沉井是修筑深基础和地下构筑物常用的一种工艺，主要方法是先在地面或基坑内制作开口的钢筋混凝土井身，待其达到规定强度后，在井身内部分层挖土并运出井外，随着挖土和土面的降低，沉井井身依靠自重或在其他措施协助下克服与土壁间的摩阻力和刃脚反力，不断下沉，直至设计标高就位，然后进行封底。
工艺优点是：可在场地狭窄情况下施工较深（可达50余米）的地下工程，且对周围环境影响较小；可在地质、水文条件复杂地区施工；施工不需复杂的机具设备；与大开挖相比，可减少挖、运和回填的土方量。
沉井施工考虑的主要因素包括：（1）根据沉井所处地区的地质水文条件决定沉井是否采取排水施工，并根据渗水量考虑降水方式（井点降水、深井降水等）（2）根据第一节沉井的自重和土质承载力情况确定井身分节及每节的高度；刃角支支设方式（垫架、半垫架、无垫架等）。（3）封底混凝土的厚度计算等。沉井施工的优势已越来越受到广大的重视，如占地面积小，不需要基坑维护，技术上比较稳妥可靠；与大开挖相比挖土量少，能节省投资；无需特殊的专业设备，且操作简便；在各类地下构筑物中沉井结构又可作为地下构筑物的维护结构，沉井内部空间亦可得到充分利用。
近年来，随着施工技术和施工机械的不断革新，沉井得到了更加广泛的应用和发展。但在城市建筑密集区，因其对周围环境影响较大，限制了其应有的优势，故只有研究其对周边环境的影响究竟有多大，能否减小其的影响范围，是我们讨论的主要问题。
一、沉井下沉对周围土体扰动破坏原因分析
当沉井下沉到实线位置时，右侧井外土体由于右井壁的右倾而受到挤压，出现被动应力状态，在土体内就产生内破裂面，土体就有可能沿着内破裂面被向上挤出。而在左侧，由于左井壁随着沉井的右倾而使土体出现主动应力状态，也在土体内产生内破裂面，土体就有可能沿着内破裂面下滑。
当沉井被纠偏而下沉到虚线位置时，右侧土体又转而出现主动应力状态，也产生另一条内破裂面。左侧土体反倒出现被动应力状态，同时也产生另一条内破裂面。
内破裂面是由于土体抗剪强度遭受破坏而形成的。
沉井从一开始下沉直到终沉至设计标高，在沉井的外侧土体内就会出现自上而下无数条内破裂面，这些无数条的内裂面将井外周一定范围内的土体剪切破坏，使土体变得松散，抗剪强度大大削弱。
其外，由于井壁外表面粗糙，下沉过程中也会给井外土体很大的摩擦力，向下拖拽井外土体一起下沉，同样也会造成井外一定范围土体的结构破坏。紧贴井壁外的一圈土体明显凹陷就是证明。
通过上面的分析，可以看出井外土体的破坏主要是由于沉井下沉时井外土体自始至终交错出现主动和被动极限应力状态以及沉井拖拽土体的摩擦力所造成的。
除以上主要原因外，影响因素还有以下几点：
1、在沉井下沉时，除应力的作用外，还由于地下水的渗流作用，使土大量随水涌入井内，对于粉细砂而言，还会产生流砂现象。
2、在下沉过程中，由于倾斜、位移和纠偏，使井外土体松动，以及一些沉井结构为了减少井壁与土之间的摩擦力，立面形状设计为下大上小等情况，这些原因都促成了沉井周围土体破坏和坍塌。
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3、沉井下沉后期，由于下沉系数减小，下沉力接近于摩阻力，这时须用人工掏挖刃脚才能使沉井下沉，因为刃脚不再埋入土层中，所以增加了井外泥砂涌入井内的数量，这也是造成周围地面塌陷的原因之一。
二、影响范围的探讨
沉井下沉过程中对周围的影响范围大小，主要与以下情况有关：
1、在沉井下沉过程中自始至终注意及时纠偏，偏斜一直较小，下沉也比较平稳顺利，影响范围就小，反之影响范围就大。
2、沉井下沉深度越深，影响范围也随之增大。
3、同样下沉深度的沉井，平面尺寸大的沉井，下沉较易控制，影响范围就小，而平面尺寸小或扁长形的沉井，下沉不易控制，影响范围就大些。
4、采用触变泥浆套的沉井，由于泥浆套的侧压支撑作用，下沉影响范围小，采用水下下沉的沉井，由于下沉速度慢，比较平稳，下沉影响范围也小些。
5、采用在井外四周不间断回填土填平凹陷处的办法，也可以减小影响范围。
6、突然下沉和井内发生流砂管涌，都可能使影响范围扩大。
7、井外实行井点降水措施时，由于土体的排水固结作用，影响范围加大。
8、在外井壁面有台阶的沉井比外井壁是一平直面的沉井，影响范围要大些。
三、减少沉井对周围环境影响的措施
沉井下沉对四周土体的破坏是不可能完全避免的，但经过我们以上的分析，还是可以采取相应的措施尽量减少塌陷范围的。
1、沉井下沉过程中始终坚持“以纠偏为主，以下沉为辅”的纠偏原则，使沉井偏斜幅度得到有效控制，可以缩小对周围土体的影响范围。
2、沉井下沉过程中始终不断地在井壁外侧凹陷处回填土，可以阻止凹陷范围扩大，缩小影响范围。特别对四周不均匀塌陷更应该注意，以免由于沉井四周土压力不均匀，而引起沉井发生过大的倾斜。
3、增大沉井的下沉系数，在软土中下沉沉井时，可使沉井刃脚埋入土中1.5~3.0m，以阻碍土体从井外向井内涌入，这样对稳定井外的土体有利。
4、在粉、细砂土层中下沉沉井时，为避免产生管涌现象和流砂大量流入井内，应尽量避免采用从井内明排水施工，一般可改用由潜水员配合的不排水下沉。在邻近没有永久建筑时，也可采用喷射井点或深井降水等措施。
5、下沉塌陷范围内不允许堆载，如果有堆载会加剧塌陷。
6、采用触变泥浆套下沉，是个很好的措施，可以维持井壁外土体的稳定，对缩小影响范围有很的好处。
总之，正是由于沉井下沉过程对周围土体有一定的影响范围，因此也限制了沉井在密集建筑群中既作为基坑维护结构又作为地下结构主体的应用。但是我们认识了沉井对周围环境影响的原因和过程，就可以有针对性地采取措施限制和减小其影响范围，从而在合适的结构中，在一定的条件下用沉井取代维护结构和临时支撑等办法，达到缩短工期、降低造价的效果，更好的将其优势发挥到各种工程中去。
论文作者:杜航
论文发表刊物:《基层建设》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/11
标签：沉井论文; 井壁论文; 应力论文; 结构论文; 流砂论文; 措施论文; 周围环境论文; 《基层建设》2017年第16期论文;