一、沉井基础的受力要求及特点

1.沉井基础的概念

沉井是一个无底无盖的井筒状结构（图1-21），施工时先将沉井预制好就位，然后在井孔内不断除土，井体即可借自重克服外壁与土的摩阻力而不断下沉至设计标高，故称为沉井。经过混凝土封底并填塞井孔以后，便成为桥梁墩台或其他结构物的基础（图1-22）。沉井基础是深基础的一种形式。在桥梁工程中使用的沉井平面尺寸较小，而下沉深度则较大。沉井下沉到设计标高后，井内空腔一般用片石圬工和混凝土等材料填塞。

图1-21 沉井下沉示意图

图1-22 沉井基础

2.沉井基础的特点

沉井基础作为实体基础的一种，具有如下特点：

1）埋置深度可以很大，整体性强、稳定性好，有较大的承载面积，能承受较大的垂直荷载和水平荷载。

2）下沉过程中，沉井作为坑壁围护结构，起挡土、挡水作用。

3）施工中不需要很复杂的机械设备，施工技术也较简单。因此沉井在桥梁工程中得到较为广泛的应用。

沉井基础的缺点是：

1）施工期往往比较长。

2）对饱和细砂、粉砂和亚砂土，井内抽水易发生严重的流砂现象，致使沉井倾斜或挖土下沉无法继续进行。

3）若土层中夹有孤石、树干等障碍物时，将使沉井下沉受阻而很难克服。

3.沉井基础的适用条件

根据经济合理、施工上可能的原则，一般在下列情况，可以采用沉井基础：

1）上部荷载较大，而表层地基土的容许承载力不足，做扩大基础开挖工作量大，以及支撑困难，但在一定深度下有较好的持力层，采用沉井基础与其他基础相比较，经济上较为合理时。

2）在山区河流中，虽然土质较好，但冲刷大，或河中有较大卵石不便桩基础施工时。

3）岩层表面较平坦且覆盖层薄，但河水较深，采用扩大基础施工围堰有困难时。

二、沉井基础的类型

1.按使用材料分类

制作沉井的材料可按下沉的深度、所受荷载的大小，结合就地取材的原则选定。沉井按使用材料的不同可以分为如下类型：

（1）混凝土沉井 混凝土的特点是抗压强度高，抗拉能力低，因此这种沉井宜做成圆形，并适用于下沉深度不大（4～7m）的软土层中，其井壁竖向接缝应设置接缝钢筋。

（2）钢筋混凝土沉井 这种沉井的抗拉及抗压能力较好，下沉深度可以很大（达数十米以上），当下沉深度不是很大时，井壁上部用混凝土，下部（刃脚）用钢筋混凝土的沉井，在桥梁工程中得到较广泛的应用。当沉井平面尺寸较大时，可做成薄壁结构，沉井外壁采用泥浆润滑套，壁后压气等施工辅助措施就地下沉或浮运下沉。此外，钢筋混凝土沉井井壁隔墙可分段（块）预制，工地拼接，做成装配式。

（3）竹筋混凝土沉井 沉井在下沉过程中受力较大，因而需配置钢筋，一旦完工后，它就不承受多大的拉力，因此，在南方产竹地区，可以采用耐久性差但抗拉力好的竹筋代替部分钢筋，我国南昌赣江大桥等曾用这种沉井。在沉井分节接头处及刃脚内仍用钢筋。

（4）钢沉井 用钢材制造沉井，其强度高、重量较轻、易于拼装、宜于做浮运沉井，但用钢量大，国内较少采用。

2.按沉井的平面形状和井孔的布置方式分类

沉井的平面形状应与桥墩、桥台底部的形状相适应。公路桥梁中所采用的沉井，平面形状多为圆端形和矩形，也有采用圆形的。根据井孔的布置方式，又可分为单孔、双孔和多孔，如图1-23所示。

