沉箱簡介

沉箱是有蓋無底、依靠自重或加重、隨著挖土而能自沉的鋼筋混凝土井筒。井筒的平面形狀可分為圓形、橢圓形和矩形，多用圓形模施工；井筒壁的下端有刃腳。人工在內(nèi)部沿筒壁挖土，而由機(jī)械設(shè)備或半機(jī)械設(shè)備向井外棄土，有時(shí)需水下作業(yè)，如遇孤石阻礙下沉，尚需考慮爆破。隨挖隨沉，待地上澆筑的井筒混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求時(shí)即可繼續(xù)開挖；井筒自重不足時(shí)，應(yīng)加鋼軌、鐵塊或土袋，達(dá)到預(yù)定深度時(shí)即可封底。

沉箱施工時(shí)，借助輸入工作室的壓縮空氣，以阻止地下水滲入，便于工人在室內(nèi)挖土，使沉箱逐漸下沉，同時(shí)在上面加筑混凝土。當(dāng)其沉到預(yù)定深度后，用混凝土填實(shí)工作室，作為重型構(gòu)筑物（如橋墩、設(shè)備）的基礎(chǔ)。

在沉箱的設(shè)計(jì)、預(yù)制、出運(yùn)、存放及安裝等環(huán)節(jié)中，出運(yùn)和安裝受到自然條件（潮沙、波浪、海流和水深等）、沉箱重量、船機(jī)設(shè)備條件、經(jīng)濟(jì)條件等多方面的影響和制約，是沉箱施工中的重點(diǎn)環(huán)節(jié)。沉箱一般在專門的預(yù)制場預(yù)制，然后在滑道上用臺(tái)車溜放下水。當(dāng)預(yù)制沉箱的數(shù)量不多時(shí)，也可利用當(dāng)?shù)匦拊齑瑥S的船雞、滑道、船臺(tái)或其他合適的天然岸灘預(yù)制下水。下水后的沉箱用拖輪拖至現(xiàn)場，定位后用灌水壓載法將其沉放在整平好的基床上，再用砂或塊石填充沉箱內(nèi)部。

根據(jù)沉箱預(yù)制和運(yùn)移下水情況的不同，沉箱的出運(yùn)工藝主要可歸納為以下幾種。

沉箱斜坡滑道出運(yùn)沉箱

滑道式預(yù)制沉箱，有橫、縱移式和縱移式，在平臺(tái)上預(yù)制沉箱后，用千斤頂頂起沉箱，將墊車（或臺(tái)車）置于其下，就位后放松千斤頂，將沉箱放落到墊車上，然后用絞車將墊車沿橫移軌道拖移至下水滑道的臺(tái)車上，用絞車?yán)|索控制下滑速度，利用滑道的坡度使沉箱直接下水。橫、縱移式的平臺(tái)設(shè)在滑道的一側(cè)或兩側(cè)，沉箱可預(yù)制一個(gè)出運(yùn)一個(gè)，平臺(tái)能及時(shí)周轉(zhuǎn)；沉箱出運(yùn)時(shí)，要先橫移，而后縱移下水，除配縱移車外尚需配橫移車，設(shè)備費(fèi)用高?？v移式的平臺(tái)設(shè)在滑道的縱軸線上，沉箱要成批預(yù)制和運(yùn)出，平臺(tái)不能及時(shí)周轉(zhuǎn)，沉箱出運(yùn)時(shí)不經(jīng)橫移直接下水，只需配縱移車，設(shè)備費(fèi)用低。

