沉井基礎(chǔ)井壁阻力克服方法

沉井外壁和土的摩擦力是沉井下沉的主要阻力。為克服這種阻力，一是加大沉井壁厚或在沉井上部增加壓重，一是設(shè)法減少井壁和土之間的摩擦力。減少摩擦力的方法很多，常用的有射水法、泥漿套法及壁后壓氣法。

①射水法。在沉井下部井壁外面，預(yù)埋射水管嘴，在下沉過程中射水以減小周邊阻力。

②泥漿套法。在沉井井壁和土層之間灌滿觸變泥漿以減少摩擦力，觸變泥漿是用粘性土、水、化學(xué)處理劑等按一定配合比攪拌而成，當(dāng)靜置時它處于“凝膠”狀態(tài)，沉井下沉?xí)r它受到攪動，又恢復(fù)“溶膠”狀態(tài)而大大減少摩擦力，在實(shí)驗(yàn)室測出其靜剪應(yīng)力約為50～200帕。泥漿套法施工下沉傾斜量小，且易糾正,附近地表幾乎無沉陷。從理論上分析，沉井下得愈深愈容易下沉。中國某煤礦有一豎井，外徑約9.2米，采用此法下沉深度近200米左右。沉井下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，為了恢復(fù)沉井周邊和土層的摩擦力，以增加沉井基礎(chǔ)的承載能力，需要壓入水泥漿，以破壞及代替泥漿套。此外，此法施工要求嚴(yán)格，井內(nèi)外水壓要相近，防止流砂、涌水破壞泥漿套，一旦遭破壞很難修復(fù)。因此，它不適于不穩(wěn)定土層、漏漿土層以及河床易受沖刷的水中沉井。

③壁后壓氣法。習(xí)稱“空氣幕法”。在井壁內(nèi)預(yù)埋管路，并沿井壁外側(cè)水平方向每隔一定高度設(shè)一排氣龕，在下沉過程中，沿管路輸送的壓縮空氣從氣龕內(nèi)噴出，再沿井壁上升，從而減少摩擦力。中國在1975年于九江長江橋引橋沉井基礎(chǔ)中曾經(jīng)試用。初步資料表明：在粉細(xì)砂層及含水量較大的粘性土層中，可以減少摩擦力30%以上，下沉速度加快（與氣龕數(shù)和噴氣量有關(guān)），且無泥漿套法的缺點(diǎn)，可在水中施工，不受沖刷的影響。但在卵石層及硬粘土層內(nèi)效果較差。

分排水和不排水下沉兩種，在軟弱土層中須采用不排水下沉，以防涌砂和外周邊土坍陷，造成沉井傾斜及位移，必要時采取井內(nèi)水位略高于井外水位的施工方法。出土機(jī)械可使用抓土斗、空氣吸泥機(jī)、水力吸泥機(jī)等。近代各國發(fā)展用錨樁及千斤頂將沉井壓下的方法。此外，還有用大直徑鉆機(jī)在井底鉆挖的方法，如日本在圓形沉井內(nèi)采用臂式旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)，在硬粘土層內(nèi)開挖，直徑可達(dá)11米，由沉井外的電視機(jī)反映操作情況及下沉速度。

沉井到達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高后，一般用水下混凝土封底。井孔是否填充，應(yīng)根據(jù)受力或穩(wěn)定要求決定，可填砂石或混凝土，但在低于凍結(jié)線0.25米以上的部分,應(yīng)用混凝土或圬工填實(shí)。沉井基礎(chǔ)的最后一道工序是灌筑頂蓋。

陸地下沉井均采用就地制造。在淺水中下沉井需先作圍堰，填土筑島出水面，再就地制造。在深水處下沉井，一般均采用在岸邊陸地制造，浮運(yùn)就位下沉。

就地制造沉井，井壁多為實(shí)體，自重較大，而刃腳部分面積小，重心較高，為使其在制造過程中不致因地面下沉引起沉井開裂或傾倒，過去多在地面整平后，先鋪墊木，以增加承壓面積，再立模板制造沉井。下沉前需邊抽墊木,邊以砂將刃腳處填實(shí),然后再挖土下沉?，F(xiàn)今則用砂土夯實(shí)作成刃腳土模，表面抹層水泥，在土模內(nèi)制造刃腳部分，既節(jié)約木料，又簡化施工工藝。如中國枝城長江橋引橋橋墩基礎(chǔ)的沉井刃腳部分，就是用此法灌筑的。

