12-9 沉井
沉井是修建深基础地下深构筑物的主要基础类型．它是在地面或地坑上，先制作幵口钢筋混凝土筒身，待筒身达到一定强度后，在井筒內分层挖土，运土，随着井內土面逐渐降低，沉井筒身借其自重克服与土壁之间的摩阻力，不断下沉，就位的一种深基或地下工程施工工艺。
沉井结构具有以下特点:沉井结构截面尺寸和刚度大，承载力高，抗渗，耐久性好，內部空间可资利用，可用于很大深度的地下工程施工中，深度可达50米;施工不需复杂的机具设备，在排水和不排水情况下均能施工;可用于各种复杂的地形，地质条件，可在场地狭窄条件下施工，对邻近建筑物构筑物影响较小，甚至不受影响;当沉井尺寸较大，在制作和下沉时，均能使用机械化施工;比大幵挖施工，可大大减少挖、运、回填的土方量，因此可加快施工进度，降低施工费用。沉井施工法存在的问题是:施工工序较多，施工工艺较为复杂，技朮要求高，质量控制要求严。本法适用于工业建筑的深坑(料坑、料车坑、铁皮坑、井式炉、翻车机室)、地下室、水泵房、设备深基础、桥墩码头等工程，并可在松软、不稳定含水土层、人工填土、粘土层、砂土、砂卵石等地基中应用。一般讲，在施工场地复杂，邻近有铁路、房屋、地下构筑物等陪碍物时，应用最为合理经济。
12一9一1沉井的类型
沉井的类型繁多.按其制成材料分.有混凝土，钢筋混凝土，砖，石等多种，在建筑工程中应用最多的 为钢筋混凝土沉井;按平面形狀分，有圆形，方形，矩形及多边形等(图12-139a)，由于圆形沉井制造简单，易于控制下沉位置，受力(土压，水灰压)性能較好，使用最多。工业建筑中，由于工艺要求，则以釆用对称截面的矩形沉井较多，由一个(排)或多个(排)井孔组成。沉井剖面形式有圆筒形，锥形及阶梯形等(图12一139b)。为减少下沉摩阻力，刃脚外缘常设20一30毫米的间隙，井壁表面作成1/1000的坡庹。
12-9-2 施工准备 1.勘察地质
在沉井施工地点钻探，了解该处地质(包括土的力学指标，休止角，摩擦系数，地质构造，分层情况等)和地下水文情况，以及地下埋设物障碍物等情况，绘制地质剖面图，为制定沉井施工方案提供可靠的技朮依据;
2.编制施工方案
根据工程结构特点，地质水文情况，施工设备条件，技朮的可能性，编制切实可行的施工方案或施工技朮措施，以指导施工:
3.整平场地
整平场地至要求标高，按施工要求拆迁沉井周围上的破坏棱体范围內的地上障碍物，如房屋，电线杆，树木及其它设施，清除地面下3米以內的地下埋设物，如管道，电缆线路及基础，设备基础，人防设施等。
4.修建临时设施
按施工总平面图布置，修建临时设施，修筑道路，排水沟截水沟，安装临时水电，风管道线路，安设施工设备，并试水试电试运转。
5.布设测量控制网
按设计总图和沉井平面布置要求设置测量控制网和水准基点，进行定位放线，定出沉井中心轴线和基坑轮廓线，作为沉井制作和下沉定位的依据。在原有建筑物附近下沉的沉井，应在原建筑物上设置沉降观测点，定期进行沉降观测;
6.技朮交底
使施工人员了解并熟悉工程结构，地质和水文情况，沉井制作和下沉施工技朮要点，安全措施，质量要求，以及可能遇到的各種问题和处理方法。
12-9-3 沉井施工程序
