基本信息
學科：坑探工程
詞目：沉井法
英文：open-caisson method
簡介
在地面下沉預製井筒的施工方法。在井口位置，預製好沉井刃腳和一段井壁，邊掘邊沉,再在地面澆築,接長井壁，繼續下沉。此法開始多用於水利工程，工藝簡單，通常採用磚井壁，人工挖掘，自重下沉。沉井深度一般僅20m左右。1839年法國創造了壓氣沉井法,因下沉深度有限，並有損工人健康，到20世紀50年代漸被淘汰。1894年德國創造了淹水沉井法。1944年日本向沉井壁後施放壓縮空氣，減少井壁與土層的摩擦阻力獲得成功。1952年匈牙利和瑞士創造了觸變泥漿液體減阻的新方法。中國於1958年創造了震動沉井法；1969年起採用壁後泥漿淹水沉井，建成了30多個井筒，最深井達192.5m。
沉井結構
由套井、井壁和刃腳三部分組成。套井(即鎖口)是靠近地表預先作好的一段大於沉井外徑1.5m左右的井筒，用以保護井口，安設導向裝置和貯存減阻材料。沉井井壁就是井筒的永久井壁，應有足夠的強度，並滿足下沉所需的重量。一般為鋼筋混凝土結構，壁厚1m左右，隨沉井下沉不斷在井口澆築接長。刃腳位於沉井井壁最下端，多用鋼材製造，刃尖角通常為 30°，刃腳高3m，刃腳外半徑比井壁外半徑大100～300mm，以便下沉後在井壁四周形成一個環形空間。
沉井法施工時沉井利用鋼刃腳插入土層，工作面不斷破土排渣，依靠井壁自重不斷下沉，當沉井刃腳達到基岩後，即行封底與壁後注漿固井。
沉井法分類
按井內淹水與否分為不淹水沉井和淹水沉井兩種。淹水沉井又分壁後泥漿淹水沉井和壁後施放壓氣淹水沉井。按井壁下沉動力可分為自重沉井和載入沉井。後者又分為震動沉井和壓水沉井。
不淹水沉井 在沉井內排水，工人在井底工作面掘進。除井壁在地面澆築、隨掘進隨下沉外，其他工序和普通鑿井法相同。由於排水造成井內外壓力不平衡，下沉深度受到限制，本法不宜在湧水大、流砂層厚的表土層採用。
淹水沉井
特點是：井內淹水，保持井內外壓力平衡，可防止涌砂冒泥；壁後灌注減阻介質；掘進與排渣均在水下完成；一般採用水槍或鑽機破土、壓氣排液器排渣。該法工藝較簡單，需用設備少,機械化程度高,工人不下井，作業條件好，成本較低，除礫卵石層外，一般均可採用。但由於量測和糾偏技術尚未完全解決，沉井下沉速度和偏斜程度較難掌握，往往影響工期。
壁後泥漿淹水沉井 在整個施工過程中保持井筒內淹水水位高於地下水位 1～2m。在沉井壁後環形空間灌注觸變泥漿，它是以膨潤土為主要原料，加水和化學處理劑（鹼、羧甲基纖維素）混合攪拌而成的一種液態減阻材料，其特性是靜止時為不易流動的凝膠狀態，攪動時變成易於流動的溶膠狀態。通過埋設在井壁內的管路，將觸變泥漿灌注在沉井壁後的環形空間內，把井壁和地層隔開，藉助泥漿柱壓力，維護土層穩定，防止塌陷並可在沉井下沉時減少沉井外壁的摩擦阻力。用觸變泥漿減阻，經濟效益較好；但在恢復井壁與土層的固著力和保證泥漿護壁的可靠性方面，還有待研究改進。
壁後壓氣淹水沉井 在沉井外壁上，按壓縮空氣可能克服的作用面積，預留氣龕，在氣龕底部設噴氣小孔與井壁內的壓氣管路相連，構成施放壓氣的通道。沉井需下沉時，按施工的要求壓力依次打開管路閥門，壓氣由噴氣孔噴出,沿井壁外圍擴散上升,形成一個空氣帷幕，減少周邊的摩擦阻力，促使井筒下沉（見圖）。該法可控制施放壓氣的時間，有利於控制井筒偏斜。日本用本法施工，最深沉井達200.3m，偏斜僅為0.1%。 沉井法
震動沉井
沉井法在預製的薄壁長段井筒上部裝有井帽，在其上安置震動機，帶動井筒震動，加大井筒的下沉力，並促使井壁四周土壤液化,減少沉井周邊的摩擦阻力,加快下沉速度。本法由建橋工程使用的震動管柱法移植而來，自1958年起，在中國淮北礦區用該法相繼建成了十多個井筒，優點是機械化程度高，成井速度快，成本低。由於震動機的載入有一定限度，在遇到礫卵石層時，井壁容易斷裂，且地面及井筒周圍受震動影響，適用條件受到限制。壓水沉井 載入沉井的另一種形式，在沉井刃腳上增設傘形鋼結構底罩,把井筒和刃腳隔開，傘上灌水,增加荷載。傘下作為破土排渣的空間，破土使用五組裝在刃腳四周斜面處和傘頂部的固定水槍，泥渣水自傘頂中心的排渣管排出。本法在中國開灤建井工程處首次試用，下沉深度達30.1m。
使用材料
就沉井的使用材料分，有木沉井，磚、石沉井，混凝土沉井，鋼筋混凝土沉井和鋼沉井等。木沉井用木材較多，現很少採用。磚、石沉井過去多用於中小橋樑。現在常用的是鋼筋混凝土沉井，或底節為鋼筋混凝土，上節為混凝土的沉井。鋼沉井多用於大型工程浮運的沉井。
井壁
沉井的井壁可作成豎直形、台階形或斜坡形。斜坡形雖可減少周圍的摩阻力，但下沉過程中容易傾斜；台階形便於加高井壁。沉井的內部可根據需要作隔牆，劃分成幾個取土井，但取土井必須對稱設定，以利均衡挖土或糾正偏斜；取土井尺寸，須能容納機械挖土斗自由上下。如中國九江長江大橋採用圓沉井，直徑20米，內設9個井孔，中孔直徑5.5米，8個邊孔直徑3.8米；日本本（州）四（國）聯絡橋的南北備贊瀨戶橋7A號墩沉井，橋軸方向長75米，橫跨方向59米，高55米，中間設縱橫向隔牆，是當前世界大型沉井之一。
沉井下沉
分排水和不排水下沉兩種，在軟弱土層中須採用不排水下沉，以防涌砂和外周邊土坍陷，造成沉井傾斜及位移，必要時採取井內水位略高於井外水位的施工方法。出土機械可使用抓土斗、空氣吸泥機、水力吸泥機等。近代各國發展用錨樁及千斤頂將沉井壓下的方法。此外，還有用大直徑鑽機在井底鑽挖的方法，如日本在圓形沉井內採用臂式旋轉鑽機，在硬粘土層內開挖，直徑可達11米，由沉井外的電視機反映操作情況及下沉速度。
沉井到達設計標高后，一般用水下混凝土封底。井孔是否填充，應根據受力或穩定要求決定，可填砂石或混凝土，但在低於凍結線0.25米以上的部分,套用混凝土或圬工填實。沉井基礎的最後一道工序是灌築頂蓋。