沉箱氣囊出運(yùn)沉箱

氣囊出運(yùn)沉箱的工作原理與滾筒搬運(yùn)重物的原理相似，是在沉箱的下面放置可充氣的圓形膠囊，通過充氣加壓頂升沉箱，再在需移動(dòng)的方向上施加牽引力，使氣囊產(chǎn)生滾動(dòng)，從而達(dá)到搬運(yùn)沉箱的目的。由于氣囊在沉箱的壓力下會(huì)產(chǎn)生較大變形，增大了與地面的接觸面積，使單位面積地面的壓力減少，且分布較均勻，所以對(duì)場地的適應(yīng)性強(qiáng)。在臺(tái)座上預(yù)制沉箱后，將頂升氣囊塞入沉箱底部的地溝內(nèi)，然后充氣頂升沉箱，頂升完成后通過墊木支墊，置入若干圓柱形行走氣囊，膠囊充氣后將沉箱頂升、坐落于行走氣囊上，然后利用卷揚(yáng)機(jī)的牽引力使氣囊滾動(dòng)帶動(dòng)沉箱移動(dòng)，通過搭岸浮船雞下水。

沉箱臺(tái)車出運(yùn)沉箱

在臺(tái)座上預(yù)制沉箱后，將液壓千斤頂或頂升氣囊置入沉箱底部的地溝內(nèi)，然后開動(dòng)加壓油栗頂升沉箱。沉箱頂升完成后移入臺(tái)車，將沉箱坐落于臺(tái)車上，用卷揚(yáng)機(jī)牽引臺(tái)車沿軌道移動(dòng)，帶動(dòng)沉箱移動(dòng)至岸邊浮船瑪上下水。

沉箱滑板出運(yùn)沉箱

在臺(tái)座上預(yù)制沉箱后，采用氣囊或千斤頂頂升沉箱，墊木支墊，下放地溝蓋板。沉箱兩側(cè)布置預(yù)制混凝土限位塊，將已涂抹鞋脂油的四氟板拉入沉箱底部，將沉箱坐落于板上，然后用卷揚(yáng)機(jī)牽引沉箱平移。其他還有根據(jù)預(yù)制場地小的特點(diǎn)，利用氣囊平移、起重船吊運(yùn)下水；根據(jù)沉箱較小的特點(diǎn)，乘潮進(jìn)行預(yù)制，再利用浮箱或起重船進(jìn)行助浮等沉箱出運(yùn)工藝。

沉箱拖運(yùn)，又稱拖帶。指拖船利用其動(dòng)力和設(shè)備，拖帶他船或物體航行或進(jìn)行某種作業(yè)。實(shí)施拖帶的船舶稱為拖船，拖船一般自身有動(dòng)力裝置，船體短而寬，結(jié)構(gòu)較強(qiáng)，吃水大，有良好的操縱性和穩(wěn)定性。被拖帶的船舶或貨物稱為被拖船或物。拖帶的方式主要有三種：帶拖、頂推和綁拖。所謂帶施，又稱一列式拖帶，拖船在前，被拖船或貨物在后，拖船或被拖船用拖纜聯(lián)結(jié)。拖帶大型設(shè)備、貨物一般用帶拖。所謂頂推，指被拖帶船或貨物在前，頂推輪在后，用頂推輪首部頂推被拖帶船的船體尾部或船舷的拖帶方式。所謂綁拖，指將被拖帶的船舶或貨物綁在拖船的戚旁，由拖船拖帶船舶，適用于短途航行，一般在港內(nèi)及內(nèi)河使用。其拖運(yùn)方法有跨拖法、曳拖法和混合出運(yùn)法三種。跨拖法阻力大、行進(jìn)速度慢、功率消耗大、易起浪花，在風(fēng)浪情況下易發(fā)生危險(xiǎn)，但對(duì)沉箱就位有利。該法一般在運(yùn)距不遠(yuǎn)、水域面積較為狹窄的條件下采用。當(dāng)運(yùn)距較遠(yuǎn)，水域面積又較大時(shí)，可采用曳拖法。在運(yùn)距短、水域面積又較狹窄的地點(diǎn)，通常采用跨、曳混合的出運(yùn)方法，這種方法比較容易控制沉箱。