平整场地 一测量放线一開挖基坑一铺砂垫层和垫木或砌刃角砖座一况井制作一布设降水井点或挖排水沟，集水井一抽出垫木一封底一浇筑底板混凝土一施工內隔墙梁板頂板及輔助设施。
12-9-4 .沉井的制作 1.制作順序
场地整平一放线一挖土3~4米深一夯实基底一抄平放线验线一铺砂垫层一垫木或挖刃角土模一安设刃角铁件，绑钢筋一支刃角、井身模板一浇筑混凝土一养护、拆模一外围围槽灌砂一抽出垫木或拆砖座。
2.地基处理和筑岛
在松软地基上进行沉井制作，应先对地基进行处理，以防止由于地基不均勻沉降引起井身裂缝。处理方法，一般釆用砂，砂砾碎石灰土垫层，用打夯机夯实或機械碾压等措施使密实。
如沉井在浅水(水深小于5米)地段下沉，可填筑人工岛制作沉井，岛面应高出施工期的最高水位0.5米以上，四周留出护道，其宽度:当有围堰时，下得小于1.5米;无围堰时，不得小于2.0米，如图12-140所示。
筑岛材料应用低压缩性的中砂、粗砂、砾石，不得用粘性土，细砂、淤泥、泥炭等，也不宜釆用大快石、砾石。如水流速度超过表12－88所列数值时、须在边坡用草袋背堆筑或用其他方法防护。当水深在1.5米，流速在0.5m/S以內时，亦可直接用土填筑，而不用设置围堰。
筑岛土料什与容许流速表12－88
沉井制作下部刃脚的支设，可视沉井重、量、施工荷载和地基承载力等情况，釆用垫架法、半垫架法、砖垫座或土底模。较大较重的沉井，在较软弱地基上制作，常采用垫架或半垫架法(图12－14)。垫架的作用是:(1)使地基均匀承受沉井重量，使其在混凝土浇筑过程中不会产生突然下沉，而使刃脚裂缝破坏其结构;(2)保持沉井位置不致倾斜，便于调整;(3)便于支撑和拆除模板。釆用支垫架法施工，应计算一浇筑高度，使其不超过地基地耐力。直径(或边长)在8m以內的较轻沉井，当土质较好时，可采用砖垫座(12－142)，沿周长分成6~8段，中间留2Omm空隙，以便拆除; 砖砌刃脚垫座砌筑应保証刃脚设计要求的刃脚踏面宽度，砖刃脚强度及底面宽度应能抵抗刃脚斜面混凝土的水平推力作用而保持稳定 ;砖模內壁应用1:3水泥砂浆抹平。重量较轻的小型沉井，土质好时，可采用砂垫层、灰土垫层或在地基中挖槽作成土模(12－143)，其內壁用1:3水泥砂浆抹平。
采用垫架(或半垫架)法，先在刃脚处铺设砂垫层，再在其上铺承垫木和垫架，垫木常用16CmX22Cm枕木，垫架数量根据第一节沉井的重量和地基(或砂垫层)的容许承载力计算确定，间距－般为0.5~1.0m。垫架铺设应对称，－般先设8組定位垫架，每组由2~3个垫架组成，矩形沉井常设4组定位垫架，其位置在长边两端0.15L(L为长边边长)，在其中间支设－般垫架，垫架应垂直井壁铺设。圆形沉井沿沉井刃脚圆弧部分对准圆心铺设。在垫木上支设刃脚、井壁模板。铺设垫木应使顶面保持在同一平面上，用水准仪找平，使高差在10mm以內，并在垫木间用砂填实，垫木中心线应与刃脚中心线重合;垫木埋深为其厚度的－半，在垫架内设排水沟。
当地基承载力较低，经计算垫架需用量较多，铺设过密时，应在垫木下设砂垫层加固，以减少垫架数量，将沉井的重量扩散到更大面积上，避免制作中发生不均匀沉降，使易于找平，便于铺设垫木和抽除。
4.井壁制作 (1)制作方式