（1）圆形沉井 当墩身是圆形或河流流向不定，桥位与河流主流方向斜交较为严重时，采用圆沉井可减小阻水、冲刷现象。圆形沉井中挖土较容易，没有影响机械抓土的死角部位，易使沉井较均匀地下沉；此外，在侧压力作用下，圆形沉井井壁受力情况好，主要是受压；在截面积和入土深度相同的条件下，与其他形状沉井比较，其周长最小，故下沉摩阻力较小。但墩台底面形状多为圆端形或矩形，故圆沉井的适应性较差。

图1-23 沉井平面形状

a）单孔沉井 b）双孔沉井 c）多孔沉井

（2）矩形沉井 矩形沉井对墩台底面形状的适应性较好，模板制作、安装都较简单。但采用不排水下沉时，边角部位的土不易挖除，容易使沉井因挖土不均匀而造成下沉倾斜的现象；与圆沉井比较，井壁受力条件较差，存在较大的剪力与弯矩，故井壁跨度受到限制；矩形沉井有较大的阻水特性，故在下沉过程中易使河床受到较大的局部冲刷。此外，在下沉中侧壁摩擦阻力也较大。

（3）圆端形沉井 这种沉井能更好地与桥墩平面形状相适应，故用得较多。除模板制作较复杂一些外，其优缺点介于前两种沉井之间，较接近于矩形沉井。(www.daowen.com)

沉井的平面尺寸应根据墩台底面尺寸、地基土的承载力及施工要求确定。沉井棱角处宜做成圆角或钝角，顶面襟边宽度应根据沉井施工容许偏差而定，不应小于沉井全高的1/50，且不应小于0.2m，浮式沉井另加0.2m。沉井顶部需设置围堰时，其襟边宽度应满足安装墩台身模板的需要。

对于平面尺寸较大的沉井，可在沉井中设隔墙，使沉井由单孔变成双孔或多孔，井孔的最小尺寸应视取土机具而定，一般不宜小于2.5m。

3.按沉井的立面形状分类

按沉井的立面形状可分为竖直式、倾斜式及台阶式等（见图1-24）。采用何种形式应视沉井通过的土层性质和下沉深度而定。

图1-24 沉井立面形式

a）外壁竖直无台阶式 b）台阶式 c）外壁倾斜式

（1）外壁竖直式沉井 竖直式沉井在下沉过程中对沉井周围的土体的扰动较小，可以减少沉井周围的土方的坍塌，当沉井周围有构造物时，这一点就很重要。另外这种沉井不易倾斜，井壁接长较简单，模板可重复使用。故当土质较松软，沉井下沉深度不大，可以采用这种沉井。

（2）倾斜式和台阶式沉井 倾斜式和台阶式沉井的井壁可以减少土与井壁的摩阻力，其缺点是施工较复杂，消耗模板多，同时沉井下沉过程中容易发生倾斜。故在土质较密实，沉井下沉深度大，要求在不增加沉井本身重量的情况下沉至设计标高，可采用这类沉井。

倾斜式的沉井井壁坡度一般为1∶20～1∶50，台阶式井壁的台阶宽度约为100～200mm。

4.按沉井的施工方法分类

按沉井的施工方法分为一般沉井和浮运沉井。

（1）一般沉井 指就地制造下沉的沉井，这种沉井是在基础设计的位置上制造，然后挖土靠沉井自重下沉。如基础位置在水中，需先在水中筑岛，再在岛上筑井下沉。

（2）浮运沉井 在深水地区筑岛有困难或不经济，或有碍通航，当河流流速不大时，可采用岸边浇筑浮运就位下沉的方法，这类沉井称为浮运沉井或浮式沉井。

三、沉井基础的构造

一般沉井主要由井壁、刃脚、隔墙、井孔、凹槽、射水管、封底和盖板等组成（图1-25）。

（1）井壁 井壁是沉井的主体部分，在下沉过程中起到挡土、挡水作用，并且利用本身重量克服井壁与土之间的摩阻力而使沉井下沉，当施工完成后，它就成为基础的一部分而将上部荷载传递到地基。因此井壁必须有足够的结构强度。