浮運(yùn)的沉井，在陸地先做底節(jié)，以減輕重量，在浮運(yùn)到位后再接筑上部。為增加沉井的浮力便于浮運(yùn)，常采取以下三種方法：①在鋼沉井內(nèi)加裝氣筒，浮運(yùn)到位后，在沉井內(nèi)部空間填充混凝土并接高沉井，為控制吃水深度，可在氣筒內(nèi)充壓縮空氣，待沉入河底預(yù)定位置后，再除去氣筒頂蓋，挖泥（或吸泥）下沉。此法用鋼量大，制造安裝都較復(fù)雜，宜用于深水大型沉井。美國舊金山奧克蘭灣橋，第一次采用此法，該橋最大的沉井為60×28米,內(nèi)裝55個直徑4.5米的氣筒。中國在南京長江橋也曾使用 18.26×22.42米、底節(jié)高11.65米的鋼沉井，內(nèi)有20個直徑3.2米的氣筒，浮運(yùn)就位后,以鋼筋混凝土將沉井接高至55米，中間隔墻全部用預(yù)制件。②將沉井做成雙壁式使能自浮，到位后在壁內(nèi)灌水或灌筑混凝土下沉。這種沉井可用鋼、木或鋼筋混凝土制造。中國1972年在四川宜賓岷江公路橋，將制造鋼絲網(wǎng)水泥船的經(jīng)驗(yàn)用于造雙壁浮運(yùn)沉井。 沉井外徑12米，高7.5米，雙壁厚1.3米，網(wǎng)壁厚3厘米，中間一層鋼筋網(wǎng)，4～6層鋼絲網(wǎng)，上抹水泥砂漿，重60噸，采用岸邊制造，滑道下水,拉錨定位,灌水下沉。因這種材質(zhì)的沉井具有較高的彈性和抗裂性，以后在四川南充嘉陵江橋、湖南益陽橋都曾使用。③在沉井底部加臨時底板以增加浮力，待到位沉入河底后，再拆除底板，挖泥下沉。如因風(fēng)振而破壞的美國塔科馬海峽橋，其水中橋墩基礎(chǔ)為鋼筋混凝土沉井，尺寸是20.1×36.6米，曾用此法施工 。

沉井的井壁可作成豎直形、臺階形或斜坡形。斜坡形雖可減少周圍的摩阻力，但下沉過程中容易傾斜；臺階形便于加高井壁。沉井的內(nèi)部可根據(jù)需要作隔墻，劃分成幾個取土井，但取土井必須對稱設(shè)置，以利均衡挖土或糾正偏斜；取土井尺寸，須能容納機(jī)械挖土斗自由上下。如中國九江長江大橋采用圓沉井，直徑20米，內(nèi)設(shè)9個井孔，中孔直徑5.5米，8個邊孔直徑3.8米；日本本（州）四（國）聯(lián)絡(luò)橋的南北備贊瀨戶橋7A號墩沉井，橋軸方向長75米，橫跨方向59米，高55米，中間設(shè)縱橫向隔墻，是當(dāng)前世界大型沉井之一。

就沉井的使用材料分，有木沉井，磚、石沉井，混凝土沉井，鋼筋混凝土沉井和鋼沉井等。木沉井用木材較多，現(xiàn)很少采用。磚、石沉井過去多用于中小橋梁。常用的是鋼筋混凝土沉井，或底節(jié)為鋼筋混凝土，上節(jié)為混凝土的沉井。鋼沉井多用于大型工程浮運(yùn)的沉井。

1 沉井按其截面輪廓分，有圓形、矩形和圓端形等三類。①圓形沉井水流阻力小，在同等面積下，同其他類型相比，周長最小、摩阻力相應(yīng)減小，便于下沉；井壁只受軸向壓力，且無繞軸線偏移問題。②矩形沉井和等面積的圓形沉井相比，其慣性矩及核心半徑均較大，對基底受力有利；在側(cè)壓力作用下，沉井外壁受較大的撓曲應(yīng)力。③圓端形沉井對支撐建筑物的適應(yīng)性較好，也可充分利用基礎(chǔ)的圬工，井壁受力也較矩形有所改善，但施工較復(fù)雜。

2 沉井按豎向剖面形狀分，柱形沉井和階梯性沉井。

埋深較大，整體性好，穩(wěn)定性好，具有較大的承載面積，能承受較大的垂直和水平荷載。此外，沉井既是 基礎(chǔ)，又是施工時的擋土和擋水圍堰結(jié)構(gòu)物，其施工工藝簡便，技術(shù)穩(wěn)妥可靠，無需特殊專業(yè)設(shè)備，并可做成補(bǔ)償性基礎(chǔ)，避免過大沉降，在深基礎(chǔ)或地下結(jié)構(gòu)中應(yīng)用較為廣泛，如橋梁墩臺基礎(chǔ)、地下泵房、水池、油庫、礦用豎井以及大型設(shè)備基礎(chǔ)、高層和超高層建筑物基礎(chǔ)等。但沉井基礎(chǔ)施工工期較長，對粉砂、細(xì)砂類土在井內(nèi)抽水時易發(fā)生流砂現(xiàn)象，造成沉井傾斜；沉井下沉過程中遇到的大孤石、樹干或井底巖層表面傾斜過大，也將給施工帶來一定的困難。