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【交通土建】你知道架桥时全部是水怎么建桥墩么？了解什么是沉井，沉井施工技术图解

很多小伙伴们都很好奇桥墩下面全是水，那桥墩都是怎么施工的?这里主要介绍桥梁水下施工常用的一种方法——沉井施工,在土层中修筑地下建筑物的方法之一。一般在施工大型桥墩的基坑，污水泵站，大型设备基础，人防掩蔽所，盾构拼装井，地下车道与车站水工基础施工围护装置时使用沉井施工。

一、什么是沉井

1.沉井的定义

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孔，最后成为结构物基础的井筒状结构。沉井在施工期间是一个上无盖、下无底的筒状结构，通常用钢筋混凝土制成,在其井壁的挡土和防水的围护作用下,从井内取土，借其自重使之下沉至设计标高。沉井多用作桥梁墩台或重型工业建筑物的深基础，后来逐渐发展成为利用其内部空间供生产使用或其他用途的地下建筑物。

(锚沉井)

2.沉井基础的特点

(1)埋置深度大，整体性强、稳定性好，承载面积大，承载力高(垂直与水平);

(2)既可作基础，又可作施工时的挡土和挡水围堰结构物;

(3)施工时对邻近建筑物影响较小;

(4)内部空间可进一步利用。

3.应用范围

桥墩、锚碇、矿用竖井、地下泵房、水池、油库、地下设备基础、盾构隧道、顶管的工作井和接收井等。

4.沉井的缺点

(1)施工工期较长;

(2)施工技术要求高;

(3)施工中易发生流砂造成沉井倾斜或下沉困难等。

(大型钢壳沉井)

5.沉井的优点

占地面积小，不需要板桩围护。挖土量小，对邻近建筑的影响比较小，操作简便，无须特殊的专用设备。

二、沉井的构造

1.沉井组成

一般由井壁、刃脚、隔墙、凹槽、封底（包括底板）和顶盖等部分组成。

① 井壁

承受水土压力。沉井的外壁，是沉井的主要部分。它应有足够的强度，以便承受沉井下沉过程中及使用时作用的荷载；同时还要求有足够的重量，使沉井在自重作用下能顺利下沉。厚度0.4～1.2m;

② 刃脚

位于井壁的最下端，多做成有利于切入土中的形状。此外，还要求有一定的强度，以免挠曲或损坏。刃脚下部的水平面称为踏面，其宽度视土质的软硬和井壁重量、厚度而定。宽度10～20cm ，高度约1.5m(湿封底)或0.6m(干封底)，内侧倾角45°～60° ;冲切硬土，减小端部阻力。

③ 内隔墙

为了加强沉井的刚度，或由于使用需要设置隔墙。厚度约0.5m，底面高出井壁刃脚踏面0.5～1m，增加沉井刚度、改善井壁受力条件、挖土均衡，便于纠偏。

④ 井孔

宽度(直径)不宜小于3m，挖土、排土场所和通道。

⑤井壁凹槽

位于刃脚的上方，使混凝土底板能和井壁更好地连接。槽高约1.0m，深度0.15~0.25m，增加封底混凝土、底版与井壁连接。

⑥ 预埋射水管

下沉困难时减阻。

⑦ 封底(底板)/顶盖

作为地下建筑物，在修筑好满足内部使用要求的各种结构后，还要修筑顶盖。

沉井下沉到设计标高后，经检验和坑底清理后浇注的混凝土底版。在沉井底面用素混凝土封底，作地下建筑物的基础，再在凹槽处灌筑钢筋混凝土底板。分为干封和湿封(水下浇灌混凝土)两种。

底梁和框架

2.沉井的截面形式

平面形状有：圆形、矩形、圆端形等井孔的布置方式有：单孔、双孔、多孔。

当不能设置内隔墙而沉井又较大时，常常在沉井底部增设底梁或因沉井过高，常常在沉井不同高度处设置纵横梁构成框架结构。

三、沉井的施工

1.沉井法的施工工艺

沉井法施工方法：

一般可分为制作和下沉两个过程。根据不同情况和条件（如沉井高度、地基承载力、施工机械设备等），沉井可采取一次制作（灌筑）,一次下沉；分段制作、接高，一次下沉；或制作与下沉交替进行。也有在陆上制作，浮运至水中沉放地点后下沉和接高的浮式沉井施工。
　为了将沉井重量扩散到更大的面积上，避免沉井倾斜或不均匀沉降而产生裂缝，对于大型沉井，当表土地基承载力很低时，于制作第一段沉井前，应在地基表面铺设砂垫层，并沿井壁周边刃脚下铺设承垫木。在沉井下沉之前，应分区、依次、对称、同步地将承垫木抽除。
　沉井的下沉方法视沉井所穿过的土层和水文地质条件而定。一般分为排水下沉和不排水下沉两种。当土质透水性很小或涌水量不大时，可采用排水（或不灌水）下沉；在沉井穿过涌水量较大的亚砂土或砂层时，为了防止砂子涌入井中影响施工，则采用不排水（或灌水）下沉。下沉时常采用抓斗或水力机械等方法取土。

