙.使沉井成为刚度较好的空间结构,每个井孔内可设置底梁或不设底梁.该类沉井挖土和下沉工作可以较均衡地进行,有利于均匀下沉,适用于平面尺寸大而重量大的地下建筑物.
为了解决特殊工程问题而设计的特殊沉井,也发挥了很多作用.如将一只只沉井相接的连续沉井完成了打浦路隧道的岸边坡施工,将沉井在工厂内做好,在水中浮运到施工现场,沉放在地基上,以建造海洋采油平台,这类沉井被叫作浮运沉井.
2.沉井的构造
沉井的类型很多,但其基本构造是类似的,均由刃脚、井壁、隔墙、取土孔、底框架、顶板、底板等组成.
2.1井壁
井壁是沉井的主要组成部分,应有足够的强度和刚度.为了承受下沉过程中及下沉后的各种最不利荷载组合所产生的内力,钢筋混凝土井壁一般应配置竖向和横向钢筋,以承受弯曲应力.同时要有足够的重量,使沉井能在自重作用下顺利下沉到设计标高.因此,井壁厚度主要取决于沉井大小、下沉深度,以及地层的力学指标.
当土质松软、摩擦力不大、下沉深度不深时可采用直墙形,其优点是周围土层能较好地约束井壁,易于控制垂直下沉.接长井筒亦简单,模板能多次重复使用.此外,沉井下沉时,周围土的扰动影响范围较小,可以减少对周边建筑物的影响,故特别适用于建筑物密集的市区中.当土质松软,下沉深度较深时,考虑到水压力随着深度的不断增加,井壁在不同高程受力差异较大,往往将井壁外侧仍做成直线形,内侧做成阶梯形,以减少沉井的截面尺寸,节省材料.当土层密实,且下沉深度很大时,为了减少井壁间的摩擦力而不使沉井过分加大自重,常在外壁做成一个(或几个)台阶的阶梯形井壁.台阶设在每节沉井接缝处.施工时一般在阶梯面所形成的槽孔中灌填黄沙或触变泥浆,以减少摩擦力,并防止土体坍塌破坏.
2.2刃脚
井壁最下端做成刀刃形,切入土体中的那部分称为刃脚.刃脚的主要功能是引导沉井下沉,沉井下沉过程中,刃脚部分始终切入地层中,它将沉井内、外的土层切割成两部分,并阻止井外土体涌入井内.刃脚底部为踏面；刃脚内侧为一倾面.刃脚高度有多种因素确定,如挖土的形式（干挖或水下挖土）、地层状态、沉井自重等.当地层中有碎石或卵石等障碍物时,为了保护刃脚踏面,有时需用钢板或型钢将其加固.
2.3内隔墙
多数内隔墙并非专为施工而设置,沉井内部分隔用的墙体,可以下沉就位以后浇注,也可以在下沉之前做成.下沉之前浇注的隔墙减少了井壁跨度,增加了沉井的整体刚度,同时将沉井分隔成几个取土井,便于均衡取土,均匀下沉.
内隔墙的底面一般应比刃脚踏面高出0.5~1.0m,以免土体直接顶住内墙,妨碍沉井下沉.但当有软弱土层要穿过时,为了防止"突沉",也可以将内墙底面与刃脚踏面齐平.
隔墙厚度由设计计算确定,通常为0.5m左右.隔墙底部应设入孔,供施工操作人员来往于取土井之间.入孔的尺寸一般为0.80mX1.2m左右.
取土井井孔尺寸除应满足使用要求外,还应考虑挖土机具在井孔中自由升降,不受障碍.如采用挖泥斗取土时,井孔的最小边长应保证挖泥斗的自由出入,即最小边长应大于挖泥斗张开时的尺寸再加上0.5-1.0m,通常不小于2.5m,井孔的布置应力求简单、对称.
2.4封底及顶盖
当沉井下沉到设计标高后,要及时封底,以使沉井尽快从下沉状态转变为稳定状态.因此,封底既可看作沉井结构的组成部分,亦可看成沉井施工的一道工序.所谓封底即是往开挖井孔内填入相应厚度的素混凝土,以混凝土的自重和强度抵消井孔内土体的隆起,以混凝土于井壁间的密实联接克服地下水的渗入,为浇注钢筋混凝土底板创造条件.封底分为湿封底和干封底两种,湿封底即是水下混凝土封底,干封底是为了减少水压力对封底混凝土的作用,需设置集水井排水减压.
为了使封底混凝土和底板、井壁间有更可靠的联结,以传递地基反力,使沉井成为空间受力结构,通常在刃脚上方的井壁上预留一凹槽.
2.5底梁和框架
在大型沉井中由于使用空间的要求,不便设置内隔墙时,为了增加沉井下沉过程中的整体刚度,可在沉井底部增设底梁,并与井壁一起构成底框架,以增加沉井施工下沉阶段和使用阶段的整体刚度.有的沉井高度较大,常在井壁不同高度设置若干道横梁、大梁组成的水平框架,以减少井壁的跨度,使整个沉井结构布置合理、经济.
在松软地层中下沉的沉井,底梁及其框架的设置还有防止沉井"突沉"的功能,并便于纠偏,分格分块封底.但纵横底梁不宜过多,以免增加结构造价,施工费时,甚至增大土层阻力,影响下沉.