沉箱從預(yù)制場或存放場拖運(yùn)至安裝現(xiàn)場后，趁落潮采取傍拖（跨拖）、慢速拖進(jìn)安裝位置，系上纜，待潮落至沉箱底距基床頂約左右時(shí)，通過滑輪組用人力收放纜，定位后隨潮落自沉，或開進(jìn)水閥門灌水下沉，邊下沉邊收緊纜對(duì)位。沉落在基床后，檢測偏位、縫寬，如不合格，應(yīng)抽水、起浮，重新安裝。當(dāng)采用隨潮落自沉?xí)r，沉箱應(yīng)適當(dāng)灌水，使沉前吃水比浮游穩(wěn)定吃水大以上，以便偏位或縫寬不合格而需抽水、起浮，重新進(jìn)行安裝時(shí)，沉箱還處于穩(wěn)定狀態(tài)。沉箱沉落在基床后，需開進(jìn)水閥門灌水，并如同開進(jìn)水閥門下沉一樣，隨漲潮灌滿水后才關(guān)閉進(jìn)水閥門，以防止沉箱隨漲潮而浮起，并增加沉箱抗波浪、水流的穩(wěn)定性。如浪較大或流較急，通過滑輪組用人力收緊纜繩，尚難以穩(wěn)住沉箱時(shí)，可以在沉箱頂上預(yù)埋吊耳，采用起重船一吊裝架的方法，吊安沉箱。吊安時(shí)，沉箱內(nèi)灌滿水，以增加其抗浪、流的能力，并按擺動(dòng)中心對(duì)位，松鉤下落沉箱 。

在沉箱工作室內(nèi)的工作人員處于高氣壓的條件下工作，必須有一套嚴(yán)格的安全和勞動(dòng)保護(hù)制度,包括對(duì)工作人員的體格檢查,工作時(shí)間的規(guī)定（氣壓越高，每班工作時(shí)間越少），以及工作人員進(jìn)出沉箱必須在人用變氣閘內(nèi)按規(guī)定時(shí)間逐漸變壓的制度。如加壓太快，會(huì)引起耳膛??；減壓太快，則在高氣壓條件下血液中吸收的氮?dú)鈦聿患叭颗懦?，形成氣泡積聚、擴(kuò)張、堵塞，會(huì)引起嚴(yán)重的沉箱病。

沉箱法(caisson method)是一種在地下水位以下，施工時(shí)將壓縮空氣送入形似有頂蓋的沉井的沉箱內(nèi)部排開地下水，在沉箱內(nèi)干土上進(jìn)行挖土施工，并通過特殊的裝置井運(yùn)土的方法。

在沉箱自重加荷重作用下，沉箱逐步下沉，至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，用混凝土填實(shí)工作室，即為沉箱基礎(chǔ)。

1891年詹天佑在灤河鐵路大橋筑墩施工即采用了“壓氣沉箱法”，解決了英、日、德工程師打樁法無法建設(shè)橋墩的問題。

1937年茅以升發(fā)明了現(xiàn)代沉箱法（並在中國率先使用）用于錢塘江大橋橋墩建設(shè)。

氣壓沉箱是一種無底的箱形結(jié)構(gòu)，因?yàn)樾枰斎雺嚎s空氣來提供工作條件，故稱為氣壓沉箱或簡稱沉箱。

沉箱基礎(chǔ)是以氣壓沉箱來修筑橋梁墩臺(tái)或其他構(gòu)筑物的基礎(chǔ)。沉箱由頂蓋和側(cè)壁組成, 其側(cè)壁也稱刃腳。頂蓋留有孔洞，以安設(shè)向上接高的氣筒(井管)和各種管路。氣筒上端連以氣閘。氣閘由中央氣閘、人用變氣閘及料用變氣閘（或進(jìn)料筒、出土筒）組成。在沉箱頂蓋上安裝圍堰或砌筑永久性外壁。頂蓋下的空間稱工作室。由于沉箱作業(yè)條件差，對(duì)人員健康有害，且工效低、費(fèi)用大，加上人體不能承受過大氣壓，沉箱入水深度一般控制在35米以內(nèi)，使基礎(chǔ)埋深受到限制。因此，沉箱基礎(chǔ)除遇到特殊情況外，一般較少采用。