沉井法

坑探工程学术语

沉井法又称沉箱凿井法，是在土层开挖前,在井筒设计位置，把预先制好的一段6~7 m 长的整体井壁，靠自重局部沉人土中，然后在它的掩护下,边掘进边下沉,相应砌筑井壁,通常称为普通沉井法。随着沉井深度的增加，井壁与井帮的摩擦阻力增加，下沉深度受到限制，一般只能下沉20~30 m。

简介

在地面下沉预制井筒的施工方法。在井口位置，预制好沉井刃脚和一段井壁，边掘边沉,再在地面浇筑,接长井壁，继续下沉。此法开始多用于水利工程，工艺简单，通常采用砖井壁，人工挖掘，自重下沉。沉井深度一般仅20m左右。1839年法国创造了压气沉井法,因下沉深度有限，并有损工人健康，到20世纪50年代渐被淘汰。1894年德国创造了淹水沉井法。1944年日本向沉井壁后施放压缩空气，减少井壁与土层的摩擦阻力获得成功。1952年匈牙利和瑞士创造了触变泥浆液体减阻的新方法。中国于1958年创造了震动沉井法；1969年起采用壁后泥浆淹水沉井，建成了30多个井筒，最深井达192.5m。

沉井结构

由套井、井壁和刃脚三部分组成。套井(即锁口)是靠近地表预先作好的一段大于沉井外径1.5m左右的井筒，用以保护井口，安设导向装置和贮存减阻材料。沉井井壁就是井筒的永久井壁，应有足够的强度，并满足下沉所需的重量。一般为钢筋混凝土结构，壁厚1m左右，随沉井下沉不断在井口浇筑接长。刃脚位于沉井井壁最下端，多用钢材制造，刃尖角通常为 30°，刃脚高3m，刃脚外半径比井壁外半径大100～300mm，以便下沉后在井壁四周形成一个环形空间。

施工时沉井利用钢刃脚插入土层，工作面不断破土排渣，依靠井壁自重不断下沉，当沉井刃脚达到基岩后，即行封底与壁后注浆固井。

沉井法分类

按井内淹水与否分为不淹水沉井和淹水沉井两种。淹水沉井又分壁后泥浆淹水沉井和壁后施放压气淹水沉井。按井壁下沉动力可分为自重沉井和加载沉井。后者又分为震动沉井和压水沉井。

不淹水沉井在沉井内排水，工人在井底工作面掘进。除井壁在地面浇筑、随掘进随下沉外，其他工序和普通凿井法相同。由于排水造成井内外压力不平衡，下沉深度受到限制，本法不宜在涌水大、流砂层厚的表土层采用。

淹水沉井

特点是：井内淹水，保持井内外压力平衡，可防止涌砂冒泥；壁后灌注减阻介质；掘进与排渣均在水下完成；一般采用水枪或钻机破土、压气排液器排渣。该法工艺较简单，需用设备少,机械化程度高,工人不下井，作业条件好，成本较低，除砾卵石层外，一般均可采用。但由于量测和纠偏技术尚未完全解决，沉井下沉速度和偏斜程度较难掌握，往往影响工期。

壁后泥浆淹水沉井在整个施工过程中保持井筒内淹水水位高于地下水位 1～2m。在沉井壁后环形空间灌注触变泥浆，它是以膨润土为主要原料，加水和化学处理剂（碱、羧甲基纤维素）混合搅拌而成的一种液态减阻材料，其特性是静止时为不易流动的凝胶状态，搅动时变成易于流动的溶胶状态。通过埋设在井壁内的管路，将触变泥浆灌注在沉井壁后的环形空间内，把井壁和地层隔开，借助泥浆柱压力，维护土层稳定，防止塌陷并可在沉井下沉时减少沉井外壁的摩擦阻力。用触变泥浆减阻，经济效益较好；但在恢复井壁与土层的固着力和保证泥浆护壁的可靠性方面，还有待研究改进。

壁后压气淹水沉井在沉井外壁上，按压缩空气可能克服的作用面积，预留气龛，在气龛底部设喷气小孔与井壁内的压气管路相连，构成施放压气的通道。沉井需下沉时，按施工的要求压力依次打开管路阀门，压气由喷气孔喷出,沿井壁外围扩散上升,形成一个空气帷幕，减少周边的摩擦阻力，促使井筒下沉（见图）。该法可控制施放压气的时间，有利于控制井筒偏斜。日本用本法施工，最深沉井达200.3m，偏斜仅为0.1%。沉井法

震动沉井

在预制的薄壁长段井筒上部装有井帽，在其上安置震动机，带动井筒震动，加大井筒的下沉力，并促使井壁四周土壤液化,减少沉井周边的摩擦阻力,加快下沉速度。本法由建桥工程使用的震动管柱法移植而来，自1958年起，在中国淮北矿区用该法相继建成了十多个井筒，优点是机械化程度高，成井速度快，成本低。由于震动机的加载有一定限度，在遇到砾卵石层时，井壁容易断裂，且地面及井筒周围受震动影响，适用条件受到限制。压水沉井加载沉井的另一种形式，在沉井刃脚上增设伞形钢结构底罩,把井筒和刃脚隔开，伞上灌水,增加荷载。伞下作为破土排渣的空间，破土使用五组装在刃脚四周斜面处和伞顶部的固定水枪，泥渣水自伞顶中心的排渣管排出。本法在中国开滦建井工程处首次试用，下沉深度达30.1m。

使用材料

就沉井的使用材料分，有木沉井，砖、石沉井，混凝土沉井，钢筋混凝土沉井和钢沉井等。木沉井用木材较多，现很少采用。砖、石沉井过去多用于中小桥梁。现在常用的是钢筋混凝土沉井，或底节为钢筋混凝土，上节为混凝土的沉井。钢沉井多用于大型工程浮运的沉井。

井壁

沉井的井壁可作成竖直形、台阶形或斜坡形。斜坡形虽可减少周围的摩阻力，但下沉过程中容易倾斜；台阶形便于加高井壁。沉井的内部可根据需要作隔墙，划分成几个取土井，但取土井必须对称设置，以利均衡挖土或纠正偏斜；取土井尺寸，须能容纳机械挖土斗自由上下。如中国九江长江大桥采用圆沉井，直径20米，内设9个井孔，中孔直径5.5米，8个边孔直径3.8米；日本本（州）四（国）联络桥的南北备赞濑户桥7A号墩沉井，桥轴方向长75米，横跨方向59米，高55米，中间设纵横向隔墙，是当前世界大型沉井之一。

沉井下沉

分排水和不排水下沉两种，在软弱土层中须采用不排水下沉，以防涌砂和外周边土坍陷，造成沉井倾斜及位移，必要时采取井内水位略高于井外水位的施工方法。出土机械可使用抓土斗、空气吸泥机、水力吸泥机等。近代各国发展用锚桩及千斤顶将沉井压下的方法。此外，还有用大直径钻机在井底钻挖的方法，如日本在圆形沉井内采用臂式旋转钻机，在硬粘土层内开挖，直径可达11米，由沉井外的电视机反映操作情况及下沉速度。

沉井到达设计标高后，一般用水下混凝土封底。井孔是否填充，应根据受力或稳定要求决定，可填砂石或混凝土，但在低于冻结线0.25米以上的部分,应用混凝土或圬工填实。沉井基础的最后一道工序是灌筑顶盖。

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