沉井制作方法－般有:1)在修建构筑物地面上制作。适用于地下水位高.和净允许情况;2)人工筑岛制作。适于在浅水中制作;3)在基坑中制作。适于地下水位低、净空不高的情况，可减少下沉深度、摩阻力及作业面高度。可根据不同的情况选用，使用较多的是在基坑中制作。
釆取在基坑中制作，基坑应比沉井宽2~3m，四周设排水沟、集水井，使地下水位降至比基坑底面低0.5m，挖出之土方在周围筑堤挡水，要求护堤宽不少于2m，如图12－144。
按施工流程又有:－次制作－次下沉;分节制作，－次下沉;或分次制作，制作与下沉交替进行等方式。后者往返交替，较费工时，可根据不同情况和条件釆用。通常如沉井过高，常常不够稳定，下沉时易倾斜，－般高度大于12m时，宜分节制作;在沉井下沉过程中或在井筒下沉各个阶段间歇时间，继续加高井筒。
(2)模板支设
井壁模板釆用钢组合式定型模板或木定型模板组装而成。釆用木模时，外模靠混凝土一面刨光，涂脫模剂两度。沉井支模可先支井体内模，－次支到比施工缝略高100mm处，竖缝处用90mmX90mm方木支撐在内部脚手架上，外模亦一次支到施工缝略高100mm处，坚缝处亦用木方或脚手钢管杆以Φ16mm拉紧螺栓紧固(图12－145)，间距600mm，有防渗要求的，在螺栓中间设止水板。圆形沉井，每隔1.8m设－道Φ20mm钢丝绳箍紧，同时再设适当斜支撑支顶于基坑壁及外部脚手架上，在外模每隔1.5m水平方向设一300mmX600mm浇筑口，沿高度方向在距刃脚底部1.5m处亦应设置一道。在上下节水平缝处设企口缝或钢板止水带。模板间缝隙刮腻子，模板与已浇筑砼接触处垫50mm宽－泡沫塑料带，防止漏浆．第一节沉井筒壁应按设计尺寸周边加大10~15mm，第二节相应缩小－些，以减少下沉摩阻力。当沉井内有隔墙与井壁同时浇筑时，隔墙比刃脚高，施工时需在隔墙下立排架或用砂堤支设底模（图12-146）。对高度15米以上的大沉井，亦可采用滑模方法制作。
（3）钢筋绑扎
沉井钢筋可用吊车垂直吊装就位，用人工绑扎，或在沉井近旁预先绑扎钢筋骨架或网片，用吊车进行大块安装（图12-147）。竖筋可一次绑好，水平筋分段绑扎，与前一节井壁连接处伸出的钢筋采用焊接连接方法，接头错开1/4，以保证钢筋位置和保护层正确。内外钢筋之间要加设φ14mm钢筋铁码，每1.5m不少于一个。钢筋用挂线法控制垂直度，用水平仪测量并控制水平度，用木卡尺控制间距，用水泥砂浆垫块控制保护层。沉井内隔墙可采取与井壁同时浇筑或在井壁与内隔墙连接部位预留插筋，下沉完后，再施工隔墙。
（4）混凝土浇筑
沉井混凝土浇筑可采取以下几种方式：
1）沿沉井周围搭设脚手平台，用15m皮带运输机将混凝土送到脚手平台上，用手推车沿沉井通过串筒分布均匀的浇注；
2）用翻斗汽车运送混凝土，塔式或履带式起重机吊混凝土振动吊斗，通过漏斗、串筒沿井壁作均匀浇注；
3）在沉井上部搭设脚手平台，用1t机动翻斗车运送混凝土直接沿井壁均匀浇注；
4）用混凝土运输搅拌车运送混凝土，混凝土泵车沿沉井周围进行分布均匀的浇注，每层厚500mm。 浇筑混凝土应注意以下事项：
1）应将沉井分成若干段同时对称均匀分层浇筑，每层厚30cm，以避免造成地基不均匀下沉或产生倾斜；
2）混凝土应一次连续浇筑完成，第一节混凝土强度达到70%始可浇筑第二节；