沉井法施工的特点

沉井下沉过程中无需设置坑壁支撑或板桩围壁，与明挖法相比，简化了施工；

可就地制作，所需机械设备简单；作为地下建筑使用，其单体造价较低；

主体部分的混凝土在地面上灌筑，质量较易保证，整体刚度亦较大；防水可靠；

且对邻近建筑物的影响较明挖法少。因此在一定场合下，沉井法是一种较好的方案。

沉井法施工分旱地施工沉井与水上施工沉井两种情况

旱地沉井工序

就地制造→挖土下沉→孔底清查→封底→ 充填井孔以及浇注顶板。

水上沉井工序

水深3m~ 4m以内且流速不大时：

水上筑岛→岛上制造→挖土下沉→孔底清查→封底→ 充填井孔以及浇注顶板。

水较深或流速较大时：

岸边制造→牵引滑移或起吊就位→挖土下沉→孔底清查→封底→ 充填井孔以及浇注顶板。

四、沉井基础

1.沉井基础组成及作用

沉井基础是一种竖直的筒形结构，常用混凝土、钢筋混凝土或砖石等制成。

通过在井内挖土，使筒体在自重作用下克服井壁摩阻力下沉至设计高程，经混凝土封底填塞井孔后，使整个筒体成为一个支墩。

特点

(1) 埋深大;

(2) 整体性好;

(3) 承载力高;

(4) 对邻近建筑物影响小;

(5) 充分利用地下空间等特点;

(6) 施工时具有挡水或挡土等作用;

但施工工期较长，沉井下沉遇障或遇流砂等都会给施工带来困难。

沉井基础的应用

工程中，遇到下列情况时考虑采用沉井基础：

(1)荷载较大，表层地基土的承载力小，在一定深度有较好持力层;

(2)在河流中，虽土质较好，但冲刷大或有较大卵石，不便桩基施工;

(3)岩层表面较平坦且覆盖层较薄但河水深，采用扩大基础施工围堰有困难。

(4)在已有的浅基础邻近修建深埋的设备基础时，为避免基坑开挖对已有的基础产生影响等情况。

沉井的分类

1. 按沉井的形状

按沉井的平面形状，常用的沉井形状有：圆形、圆端形、矩形及单孔、多孔沉井;按沉井的剖面形状可分为：

(1)外壁垂直无阶式;

(2)有阶式和外壁倾斜式

2.按沉井的建筑材料，沉井可分为：

(1)混凝土沉井;

(2)钢筋混凝土沉井;

(3)钢沉井;

(4)砖沉井等。

3.按沉井的施工方法，沉井可分为：

(1) 一般沉井是指就地制造并下沉的沉井;

(2) 浮运沉井是在深水地区筑岛有困难或有碍通航时，可在岸边制作沉井,再浮运就位后下沉的沉井。

沉井的基本构造

沉井的轮廓尺寸其上部的墩(台)底部的形状尺寸决定，其长、短边之比应不大于 3。沉井顶面的尺寸通常为墩(台)底部再加0.2m～0.4m的襟边宽度;沉井高度则由上部结构、水文地质和土层承载力等决定，高的沉井要分节制作下沉，底节沉井的高度不宜过高。

(倒虹管沉井)

五、沉井下沉过程中可能遇到的问题及处理方法

沉井在下沉过程中可能出现的问题主要有两类:

(1) 下沉不均匀发生倾斜和位置偏移;

(2) 下沉困难。

发生偏斜的原因大致有这几种：

(1) 土质软硬不均匀;

(2) 挖土不对称;

(3) 刃脚处有障碍物未予清除;

(4) 一侧出现流砂而未得到控制等。

纠偏的方法是

(1) 在沉井下沉多的一侧回填砂石，以阻止继续下沉，在高的一侧集中 挖土;

(2) 在高的一侧配加重物，以加速该侧下沉;如有必要，还可在沉井顶部施加水平力来帮助纠偏。

(3) 如遇中心位置偏移，则应先人为造成沉井倾斜，再均匀取土，使之倾斜下沉，直到沉井中心线到达设计位置后，再行纠偏扶正 。

克服下沉困难主要可以从两方面着手

(1) 增加沉井重量：提前浇筑上一节沉井;在沉井顶部加压;在保证不发生流砂的前提下，抽取井内的水，以减小浮力。

(2) 减小井壁的摩阻力：尽力将井壁外侧制作光滑平整;将井壁设计成台阶式;设置管道，利用高压空气或水的喷射能量来减小摩擦;从管道中喷出触变泥浆，形成泥浆套。