一般要根据施工时的受力条件，在井壁内配以竖向和水平向的受力钢筋。如受力不大，经计算也允许用部分竹筋代替钢筋。水平钢筋不宜在井壁转角处有接头。浇筑沉井的混凝土标号不应低于C20。

为了满足重量要求，井壁应有足够厚度，一般为0.8～1.5m，以便绑扎钢筋和浇筑混凝土，但钢筋混凝土薄壁浮运沉井及钢模薄壁浮运沉井的壁厚不受此限制。

对于薄壁钢筋混凝土沉井应采取措施降低沉井下沉时的摩阻力。井壁厚度，应通过认真计算确定。

（2）刃脚 沉井井壁下端形如刀刃状的部分称为刃脚，如图1-26所示。在沉井自重作用下易于切土下沉，同时起支承沉井作用。它是应力最集中的地方，必须有足够的强度，不宜采用混凝土结构。

根据地质情况可采用尖刃脚或带踏面刃脚。刃脚底面（踏面）宽度一般为0.1～0.2m，对软土地基可适当放宽。下沉深度大，且土质较硬时，刃脚底面应以型钢（角钢或槽钢）加强，以防刃脚损坏。刃脚内侧斜面与水平面的夹角应大于45°。刃脚高度视井壁厚度、便于抽除垫木而定，一般在1.0m以上。由于刃脚在沉井下沉过程中受力较集中，需采用C25以上混凝土制成。

图1-25 沉井结构示意图

1—井壁 2—刃脚 3—隔墙 4—井孔 5—凹槽 6—射水管 7—盖板 8—封底

图1-26 刃角构造（单位：m）

（3）隔墙 当沉井的长宽尺寸较大时，应在沉井内设置隔墙，以加强沉井的刚度，使井壁的挠曲应力减小。因其不承受土压力，厚度一般小于井壁。

在软土或淤泥质土中下沉时，沉井内隔墙底面比刃脚底面至少应高出0.5m，避免沉井突然下沉或下沉速度过快。但在硬土或砂土层中下沉时，为防止隔墙底面受土的阻碍，隔墙底面高出刃脚踏面1.0～1.5m。也可在刃脚与隔墙连接处设置埂肋加强刃脚与隔墙的连结。如为人工挖土，在隔墙下端应设置过人孔，便于工作人员在井孔间往来。

（4）井孔 是挖土排土的工作场所和通道。井孔尺寸应满足施工要求，最小尺寸应视取土机具而定，宽度（直径）一般不宜小于2.5m。井孔布置应对称于沉井中心轴，便于对称挖土使沉井均匀下沉。

（5）凹槽 设在井孔下端近刃脚处，其作用是使封底混凝土与井壁有较好的接合，封底混凝土底面的反力更好的传给井壁（如井孔全部填实的实心沉井也可不设凹槽）。凹槽深度约0.15～0.25m，高约1.0m。

（6）射水管 沉井下沉深度大，穿过的土质又较好，估计下沉会产生困难时，可在井壁中预埋射水管组。射水管应均匀布置，以利于控制水压和水量来调整下沉方向。一般水压不小于600kPa。

（7）封底和盖板 沉井沉至设计标高进行清基后，便浇筑封底混凝土。混凝土达到设计强度后，可从井孔中抽干水并填满混凝土或其他圬工材料。如井孔中不填料或仅填以砂砾，则须在沉井顶面筑钢筋混凝土盖板。

封底混凝土底面承受地基土和水的反力，这就要求封底混凝土有一定的厚度（可由应力验算决定），其厚度根据经验也可取不小于井孔最小边长的1.5倍。封底混凝土顶面应高出刃脚根部不小于0.5m，并浇灌到凹槽上端。封底混凝土标号对岩石地基不低于C20，非岩石地基用C25。盖板厚度一般为1.5～2.0m。井孔中充填的混凝土，其标号不应低于C15号。