3）井壁有抗渗要求时，上下节井壁的接缝应设置凸形水平缝，接缝处凿毛并冲洗处理后，再继续浇筑下一节，并在浇筑前先浇一层减半石子混凝土；
4）前一节下沉应为后一节混凝土浇筑工作预留0.5~1.0m高度，以便操作；
5）混凝土可采用自然养护。为加快拆模下沉，冬季可在混凝土中掺加抗冻早强剂或用防雨帆布悬挂于模板外侧，使之成密闭气罩，通蒸汽加热养护。
5.制作质量要求
沉井外壁应平滑，砖石砌筑的沉静外表应抹一层水泥砂浆。制作允许偏差见表12-89 12-9-5 沉井下沉方法 12-9-5-1 下沉准备工作与验算
下沉前应进行结构外观检查；检查混凝土强度、抗渗等级并根据勘测报告计算极限承载力，计算沉井下沉的分段摩阻力及分段的下沉系数，作为判断每个阶段可否下沉、是否会出现突沉，以及确定下沉方法及采取措施的依据。当沉井高度不大时，应尽量采取一次制作下沉，以简化施工程序，缩短作业时间。当沉井高度和重量都大，重心高，如地基处理不好，操作控制不严，在下沉前很容易产生倾斜，顾宜采取分节制作。每节制作高度的确定，应保证地基及其自身稳定好，并有适当重量使其顺利下沉，一般每节高度以7~8米为宜。
沉井下沉应具有一定强度，第一节混凝土或砌体砂浆达到设计强度的100%，其上各节达到70%以后，方可开始下沉。
沉井下沉必须克服井壁与土间的摩擦力和地层刃脚的反力，采取不排水下沉，尚应克服水的浮力。沉井制作在拟定高度后，下沉前，应验算下沉系数，可按下式验算（图12-148）
沉井采取分节制作和分节下沉时，其下沉系数应分段计算。下沉系数通常用1.15~1.25以上，以保证顺利下沉。当不能满足要求时，可采取在基坑中制作，减少下沉深度，或在井壁顶部堆放钢、铁、沙石等材料增加附加荷重；或在井壁与土壁间注入触变泥浆，以减少下沉的摩擦力等措施。当下沉系数较大，可沿井壁外周回填相应的土方，增大摩擦力。
12-9-5-2 垫架、排架的拆除
垫架的拆除，对大型沉井混凝土应达到设计强度的100%，小型沉井达到70%始可拆除。抽除刃脚下的垫架（垫木或砖垫座）应分区、分组、依次、对、同步地进行。抽除次序：圆形沉井挖先抽一般承垫架，后拆除定位垫架；矩形沉井先抽内隔墙下垫架，再分组对称地抽除外墙量短边下的垫架，然后抽除长边下一般垫架，最后同时抽出定位垫架。抽除方法是将垫木底部的土挖去，利用绞磨或推土机、拖拉机将相对垫木抽出。每抽出一根垫木后，刃脚下应立即用砂石、卵石或砂砾填实，在刃脚内外侧应填筑成适当高度的小土堤，并分层夯实使下沉重量传给垫层（图12-149）。抽除时要加强观测，注意下沉是否均匀，隔墙木排架拆除后的空穴部分用草袋装砂回填（图12-150）。
12-9-5-3 井壁孔洞处理
沉井壁中有时预留有与地下廊道、地沟、管道、进水窗等连接的孔洞，为避免下沉时泥土和地下水大量涌入井内，影响施工操作，另外，较大空洞，还会造成沉井每边重量不等，影响重心偏移，易使沉井产生倾斜，在下沉前必须进行处理。对较大孔洞,可在制作时在洞口预埋钢框、螺栓、用钢板、方木封闭，中填与孔洞混凝土重量相等的砂石或铁块配重（图12-151a、b）。对进水窗则采取一次做好，内侧用钢板封闭（图12-151c）。沉井封底后拆除封闭钢板、挡木等。
12-9-5-4 下沉方案的选择