沉井與沉箱的定義、特點、用途及應用範圍

2021-01-09 土木智庫

1. 定義

沉井是修築地下結構和深基礎的一種結構形式。是先在地表製作成一個井筒狀的結構物,然後在井壁的圍護下通過從井內不斷挖土,使沉井在自重及上部荷載作用下逐漸下沉,達到設計標高后,再進行封底。

沉箱基礎又稱之氣壓沉箱基礎,它是以氣壓沉箱來修築結(構)築物的一種基礎形式。

建造地下結(構)築物時,在沉箱下部預先構築底板,在沉箱下部形成一個氣密性高的鋼筋混凝土結構工作室,向工作室內注入壓力與刃口處地下水壓力相等的壓縮空氣,使其在無水的環境下進行取土排土,箱體在本身自重以及上部荷載的作用下下沉到指定深度,然後進行封底施工。

2. 特點

(1) 沉井與沉箱整體剛度大,抗震性好;

(2)與地下施工相比更優越,地質適用範圍更廣;

(3)沉井與沉箱結構本身兼作圍護結構,且施工階段不需要對地基作特殊處理,既安全又經濟;

(4)施工對周圍環境影響小,尤其是氣壓沉箱工法,更適用於對土體變形敏感的地區;

3. 用途及適用範圍

沉井與沉箱在工種中的應用已有百餘年的歷史,早在1841年法國工程師特利其爾(Triger)就提出用氣壓沉箱方法施工橋墩,1849 年首次應用成功,1900 年俄國工程師提出用鋼筋混凝土的沉箱。20 世紀 30 年代,莫斯科及西歐的地下隧道、美國的橋梁基礎均相應採用了沉井或沉箱結構。自 20 世紀 50 年代起,我國已將該技術應用於各項工程中,其體積從直徑僅2m 的集水井到巨大的泰州長江大橋中塔沉井(58.4m×44.4m×76m),為使沉井下沉記錄能夠不斷被刷新,各種新型施工技術被開發研製並應用於實際工程中,從最早 1946~1963 年間利用噴射壓縮空氣和觸變泥漿下沉 130m,到江陰長江大橋北錨沉井噴射高壓空氣減阻法下沉,以及振動法下沉技術,上述技術措施的不斷革新都帶來了良好的效果。

氣壓沉箱誕生的初期包括我國過去的沉箱施工也主要是以人工為主,沉箱下部工作空間小、氣壓高、溫度大、噪音大,條件比較艱苦,又比較危險,工作效率低下,由於減壓順序的控制不當容易患較嚴重的職業病(稱為沉箱病)。自進入 20 世紀 60 年代以來,不斷對該工法進行革新和改良,使其進入了無人化、自動化施工的時代,同時在沉箱病的防治上有了新的改進,使得氣壓沉箱這一古老的施工技術得到了新生。2007 年,上海市基礎工程有限公司對我國傳統的氣壓沉箱技術進行集成創新,採用國內自主研發的氣壓沉箱無人化遙控施工系統,通過在沉箱工作室內安裝可遙控操作的自動挖機,地面操作人員通過監視系統遙控操作取土,並通過出土系統將土排出箱外。整個施工過程可實現無人化施工,並將該成套技術成功應用於國內首例遠程遙控氣壓沉箱工程—上海市軌道交通 7 號線浦江南浦站~浦江耀華站區間中間風井施工,取得了顯著的經濟效益與社會效益。

隨著城市地下空間的不斷開發,需要越來越多在密集的建築群中施工,使得在施工中如何確保鄰近地下管線和建築物的安全提出了越來越高的要求。下沉施工工藝的不斷開發和創新,即使在複雜環境下進行施工作業,周圍地表變形也僅趨於微量,故此,沉井(箱)必將以它的優勢在日後的橋梁工程、市政工程給排水工程、隧道工程中得到充分的運用。

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